|
纵是绝对参考系存在和光向光速可变，也只是充分缩小洛仑兹变换和相对论力学的有效范围。 相对性原理是相对论的另一个基本原理，它认为，试图在运动物体上做实验以便确定该物体的绝对运动是无意义的。这里所说的实验有静态的（例如静长度、静质量的测量），也有动态的（如动长度、动质量、光速及飞行时钟时率测量），据此，相对性原理也有极限和一般之分。就是说，如果原理中所说的判别实验局限于静态（包括速度无限小实验），则称之为极限相对性原理；如果原理中所说的判别实验为动态，则称之为一般相对性原理。按照这种称呼，前者是后者在V →0的一种特殊情况。 首先我们肯定，极限相对性原理的正确性是客观的，因此，牛顿三大定律在“低速极限”条件下的成立性就有了保证。其次，对于一般相对性原理却要采用扬弃的方法，这个问题留于以后论述。到此为止，我们可以肯定的是： 1、极限相对性原理 若测量系统与被测量系统相对静止（包含速度V→0），则测量结果与系统的整体运动 无关。或者说，运动物体上观察者永远不能用静态（包含V →0）实验来确定该物体的绝对运动。 2、回路平均光速不变原理 在任何惯性参考系中，沿真空中任一闭合路径传播的光信号的回路平均光速都等于常数c，与光源的运动和空间的方位无关。 定义： 绝对参考系（以下简称S0系） 在所有惯性系集合中，总是能找到一个满足下例两个条件的参考系：（1）在S0系上所做的一切物理实验结果与方向的选择无关，即空间是均匀和各向同性的；（2）S0系上观察者有权力宣布他在“以太”（这里，没有优先赋予以太物理性质，可看成是个虚构的量）中静止，因而光速c各向相同。 实际上，（2）仅是（1）的子集。这里所说“绝对”是指用其坐标表述的物理规律最为简单，与牛顿的绝对时空是完全不同的概念。至于绝对参考系是否比一般惯性更具“绝对”的地位，仍是以后是否要对一般相对性原理修改的问题。根据极限相对性原理与绝对参考系的定义，我们有 推论Ⅰ：设S’系相对于绝对参考系S0作匀速直线运动，就描述S’系中发生的静态物理现象（包含速度足够小事件）的规律而言，S’系与S0系是等价的，同时，空间欧几里德性和各向同性保持有效。 现在我们来推导连结S’与S0系的时空变换关系。象通常一样， S0系坐标（x,y,z,t）和S’系坐标（x’,y’,z’,t’）作标准配置（对应坐标保持平行，以两系原点重合时为计时起点），S’系相对于S0系以不变速度v沿x轴的正方向运动。 首先，我们要把各地静止的相同构造的时钟校准。假定在空间的每一点安放一只构造完全相同的钟，如果所有的钟有相同的外部运行环境，则所有的钟同步运行。有了这个条件还不够，我们还要用场信号把各地的时钟指针调节到同步。让我们作这样的假设：最初，S’系在绝对参考系S0中静止，此时，S’系处于光速各向同性的环境中，因而它可以用爱因斯坦方法来把各地放置的时钟校准，后来，S’系经在直线变速运动后以速度v运动。从极限相对性原理可知，S’系在直线变速运动期间，各相对静止的时钟所处的环境是相同的，因此，作匀速直线运动时的各地的时钟也就是校准了的同步静止钟。这种对钟与爱因斯坦假设S’系光速各向同性来对钟的效果完全一致。 另一方面，由S’系测得，沿x’轴正方向传播的光速Cx= C/(1-X)，根据回路平均光速不变原理，则沿x’轴负方向传播的光速C-x= C/(1+X)。参数X表征光信号在S’系中传播速度的方向性，若X=0，则光速在S’系中各向同性的。 1963年Edwards利用回路平均光速不变假设，得到了一个Edwards变换[1]。考虑到S0系的光速各向同性，因此，Edwards变换将化简为： x ’= k ( x + vt ) y’ = y z’ = z t 其中，k=1/(1-β2)1/2 , β= v/c ，v 是在S0系中测得的S’系沿正x轴方向运动速度。t t 故有： x ’= k ( x + vt ) y’ = y z’=z t’= k（t –βx/c） 根据推论Ⅰ，我们有： 对于描述S’系中发生的静态物理现象（包含速度足够小事件）而言，S’系与S0系之间的时空以洛仑兹变换相联系。 类似于Lewis和Tolman的方法，用两个小球沿着y ' 轴碰撞来求质点O'（设S'系原点为质点O'）的质量方程。考虑到y=y' ，即在y'方向的空间是均匀的，而小球在y'上的分速度又足够小；因此两小球在y'上的动量守恒，则质点O'的质量方程为： m=m0/(1-β2)1/2 由此我们有结论Ⅰ： 从S0系上观察，S'系上静止的时钟会以1：1/(1-β2)1/2的倍数变化，沿着x’轴放置的静杆会以1：(1-β2)1/2的倍数变化，质点质量会以1：1/(1-β2)1/2倍数变化。 由此可见，纵是绝对参考系存在和光向光速可变，也只是充分缩小洛仑兹变换和相对论力学的有效范围 |