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升级的相对论
物理学应该是智慧生物之间描述无生命物质运动规律的科学。 新京报2005年1月30日B38版，引用了爱因斯坦自己的理解，速度无穷大，“绝对同时”有意义，但观测速度上限是光速，因此“绝对同时”无意义。 对思维速度可以无穷大的人，“绝对同时”有意义。对思维速度不能超过光速的人，此类问题无意义。 第一篇 大学物理中相对论描述的错误 参考书：普通物理学1（第五版）高等教育出版社 程守洙 江之水 主编 胡盘新 汤X骏 宋开欣 修订 229页：19世纪末在光的电磁理论发展过程中，有人认为宇宙间充满以太，光是靠以太传播的。 我查了一下，此理论的提出是因为观测光从木星卫星到地球，速度大致相等，而无论地球向卫星运动还是背向卫星运动。小学我们就知道计算相遇时间，当相向时，是速度相加t=L/(v1+v2)，反相时是速度相减t=L(v1-v2)，只有v1大于v2才能追上。因此才有人提出光的运动是独立于地球运动的。 230页：用迈克耳孙和莫雷实验证实，上述以太是不存在的。 当时的人不知道真空中光速和空气中的光速不同，而现在已经成为共识，那么如果光在宇宙间是用真空速度运动，到了地球表面就按大气中的速度运动了，这种假设实验是否否定了呢？ 先看光速不变实验，地球并不是一个理想球体，外包球型大气，地球大气与星际是没有明显分界的，是逐渐稀薄的（初中物理）。那么地球在距木星卫星相等距离时，两星间气体总量大致相等，光传播需要相等时间就不奇怪了，而无论地球向卫星运动还是背向卫星运动。 莫雷实验也不能否定这种假设，因此它不能作为推导相对论的充分证据。 231页：物理学定律在一切惯性参考系中都具有相同的数学表达形式。 这个叙述不严谨。一个相对地球做匀速直线运动的火车，是否可以看做一个惯性参考系呢？如果能，那么在火车上放氢气球与地面上放氢气球，运动轨迹基本不可能等价；如果不能，后面的推导就有了理论根据。 在什么情况下才能认为等价呢？当空气作为静止参照系，地表静止物与火车相对空气做等速运动时等价。这时在空气参照系看两个氢气球都是直线上上升，两个运动参照系各自描述的上升斜率一致，有相同的数学表达形式。或者当空气相对地表静止时，火车对氢气球运动的描述，与空气对火车静止，地面对氢气球运动的描述等价。 231页：光在真空中的速度相等。 先不讨论，因为真空、长度、时间的定义容易产生争议，我的结论是：速度相等，但为0，不是C。 231页：1964年到1966年，欧洲核子中心实验结果：一种粒子以0.99975c的高速飞行，辐射出的光子，实验室速度仍是C。 我们都承认，在稳定的空气中，光速不变。因此实验说明不了什么。 232页洛伦兹变换： 因为书中的P事件对Y、Z轴有分量，光速要考虑球型，与书上结论不同（是错，但不是我论述重点），因此为简单起见，假设P事件发生在X轴上。 O和O1两个坐标系，O坐标系相对于P事件静止，O1坐标系向P事件以V运动，P事件发生时，O与O1原点重合。 在O坐标系看来P事件发生在T时刻，位置是X，O1坐标系看来P事件发生在T1时刻，位置是X1。 X=X1+VT1 X1=X-VT 变换如下： X=K（X1+VT1） （1式） X1=K1（X-VT） O与O1等价因此K=K1 X1=K（X-VT） (2式） X=CT , X1=CT1 (3式) 1、2式相乘带入3式 XX1=K**2（X-VT）（X1+VT1） K= 1 / (1-(V/C)**2)**(1/2) 看不出问题吧？ 下面我来举个简单的例子, 假定P事件发生在3光秒处，O系得到记录，3秒时看到P事件发生在3光秒处，O1系以0.5倍光速向P移动，得到记录，2秒时P事件发生在2光秒处（2秒O1系移近P事件1光秒）。 X=X1+VT1 == 3=2+0.5*2 X1=X-VT == 2=3-0.5*3 ？？？ 这个3秒怎么来的？在O系看P事件是在3秒时发生的！ 引入常数K进行变换 强行变换的结果是从O系看来以为P事件在O1系的速度、时间和距离。 这个结果被无数兢兢业业的物理实验家所证实。因为他们始终站在O系观测实验。 241页：（简述）一运动列车，列车中间一个光信号接收器，地面一个光信号接收器，当车上车下两个接收器重合时，车头和车尾各自发出一个闪光，地面接收器同时收到信号，而光传播是需要时间的，在这段时间内，车又向前运动了，因此列车中间的接收器先接收到车头的光，后接收到车尾光，结论：不同事件的同时性不是绝对的，只是相对概念。 相对论是以光速不变做为前提的，与参照系无关，因此才不用说光源是相对地面静止，还是相对列车静止，列车中间的接收器由于到头尾距离相等，因此按相对论也应该同时收到光信号。 我认为本例的条件不全： 1 火车内的空气对火车静止，火车外的空气对地面静止，火车长度为光在空气中需要T秒通过，闪电发生时作为时间原点，不同的参照系可以建立相同的时间。结果：T/2秒，地面接收器与火车中接收器同时收到两端信号，符合相对论结论，光速不变，与参照系无关。 2 火车内空气对地面静止（无厚度平板），火车速度为V。结果：地面接收器T/2秒同时收到两端信号，火车中(TC/2)/(C+V)秒收到车头信号，(TC/2)(C-V)秒收到车尾信号，符合加利略变换。 246页：用车上人描述物体下落过程是直线，车下人描述物体下落过程是曲线来说明物体运动描述的相对性，这是不对的。只要知道车速，车上人可以计算出车下人应该看到何种曲线，车下人也可以算出车上观测物体是否直线。 246页提到光学畸变，我们就来讨论光学畸变吧： 第二篇 光学畸变(假设在一定条件下光速稳定为C) 以0.1倍光速离我们而去的理想钟，读数是1秒的事件将在0.1秒后被观测到，即1.1秒时看到1秒；读数是2秒的事件将在0.2秒后被观测到，即2.2秒时看到2秒，认为钟时间慢了。且移动速度越快，慢得越明显。 如果2秒后钟不运动了，我们观测它始终比我们慢0.2秒。 现在它以同样速度返回，3秒时的事件被我们在3.1秒看到，还慢0.1秒，到相遇时同步了！钟回来时走的快。 因此双生子悖论和超过光速时间倒流悖论都不会发生。 理想点以a倍光速远去，1秒钟远离a*C(光速)距离，在计时起位置要x秒传过来，点到达a*C的事件将在a+x+1秒传到观察者，观察者认为速度为a*C/(1+a)，速度永远小于光速。a为1时看到以1/2C远离。 理想点以a倍(a小于1)光速靠近，计时位置要x秒传过来，1秒后位置要x+1-a秒传过来，观察者认为速度为a/(1-a)，快于光速。 理想点以光速接近，观察者突然看到它和它以前所有影像。 理想点以a倍(a大于1)光速接近，观察者先看到近端形象，后看到远端形象，以为远离。近处形象要x秒传过来，1秒前形象要1+x+a秒速度为a/1+a，速度越大越接近光速远离。 一条理想尺子，每0.1光秒处有一个刻度，一条静止线段，长0.1光秒，我们观察到线段与尺子重合，长度为0.1光秒。线段离我们远去，1秒后，到达尺子0.1至0.2光秒刻度处，可我们在0.1秒后才观察到近端到达0.1光秒刻度处，0.2秒后才看到远端到达0.2光秒刻度处，就是在1.1秒时我们看到近端到达0.1光秒刻度时，远端还在向0.2光秒刻度处运动，线段短了。1秒后线段停了，我们看到1.1秒时近端不动了，线段远端在1.1秒到1.2秒时继续运动，1.2秒后到达0.2光秒处。 线段在涨长！ 同理向我们运动时线段会变长。线段并没有变，是人的观测结果变了。 第三篇 实验支持 我们都承认重力等效加速度，加速度大时间慢。因此应该定义特定加速度的条件下的铯钟才是标准的。 环球铯钟实验 以静止在实验里的原子钟为标准，让一个原子钟绕地球一周，再与实验室里的原子钟比较，实验详情见http://club.it.sohu.com/read-kpyd-8849-0-14.html 作者用一些相对论公式拟合了结果，结论是："这表明，狭义相对论的时间膨胀效应只有在惯性系中才能给出正确的预言"。就是说本实验不能证明狭义相对论的时间膨胀效应。 双生子悖论 两个相同飞船，各坐双生子中的一个，两飞船匀速直线远去，按相对论，动钟变慢，两人得出相反结论：对方在动，钟比自己慢。当两个飞船以同样加速度变远离为靠近，到相遇时两钟是否相同？这个条件即使用广义相对论解释，也应一致。 如果结论是相同，除了得出相对论动钟慢结论是观测效果，还能如何解释？ 介质对光速有影响 在流动的水中，光速会因水的运动发生变化，这个实验有力支持了我上面叙述的火车接收光实验，要求分空气对地面静止和对火车静止两个情况。 声音无法在真空中传播，光可以在星际空间传播 实验可以得出声音在空气稀薄到什么程度后无法传播，根据规律估算光要是无法传播，需要什么样的真空度，星际空间是否达到了这种稀薄程度。 声速相对论 用声速测量接近声速运动的物理现象，其理论推导同相对论完全相同，也可以得到同相对论同样的结果，仅是用声速替换了光速。前提条件：声音介质中声音传播的速度不变。 引力速度实验 在一个绕恒星的圆轨道上，一个近恒星的行星以飞船相反方向掠过恒星，产生日食（冲日）；如果行星距离飞船，光要走10分钟，当飞船上观察到日食时。行星已经离开三点一线10分钟了；在飞船上测量恒星和行星的引力，三点一线时最大；如果引力与光速相同，观察到日食时，引力最大，如果引力速度快于光速，观察到日食前，引力最大。 可以用弹性绳子的拉力代替引力，用稳定的推进器抵消阻力，测量拉力的传递速度是否可以大于光速。实验效果取决于速度和距离。 声音的粒子性实验 声音传播是需要介质的，这是公认的吧！ 因此声音传播是需要介质中的粒子发挥作用的！ 波速不变原理 在任意一种均匀稳定静止介质中传播的波，相对介质波速不变. 波速的计算方法为：波源发出波到接收器收到波的距离和时间之商。 与波源发出波后的运动无关。 第四篇 相对论的限制条件和可扩展性 爱因斯坦提出两条假设： 1物理定律在一切惯性参考系中都具有相同的数学表达形式。 问题：一辆地面上匀速运动的车上，从车顶，自由掉下一个物体，车上的人，与车下的人所观测到的运动轨迹不是相同的数学表达形式。 2光速不变原理，在彼此相对作匀速直线运动的任一惯性参考系中，所测得的光在真空中的传播速度都是相等的。 问题：人类没有得到过物理意义上的真空，结论先不争论。是否有更普遍的适用范围？ 修正如下： 1物理学定律在相同的条件下重复实验，具有相同的数学表达形式。可以通过坐标变换进行不同参照系间的转换。 2在均匀稳定的介质中，任何波的运动速度都相同。换句话说，任何波的运动速度，仅与介质相关，而与波源发出波后的运动无关。 科学结论，是在描述清楚我们已知的所有有影响条件后，得到我们确定的结果。 科学的发展是发现了以前未知的影响条件，并将新条件补充到原条件后，能够得到更准确结果的过程，就是科学发展了。 除了光，大家应该都承认波是依靠介质传播的，介质是物质，因此波一定会表现出粒子性，这是波粒二象性的本质。没有介质，就没有波，没有物质，就没有物理学。 |