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1 爱因斯坦 和 多普勒 究竟谁在撒谎？（讨论）
物理学家多普勒发现，当一个光源面向我们运动时我们会测量到光波出现蓝移（频率增大周期变小）。当一个光源背离我们运动时我们会测量到光波出现红移（频率减小周期增大）。 其实光波可以看成是原子电磁振动的产物，它所携带的是原子电磁振动的信息。而一个周期性振动的原子自在地就可以被看成是一块天然的钟表，我们可以认为我们从光波中看到的是一块天然钟表的走时情况，于是我们把多普勒的定律换一个叙述的方式就是： 1、 面向观察者运动的钟表，观察者会发现它比自己身边的钟表走的快。 T1=T/（1-u/c） 2、 背离观察者运动的钟表，观察者会发现它比自己身边的钟表走的慢。 T1=T/（1+u/c） 如果不区分“靠近”和“远离”这两个过程，把上面两个公式相乘后再开平方（求几何平均值），那么就得到了爱因斯坦狭义相对论的时间缩涨公式。 现在问题来了，如果多普勒公式描述的是观察者可以测量到的结果，那么爱因斯坦公式描述的是什么？它和哪个观察者观察到的测量结果相对应？因为爱因斯坦公式和多普勒公式不能同时成立，所以必然有一个人是在撒谎，那么究竟是谁在撒谎？大家各抒己见吧。 其实，背离观察者运动的物体上的一切行为、一切周期运动相对于观察者都会减慢；面向观察者运动的物体上的一切行为、一切周期运动相对于观察者都会加快。 问题很简单，假设太阳系以1/2光速突然离我们远去，在距离我们1光年的地方又突然被反弹回来，那么我们会发现我们经过的前3年地球却围绕太阳转了两周，自转了730周，第4年我们度过了1年而地球也围绕太阳转了两周，自转了730周，当它又回到我们身边时什么也没有变，它是过了1460天，我们也是过了1460天。 一切都是因为光速有限，我们在第三年的年末所看到的其实是地球一年以前（第二年年末）留下的图象。 一切周期性运动的机构都可以被看成一块钟表，钟表不是忠实地度量着“客观时间”的仆人，而是我们设计出来用以衡量其它周期运动快慢的中介。如果世界上真有“客观存在的时间”那就奇怪了，因为那样连上帝也会变成被造物。我们把秒针的一个跳动叫做“时间过去了一秒”，其实没有那么一种被叫做“时间”的东西在世界上过去，只有无数的现象出现了又消失，是现象的更替、顶替令我们假设了一个纯数学的数轴用以确定每个现象在数轴上的位置。也就是说“时间”是由我们自己创造的一种“实为虚无的存在”，我们用“钟表”创造了物理的有量时间，而物理学需要这个东西来规划一个观念中的“客观世界”。 关于物体长度尺寸的缩涨也不是爱因斯坦说的那样，也应该区分“靠近”和“远离”这两个不同的过程，看如下推导： 现在假设一列高速行驶的列车面向一个观察者驶来，观察者在O点，在t1时刻他发现车头在A点，车尾在B点，那么AB就是观察者看到的列车长度。 由于车头、车尾的“场景”传到观察者眼睛中都要经过一定的时间，而又因为列车是运动的，所以在观察者看到车头和车尾的t1这个时刻车头的“实物”一定不在A点而是在C点，车尾的“实物”也一定不在B点而在D点，因此CD才是车的“实物”长度（静止时车的长度）。 （本人电脑操作水平有限，同志们自己画图，注意A、B、C、D的位置不能颠倒了。） 那么AB和CD有什么关系呢？ 坚持物理实验得出的结论：光速对任何系统不变。 设车速为u,光速为c，OA=S 车的“实物”长度（列车静止时的长度）CD=L, 车的“象”长度（被观察到的运动列车的长度）AB=L1 那么， 车头“场景”传到观察者眼睛中用的时间是S/c, 车尾“场景”传到观察者眼睛中用的时间是（S+L1）/c, 所以 AC=S*u/c BD=(S+L1)*u/c AB=CD+BD-AC 即 L1=L/(1-u/c) 同样的道理，假设一列火车背离观察者高速离去，那么就有： AC=S*u/c, BD=(S-L1)*u/c AB=CD+BD-AC 即 L1=L/(1+u/c) 结论：当一物体面向观察者运动时，观察者会发现它在运动方向的尺寸加长；当一物体背离观察者运动时，观察者会发现它在运动方向的尺寸缩短。 以上的效果也是相对性的，即当一列车接近一车站时乘客发现车站变长，车站工作人员发现列车变长；当一列车离开一车站时，乘客发现车站变短，车站工作人员发现列车变短。况且这种发现不是虚假感觉，可以设想把列车轨道上标注上尺寸刻度，所谓变长或变短有尺寸刻度为证。 相对运动的参照系中测量同一物体的长度并不相同。这个大的结论和爱因斯坦是一样的，但是具体结果却不一样，分物体是面向观察者运动还是背离观察者运动。 把面向运动的公式和背离运动的公式相乘后开方（求几何平均数），就能得到爱因斯坦公式。 所以我说，络仑兹变换是从纯粹数学推理而来的，没有从现实出发，所以它的结论没有真正反映观察者观察到的真实结果，没有反映现实世界。 ------------------------------------------------------------ 这几天仔细看了大学时自己读过的那几本可怜的《物理学》中关于“洛伦兹变换”的那几行文字，把它在得到变换公式的推导过程中给我造成的迷惑写出来，让大家继续来分析究竟是多普勒说对了还是爱因斯坦说对了。 书本上说： 设有 O1(x1,y1,z1)坐标系和 O2(x2,y2,z2)坐标系， 现在 O2坐标系以速度 u (沿 x轴）相对于 O1坐标系运动。 那么伽利略坐标变换公式为： x1=x2+u*t2 , y1=y2 , z1=z2, t1=t2 x2=x1-u*t1 , y2=y1 , z2=z1, t2=t1 现在根据爱因斯坦的两条基本假设来推倒洛伦兹变换公式。 假设存在常量 r 使得： x1=r(x2+u*t2) ， x2=r(x1-u*t1) (O1,O2两个惯性系中的方程有相同形式） 因为 x1=c*t1 , x2=c*t2 所以得到 r*r=c*c/(c*c-u*u) 请大家注意这样一个问题：无论速度 u 取正值还是负值，以上的推导总是成立的，我们头脑中那个三维的数学坐标系都是有负半轴的，用那个坐标系很难区分两个惯性系“靠近”和“远离”这两个不同的物理过程。所以我说，书本上对洛伦兹变换的那个系数 r 的推导从一开始就把“靠近”和“远离”这两个不同的物理过程主观地假设成了具有绝对相同的物理表达式，即把“靠近”和“远离”这两个不同物理过程中的 r 主观地规定成了同一个系数，这就是爱因斯坦得到那三个著名公式的原因。 从我对多普勒公式的叙述中大家可以看到，其实真正存在的测量结果是需要区分“靠近”和“远离”这两个物理过程的，r 实际上在这两个不同的过程中有两个不同的表达式， 即： r1=1/(1+u/c) 和 r2=1/(1-u/c) 所以出现在书本推导中的 r 应该是这两个表达式的几何平均值。 即 r*r=r1*r2=[1/(1+u/c)]*[1/(1-u/c)]=c*c/(c*c-u*u) 请大家仔细领会多普勒公式我的那一叙述方法，仔细想一想洛伦兹变换是不是存在上述的不严谨. 假设相对O1 运动的坐标系 O2，开始时O2在O1的左边，这时是两个惯性系相互靠近的过程，当两个坐标系原点重合以后就开始变成了两个惯性系相互远离的过程。于是，速度 u 一个为“正”，一个为“负”。那么我们怎么可能在一个表达式中既把 u 写成“正”又把 u 写成“负”呢？ 不如把 速度 u 写成一个“向量”，把光速 c 理解成一个常数，这样 r 就变成了一个复数。 于是我们所推导出来的 r*r 实际上就变成了两个共轭复数的乘积 即：r1=1/(1-u/c) r2=1/(1+u/c) (式中的 u 是一个向量，别作实数理解） |