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[楼主] 作者:jiuguang  发表时间:2006/10/16 19:12
点击:504次

科普性的东西,可以帮助理解,但不严格。里面当然有很多漏洞。找出那些漏洞攻击,意义不大。
建立空间坐标系(参考系),在不大的范围内,没什么困难。常举的例子有船、车、电梯,飞船等。我们不难在其中画出看的见的直线。并用直线建立平面和空间坐标系。
但在加入第4变量-时间后,情况就完全不同了。我们不可能看到一条线的同时。如果仍用船、车等表示时空参考系,效果会大打折扣,同时可能还有误导。
如果真的理解了其中的奥妙,当然会明白牛顿速度与相对论速度是不同的。
观察者一般与时空参考系没有对应关系,这与仅使用空间参考系时是不同的。切记
所谓“第三者”只是一个观察者,他或许可以看到相对运动的空间参考系,但不可能看到相对运动的时空参考系。而在很多情况下,空间参考系也是不可见的。如ECI还日心参考系等。

关于横向多普勒的讨论,则有明显错误。
原文在下面,v=0是不对的,这或许是用科普手法写的。v=0当然是静止,也就没有洛伦兹变换和相对论效应。正确的表述是v< [[[因为光多普勒公式是:
f=sqr[(c+v)/(c-v)] f'
变成周期表达式为:
t=sqr[(c-v)/(c+v)] t'
分子和分母同乘sqr(c-v)得:
t= (1-v/c) [1/sqr(1-vv/cc)] t'
这样当分子中的v=0时,就得到了“时慢公式”:
t= t' /sqr(1-vv/cc)
(注意:分母中的v据说是对任何方向都有效的)]]]]

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 [2楼]  作者:yanghx  发表时间: 2006/10/16 21:34 

“四维速度”概念是以“时慢公式”为基础的?

如果你指的是相对论的“四维速度”,那是与一般的速度定义不同了,
好在狭义相对论的洛伦兹变换以及“时慢尺缩”并不涉及“四维速度”的问题?
相反,“四维速度”概念是建立在洛伦兹变换和尺缩时慢公式基础上的?
所以在探讨“尺缩时慢”问题时,没有必要牵扯到“四维速度”的问题吧?

如果相对论暂时不愿意去面对一些初级的、基本的数学、逻辑错误,
那也只有先积累着,以后慢慢说了?

至于v=0的问题解释一下,其实书上说的很清楚,我也引用了:
(注意:分母中的v据说是对任何方向都有效的)
即:v=0,指的是“v纵 ”分量=0,
而sqr(1-vv/cc)中的v是指的v本身,不是分量,
在“横向多普勒效应”中,这个v就是“v横”,
这是一个表达上的简化,准确的表达是:
因为光多普勒公式是:
f=sqr[(c+v)/(c-v)] f'
变成周期表达式为:
t=sqr[(c-v)/(c+v)] t'
分子和分母同乘sqr(c-v)得:
t= (1-v纵/c) [1/sqr(1-vv/cc)] t'
这样当分子中的v纵=0时,就得到了“时慢公式”:
t= t' /sqr(1-vv/cc)

可是我们由最初的光多普勒公式:
f=sqr[(c+v)/(c-v)] f'
分子和分母同乘sqr(c+v)同样可以得到:
f= (1+v纵/c) [1/sqr(1-vv/cc)] f'
同样当分子中的v纵=0时,却得到了“频胀公式”:
f= f' /sqr(1-vv/cc)
变成周期表达式为:
t= t'  * sqr(1-vv/cc)
这可就不是“时慢公式”了吧?

关键是要注意光多普勒中还有个cosφ,
所以不是v=0的问题,而是φ=0的问题,

光多普勒原始公式为:
光源S'运动的情况:
f= f'[(1-cosφ*v/c) / √(1-vv/cc)]
注意:
左边的频率f总是代表观察者的频率,
一瞥“ ' ”总是代表运动的意思,

所以观测者S'运动的情况表示为:
f'= f[(1-cosφ*v/c) / √(1-vv/cc)]
这就是爱因斯坦给出的原始光多普勒公式(见后面附文),

总之,有了这个cosφ,就不能随便玩游戏了,
对于光源运动就只能是:
f= f'[(1-cosφ*v/c) / √(1-vv/cc)]
当φ=0时,就只能是:
f= f' / √(1-vv/cc)
或观察者运动的情况:
f'= f / √(1-vv/cc)

总之,
观察到的频率>飞船的发射频率,即“频胀效应”(蓝移),
所以周期只能是:
观察到的周期<飞船的发射周期,即“时缩效应”,

=====================================

下面一段引自:
《相对论原理》 (狭义相对论和广义相对论经典论文集) ,
A.爱因斯坦等 , 1980年2月第1版 , 第49页,(超星下载)

如果一个观察者相对于无穷远处频率为f的光源以速度v运动,
设“光源—观察者”间的联线与观察者(在与光源相对静止的坐标系中)
的速度方向之间的夹角为φ,则观察者接收到的光频率f'由下列方程确定:
f'= f[(1-cosφ*v/c) / √(1-vv/cc)]
这就是对任何速度都成立的多普勒原理.
当φ=0,这方程具有以下明晰的形式:
f'= f √[(1-v/c)/(1+v/c)]
我们看到,与通常的观点不同,当v=-c时,f'=∞.

 ====================================
这也许算是一个“脑筋急转弯”的问题?
横向多普勒公式其实是一个“时快公式”,而不是相对论的“时慢公式”?
或者说:横向多普勒公式与“时慢公式”是自相矛盾的?









[楼主]  [3楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2006/10/17 11:20 

并非讨论四维速度,而是应该先搞清楚二维时空。虽然时空是四维的。
狭义相对论以时空参考系为基础,讨论运动物体(尺与钟)。运动物体当然要通过参考系的不同的点,从而可以得出钟胀尺缩的结果(暂假设相对论正确)。而观察者一般只是在一个点观察,观察不同的点必然需要附加的时间,因此观察者所看到的,与通过相对论的洛伦兹变换,得到的时空参考系中反映出来的效应有很大不同。因为光从其他点传来需要的时间x/c远大于相对论效应(二阶),这也是相对论通俗解释中经常出现错误,并误导别人的地方。
横向多普勒效应比较复杂,我还没有完全想清楚。不过狭义相对论的运动都是相对的,或者说没有运动与静止之分,A相对B的运动与B相对A运动没有不同。关于横向多普勒效应的结论,恐怕也成问题。关键是横向多普勒效应是两个点之间的关系,而不是与参考系的关系。
 [4楼]  作者:yanghx  发表时间: 2006/10/17 14:11 

这样论述还难以澄清问题?

这样可能还难以澄清一些问题,
以前相对论者总说我们是想用哲学的方法质疑相对论,
于是我们努力用数学的语言来指出相对论的错误所在,
是不是现在转换了?该由我们来说:你们想用哲学的方法保护相对论吗?

如果要想搞清横向多普勒的问题,
首先要搞清“光多普勒公式”是怎样推导出来的?
可惜呀,大多教科书里都不给出证明过程的,
黄德民给出的算是书里的证明方法之一,
不过结果显然是频率膨胀---时间收缩---不是“时胀公式”,

爱因斯坦论文集里没有给出推导过程,只给出了结果,
可惜那个结果也是频率膨胀---时间收缩,

这个问题很象那个我说过的台风成因和旋向问题,
都以为是“科氏惯性力”作用的结果,
可实际上,北半球的台风都是逆时针的,而北半球的科氏力却是顺时针的,
(南半球的规律与此相反)
方向正好相反,现在总算是基本澄清了,台风的成因和旋向规律是夸赤道季风造成的,
所以北半球夏季台风居多,南半球则相反,冬季台风居多,

还有“副热带高压”相对大陆和赤道是以低空冷高压为主呢?
还是以高空热高压为主?
(这直接关系到三峡大坝对气候的影响大小问题)

这类问题很象是一种“脑筋急转弯”?有时感觉是很奇怪,





[楼主]  [5楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2006/10/17 23:42 

可以确定的是……
严格的按照狭义相对论,可以这样理解。
如果用一列时钟表示参考系(二维时空),一个相对运动的时钟,依次与这些时钟先后相遇。则相对于参考系运动时钟会变慢。而如果认为时钟代表观察者,则观察者可以看到参考系(一列时钟)因为运动而变快了。
横向多普勒效应如果是按后一种解释,即观察者看到一个运动参考系,那么与你所说就一致了,横向多普勒实验似乎也符合这种情况,虽然好象还不是很严格。是否可以有更准确的解释?
如果是另外一种情况,两个互绕旋转的双星,两棵星各有一个相同的标准频率发生器,连续发出脉冲。从一棵星上观察,当该星上的发生器产生N个脉冲的一小段时间内,收到的另外一棵星的脉冲也一定是N个。因为,如果有差异经不断累积,结果就很荒谬了。这种情况小横向多普勒效应是不存在的。
 [6楼]  作者:yanghx  发表时间: 2006/10/18 15:09 

需要仔细分析一下“横向多普勒效应”

细论“横向多普勒效应”

假设(参见图示): http://photo.163.com/photos/yanghx22/101064272/2248522298/>

(看不清的话,可以点击一下图片)

飞船在t1'时刻发出闪光S1,t2'时刻发出S2,
静系在(x1,y)处接收到S1的“当地时间”为t1,
在(x2,y)处接收到S2“当地时间”为t2,
其中:-x1=x2 (对称于原点O)
静系原点O处的观察者接收到S1、S2的时间为T1、T2,

由于两闪光的传播距离L相等:
L1=L2= sqr(x1*x1 + yy)= sqr(x2*x2 + yy)
再由“同系同时”的定义:t=T-L/c 得:
T2-T1=(t2+ L2/c)-(t1+ L1/c)= t2-t1
即:ΔT=Δt

由“时慢公式”有:
t2-t1 = (t2'-t1')/sqr(1-vv/cc)
即:Δt=Δt'/sqr(1-vv/cc)
所以应该有:
ΔT=Δt=Δt'/sqr(1-vv/cc)

可是横向多普勒公式得出的是:
ΔT=Δt'*sqr(1-vv/cc)
即:
ΔT=Δt=Δt'*sqr(1-vv/cc)
这显然与“时慢公式”:
Δt=Δt'/sqr(1-vv/cc)
相矛盾了?

另外如图所示,
由于光源从(x1,y)到(O,y)是“蓝移”,
从(O,y)到(x2,y)是“红移”,
所以估计所谓的“横向多普勒频移”并不存在?

 

[楼主]  [7楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2006/10/19 13:10 

横向多普勒效应是有问题的,至少在某些情况下。
横向多普勒效应如果仅是两个点之间的关系的话,是不能用洛伦兹变换直接推出的。还需要考虑光线传播的时间。
但你的图过于夸张。多普勒效应是一阶效应,牛顿力学与相对论的结果相同。而相对论多出的二阶效应,与一阶效应相比,可以认为是万分之一与亿分之一的对比,当然一般比例还要大很多。测出二阶效应通常是不可能的。
只要两点相距非常远的时候,例如,遥远的恒星,假设恒星相对我们没有纵向速度,则即使有很大的横向速度,我们也看不到角度变化。只有这样,才可以排除一阶效应的影响。但是不是有二阶效应呢?相对论推出的结果是有问题的。因为有些问题它没有考虑。
 [8楼]  作者:杨升山  发表时间: 2006/10/19 20:09 

回复:时间与空间是不能等同的
时空观点
自然界的物质有两个属性,它既有形态,又有不断变化的特征,空间也只是物体形体的线度测量,时间也只是物质变化速度的比较基准,是与周期信号比较后的周期记数。长度和时间的单位尽管千差万别,比较物质变化的原则不应改变。这是两个不同的比较基准,混淆甚至使它们等效是不对的。狭义相对论的推论是不正确的,时光根本不会倒流。空间也不会收缩或膨胀。质量也不会随速度的增大而增加。如果把看到过去的想说成是回到过去,那么,我们可以用录像机与放像机组成时光机器,我们就可以回到过去了。看到的像是过去的事情,是不能再交流的。像毕竟不是物。
对于时间和空间,人们可以用不同的坐标系来表示它,用直角坐标系或使用极坐标系,可以用笛卡儿坐标系,也可以用非欧几何来表示,全凭你的意愿。测量所谓基本粒子,有个测不准原理,我的看法是:测不准原理是不完全正确的,但在目前确实存在这种现象。因为我们目前使用的测量工具是依靠光线这种媒介设计制造的,光线这种媒介对被测物体有作用,对于不大的物体,这种作用力是可以忽略不计的,但对于测量象基本粒子这样小的物体时,这种作用力就不可忽视了,科技进步了,人们会找出测量他们的方法的。我们用手摸,用超声波测量仪,用雷达和测速仪,都是利用对这些信号的规律的认识,我们要开发新的认识自然的工具。
我认为,光线在长时间的运动过程中,必然会受到干扰,能量会减少,那就是我们看到的红移,并不是宇宙在膨胀,再说有些信号并不是直接传到地球上来的,他们经过无数次的反射和折射,许多信息都改变了,区分这些是一个大难题,这些需要广大科学者的共同努力。
每个物质都有各自的时间和空间,为了能够比较,为了交流,为了区分物质,我们还是要有统一的时间和空间基准。理论是人创造的,有了文字,人们才能够广泛交流,我们用语言来表示物质,但不是语言就是物质,不要弄混了。

 [9楼]  作者:yanghx  发表时间: 2006/10/19 21:15 

可是证明“横向多普勒频移”的实验都是“近距离”的?

较近距离时,“横向多普勒频移”的问题是很明显了?

很远距离就很难说了,
首先怎么知道很遥远处的星系(类星体)一定是垂直我们运动的?
其次,观测到的“红移”也可能是一般机械波都具有的“衰减红移”?

而且现在主要用来证明“横向多普勒频移”的实验并不是观测星系红移,
而是1938年美国物理学家IVES和STILWELL的地面近距离实验: “在氢原子极性隧道发射谱上发现了横向多普勒效应”,
(在地球实验室里用电场加速氢离子)
而卢鹤绂和郑铨先生曾经公开发表论文质疑这个实验的有效性,

以及张仲元介绍的snyder和hall(1975年)的实验:
“利用激义的饱和吸收技术测量了运动氖原子吸收的横向多普勒移动。实验中,由电压加速的氖离子在钠蒸气中通过电荷交换变成亚稳态的氖原子(其速度v在1/1000光速左右)。这束氖原子垂直通过形成驻波的激光束,氖原子吸收激光而激发到高能态(2P2)。实验通过探测处于激发态的氖在2P2→1S2跃迁中放出的荧光,来观察饱和吸收度。由于饱和吸收谱线的宽度很窄,因此可以很精确地测定出共振吸收频率。实验在八种不同的速度下,测量了横向多普勒移动,与相对论的预言值(时滞因子K=1/(1-vv/cc)^1/2)符合的精确度达到0.5% 。——张仲元《狭义相对论实验基础》P80 ”

(引自:对snyder(1975年)所做的横向多普勒实验理解不来,诚请指点!
作者:吴沂光(xxx.xxx.xxx.xxx) 2005/07/22 10:38   字节:1K 点击:17次 帖号:67635
当前论坛: [挑战相对论]讨论区 [hongbin.bbs.xilu.com] )



[楼主]  [10楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2006/10/19 22:28 

实验接近于“观测点-运动参考系”型的,因此可得到运动的钟快的结果
张元仲的书我看过。证明横向多普勒效应的实验大概就这一个。
我的记忆中实验用的似乎是平均值。
实验接近于“观测点-运动参考系”型的,因此可得到运动的钟快的结果。
两个点“观测点-发光点”的情况,是另外一种不同的情况。
 [11楼]  作者:yanghx  发表时间: 2006/10/19 23:55 

这个实验值得怀疑,不过也只好以后再说了
看来在“横向多谱勒”情况下,相对论又不用光源与观察者“相对运动”的敷衍方法了?

关键是从理论上讲(如我那张“横向多普勒”图解所示),
如果激光脉冲光源发出的任意两个脉冲S1和S2(或一般光源的两个电场峰值)
都位于Y轴左侧,则必然有纵向分量---产生“蓝移”,
如果S1和S2都位于Y轴右侧,则必然产生“红移”,
所以只有当S1与S2对称于Y轴时,那个周期才算是“横向”?
可惜这个唯一的“横向周期”里产生的蓝移和红移正好相互抵消掉了?
所以从理论上讲,不应该存在“横向多普勒频移”,
可惜现在的任何实验恐怕还难以把这个唯一的“横向周期”控制到严格对称于Y轴吧?

如果能定向接收光信号,那么随着接收角度A的变化,
应该得到一个“角度--频率图”,
随着A从小到大(A:观测方向与X轴的夹角),接收频率应该从低到高递增,
而在(0,y)处,即A=90度处,应该有频移为零:f=f',
不过这要求的测量精度较高,现在的设备可能还难以达到?
但从粗略的“角度--频率图”或许也可以略见一斑?









[楼主]  [12楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2006/10/20 10:37 

实验结论应该用到统计规律
由于没见到论文,难说。
你说的还是一阶效应,与牛顿理论相同。相对论也是一阶近似,没什么两样。
实验的目的显然是要从结果中,体现出二阶小量来,具体通过什么理论和技术做到这一点,现在不得而知,其中应该包括统计规律的。其目的与你的解释有本质的不同。
不过我还要问一下,我现在没有张元仲那本书,请你在看一下,能够确定实验结果不是红移,而是蓝移吗?

 [13楼]  作者:_mercury  发表时间: 2006/10/21 14:38 

水平有一定的提高了
对时间的理解还是比较客观的
[楼主]  [14楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2006/10/23 13:58 

同意你的观点,但时空概念仍有其不可替代的意义。

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