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回yangguang1先生:小论光速不变原理相对性原理
[楼主] 作者:guojia  发表时间:2000/05/25 19:00
点击:865次

看来您的绝对时空观的确比较牢固。您的那个蜻蜓点水的解释,确实无法解释清楚为什么光速不变,而只能够让人们明白光速不变原理是怎么回事,以及和经典的波动是直接矛盾的。好,我在这里也用比较经典的观点来说说看:

我用到的世界,是四维的世界:三维空间加上一维时间。而且,光束波动的载体并不是电磁波载体以太。光束波动没有载体,我认为真正的载体可以看作是真空或者是时空。

我使用的是两个人a和b,a手里拿着手电筒;b测量手电筒发出光束的速度。两人相对静止,b测量到的光速自然是c了。

a开始以v的速度远离b。按照人们的常识或者是直觉,b测量的光速必定是小于c了。可是,结果是b测量到的光速还是c。这就是著名的光速不变原理(现象)。

为什么呢?可以这么理解:那束来自运动着的a发出的光,在b的世界里(惯性系里),仍然保持着b世界的性质(方程式);同样的那束光,在a的世界里,也保持着a世界的性质。a世界和b世界是两个不同的惯性系。然而,各自表现的物理现象都是一种形态。各个惯性系,物理表现都是一致的。为什么是这样,这就说不清楚了,我也不知道。可以说,这是一种关于“绝对平等”的哲学信仰吧。

怎么理解这个“绝对平等”呢?这牵涉到惯性系的概念了。比如你在一个一个很大的房间里,跟着房间一起作匀速直线运动(相对于其他的大房间们)。这个房间,就很像惯性系了。真正的惯性系,就是这个无限大(宇宙的范围)的房间。在一个空间里,存在着无数个惯性系。这些惯性系之间,唯一的不同就是相互是运动着的。一个人,无法区分自己到底位于哪个惯性系,只能区别和另一个人是否位于同一个惯性系。这无数个惯性系之间,是绝对平等的。不存在哪个惯性系,让人们一下子就区分出来。如果存在这么个优越的惯性系,那么,就和平等原则矛盾:凭什么这个惯性系那么优越、特等,可以让人们察觉到它的存在特点呢。这就是绝对平等原则了。用正面的、物理的语言来说,就是无论采用哪种手段都无法区分自己位于哪一个具体的惯性系。这就是相对性原理。牛顿时代,这种手段就是采用力学实验,称作“伽利略相对性原理”,是伽利略首先提出的。而在20世纪初,这种手段又加上了光学实验:用力学实验和光学实验都无法区分具体的惯性系,称作“爱因斯坦相对性原理”。所以说,光速不变原理是相对性原理的直接的、自然的结果。有人问,为什么光速具有这种性质呢,那是因为光束(电磁波)是一种不同于常规机械波的波,地位不同。这里,我承认上次否定对您的“没有载体的波动,都是具有速度不变的性质”的说法,是我的不对。因为上次我想到了引力波,也是一种没有载体的波动,也可以说,是以时空为载体的波动吧。然而这种波动是时空固有的波动。在时空进行震动的时候,你我整个世界(物质世界)都随着一起震动了。所以,无法直接观察到这种波动,而只有通过间接的手段。电磁波就不同了,可以直接被你我和绝大部分生物观察到。也可能,我们观察到的电磁波(光),是某种时空固有波动的间接结果呢。这种说法,是我自己的想象,可没有理论根据的哦。但是电磁波,的确是一种很奇特的波动,和时空的本质一样神秘。您说对不对?

关于时空会伸缩弯曲,并不能直接套用现实的三维弯曲现象,而应该站在四维整体时空的角度来想象。运动的尺子变短了,那是因为运动着的尺子所在的惯性系,相对于观察者的惯性系,在时间的方向上有了“转角”:一部分的空间,“转”到时间轴上去了;而相应的一部分时间“长度”,“转”到空间来了。把时间想象成另一个和“长、宽、高”相同性质的轴,那么,就可以理解那些光怪陆离的伸缩、膨胀的现象了。闵可夫斯基建立了一套平直的四维时空坐标体系,可以完全理解狭义相对论的每一个结论和基本原理。可是,根据广义相对论的说法,四维的时空,还是“弯曲”的。要直接观察这种弯曲的现象,原则上只有到五维的时空里,才能够看得到。身在四维时空的我们,只有通过抽象的数学,才能够察觉和测量这种弯曲现象,而根本不能直接观察到(因为我们也弯曲了)。至于五维世界是否存在,我不知道了。谁知道呢?超弦理论用到了10维时空,那是和数学分不开的。

小辈:guojia
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