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狭义相对论是怎么回事 程实平撰写于1980 [引子] 论证：月球质量m＝地球质量M 证：因为月球绕地球旋转，其轨迹可认为是圆周，R为两球心之距离，故有 GMm/R2＝F＝V2m/R＝Rω2m 又根据相对运动，在月球上的人看到地球绕月球作圆周运动，也有 GMm/R2＝R′ω′2 M 所以： Rω2m＝R′ω′2 M 而： R＝R′，ω＝ω′ 所以： m＝M 当然，这是不成立的。 但我们排除外界影响，假定有如此一个环境，即有球m、M，其中M＞m，除此二物之外，并无它物。m有速度V使m相对于M能够在半径为R的圆周轨道上绕M运动，角速度为ω。二物都同时受力GMm/R2作用，作用于m的力使m绕M转动，作用于M的力使M绕m转动。 站在M上的人看m，他可以令M为惯性系；当他站在m上看M，是否可以令m为惯性系？m、M之间的距离R是否会越来越小？或者M由于m的影响作一些稀奇古怪的运动呢？ 该文是程实平博士刚进华中工学院（现名为华中理工大学）读大学一年级时写给我的信中的一篇质疑相对论的文章，写作时间为1980年下半年。我当时没有对程实平提出的上述问题在意，1990年，成都《电子报》刊登了广西桂平市梁尺峰写的挑战爱氏的信，才引起我去研究相对论究竟是怎么回事，完成“系统运动力学”。同年，尚在读薄膜光学硕士研究生的程实平又写了几封研究相对论的信给我，由于当时的环境原因，这些讨论都没有能够整理成论文发表。其中一篇文章对洛仑兹变换导致波动方程协变有比较详细的数学分析，由于公式不好在这里写出来，只能简单说一些结论。 1、洛仑兹变换导致波动方程协变不具有一般性。对光波来说，条件是变换系数β要取坐标系相对运动速度与光速之比。对声波来说，变换系数β要取坐标系相对运动速度与声速之比。并非总可以使用同一个由坐标系相对运动速度与光速之比确定的变换系数。只要使用的不是自身的波速来确定变换系数，协变马上被破坏。 2、实质上任何三维平面波都满足波动方程，在伽利略变换下都满足协变性，而且与具体是什么形式的波无关。 3、问题出在求微分时的崇量上，P点的波振动在S′系中为 φ(η，ξ)= φ(η′，ξ′) 在S系中为 φ(x-ut，t)= ψ(x，t) 而不在是φ(x，t) 可惜程实平先生现在不在国内，当地没有中文操作系统进行交流，只能慢等回音。 ccxdl2004年12月21日 这两个问题都涉及“惯性系”问题。 1 牛顿的“惯性系”是“静止乙太及与静止乙太均速直线运动的参照系”。迈实验否证了“静止乙太”，使得牛顿“惯性系”不具备“可观测性”，爱因斯坦才试图借助“引力场”建立新参照系理论。 1980年时的程博士明显忽略了一个问题：地月系的质心并不是地球与月球质心联线的“中点”，M与m的关系是不对称的。但程博士的推导引出的问题是深刻的。 2 “对光波来说，条件是变换系数β要取坐标系相对运动速度与光速之比。”是对爱因斯坦“光速在各惯性系不变”的一种光学说明。换句话说就是：“在相对论中，只有光速保衡的参照系才是惯性系”。由于这是一个“自定义关系”前提，在逻辑关系上无法被确证，也无法被否证。而使用相对论推导出的结论在逻辑关系上可被否证，而未被否证，因此相对论作为一个物理理论是不可能被推翻的，只存在普适范围问题。 多次提出：相研不要争论。很有道理。因为最后我们会发现无法简单地用“对还是错”给相对论做结论。只能通过“实验，推导，讨论”一步步把相对论的“普适范围”搞清楚，争取出现更优越的理论。 和满 和满先生，关于程实平在1980年写的质疑文章，在我后来完成的“系统运动力学”中已经不成为问题。“系统运动力学”正式发表在1993年福州大学举行的第7界全国理论物理研讨会论文集中。你可以到丁一宁网站或北京反相联盟网站去下载2003年版的《21世纪的牛顿力学》参阅，东方时空发行的《21世纪的牛顿力学》是2002年版。 由于专业上的差异，大家对同一个研究对象，在概念上会有差别。例如“度规”究竟是什么概念，我们搞工程的就不清楚，可是到目前为止，也没有那个学理科的把“度规”给解释清楚了。我们从字面上理解，“度规”就是对如何计量所作的规定。对搞精密计量的人来说，就是如何建立计量基准及确定计量的方式。就要涉及到如何“标定”计量单位的具体操作要求。如果只会把书本上的什么“度规”拿来照作教科书推演一番，不思考其中的物理意思，那就没有任何实际意义。希望你能把“度规”概念解释清楚。 程实平博士在1990年写的几篇文章，都是在探索其中的究竟，当然也有误解之处。例如那时他和我都把相对论以为是测量问题，我们从测量方面作过较多分析，发现都行不通。程实平指出 1、洛仑兹变换导致波动方程协变不具有一般性。对光波来说，条件是变换系数β要取坐标系相对运动速度与光速之比。对声波来说，变换系数β要取坐标系相对运动速度与声速之比。并非总可以使用同一个由坐标系相对运动速度与光速之比确定的变换系数。只要使用的不是自身的波速来确定变换系数，协变马上被破坏。 2、实质上任何三维平面波都满足波动方程，在伽利略变换下都满足协变性，而且与具体是什么形式的波无关。 第1点的意义在于，不能把洛仑兹变换导致波动方程协变作为支持该理论的可靠依据。如果不考虑事实，只从数学上去假定和推导，就会弄出在理论上适合于蝙蝠的相对论，适合于鱼的相对论，等等荒诞物理学出来。 第2点，也许是我和程实平博士在1990年时对协变的理解不一定准确。我们当时的理解是方程式在形式上保持一致，待我将程实平博士写的文章整理好后，会发去请各方面的研究专家核实。 对于洛仑兹变换，我们一致是把它当成一种可能方便于某种计算的数学分析手段。人们可以去研究洛仑兹变换的使用场所。 你说：““对光波来说，条件是变换系数β要取坐标系相对运动速度与光速之比。”是对爱因斯坦“光速在各惯性系不变”的一种光学说明。换句话说就是：“在相对论中，只有光速保衡的参照系才是惯性系”。由于这是一个“自定义关系”前提，在逻辑关系上无法被确证，也无法被否证。而使用相对论推导出的结论在逻辑关系上可被否证，而未被否证，因此相对论作为一个物理理论是不可能被推翻的，只存在普适范围问题。 程实平在研究测量问题时就已经发现，其实人们对于动态下的测量都还没有给出让自己信服的方式，在静止状况下测量得出的物理量，在运动状态下还保持一样吗？我们可以确信光在静止的惯性系中各相同性，而不能从静止的惯性系中测得的μ0ε0直接得出运动状态下惯性系中也具有完全一样的με，动态下怎么测量με？ 相对论在逻辑关系上无法被确证，也无法被否证，而使用相对论推导出的结论在逻辑关系上可被否证，而未被否证，完全是一个误解。首先，没有任何对相对论有利的实验严格符合唯一性要求，甚至不符合坐标变换的计量要求。特别是，我已经从建立计量基准的要求上论证出，洛仑兹变换导致的同时性具有相对性，将要求存在唯一的绝对0时刻和相应的空间平面，如果确定不出这个建立原始计量基准的绝对0时刻和相应的空间平面，狭义相对论就是没有实际使用价值的空谈；反过来，如果这个绝对0时刻和相应的空间平面可以人为任意确定，同时性具有相对性就是伪命题，洛仑兹变换就不具有真正的参照系坐标变换物理意义。请看2003年版的《21世纪的牛顿力学》第二章内容。如果一定要以现实不可能做实验进行验证作为让它被人们接受的依据，只是表明相对论不具有可证伪的特点，它也就不是科学理论，而仅仅是一个数学游戏。所以，得将相对论作为一个物理理论是不可能被推翻的改为相对论作为一个非物理理论是不可能被推翻的。 我们作的工作当然不是为了推翻相对论，而是要将相对论探寻的问题找到可以被人们理解接受的可靠解释。 程实平还给出另一个研究，以水波为例，波源运动与观察者运动所导致的多谱勒效应。前者的波纹呈现为一组偏心圆，反映为波速不变；后者的波纹呈现为一组同心圆，反映为波长不变。 波源运动与观察者运动并不具有等效性，已经告诉人们，传播媒介背景参照系优越于其它参照系。 迈克尔逊干涉实验，只证明光波长不变，并不能证明波速不变。我再提醒一下，所有的干涉条纹都是客观存在于背景空间之中，决不会发生同一个干涉条纹相对于相互运动的两个参照系都处于同样相对运动速度的事情。对于非光学专业的人，可能因为做光学实验太少，不知道干涉条纹都是客观存在于背景空间之中的这个常识。人们可以通过移动光路上的反射镜位置（相当于让光源运动）和移动整个干涉仪来观察分布在空间的干涉条纹变化，前者因反射镜移动引起两倍光程变化，在同样移动速度下，两种移动下产生的干涉条纹变化密度相差一倍。这表明光传播媒介背景参照系是优越的参照系。 人们为什么要陷在前人的某些误区之中不能自拔？ Ccxdl 2004年12月21日 1 关于“概念的定义”问题。我发现归根结底，所有概念都是无法定义清楚的，最后都得靠“认可约定”。而且，总不会完全一致。假如完全一致了，可能也就没有理论发展了。 例如，对于“协变”，我也定义不清楚。我只能举个例子说明我所认为的“协变”：“A钟相对B钟变慢，B种相对A钟慢”是“逆变”；“A钟相对B钟慢，B钟相对A钟快”是“协变”。 2 关于“相对论是不是物理理论”问题。我粗谈一下我的个人体会。本人在具体的微观超微观问题研究时，大量使用SR。在本人不知道“流体力学新成果”以前，只认为SR适用，没其它办法。举个简单例子：电子受力与磁体定量关系问题。现在知道了“流体力学新成果”，我还是在用SR，因为我还正在学“流体力学”，许多具体问题我还不知道怎么用“流体力学”研究。 “公理”需要排它，而“物理理论”只需要“适用”。以我的标准，只要“适用”，即使是托勒密的“本轮”，我也认为是“物理理论”。 正和 和满，我要被你发明的概念搞晕了 你是这样理解协变逆变的。。。? 偶以为是微分几何的协变逆变张量。 看来不说清楚是要吵架啊。。。 xuebinguo 1 按找您的理解，在SR中是否存在“逆变”或“协变”关系？ 2 假如存在，SR的四维时空张量变换是“协变”还是“逆变”？ 我不是搞“理论物理”的。很多理论概念，完全可能是我错，请大胆指出我的错误与不足， 正和 一般 GR 里面的度规，正变换是二维协变的，逆变换是二维逆变的。 SR 里面如果采用虚时间坐标的话，就是闵可夫斯基度规，逆矩阵与原矩阵等同，协变和逆变的差别将消失。 不过我上面说的协变和逆变都是张量里面的协变和逆变，不知道和你问的是不是一回事。 xuebinguo 正和： 你的标准就是实证主义，我们在这个观点上没有什么不同。要点是，同一个“疾病”，可能有多种药都能治，但这些药却有不一样的副作用。在没有副作用更小的药时，人们只能使用现有的药治病。有人满足于现有的药，自己不去想办法寻找新药，却想方设法回避现有的药存在副作用。关于这方面的见解，我曾经在此论坛上与其他人做过多次辩论。 大家应该讨论具体的实际问题。例如你对协变的理解，肯定不是相对论所说的那种协变概念。据沈建其解释，相对论所说的协变是“一个作用力减小的同时会有另一个作用力增加来达到一样的作用结果”。按照爱氏论文中的样板，协变似乎就是波动方程在两个坐标系中具有相同的表达形式。如果按照“一个作用力减小的同时会有另一个作用力增加来达到一样的作用结果”进行判断，我尚不能肯定程实平博士在90年作的数学分析是否符合协变意义。若从具有相同表达形式上来考虑，程实平博士作的数学分析没有疑义。 沈建其多次以波动方程在洛仑兹变换下才能协变，并用它来肯定洛仑兹变换比伽伽理略变换要好。然而沈建其回避了针对不同的波，要使用相应的波速去参与作变换系数，并非总可以使用同一个由坐标系相对运动速度与光速之比确定的变换系数的事实。同时机械波也没有电场分量与磁场分量两种作用存在，就是光波也只有电场分量、没有磁场分量。那么，所谓“此消彼长”又如何谈起呢？逆子认为电磁波不是电场与磁场相互转化的过程，可能是电场波伴随着磁场波或磁场波伴随着电场波。一旦实验证明电磁波不是电场与磁场相互转化的过程，波方程就只是一个可以用来进行数学计算的工具而已。人们已经知道光波实际上是几率波，所谓的波动振幅，根本就不是机械波的那种振幅，也不是电场强度与磁场强度那样的物理意义。这样，“协变”究竟是什么样的概念，相对论应该给出确切的解释，而不是东拉西扯的进行唐塞。 关于“度规”是什么概念，如果只会写出一个数学式子，就说它是什么什么“度规”，等于什么都没有说。Xuebinguo可能比较清楚“度规”是什么概念，能否确认“度规”就是“矩阵”？如果不使用张量，“度规”又是什么概念？应该说数学式子是“度规”的结果表达，而“度规”的含义则要从计量基准的建立，用多少个物理量才能描述研究对象，怎样进行相应的计量来回答。 无层，你自己如果说不明白，只能发表似是而非的议论，就不要瞎起哄。对你那种自己设莫须有的靶子给自己打靶的犯规动作，实在不值得一提。 正和说：“因果颠倒！是用谐振来决定金属固体实物长度（整数波长），而不是反过来决定波长！” 很抱歉，正和自己才是颠倒了因果。正和应该去好好看看物理光学中激光产生的条件内容。当然，首先要由能够产生二次激发的物质来产生激光，可是该物质能够产生的激光并不是理想化的必定只是一个波长的光，实际具有一定的频谱范围。在谐振腔内反射的光波处于叠加状况时才能输出激光。谐振腔的长度发生改变，在谐振腔内反射的光波能够处于叠加状况的波长也发生相应改变，输出的激光波长也相应改变。无论输出什么波长的激光或者根本没有产生激光输出，谐振腔的长度都由自己的稳定性所决定，最明显的影响因素是环境温度和产生激光时谐振腔内的发热引起谐振腔长度变化。解决办法是在谐振腔反射镜前一端加入一段长度可以受电压控制变化的压电陶瓷材料，对谐振腔的温度进行时时监测，再用负反馈电路控制加在压电陶瓷材料上的电压，使整个谐振腔长度受温度变化的影响抵消到最小。 正和的错误在于没有根据独立作用原理对二者进行分析。事实上，人为改变谐振腔长度，可以使输出的激光在一定的范围连续变化。尤其是染料连续激光器，可以在很大范围调节输出的激光波长。故此可以判断，正和没有真正接触过激光器。 和满先生对正和推导洛仑兹变换的批评完全正确，事实上，从线性变换推导出洛仑兹变换，都必须把光速不变原理作为最后求解的依据。否则，人们最多弄出存在待定系数的洛仑兹变换。这正是我没有继续从线性变换去推导洛仑兹变换，改从变量代换来推演出洛仑兹变换的原因。既然把线性变换当成坐标变换的来源属于人为，当然也可以人为把坐标变换规定成变量代换的公理化结果。它们在思维逻辑上谁也不比谁更可靠。 双生子问题乃是爱氏没有注意到同时才能并且一定呈现这个前提制造出来的问题。 Ccxdl 2004年12月22日 |