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洛仑兹变换的一种严格推导(中学生勿看)
[楼主] 作者:正和  发表时间:2004/10/15 15:04
点击:341次

洛仑兹变换的一种推导:(只考虑二维时空)

设有惯性系R(x,t)和R'(x',t'),R'沿R的x轴正向以速度v匀速运动。

由时空均匀性公设(平移不变性),R与R'间的坐标变换为线性变换(采用矩阵表达,黑体字母表示矢量或矩阵):

P'=PT+P0

其中T为二阶方阵,有四个分量((p,q),(r,s))。

假定R与R'原点重合,则P0=0。变换简化为

P'=PT

现在就要由已知变换来求解变换阵T。这些已知变换为(提醒:都是世界线变换,代表着一族世界点变换)

(1) x=vt变换成x'=0,即(0,t')=(vt,t)T。依据:速度定义。

(2) x=0变换成x'=-vt',即(-vt',t')=(0,t)T。依据:惯性系平权原理(狭义相对性原理),或相对速度对等。

(3) x=ct变换成x'=ct',即(ct',t')=(ct,t)T。依据:光速不变原理。

(4) x=-ct变换成x'=-ct',即(-ct',t')=(-ct,t)T。依据:光速不变原理。

方程(1)展开为:0=pvt+rt,t'=qvt+st

决定的T分量关系为:pv+r=0    (i)

方程(2)展开为:-vt'=rt,t'=st

决定的T分量关系为:vs+r=0    (ii)

方程(3)展开为:ct'=pct+rt,t'=qct+st

决定的T分量关系为:p+r/c=qc+s    (iii)

方程(4)展开为:-ct'=-pct+rt,t'=-qct+st

决定的T分量关系为:p-r/c=-qc+s    (iv)   

汇总一下方便阅读:

(i)    pv+r=0

(ii)    vs+r=0

(iii)    p+r/c=qc+s

(iv)    p-r/c=-qc+s

由此四元方程组可解得

q=-pv/c2,r=-pv,s=p

T=((p,-pv/c2),(-pv,p))

还没有完全确定,有一个任意非零参数p,是吧?那是因为我们在用四个已知变换方程定T分量时丢掉了一些暂时用不上的信息,所以自由度多了一些。

但也别急,我们还有一个条件没用上:从R到R'的变换是T(v),从R'到R的变换,根据惯性系平权原理,应为T(-v)=((p,pv/c2),(pv,p))。

那么,经过T(v)和T(-v)两次变换,应当得到从R到R自身的变换,即T(v)*T(-v)=I,即单位变换((1,0),(0,1))。

加入这个条件,由T(v)的行列式等于T(-v)的行列式,立即得到T(v)的行列式=1,由此立得p=1/sqrt(1-v2/c2)。当然也可用矩阵乘法定义得到同一解。

将变换写成非矩阵形式即得大家熟悉的洛仑兹变换了。加进y'=y,z'=z就得到四维时空的洛仑兹变换。

希望不再看到反相的战友们说洛仑兹变换是相对论不符逻辑地导出的。这种反相多丢人呀!

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 [2楼]  作者:yanghx  发表时间: 2004/10/15 16:04 

还是有一点疑问?

引贴:
(1) x=vt变换成x'=0,即(0,t')=(vt,t)T。
依据:速度定义。

(2) x=0变换成x'=-vt',即(-vt',t')=(0,t)T。
依据:惯性系平权原理(狭义相对性原理),或相对速度对等。

(3) x=ct变换成x'=ct',即(ct',t')=(ct,t)T。
依据:光速不变原理。

(4) x=-ct变换成x'=-ct',即(-ct',t')=(-ct,t)T。
依据:光速不变原理。

=================================
有一个不太明白的地方:
(4) x=-ct变换成x'=-ct',即(-ct',t')=(-ct,t)T。
依据:光速不变原理。
这里的x=-ct和x'=-ct'是从哪个坐标系观察的结果呢?
光子坐标系?

一点分析如下:
一般都知道坐标变换也就是:
从两个不同的坐标系S和S'观察空间的同一点Q,
比如:
(1) x=vt变换成x'=0,即(0,t')=(vt,t)T。
观察的空间同一点是S'系的原点O',
从S系看:x=vt,
从S'系看:x'=0,

(2) x=0变换成x'=-vt',即(-vt',t')=(0,t)T。
观察的空间同一点是S系的原点O,
从S系看:x=0,
从S'系看:x'=-vt',

(3) x=ct变换成x'=ct',即(ct',t')=(ct,t)T。
观察的空间同一点是闪光P,
从S系看:x=ct,
从S'系看:x'=ct',

可是:
(4) x=-ct变换成x'=-ct',即(-ct',t')=(-ct,t)T。
看来是从闪光P坐标系观察S和S'系的原点0和0'?
从闪光P系看O点:X=-ct,
从闪光P系看O'点:X'=-ct', 这里用了X和X', 因为这其实是从同一个坐标系P观测的两个不同点的结果, 也不知道这个P坐标系的坐标和时间用什么符号表示, 或许应该用P'(X',T')来表示? 于是: 从闪光P系看O点:X'=-cT', 从闪光P系看O'点:X'=-cT',

这就有两个问题了:
1、怎么会引入了另一个不相关的“闪光坐标系”P呢?
即:怎么能从闪光P的角度去观测两个坐标系S和S'的原点O和O'呢?

2、相对论允许以闪光(或光子)为观测坐标系吗?
那么这样的“光子坐标系”观测一个同方向运动的光子速度是多少呢?0/0?

关键还是第一个问题,此处不能随便引入第三个坐标系P吧?





 [3楼]  作者:youngler  发表时间: 2004/10/15 16:22 

我数学不懂,不过我发现你多了一个惯性系平权假设。

应该知道相对性原理推不出惯性系平权.

再说,很多物理概念都没有弄清楚的情况下,这种数学游戏数学混蛋们的无聊游戏.

什么是相对性原理?

什么是物理规律?

什么是坐标系,参照系,参照物,惯性系?

你还是先去弄懂这些概念吧!

 [4楼]  作者:lovemoon1  发表时间: 2004/10/15 17:03 

简评

洛仑兹变换的一种推导:(只考虑二维时空)

设有惯性系R(x,t)R'(x',t')R'沿Rx轴正向以速度v匀速运动。

由时空均匀性公设(平移无关性),RR'间的坐标变换为线性变换(采用矩阵表达,黑体字母表示矢量或矩阵):

P'=PT+P0

假定RR'原点重合,则P0=0。变换简化为

P'=PT

其中T为二阶方阵,有四个分量((p,q),(r,s))

现在就要由已知变换来求解变换阵T。这些已知变换为

(1) x=vt变换成x'=0,即(0,t')=(vt,t)T。依据:速度定义。

(2) x=0变换成x'=-vt',即(-vt',t')=(0,t)T。依据:惯性系平权原理(狭义相对性原理),或相对速度对等。

(3) x=ct变换成x'=ct',即(ct',t')=(ct,t)T。依据:光速不变原理。

(4) x=-ct变换成x'=-ct',即(-ct',t')=(-ct,t)T。依据:光速不变原理。

方程(1)展开为:0=pvt+rtt'=qvt+st

决定的T分量关系为:pv+r=0    (i)

方程(2)展开为:-vt'=rtt'=st

决定的T分量关系为:vs+r=0    (ii)

[你忘了(1)中还有一个关系:t'=qvt+st。它与(2)中的t'=st联立得q=0]

方程(3)展开为:ct'=pct+rtt'=qct+st          

决定的T分量关系为:p+r/c=qc+s    (iii)

方程(4)展开为:-ct'=-pct+rtt'=-qct+st

决定的T分量关系为:p-r/c=-qc+s    (iv)   

[(3)(4)又得到p=sr=qc^2,于是r= 0]

汇总一下方便阅读:

(i)    pv+r=0

(ii)    vs+r=0

(iii)    p+r/c=qc+s

(iv)    p-r/c=-qc+s

由此四元方程组可解得

q=-pv/c2,r=-pv,s=p

T=((p,-pv/c2),(-pv,p))

还没有完全确定,有一个任意非零参数p,是吧?那是因为我们在用四个已知变换方程定T分量时丢掉了一些暂时用不上的信息,所以自由度多了一些。

[这种故意的丢掉就是问题的关键,故意丢掉的是“暂时用不上的信息吗?”,难道爱因斯坦这样的大物理学家都不会用这样的信息?其造假行为暴露无遗!以下就不用多说了。]

但也别急,我们还有一个条件没用上:从RR'的变换是T(v),从R'R的变换,根据惯性系平权原理,应为T(-v)。

那么,经过T(v)T(-v)两次变换,应当得到从RR自身的变换,即T(v)*T(-v)=I,即单位变换((1,0),(0,1))

加入这个条件,由T(v)的行列式等于T(-v)的行列式,立即得到T(v)的行列式=1,由此立得p=1/sqrt(1-v2/c2)。当然也可用矩阵乘法定义得到同一解。

将变换写成非矩阵形式即得大家熟悉的洛仑兹变换了。加进y'=y,z'=z就得到四维时空的洛仑兹变换。

希望不再看到反相者说洛仑兹变换是相对论不符逻辑地导出的。

 [5楼]  作者:yanghx  发表时间: 2004/10/15 17:35 

可以取消第(4)条?

我验算了一下,只要前面三个方程就可以解出:
q=-pv/c2,
r=-pv,
s=p

所以大概应该是下面四个方程联立解出四个未知数:
(i)      pv+r=0
(ii)     vs+r=0
(iii)    p+r/c=qc+s
(iv)     T(v)*T(-v)=I

=========================================
条件“(4) x=-ct变换成x'=-ct' ”的引入即无道理也无必要?


 [6楼]  作者:_mercury  发表时间: 2004/10/15 18:32 

麦克斯韦+洛伦兹=爱因斯坦
光速不变+惯性系不变=狭义相对论
 [7楼]  作者:lovemoon1  发表时间: 2004/10/16 07:56 

评的对错你“正和”为什么不敢出来辩驳?
洛仑兹变换的一种严格推导(中学生勿看)
 [8楼]  作者:silin007  发表时间: 2004/10/16 12:14 

依据:光速不变原理???
这不符逻辑地导出的洛仑兹变换的谬根。这种维相多丢人呀!

※※※※※※
[silin007]是在思想丛林中维护正义(真理)打击邪恶(谬误)的最基本观念与方法及理论的终极总结者[思林终结者]
[楼主]  [9楼]  作者:正和  发表时间: 2004/10/16 17:21 

你的疑问已经自己解决了吧?

显然没有引入第三个参考系嘛。只有R系和R'系。带撇和不带撇的字母组明确地表达了两个参考系中的物理量值。x=ct和x=-ct只不过是R系中正反两个方向传播的光子世界线。x'=ct'和x'=-ct'则是R'系中对这两个反向光传播过程的反映。

是的,四个方程的系数矩阵秩为3,去掉任一个都可以。全列出是“有道理无必要”。而非您说的“既无道理也无必要”。

补充的是T(V)T(-V)=I,您是高手啊!

[楼主]  [10楼]  作者:正和  发表时间: 2004/10/16 17:23 

呵呵~狭义相对性原理也叫惯性系平权原理!
洛仑兹变换的一种严格推导(中学生勿看)
[楼主]  [11楼]  作者:正和  发表时间: 2004/10/16 17:31 

因为我觉得您是中学生!

四个方程是四个物理过程(四条世界线)的变换!其中的(x,t)与(x',t')应当用下标1,2,3,4区分。区分后才能联立!但也没有在约束上增加东西。

其实四个变换中隐含的一个关系没用上:当t=1时四个物理过程对应的四个事件在R中是“共线”的,根据线性变换的性质,R'中对应的四个事件也应共线。这样约束就足够了。但不如T(V)T(-V)=I优美。

我不回答是希望您能象yanghx一样自己发现自己的问题。yanghx就没有继续问“第三个参考系”的问题。

[楼主]  [12楼]  作者:正和  发表时间: 2004/10/16 17:35 

光速不变原理可以是错的!这里的问题是可不可以从它推出洛仑兹变换!

这是完全不同的问题。以后反相者可以继续攻击光速不变原理,但不应当再说洛仑兹变换“推不出”。

看在你如此寂寞的份上,才回你这一帖。

[楼主]  [13楼]  作者:正和  发表时间: 2004/10/16 17:36 

不是“惯性系不变”而是“惯性系平权”
洛仑兹变换的一种严格推导(中学生勿看)
[楼主]  [14楼]  作者:正和  发表时间: 2004/10/16 17:42 

需要补充的一点

楼下回帖对四个已知变换为什么没完全决定变换T有了交待。但还有一点我本来是期待反相者能指出来的:

最后加入T(V)T(-V)=I条件,解得的应是

p=(+/-)1/sqrt(1-v2/c2)。

这时还要用一个条件:即当v=0时,T=I,因此p应取正号。到此才算真正完整无缺。

 [15楼]  作者:youngler  发表时间: 2004/10/16 19:09 

人云亦云,还是头脑思考过?
洛仑兹变换的一种严格推导(中学生勿看)
 [16楼]  作者:youngler  发表时间: 2004/10/16 19:25 

对于三角形,正弦定理都相同,所以三角形都全等,
我不知道这是什么逻辑!
 [17楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2004/10/16 19:26 

正是如此。
洛仑兹变换的一种严格推导(中学生勿看)
 [18楼]  作者:youngler  发表时间: 2004/10/16 19:28 

什么是惯性系不变?什么是惯性平权?请不要说天书!
洛仑兹变换的一种严格推导(中学生勿看)
 [19楼]  作者:yanghx  发表时间: 2004/10/16 23:20 

讨论问题嘛,别把话说的那么难听呀?
我可不知道什么“世界线”的说法,给讲讲吧?
 [20楼]  作者:youngler  发表时间: 2004/10/17 09:10 

让他说,他会在这里丢下面子,变成小学生夹着尾巴溜走的!
洛仑兹变换的一种严格推导(中学生勿看)
 [21楼]  作者:youngler  发表时间: 2004/10/17 09:18 

相对性原理、参照系、物理规律,你这些基本概念都没有搞懂!
       相对性原理、参照系、物理规律,这些基本概念你都没有搞懂!补充的再完善又有什么用呢?中学的东西没学好,就做大学的作业,做出来的东西会是有用的东西吗?
 [22楼]  作者:lovemoon1  发表时间: 2004/10/18 07:32 

你正和教授的诡辩术当然高明一些,你用加下标来区分四个t与t',但你并没有证明t1<>t2,t'1<>t'2,这也就是说,在一个
洛仑兹变换的一种严格推导(中学生勿看)
 [23楼]  作者:lovemoon1  发表时间: 2004/10/18 07:39 

回复:你正和教授的诡辩术当然高明一些,你用加下标来区分四个t与t',但你并没有证明t1<>t2,t'1<>t'2
你正和教授的诡辩术当然高明一些,你用加下标来区分四个t与t',但你并没有证明t1<>t2,t'1<>t'2,这也就是说,你默认了“在一个惯性系中没有两个点的时间是相等的”这一错误思想,那么既然惯性系中没有两点的时间相等,那么惯性系中的时间是一个什么概念?
 [24楼]  作者:guofengjun  发表时间: 2004/10/19 10:21 

回复:利用这种推导方法,LT还有另一种表达形式。狭义相对论的速度变换式是错误的。

LT的另一种表达形式:

x'=x*sqrt((c-v)/(c+v))

y'=y

z'=z

t'=t*sqrt((c-v)/(c+v))

[楼主]  [25楼]  作者:正和  发表时间: 2004/10/19 10:56 

请给出推导步骤,不要瞎嚷嚷
洛仑兹变换的一种严格推导(中学生勿看)

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