你总得振动啊,我可用光来听的
正和教授春节好!
您反问的问题正是我几年来一直思考的问题。这样说吧,我希望用“能量增量对不同观察者不等”的事实来证伪绝对空间的摒弃。理由如下:
从某种角度说,经典力学是在绝对空间的模型上建立起来,通过力学相对性原理扩展到一切惯性系中。此外,经典力学有个核心性的观念——个系统的客观物理状态必须跟观察它的方式完全无关。我们可以发现,除了动能定理外,所有的规律都满足这个观念的要求,如力,质量,加速度、动量增量等都是与参考系的选取择无关的量。必须承认,动能增量是个客观的量,可以直接测量。这就要求我们回答370年来人们认为肯定“绝对空间”建立的动能定理可以扩展到一切惯性系中的理由来自何方。
//正和:是否与观察方式无关,取决于如何定义被观测的物理量。如视角,就不是与观察方式无关的。我不明白什么是“动能定理”,也不明白什么是“动能增量定理”。力、质量、加速度、动量增量在相对论中是与参考系的选择有关的量。凭什么认为动能增量是个“客观”的量?正如视角。对一个特定观察者,动能和视角都有不以该观察者意志为转移的特定值,这可谓一种“客观性”;但这种客观性不意味着不同观察者也有同一观测值。370年来都没有“动能定理”,只有“弹性碰撞动能守恒定理”,后者确实对所有惯性系成立。
//吴沂光:我与正和的分歧主要在认识论上,即我认为动能增量是个客观的量,而正和认为它是个表观的量,只有视“参照系无关”的物理量才为“客观”。这个分歧来自相对性公设的认识。是的,若相对性公设具有普适性,则一切与参考系有关的量要被视为“表观”;反之,若认为动能增量是个客观的量,则相对性公设不适用于质点的动能定理,我们可以借助各参考系对动能定理不同表述来确定物体的绝对运动。
我认为“物体动能增量”与视角,相对速度等在认识论是不同的概念,即“物体动能增量”是我们研究的客体,它在一定条件下可以转化为质量,是“物”;而“视角”是我们研究客体时所用的联系方法,是“事”。虽然“事”与“物”都是客观的,但它们的内涵不同,不能混为一谈。
//正和:鉴于你上述言论,我认为还是不能将“主观-客观”和“参照系有关-无关”两对范畴合二为一。文末爱因斯坦也在此有混淆范畴的嫌疑。
您说“370年来都没有“动能定理”,这就奇怪了。从中学到大学的课都有这个定理的定义,即质点动能的微分等于作用于质点的合力所做的元功,叫质点的动能定理。
//也许我们学的课本不同,你要是早给出“动能定理”的定义就好了。质点动能增量等于外力做功:dEk=Fds,能量守恒定理的运用而已。
敏锐和严谨的物理学家不应根据直觉而宣布说“某惯性观察者所描述的动能增量是正确的”,以便不费思索地把定(动)能定理接受下来。相反,他宁肯作一些确定的实验来验证其正不正确,正像他要用实验去验证其他每一个关于客体的见解一样。例如,若两质点在室温下作非弹性碰撞后合成一体而静止,在冷却到室温的过程中将失去ΔE单位的热能。由于能量守恒,ΔE就等于两质点原来的动能。
我们又会发现,上述假想碰撞实验毫无意义的,因为两质点的总动能和动量保持“双守恒”,即上述的ΔE是个与参考系无关的量。很明显,牛顿时代的人们确实无法设计出测量单个质点的动能增量实验来。另一方面,牛顿认为动能是没有质量的,因而从计算上来说,描述单个质点的动能定理在伽利略变换中是否协变都有对其他物理现象没有影响。正是这两种原因使得几百年来人们从不怀疑动能定理的正确性。科学发展的今天,人们有条件和能力验证动能定理的正确性。例如,一对以速度V运动的正负电子,当它们湮灭后的全部能量收集到地面上的接收器中,经比较,就可以测出它的动能。当然,这个实验目前还无法实现。笔者曾设置了一个飞行时钟的验证实验,利用目前的条件与设备,应该可以进行。其原理是用飞行时钟的横向多普勒红移量来推算飞行时钟的动能增量,试图借此来验证惯性系中单体动能增量定理的正确性,以便确定绝对运动。
//之前你考察的是单个物体的动能增量,该物体与其它物体有相互作用。现在你考虑的是由两个物体构成的孤立系统,与其它物体无相互作用。前者动能增量对不同观察者而言是不同的,后者系统动能与系统其它形式能量之间的转化量对不同观察者而言是相同的。都不构成矛盾,都不能用于确定绝对运动。
//吴沂光:质点的动能定理可以简便记作:Fds = dΔEk
沈健其先生的巧妙分析以及“碰撞实验”只是证明了“Fds”是个各系不变的量,就如汽车启动例子中,汽车损耗了1升油是各系不变的量,但是不能证明启动后汽车的动能一定等于1升油所放的热能。就是说,这种分析及例子无法证明牛顿在绝对空间模型上建立起来的式“Fds = dΔEk”于一切惯性系成立,[[不要将该“等式对所有惯性系成立”与“等式的值对所有惯性系一样”混为一谈。A系看到1=1,B系看到2=2,但1!=2。]]因为在这些实验中,地面、汽车,发动机等之间存在相互作用。显然,在牛顿年代,ΔEk是无法测量的。然而,“运动正负电子对湮灭”实验可以排除上述的相互作用因素的影响,对于ΔEk的测定有意义。
//你的正负电子对湮灭实验中,根据相对论,不同观察者看到电子对的动质量之和不同,由动质量守恒定理,可知不同观察者看到湮灭后光子对的能量和也不同。没有任何矛盾。而且,光子只有动能而无静能,不同观察者看到湮灭前后的总动能增量也是相同的,严格等于两个电子的静能之和。
至此,也许您会反对说,相对论的尺缩,质增,时慢等量都可以随参考系的不同而不同,因此经典力学“能量增量对不同观察者不等”的事实也可以接受。但是,我们想过没有,产生这种情况的原因来自哪里?即
原因(1):各惯性系的规尺(测量工具,如尺子,千克原器,时钟)不相同。就如古典小说中,很多身高一仗的人,并不能说古人比现代人高,而古人与现代人所用的尺子长度不同。这种原因符合我们的生活习惯,与经典力学核心性的观念相容。这是个次要的原因。
//这种类比毫无价值。当然你也承认这是次要原因,在我看来不是任何原因,只是度量单位问题。
//吴沂光:不会无价值。如,引力势能是个位置函数,任意两点间的牛顿引力势能不会因引力场中不同点观察而不同;两点间的爱因斯坦的引力势(能)却随着引力场中不同点观察(这些点的千克原器质量有差别)而改变。这种“不同”就是原因(1)造成的。(书上没有这种说法,算是我的心得吧)。由此可见,引力场相对论不存在“动能增量是客观还是表观”这个问题。
//广义相对论中,即使是相对静止的两点间也不必然有同样的时空尺度,势能值随观察者不同不构成矛盾。因为任一观察者用不同的值对物理事件作出的因果关系、是否发生等预测都是一样的。
原因(2):由经典力学的“能量增量对不同观察者不等”的事实而产生。相对论效应因子可以记作:
//对孤立系统而言,动能增量(系统中不同形式能量相互转化造成的)对不同观察者相等。
//吴沂光:您能例举出实证实验否?[[请看我对和满的回答]]相反,笔者放弃Fds = dΔEk各系成立,也能建立起自洽的理论来,这个理论同样能自然地解释现有的相对论实证实验。真的![[有什么好放弃的?相对论中也可导出该等式。还是提醒:不要将等式在不同参照系中成立与等式值在不同参照系中相等混为一谈。]]
K=1/[1-(V/C)2]1/2=1+EK/m0c2
很明显,我们也可以说尺缩等效应依赖于两系之间的相对动能EK 。也就是说,如果用相对论的“尺缩等现象对不同观察者不等”来证明经典力学的“能量增量对不同观察者不等”的合理性是反复的逻辑。
//相对动能不能唯一确定尺缩效应,因为如果质量不同相对动能相同也有不同尺缩因子。最后从数学上导出尺缩因子只与相对速度有关。你的随心所欲的安排不成立。
//吴沂光:从数学上说,“K=1/[1-(V/C)2]1/2=1+EK/m0c2“确实是狭义相对论的结论,不存在您所说的“如果质量不同相对动能相同也有不同尺缩因子”。
//是相对论结论没错,但中间式只有变量V,右边式有变量Ek和m0。你非要那样诠释(尺缩因子由相对动能Ek决定)我也没办法。我说的就是你否认的“Ek相同而m0不同就有不同尺缩因子”,右边那个式子的数学含义谁都只能按我的说法理解。
关于“尺缩因子只与相对速度有关”的说法,关系着因果律能否满足的问题,相对论创立初期,引发激烈争论,有些颇有名望的学者为满足因果律去引证宇宙无限远的质量。
现在我想说的是您的置顶帖。我曾用另一种方法在“相对性原理和空间欧几里得及各向同性”这个条件下得出您的h2-洛伦兹变换。早期不用光速不变原理来推导洛伦兹变换的文献很多,像许多后继者(如石益祥教授及沈健其博士)一样,这些大都没有引起人们的注意。究其原因是因为他们都不如爱因斯坦(正如和满所说)。物理学是门实验学科,同时性的概念和见解(同步静止钟校准)要具有可操作性。爱因斯坦用光速不变原理给出同时性的定义,以达到认识论上的完善。也就是说,上面我们所做的工作很大程度上停滞在数学的表述上,除非能够绕过光速不变原理找到一个与相对性原理相协调的动力学因素来定义同时性,这些数学上的表述才有物理意义。几年来,笔者试图补上这个欠缺,但是所做的努力失败,但也有了一些心得。有空闲,我将“心得”放网上,还要烦您不吝赐教。也就是说,“K=1/[1-(V/C)2]1/2=1+EK/m0c2不是我的随心所欲的安排。
现问题就回到基础公设上,我们有什么事实或实验来证明单体动能增量定理各参考系有相同的形式?
//理论和事实都不支持你无中生有的“单体动能增量(与参考系无关)定理”。你树立了一个假设,然后说牛顿、爱因斯坦与之矛盾,再后就说两种理论错了。我真不明白你的逻辑。
//吴沂光:也许是我没有表述清,造成了您的误解。我的意思是说,牛顿质点的动能定理与相对性原理相矛盾,而相对论的错误在于对这个“矛盾”的继承。
//为什么与相对性原理矛盾?说具体点吧:是“不同参照系动能增量dEk不同”与“相对性原理”矛盾,或“不同参照系中都有dEk=Fds”与“相对性原理”矛盾?
实际上,爱因斯坦自从量子力学革新了物理学中的思想方法以后,到他逝世为止,一直想要保持经典力学中的观念,即一个系统的客观物理状态必须跟观察它的方式完全无关。虽然爱因斯坦坦白地承认,他对这方面达成一个完整的解答的希望到目前为止尚远未满足,而且他还没有证明这一观点的可能性,他认为这是一个有待解决的问题。(W.泡利的《相对论》补注23)
//什么叫“客观物理状态”?还不是你主观认为“动能增量是客观物理状态”。什么量可称为客观物理量,不是任意的。比如粒子计数、能量-动量四维矢量、事件是否发生、因果关系,这些都是参照系不变的物理量,而速度、动量、能量、同时性都是参照系有关的物理量,但它们都可称为“客观”的。“主观-客观”“参照系无关-有关”严格说来是两对范畴。如果硬要合并两对范畴,我认为只有视“参照系无关”为“客观”了。
//吴沂光:按照我的理解,爱因斯坦所说“客观物理状态”是指“尺缩”、“时慢”等效应。他不满意这些客观的量不满足经典力学上的测量观念。如果他认为这些量是“表观”的,他就没有必要说这些话了。
//经典力学上的测量观念是什么?“不满足……测量观念”是什么含义?是不满足“参照系不变性”吗?我无法在这么含糊的论述上讨论。爱氏可能混淆了“主观”“与参照系有关”两个范畴中的概念。 |