原创:狭义相对论七问
来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/29 14:42:48
狭义相对论七问
刘朝建
重庆金阳骑龙山庄物业公司,重庆南坪西路68号(400060)
E-mail:liuchaojiann@sohu.com
摘要:本文首先通过对光的运动与实物机械运动的对比分析论证,指出光的运动不是实物机械运动,将建立在实物机械运动基础上的力学相对性原理推广到光学中缺乏事实和理论根据,其真实性,合理性令人质疑:其次,从光学角度讲,光速不变原理与伽利略坐标变换之间并不存在不可调和的矛盾,狭义相对论之所以认为光速不变原理与伽利略坐标变换之间存在不可调和的矛盾,是因为狭义相对论把光的运动等同于了实物机械运动,把光速等同于了实物机械运动的惯性速度:第三,牛顿力学的适用范围是实物机械运动,而光学的适用范围是光的运动:第四,对迈克尔逊——莫雷光学实验科学合理的解释是应用经典光学理论,所谓经典物理学万里晴空的一朵乌云并不是经典物理学存在问题,而是把光看成是“以太”为介质的物质机械波并以此为依据验证地球相对于“以太”的速度在实验方法和原理上是错误的:第五,自然存在的空间并不会随着物质运动状态的改变而改变,也不会随着参照物的改变和参照物的运动状态的改变而改变:第六,狭义相对论的洛伦兹变换在现实中是不能自洽的:第七,现有的物理实验不能确证狭义相对论的物理结论。
关键词:力学相对性原理 光速不变原理 迈克尔逊——莫雷光学实验 洛伦兹变换
中图分类号:0412.1
“人类的大多数制度要求人们的绝对信仰,.而科学的态度则使怀疑成为美德。”
----默顿
1. 光的运动是实物机械运动吗?,将建立在实物机械运动的力学相对性原理推广到光学中有何事实和理论根据?
对任何自然科学理论的认识,不仅要知其然,而且还要知其所以然,不仅要了解自然科学理论讲了什么,而且还要知道自然科学理论的理论前提和依据是什么,是通过什么样的认识方式建立起来的,只有这样对自然科学理论的认识才能是全面和深入的,狭义相对论是建立在光学的光速不变原理与牛顿力学的力学相对性原理的自然推广的基础上的,因此要 理解狭义相对论,就必须全面、正确认识光的运动和实物的机械运动,就必须全面、正确 认识光学和牛顿力学.
光的运动和实物机械运动无论从运动的主体、运动的形式、运动的规律以及描述、刻画的方式都存在着根本的区别, 光的运动主体是电磁场, 实物机械运动主体是实物, 电磁场和 实物是两种性质、形态不同的物质,从运动形式看,光的运动是波动,而实物的运动是机械运动,波动和机械运动是物质的两种不同的运动形态,从运动规律看:光的运动遵循的是光的直线、独立、反射、折射、干涉、衍射、偏振等光学定律和规律,而实物的机械运动遵循的是牛顿力学三大定律和力学相对性原理;从描述、刻画的方式看:光的运动是以光的几何路程、光程、光速、光的传播时间、光的频率、波长等来描述、刻画的、光速是波速、是光程与传播时间之比,其大小由真空介电常数,真空磁导率决定的,光速C与参照坐 标系的选择运动状态无关,始终为一恒值,光速是标量。而对实物的机械运动是用质点、惯性质量、作用力、位矢、惯性速度、惯性加速度等描述、刻画的,惯性速度是位矢对时间的导数,其大小与参照系的选择和运动状态有关。而与真空的介电常数与磁导率无关,在不同的惯性系中,同一实物的惯性速度的大小、方向可能是不同的,在非惯性系中,惯性速度的大小、方向是变化的,而且惯性速度的大小、方向的变化也与作用力的大小、方向有关,惯性速度是矢量。实物的机械运动存在相对静止状态,而光不存在相对静止状态,并且光是由实物——光源产生的。因此,从对光的运动和实物机械运动的分析、比较和论证,可以得出:光的运动和实物的机械运动是两种完全不同的运动
正因为光的运动不同于实物的机械运动,所以伟大的物理学家牛顿才将光学作为与 牛顿力学相独立的理论体系建立的,通过对光的运动和实物机械运动、光学和牛顿力学的对比分析,我们也不难得出:光的运动和实物的机械运动是完全不同的运动,光学和牛顿力学是相互独立的理论体系,因此我们有理由明确:将牛顿力学的力学相对性原理推广到光学的理论和事实依据是什么。
对实物的性质和机械运动规律描述的科学理论是牛顿力学。在牛顿力学中,对实物的机械运动的描述与参照物、参照坐标系的选择和运动状态有关,是以参照物为基准描述的,实物在自然空间中位置描述——位矢就是以参照物为基准的,实物的位矢就是实物在空间中相对于参照物的位置坐标. 参照物选择的改变,位矢的大小、方向会随之改变,位矢对时间的导数——惯性速度的大小、方向也会随之改变。实物的机械运动的描述不仅与参照物、参照坐标系的选择有关,而且与参照物、参照坐标系的运动状态有关。在所选择的参照坐标系中,实物的机械运动遵循牛顿力学定律的参照坐标系称为惯性系,否则,称为非惯性系。因此有:在惯性系中,实物的机械运动都遵循相同的力学规律(即牛顿力学定律),或者说实物的机械运动在惯性系都遵循相同的力学规律(即牛顿力学定律),即在惯性系中是等价的,这就是牛顿力学的伽利略力学相对性原理,因此牛顿力学的力学相对性原理是以实物的机械运动、牛顿力学定律、参照物的选择和运动状态为基础的,因此当我们将牛顿力学的力学相对性原理推广到其它运动形式时,我们应该分析和论证一下其它运动形式与实物的机械运动、牛顿力学定律、参照物的选择和运动状态的关系。
而光的性质和运动规律描述的科学理论是光学,在经典光学理论中,如几何光学、波动光学中,对光的性质和运动规律的描述与参照坐标系的选择和运动状态无关。例如光程是光在透明介质中的几何路程与透明介质的折射率的乗积,而光的几何路程是由光所经过的光学器件在自然空间中的几何距离决定的,它们都与参照物的选择无关,也不以参照物为基准描述的,在光学中,不仅仅是光速与参照物、参照坐标系的选择和运动状态无关,光的几何路程、光程、光速、光的传播时间、光的频率、波长以及光的直线、独立、反射、折射、干涉、衍射、偏振等光学定律和规律都与参照物、参照坐标系的选择和运动状态无关。因为它们都不是以参照物为基准描述的。参照物的改变也自然不会影响到对它们的描述。所以在经典光学理论中,如几何光学、波动光学中对光学现象和实验的计算只需要考虑光学器件在自然空间中的几何距离、几何路程、光学路径、光源特性、介质特性、实验原理等因素,而不需要考虑参照坐标系是否是惯性系,光的性质和运动规律描述 与参照物、参照坐标系的选择和运动状态,与牛顿力学定律无关,而牛顿力学的力学相对性原理与实物的机械运动、牛顿力学定律、参照物的选择和运动状态有关,而且是以此为基础建立的,因此,将牛顿力学的力学相对性原理推广到光学中显然是不合理的,是无视光的性质和运动规律与实物的性质和机械运动规律存在的本质区别,是将牛顿力学的力学相对性原理脱离实际、脱离自然、绝对化、夸大化的结果,这种对自然的认识建立在某些物理学家主观臆测上,而不是建立在客观事实的分析和论证上的,这种认识方式,显然不符合科学客观性、严谨性的要求
2.对光速不变原理的认识是应该建立在光学,还是力学上?从光学角度上讲光速不变原理与伽利略变换之间是否存在不可调和的矛盾?
光速不变原理严格上也可称为光速不变定律,其真实物理含义为:光程与光的传播时间成正比,其比值为一恒值,其大小由真空的介电常数与磁导率决定,正因为光程与光的传播时间成正比,所以在经典光学理论中,是利用计算光程来实现光的传播时间的计算,从而实现对光的干涉条纹的计算.光程与光的传播时间成正比也是光的运动与实物机械运动,光速与惯性速度的本质区别之一
在伽利略坐标变换中,时间和空间的大小保持不变,因此,在伽利略坐标变换下,物体之间的几何位置和距离保持不变,光在物体之间通过的光的几何路程,光程,光的传播时间,光所经过的介质性质(折射率)也将保持不变,自然光程与光的传播时间之比----光速也将保持不变,因此伽利略坐标变换与光速不变原理并不存在不可调和的矛盾,关键在于如何正确认识光的运动. 与光速不变原理矛盾的是伽利略速度变换法则,这并不意味伽利略速度变换法则是错误的,只不过是建立在实物机械运动,惯性速度基础上的伽利略速度变换法则不适用于光的运动。
狭义相对论之所以认为光速不变原理与伽利略坐标变换存在矛盾,是因为它把光的运动看成是实物机械的运动,把光程等同于位矢,把光速等同于惯性速度。实物的位矢、惯性速度都是以参照物为基准描述的,参照物、参照坐标系的改变必然会使实物的位矢、惯性速度的大小方向发生改变。因此在伽利略坐标变换中。实物的位矢、惯性速度的大小方向是改变的,如果把光程等同于位矢、把光速等同于惯性速度,则无疑会得出光速不变原理与伽利略坐标变换存在矛盾的错误结论。事实上,正如前面分析、论证的:光的运动和实物机械运动、光程与位矢、光速与惯性速度在物理性质和概念上存在着本质区别。因此将光的运动等同于实物的机械运动,并以此为依据得到的光速不变原理与伽利略坐标变换之间存在矛盾的结论同样是没有事实和理论根据的,不是建立在以客观事实为依据的严谨的分析和论证上,而是主观的,依赖于直觉的认识结果
3.科学理论的适用范围是什么?
任何科学理论和结论都是建立在一定客观事实基础之上,总是在一定范围内适用,超出其适用范围,科学的真理也会变成谬论。在物理学中,经典光学和牛顿力学是两种相互独立的理论体系。经典光学理论是建立在对光的观察、实验所得到的现象、数据的分析、归纳之上,是被实践所反复验证的,是对光的性质和运动规律客观、真实的反映和描述。对光学现象、光学实验只能用光学理论去分析、计算才可能得到正确答案,而用牛顿力学的理论、计算方法不可能得到正确的结果。而牛顿力学是建立在对实物的机械运动观察、实验所得到的现象、数据的分析、归纳之上,也被实践所反复验证的,是对实物的机械运动性质和运动规律客观、真实的反映和描述,对实物的机械运动只有正确使用牛顿力学理论和计算方法才有可能得到正确答案,而用光学的理论和计算方法同样不可能得到正确的结果。然而在狭义相对论中,是用光学实验——迈克尔孙——莫雷光学实验去证明牛顿力学的完备性的。
4. 所谓经典物理学万里晴空的一朵乌云是经典物理学存在问题?还是把光看成是“以太”为介质的物质机械波并以此为依据验证地球相对于“以太”的速度在实验方法和原理上是错误 ?
对任何自然科学理论的实验论证,实验的方法和原理必须是正确的,实验的结果才具有客观性、真实性,对自然科学理论的论证才具有客观性、严谨性。假定是一种主观的猜测和想象,是一种尚待用客观事实验证的、既可能成立,也可能不成立的、不确定的结论,我们可以用实验验证假定是否成立,但是这并不意味着可以以假定为实验前提和依据去论证自然科学理论,科学的实验只有以确定的客观事实为前提,实验的结果才具有确定性,以不确定的假定为前提的实验其结果也是不确定的,以迈克尔逊——莫雷光学实验为例,迈克尔逊——莫雷光学实验是假定光是“以太”为介质的物质机械波,并以此为前提用迈克尔逊——莫雷光学干涉仪去验证地球相对于“以太”的速度,如果光是“以太”为介质的物质机械波是成立的,则由迈克尔逊——莫雷光学实验得出的地球相对于“以太”的速度为零的结论是成立的,如 果光是“以太”为介质的物质机械波是不成立的,则迈克尔逊——莫雷光学实验以此为根据去验证地球相对于“以太”的速度在实验的方法和原理上是错误的,由此而得的地球相对于“以太”的速度为零的结论是错误的,正因为光是“以太”为介质的物质机械波是不确定的假定,以此为根据得到的地球相对于“以太”的速度为零的结论同样是不确定的,用这种不确定的结论去验证经典物理学理论在认识方法上是不客观的、不严谨的。如果要用迈克尔逊——莫雷光学干涉仪去验证地球相对于“以太”的速度,必须首先证明光是“以太”为介质的物质机械波成立。
现代物理学普遍认为光是“以太”为介质的物质机械波是不成立的,这实际上等于承认,迈克尔逊——莫雷光学实验以此为根据去验证地球相对于“以太”的速度在实验的方法和原理上是错误的,从迈克尔逊——莫雷光学实验中唯一能够确定的结论是:没有发现干涉条纹的移动。
经典物理学理论是建立在对自然观察、实践所得的客观事实的分析和论证上的,牛顿力学是建立在对自然的实物的机械运动的观察、实践所得到的现像、数据的分析和论证上的,而光学是建立在对自然的光的运动的观察、实践所得到的现像、数据的分析和论证上的,而不是建立在某种主观的假定上,不是建立在光是“以太”为介质的物质机械波的假定上的,把光假定为“以太”为介质的物质机械波仅仅是某些物理学家的主观想象,光是“以太”为介质的物质机械波不成立,这只能证明某些物理学家把光假定为“以太”为介质的物质机械波的主观想象、臆测是错误的,而不能证明经典物理学理论存在问题, 对迈克尔逊——莫雷光学实验科学合理的解释是用对自然观察、实践所得的客观事实的分析和论证得到的经典光学理论——波动光学和几何光学,而不是用想象出的理论——光是“以太”为介质的物质机械波或把光等同于实物的机械运动去解释,即便经典光学理论——波动光学和几何光学不能正确解释迈克尔逊——莫雷光学实验,那也只能说明经典光学理论——波动光学和几何光学尚需完善,而不能说明牛顿力学存在问题,因为光的运动和实物的机械运动是两种完全不同的运动。
在经典光学理论中,光的几何路程是由光所经过的光学器件的几何距离决定的,而光程是由光的几何路程和光所经过的介质特性(折射率)决定的,在迈--莫光学实验中,无论迈--莫干涉仪如何运动,反射镜与半透镜的几何距离始终保持不变,而光所经过的介质特性(折射率)也没有改变,因此,光的几何路程,光程也必然保持不变,自然光程差也将保持不变,光程差不变,又何来干涉条纹的移动
因此可以得出:迈克尔逊——莫雷光学实验并不能证明经典物理学理论存在问题,所谓现代物理学头上的一朵“乌云”——地球相对于“以太”的速度为零的结论,并不是由经典物理学理论引起的,而是某些物理学家主观假定光是“以太”为介质的物质机械波,并以此为根据验证地球相对于“以太”的速度在实验的方法和原理上是错误的,
对科学实验只有正确利用科学理论才有可能得到符合实验现象和结果的解释,然而在相对论中,不是利用建立在观察和实践基础上的科学理论--经典光学理论去解释迈--莫光学实验,而是把光主观的假定为以以太为介质的物质机械波,并以此为根据去解释迈--莫光学实验,当他们不能够正确得到符合实验现象和结果的解释的时候,他们不是怀疑他们对光的认识是错误的,不是怀疑他们对迈--莫光学实验的解释方法是错误的,而是怀疑经典光学理论,牛顿力学存在理论问题。
5. 自然存在的空间是否会随着物质运动状态的改变而改变,是否会随着参照物的改变和参照物的运动状态的改变而改变?
自然界中,自然物质的性质和规律是一种客观存在、自然存在和现实存在,自然科学理论只不过是对这种客观存在、自然存在和现实存在的能动反映,自然空间也是一种客观存在、自然存在和现实存在。自然空间的性质是绝对的、第一性的,它不依赖于人的观念的存在而存在。也不会随着人的主观意志的改变而改变,它能被我们感觉所感知,也能被我们所描述、模拟、刻画和反映。对自然空间性质的认识只能建立在对自然空间这种自然存在观察、实验上,而不能建立在主观想象上。
自然空间的大小是不变的,它不会随着物质运动状态的改变而改变,物质运动状态的改变只是改变了物质自身运动状态,而不会改变自然空间的大小。例如,在实验室中,将电子加速到光速,无论是加速器、地球、宇宙,它们的大小都没有发生改变,改变的只是被加速电子的运动状态。因此,认为自然空间会随着物质运动状态的改变而改变是没有现实根据的,也是与现实中对自然空间的观测是不符的。
自然空间无所谓运动或静止。因为运动的主体自然物质,是自然物质在自然空间上的运动。自然空间是运动的客体。如果自然空间是运动或静止,就会得到自然空间在自然空间运动或静止,这在概念上是“自举”的,因此,绝对静止的空间是认识上的错误。
对自然空间的描述、模拟是以人为主观假定为静止的物质——参照物为基准的数学坐标系上的。因此任何惨照坐标系都是人为主观的产物,而不是一种客观存在、自然存在和现实存在,它只存在于人的思维、观念中,它会随着人们的主观需要的改变而改变。例如,人们既可以设定地球为参照物,也可以选择太阳为参照物,这完全取决于人们的主观需要。任何参照系都是相对的、第二性的、它们都是对自然空间的模拟和反映。
参照坐标系在形式上是主观的,但是它反映的内容却是客观的真实的,即是对自然空间性质的真实模拟和反映。自然空间的大小是不变的,因此无论选择何种物质为参照物,数学坐标空间的大小都不应该发生改变,这正是伽利略坐标变换的理论基础。因此伽利略坐标变换并不是建立在某种主观的假定上,而是来自于对现实的、自然存在的自然空间性质的模拟、刻画,来自于对现实的、自然存在的自然空间的观察、实验上。
参照坐标系是三维正实空间,而不是一维、二维空间,其方向为参考方向,同样来自于对现实、自然存在的自然空间性质的模拟、刻画,来自于对现实的、自然存在的自然空间的观察和实验的结果。
狭义相对论认为空间是随物质运动状态的改变而改变的,但是相对论却没有指出是自然空间随着物质运动状态改变而改变,还是认识上的空间——参照坐标空间是随物质运动状态的改变而改变的,自然空间的大小显然是不会变化的,如果参照坐标系的坐标空间是变化的,这与自然空间大小不变是矛盾的,即参照坐标系没有能够客观、真实地反映自然空间的性质。
也有物理学家宣称狭义相对论的的空间的大小随着物质的运动状态的改变而改变结论是指对自然存在的空间的大小的观测随着参照物的改变和参照物的运动状态的改变而改变,人类对自然的观测同样是一种认识---感性认识,如果自然存在的空间的大小不会随着物质的运动状态的改变而改变,也不会随着参照物的改变和参照物的运动状态的改变而改变,而我们对自然存在的空间的大小的观测随着参照物的改变和参照物的运动状态的改变而改变,那只能说明我们对自然存在的空间的大小的观测没有客观、真实地反映自然存在的空间的性质,更何况对自然存在的空间的大小的观测随着参照物的改变和参照物的运动状态的改变而改变的结论并不是建立在业已进行的观测和实践上,其客观性、真实性、合理性本身就应受到质疑,实际上狭义相对论的空间的大小随着物质的运动状态的改变而改变的结论是建立在理论推导----洛伦兹变换的性质上的,某些物理学家宣称狭义相对论的空间的对自然存在的空间的大小的观测随着参照物的改变和参照物的运动状态的改变而改变,,是为了回避自然存在的空间的大小不会随着物质的运动状态的改变而改变,也不会随着参照物的改变和参照物的运动状态的改变而改变与狭义相对论的洛伦兹变换得出的参照坐标系的空间大小随着参照物的改变和参照物的运动状态的改变而改变之间的矛盾而作出的先入为主的解释。
狭义相对论对空间性质的认识并不是来源于对自然空间这种自然存在的观察、实验上。而是建立在主观的产物——为了调和把光速等同于实物机械运动的惯性速度而产生的光速不变原理与伽利略速度变换法则之间的矛盾,而人为“构造”的洛伦兹变换性质上,是将主观的产物——参照坐标系变换的性质客观化、绝对化的结果。正如爱因斯坦所言;“迄今为止,我们的经验证实我们有理由相信,自然是可以想象得到的最简单的数学观念的表现,我坚信我们能够通过纯粹的数学推论的方法来发现概念和那些结合在一起的规律,它是我们理解自然的关键。”这句话无疑是对狭义相对论认识观最好的体现。即自然是数学观念的表现。不是用数学方法、模型模拟、反映自然,而是自然符合数学观念、推论、模型,对自然的认识不是建立在观察、实验上,而是建立在主观的推测上。不是参照坐标系的性质符合自然空间的性质。而是自然空间的性质符合参照坐标系的性质,这无疑是将人的主观产物——数学方法、原理客观化、绝对化的结果,是将人的观念放在第一性的,自然存在放在第二性的唯心主义世界观,如果宗教是神的“创世观”,那么狭义相对论的认识观就是用科学语言——数学语言“构造”自然的人的“创世观”。
6. 狭义相对论的洛伦兹变换在现实中是否能自洽?
假定机场A与机场B真实距离为一万公里,一架飞机在t=0时,从机场A以1000Km/h匀速直线飞往机场B,设起飞、降落时间极为短暂,忽略不计,在飞机上、机场A、B各固定一个时钟,因为机场A与B是相对静止的,所以有t1=t2。
如果设地面为参照物,则飞机从机场A飞往机场B的时间为:
t1=t2=10000Km/1000Km/h=10h
因此,飞机应在地面时刻t=10时到达机场B,根据狭义相对论的结论:运动的时钟比静止的时钟慢。因此,到达机场B应有飞机上的时钟应指向t0=t2/k,(k>1)
因为参照物是人为设定的,同样可以设定飞机为参照物,则机场A相对于飞机以1000Km/h作匀速直线运动,因为飞机到达机场B时,飞机的时钟指向t0=10/k时(k>1),可以得到飞机为参照物时,在机场B的飞机与机场A的距离为:
1000Km/h*(10/k)h=10000/kKm (k>1).
这显然与机场A、B相距一万公里不符,并且根据狭义相对论的惯性系等价原理和洛伦兹变换,当以飞机为参照物时,是地面上的时钟相对于飞机在运动,因此同样有地面上的时钟比飞机上的时钟慢成立,即有t1=t2=t0/k (k>1),如果飞机到达机场B,飞机的时钟指向时刻10/k时,则地面上的时钟应指向:
t1=t2=t0/k=(t0/k)/k=10/k2时,(k>1),这与地面上的时钟指向10时显然不符。
相同的问题由一位不知道相对论的小学生和物理学家来回答其结果会怎样?小学生的回答可能会很简单:飞机和地面的时钟都指向10点,没有比这更合理、更合乎客观现实的结论了,在现实中,我们不可能坐一次飞机,两个机场的距离就缩短或升长一节,因此无论是以飞机为参照物,还是以地面为参照物,如果以时速1000公里运动10000公里,所需时间都是10小时,如果运动开始时刻都为0点,那结束时刻必都为10点。这一结论无疑是符合伽利略变换的,而且这一结论完全是从现实角度,不是从任何数学变换得到的。而物理学家却未必能得出这一结论,因为物理学家相信狭义相对论的运动的时间会变慢,这使我想到安徒生笔下的《〈皇帝的新装〉》,皇帝身上什么也没穿,为什么大人都说皇帝穿着华丽的衣服,只有小孩说出了真相,因为大人都先入为主地将骗子的话作为标准:只有傻瓜才看不见皇帝穿着华丽的衣服,如果我们也先入为主地将狭义相对论的运动的时间会变慢的结论看成是不可怀疑的真理,我们同样会无视客观事实,无视狭义相对论存在的问题,所以在科学上要提倡批判和怀疑的精神。
因此,狭义相对论的时空变换在现实中是难以自洽的,当分别设定地面、飞机为参照物时,在惯性系等价原理和洛伦兹变换下,得到飞机上的时钟相对于地面上的时钟又慢又快难以自洽的结论,并且在空间上也得不到与现实空间相一至的结论。从这一事例可以看出:用一个时钟相对于另一个时钟运动是不能证明狭义相对论的,显然,只有当k=1时,上述结论就是自洽的,而且也是与现实符合的,但这是伽利略变换,而不是洛伦兹变换,这说明伽利略变换在现实中是自洽的,也是符合现实的。
狭义相对论之所以产生这种现象,是因为狭义相对论对时间、空间的认识不是来源于现实和自然,而是来自于为了调和把光速等同于实物惯性速度而产生的光速不变原理与伽利略速度变换法则之间的矛盾,而人为“构造”的洛伦兹变换性质上。这虽然实现了光速以参照物为基准的坐标变换下的不变性,却难以使时间、空间变换在现实中是自洽的,与现实相一至的。
7. 现有的物理实验是否能确证狭义相对论的物理结论?
对任何物理理论的实验验证必须是客观的,严谨的,不仅要证明实验的结果和理论的推测具有相似性,而且还要分析和论证实验结果和理论之间是否存在内在的逻辑必然联系性,即分析和证明实验结果是理论所描述的内在规律所产生的唯一的必然结果,而不是其他因素导致的结果。任何物理实验都具有不确定性。诸多因素如实验环境、方法、原理、观测的方法、原理、过程都有可能对实验结果产生根本性的影响,而且任何实验都只能观测到客观事物的表象,而非本质,如果不验证实验结果与理论之间存在内在的逻辑必然联系性,不同的人从不同的认识立场、角度、观念出发,就会对实验结果作出不同的解释,也不能排除实验结果与理论的推测相似只是一种偶然巧合,而不是必然。正如算命先生的话有时也会应证,但我们不能以此为依据证明算命先生的话就是真理 。同样我们也不能因为某些实验结果、现象与理论推测具有相似性,就可以将这些实验作为理论客观性、真实性的证明依据。
无论是“高速粒子寿命增长”还是“高速电子质量变重”等实验现象与狭义相对论之间缺乏内在的逻辑必然联系的分析和论证,用这些实验也难以有效证明狭义相对论的客观性、真实性。例如,“高速粒子寿命增长”就是假定粒子在静止和运动时寿命不变的,如果不排除粒子寿命与运动状态无关,那我们将难以确认粒子寿命延长是粒子运动状态发生改变产生的,还是“时间膨胀”产生的。又如“高速电子质量变重”现象。电子的质量是利用电子在静电场、静磁场中的偏转测量的,经典静电场、静磁场理论中静电场、静磁场是恒稳场,电磁场的作有与电子的运动状态无关,电子在静电场、静磁场中是不产生辐射的。而事实上,电子在静电场、静磁场中运动越快,辐射越强,这说明静电场、静磁场的作用也是与电子运动有关的,这说明经典静电场、静磁场是不完备的,以此为依据得到的“高速电子质量变重”的结论也是存在疑问的,因此,这些实验与其说是证明狭义相对论的客观性、真实性,不如说是狭义相对论对实验现象作出的先入为见的解释。
任何尚待验证的理论其客观性、真实性是不确定的,不能先入为见以理论为真地证明它,而应该坚持理性的批评、怀疑的态度,只有这样验证的结果和过程才具有严谨性、客观性、真实性。才能避免个人的主观倾向。
总之,科学真理是建立在事实上的,是建立在以客观事实为依据的分析和论证上,而不是建立在假设上。任何假设都是一种主观猜测、想象,是一种尚待证明的结论。而不是不证明自明的绝对真理。任何假设都是需要证明的,假设也只有通过严格的以事实为依据的分析和论证,才能上升为科学的结论,才能成为科学理论的基础。对自然的认识不可能建立在想象上,用想象去“构造”自然,只能通过对自然的观察、实验去认识。
参考文献
1.程守洙、江之永主编<<普通物理学>> 高等教育出版社
2.高政祥主编<<原子和亚原子物理学>>北京大学出版社
3.彭恒武、徐锡申主编<<理论物理基础>>北京大学出版社
狭义相对论七问
刘朝建
重庆金阳骑龙山庄物业公司,重庆南坪西路68号(400060)
E-mail:liuchaojiann@sohu.com
摘要:本文首先通过对光的运动与实物机械运动的对比分析论证,指出光的运动不是实物机械运动,将建立在实物机械运动基础上的力学相对性原理推广到光学中缺乏事实和理论根据,其真实性,合理性令人质疑:其次,从光学角度讲,光速不变原理与伽利略坐标变换之间并不存在不可调和的矛盾,狭义相对论之所以认为光速不变原理与伽利略坐标变换之间存在不可调和的矛盾,是因为狭义相对论把光的运动等同于了实物机械运动,把光速等同于了实物机械运动的惯性速度:第三,牛顿力学的适用范围是实物机械运动,而光学的适用范围是光的运动:第四,对迈克尔逊——莫雷光学实验科学合理的解释是应用经典光学理论,所谓经典物理学万里晴空的一朵乌云并不是经典物理学存在问题,而是把光看成是“以太”为介质的物质机械波并以此为依据验证地球相对于“以太”的速度在实验方法和原理上是错误的:第五,自然存在的空间并不会随着物质运动状态的改变而改变,也不会随着参照物的改变和参照物的运动状态的改变而改变:第六,狭义相对论的洛伦兹变换在现实中是不能自洽的:第七,现有的物理实验不能确证狭义相对论的物理结论。
关键词:力学相对性原理 光速不变原理 迈克尔逊——莫雷光学实验 洛伦兹变换
中图分类号:0412.1
“人类的大多数制度要求人们的绝对信仰,.而科学的态度则使怀疑成为美德。”
----默顿
1. 光的运动是实物机械运动吗?,将建立在实物机械运动的力学相对性原理推广到光学中有何事实和理论根据?
对任何自然科学理论的认识,不仅要知其然,而且还要知其所以然,不仅要了解自然科学理论讲了什么,而且还要知道自然科学理论的理论前提和依据是什么,是通过什么样的认识方式建立起来的,只有这样对自然科学理论的认识才能是全面和深入的,狭义相对论是建立在光学的光速不变原理与牛顿力学的力学相对性原理的自然推广的基础上的,因此要 理解狭义相对论,就必须全面、正确认识光的运动和实物的机械运动,就必须全面、正确 认识光学和牛顿力学.
光的运动和实物机械运动无论从运动的主体、运动的形式、运动的规律以及描述、刻画的方式都存在着根本的区别, 光的运动主体是电磁场, 实物机械运动主体是实物, 电磁场和 实物是两种性质、形态不同的物质,从运动形式看,光的运动是波动,而实物的运动是机械运动,波动和机械运动是物质的两种不同的运动形态,从运动规律看:光的运动遵循的是光的直线、独立、反射、折射、干涉、衍射、偏振等光学定律和规律,而实物的机械运动遵循的是牛顿力学三大定律和力学相对性原理;从描述、刻画的方式看:光的运动是以光的几何路程、光程、光速、光的传播时间、光的频率、波长等来描述、刻画的、光速是波速、是光程与传播时间之比,其大小由真空介电常数,真空磁导率决定的,光速C与参照坐 标系的选择运动状态无关,始终为一恒值,光速是标量。而对实物的机械运动是用质点、惯性质量、作用力、位矢、惯性速度、惯性加速度等描述、刻画的,惯性速度是位矢对时间的导数,其大小与参照系的选择和运动状态有关。而与真空的介电常数与磁导率无关,在不同的惯性系中,同一实物的惯性速度的大小、方向可能是不同的,在非惯性系中,惯性速度的大小、方向是变化的,而且惯性速度的大小、方向的变化也与作用力的大小、方向有关,惯性速度是矢量。实物的机械运动存在相对静止状态,而光不存在相对静止状态,并且光是由实物——光源产生的。因此,从对光的运动和实物机械运动的分析、比较和论证,可以得出:光的运动和实物的机械运动是两种完全不同的运动
正因为光的运动不同于实物的机械运动,所以伟大的物理学家牛顿才将光学作为与 牛顿力学相独立的理论体系建立的,通过对光的运动和实物机械运动、光学和牛顿力学的对比分析,我们也不难得出:光的运动和实物的机械运动是完全不同的运动,光学和牛顿力学是相互独立的理论体系,因此我们有理由明确:将牛顿力学的力学相对性原理推广到光学的理论和事实依据是什么。
对实物的性质和机械运动规律描述的科学理论是牛顿力学。在牛顿力学中,对实物的机械运动的描述与参照物、参照坐标系的选择和运动状态有关,是以参照物为基准描述的,实物在自然空间中位置描述——位矢就是以参照物为基准的,实物的位矢就是实物在空间中相对于参照物的位置坐标. 参照物选择的改变,位矢的大小、方向会随之改变,位矢对时间的导数——惯性速度的大小、方向也会随之改变。实物的机械运动的描述不仅与参照物、参照坐标系的选择有关,而且与参照物、参照坐标系的运动状态有关。在所选择的参照坐标系中,实物的机械运动遵循牛顿力学定律的参照坐标系称为惯性系,否则,称为非惯性系。因此有:在惯性系中,实物的机械运动都遵循相同的力学规律(即牛顿力学定律),或者说实物的机械运动在惯性系都遵循相同的力学规律(即牛顿力学定律),即在惯性系中是等价的,这就是牛顿力学的伽利略力学相对性原理,因此牛顿力学的力学相对性原理是以实物的机械运动、牛顿力学定律、参照物的选择和运动状态为基础的,因此当我们将牛顿力学的力学相对性原理推广到其它运动形式时,我们应该分析和论证一下其它运动形式与实物的机械运动、牛顿力学定律、参照物的选择和运动状态的关系。
而光的性质和运动规律描述的科学理论是光学,在经典光学理论中,如几何光学、波动光学中,对光的性质和运动规律的描述与参照坐标系的选择和运动状态无关。例如光程是光在透明介质中的几何路程与透明介质的折射率的乗积,而光的几何路程是由光所经过的光学器件在自然空间中的几何距离决定的,它们都与参照物的选择无关,也不以参照物为基准描述的,在光学中,不仅仅是光速与参照物、参照坐标系的选择和运动状态无关,光的几何路程、光程、光速、光的传播时间、光的频率、波长以及光的直线、独立、反射、折射、干涉、衍射、偏振等光学定律和规律都与参照物、参照坐标系的选择和运动状态无关。因为它们都不是以参照物为基准描述的。参照物的改变也自然不会影响到对它们的描述。所以在经典光学理论中,如几何光学、波动光学中对光学现象和实验的计算只需要考虑光学器件在自然空间中的几何距离、几何路程、光学路径、光源特性、介质特性、实验原理等因素,而不需要考虑参照坐标系是否是惯性系,光的性质和运动规律描述 与参照物、参照坐标系的选择和运动状态,与牛顿力学定律无关,而牛顿力学的力学相对性原理与实物的机械运动、牛顿力学定律、参照物的选择和运动状态有关,而且是以此为基础建立的,因此,将牛顿力学的力学相对性原理推广到光学中显然是不合理的,是无视光的性质和运动规律与实物的性质和机械运动规律存在的本质区别,是将牛顿力学的力学相对性原理脱离实际、脱离自然、绝对化、夸大化的结果,这种对自然的认识建立在某些物理学家主观臆测上,而不是建立在客观事实的分析和论证上的,这种认识方式,显然不符合科学客观性、严谨性的要求
2.对光速不变原理的认识是应该建立在光学,还是力学上?从光学角度上讲光速不变原理与伽利略变换之间是否存在不可调和的矛盾?
光速不变原理严格上也可称为光速不变定律,其真实物理含义为:光程与光的传播时间成正比,其比值为一恒值,其大小由真空的介电常数与磁导率决定,正因为光程与光的传播时间成正比,所以在经典光学理论中,是利用计算光程来实现光的传播时间的计算,从而实现对光的干涉条纹的计算.光程与光的传播时间成正比也是光的运动与实物机械运动,光速与惯性速度的本质区别之一
在伽利略坐标变换中,时间和空间的大小保持不变,因此,在伽利略坐标变换下,物体之间的几何位置和距离保持不变,光在物体之间通过的光的几何路程,光程,光的传播时间,光所经过的介质性质(折射率)也将保持不变,自然光程与光的传播时间之比----光速也将保持不变,因此伽利略坐标变换与光速不变原理并不存在不可调和的矛盾,关键在于如何正确认识光的运动. 与光速不变原理矛盾的是伽利略速度变换法则,这并不意味伽利略速度变换法则是错误的,只不过是建立在实物机械运动,惯性速度基础上的伽利略速度变换法则不适用于光的运动。
狭义相对论之所以认为光速不变原理与伽利略坐标变换存在矛盾,是因为它把光的运动看成是实物机械的运动,把光程等同于位矢,把光速等同于惯性速度。实物的位矢、惯性速度都是以参照物为基准描述的,参照物、参照坐标系的改变必然会使实物的位矢、惯性速度的大小方向发生改变。因此在伽利略坐标变换中。实物的位矢、惯性速度的大小方向是改变的,如果把光程等同于位矢、把光速等同于惯性速度,则无疑会得出光速不变原理与伽利略坐标变换存在矛盾的错误结论。事实上,正如前面分析、论证的:光的运动和实物机械运动、光程与位矢、光速与惯性速度在物理性质和概念上存在着本质区别。因此将光的运动等同于实物的机械运动,并以此为依据得到的光速不变原理与伽利略坐标变换之间存在矛盾的结论同样是没有事实和理论根据的,不是建立在以客观事实为依据的严谨的分析和论证上,而是主观的,依赖于直觉的认识结果
3.科学理论的适用范围是什么?
任何科学理论和结论都是建立在一定客观事实基础之上,总是在一定范围内适用,超出其适用范围,科学的真理也会变成谬论。在物理学中,经典光学和牛顿力学是两种相互独立的理论体系。经典光学理论是建立在对光的观察、实验所得到的现象、数据的分析、归纳之上,是被实践所反复验证的,是对光的性质和运动规律客观、真实的反映和描述。对光学现象、光学实验只能用光学理论去分析、计算才可能得到正确答案,而用牛顿力学的理论、计算方法不可能得到正确的结果。而牛顿力学是建立在对实物的机械运动观察、实验所得到的现象、数据的分析、归纳之上,也被实践所反复验证的,是对实物的机械运动性质和运动规律客观、真实的反映和描述,对实物的机械运动只有正确使用牛顿力学理论和计算方法才有可能得到正确答案,而用光学的理论和计算方法同样不可能得到正确的结果。然而在狭义相对论中,是用光学实验——迈克尔孙——莫雷光学实验去证明牛顿力学的完备性的。
4. 所谓经典物理学万里晴空的一朵乌云是经典物理学存在问题?还是把光看成是“以太”为介质的物质机械波并以此为依据验证地球相对于“以太”的速度在实验方法和原理上是错误 ?
对任何自然科学理论的实验论证,实验的方法和原理必须是正确的,实验的结果才具有客观性、真实性,对自然科学理论的论证才具有客观性、严谨性。假定是一种主观的猜测和想象,是一种尚待用客观事实验证的、既可能成立,也可能不成立的、不确定的结论,我们可以用实验验证假定是否成立,但是这并不意味着可以以假定为实验前提和依据去论证自然科学理论,科学的实验只有以确定的客观事实为前提,实验的结果才具有确定性,以不确定的假定为前提的实验其结果也是不确定的,以迈克尔逊——莫雷光学实验为例,迈克尔逊——莫雷光学实验是假定光是“以太”为介质的物质机械波,并以此为前提用迈克尔逊——莫雷光学干涉仪去验证地球相对于“以太”的速度,如果光是“以太”为介质的物质机械波是成立的,则由迈克尔逊——莫雷光学实验得出的地球相对于“以太”的速度为零的结论是成立的,如 果光是“以太”为介质的物质机械波是不成立的,则迈克尔逊——莫雷光学实验以此为根据去验证地球相对于“以太”的速度在实验的方法和原理上是错误的,由此而得的地球相对于“以太”的速度为零的结论是错误的,正因为光是“以太”为介质的物质机械波是不确定的假定,以此为根据得到的地球相对于“以太”的速度为零的结论同样是不确定的,用这种不确定的结论去验证经典物理学理论在认识方法上是不客观的、不严谨的。如果要用迈克尔逊——莫雷光学干涉仪去验证地球相对于“以太”的速度,必须首先证明光是“以太”为介质的物质机械波成立。
现代物理学普遍认为光是“以太”为介质的物质机械波是不成立的,这实际上等于承认,迈克尔逊——莫雷光学实验以此为根据去验证地球相对于“以太”的速度在实验的方法和原理上是错误的,从迈克尔逊——莫雷光学实验中唯一能够确定的结论是:没有发现干涉条纹的移动。
经典物理学理论是建立在对自然观察、实践所得的客观事实的分析和论证上的,牛顿力学是建立在对自然的实物的机械运动的观察、实践所得到的现像、数据的分析和论证上的,而光学是建立在对自然的光的运动的观察、实践所得到的现像、数据的分析和论证上的,而不是建立在某种主观的假定上,不是建立在光是“以太”为介质的物质机械波的假定上的,把光假定为“以太”为介质的物质机械波仅仅是某些物理学家的主观想象,光是“以太”为介质的物质机械波不成立,这只能证明某些物理学家把光假定为“以太”为介质的物质机械波的主观想象、臆测是错误的,而不能证明经典物理学理论存在问题, 对迈克尔逊——莫雷光学实验科学合理的解释是用对自然观察、实践所得的客观事实的分析和论证得到的经典光学理论——波动光学和几何光学,而不是用想象出的理论——光是“以太”为介质的物质机械波或把光等同于实物的机械运动去解释,即便经典光学理论——波动光学和几何光学不能正确解释迈克尔逊——莫雷光学实验,那也只能说明经典光学理论——波动光学和几何光学尚需完善,而不能说明牛顿力学存在问题,因为光的运动和实物的机械运动是两种完全不同的运动。
在经典光学理论中,光的几何路程是由光所经过的光学器件的几何距离决定的,而光程是由光的几何路程和光所经过的介质特性(折射率)决定的,在迈--莫光学实验中,无论迈--莫干涉仪如何运动,反射镜与半透镜的几何距离始终保持不变,而光所经过的介质特性(折射率)也没有改变,因此,光的几何路程,光程也必然保持不变,自然光程差也将保持不变,光程差不变,又何来干涉条纹的移动
因此可以得出:迈克尔逊——莫雷光学实验并不能证明经典物理学理论存在问题,所谓现代物理学头上的一朵“乌云”——地球相对于“以太”的速度为零的结论,并不是由经典物理学理论引起的,而是某些物理学家主观假定光是“以太”为介质的物质机械波,并以此为根据验证地球相对于“以太”的速度在实验的方法和原理上是错误的,
对科学实验只有正确利用科学理论才有可能得到符合实验现象和结果的解释,然而在相对论中,不是利用建立在观察和实践基础上的科学理论--经典光学理论去解释迈--莫光学实验,而是把光主观的假定为以以太为介质的物质机械波,并以此为根据去解释迈--莫光学实验,当他们不能够正确得到符合实验现象和结果的解释的时候,他们不是怀疑他们对光的认识是错误的,不是怀疑他们对迈--莫光学实验的解释方法是错误的,而是怀疑经典光学理论,牛顿力学存在理论问题。
5. 自然存在的空间是否会随着物质运动状态的改变而改变,是否会随着参照物的改变和参照物的运动状态的改变而改变?
自然界中,自然物质的性质和规律是一种客观存在、自然存在和现实存在,自然科学理论只不过是对这种客观存在、自然存在和现实存在的能动反映,自然空间也是一种客观存在、自然存在和现实存在。自然空间的性质是绝对的、第一性的,它不依赖于人的观念的存在而存在。也不会随着人的主观意志的改变而改变,它能被我们感觉所感知,也能被我们所描述、模拟、刻画和反映。对自然空间性质的认识只能建立在对自然空间这种自然存在观察、实验上,而不能建立在主观想象上。
自然空间的大小是不变的,它不会随着物质运动状态的改变而改变,物质运动状态的改变只是改变了物质自身运动状态,而不会改变自然空间的大小。例如,在实验室中,将电子加速到光速,无论是加速器、地球、宇宙,它们的大小都没有发生改变,改变的只是被加速电子的运动状态。因此,认为自然空间会随着物质运动状态的改变而改变是没有现实根据的,也是与现实中对自然空间的观测是不符的。
自然空间无所谓运动或静止。因为运动的主体自然物质,是自然物质在自然空间上的运动。自然空间是运动的客体。如果自然空间是运动或静止,就会得到自然空间在自然空间运动或静止,这在概念上是“自举”的,因此,绝对静止的空间是认识上的错误。
对自然空间的描述、模拟是以人为主观假定为静止的物质——参照物为基准的数学坐标系上的。因此任何惨照坐标系都是人为主观的产物,而不是一种客观存在、自然存在和现实存在,它只存在于人的思维、观念中,它会随着人们的主观需要的改变而改变。例如,人们既可以设定地球为参照物,也可以选择太阳为参照物,这完全取决于人们的主观需要。任何参照系都是相对的、第二性的、它们都是对自然空间的模拟和反映。
参照坐标系在形式上是主观的,但是它反映的内容却是客观的真实的,即是对自然空间性质的真实模拟和反映。自然空间的大小是不变的,因此无论选择何种物质为参照物,数学坐标空间的大小都不应该发生改变,这正是伽利略坐标变换的理论基础。因此伽利略坐标变换并不是建立在某种主观的假定上,而是来自于对现实的、自然存在的自然空间性质的模拟、刻画,来自于对现实的、自然存在的自然空间的观察、实验上。
参照坐标系是三维正实空间,而不是一维、二维空间,其方向为参考方向,同样来自于对现实、自然存在的自然空间性质的模拟、刻画,来自于对现实的、自然存在的自然空间的观察和实验的结果。
狭义相对论认为空间是随物质运动状态的改变而改变的,但是相对论却没有指出是自然空间随着物质运动状态改变而改变,还是认识上的空间——参照坐标空间是随物质运动状态的改变而改变的,自然空间的大小显然是不会变化的,如果参照坐标系的坐标空间是变化的,这与自然空间大小不变是矛盾的,即参照坐标系没有能够客观、真实地反映自然空间的性质。
也有物理学家宣称狭义相对论的的空间的大小随着物质的运动状态的改变而改变结论是指对自然存在的空间的大小的观测随着参照物的改变和参照物的运动状态的改变而改变,人类对自然的观测同样是一种认识---感性认识,如果自然存在的空间的大小不会随着物质的运动状态的改变而改变,也不会随着参照物的改变和参照物的运动状态的改变而改变,而我们对自然存在的空间的大小的观测随着参照物的改变和参照物的运动状态的改变而改变,那只能说明我们对自然存在的空间的大小的观测没有客观、真实地反映自然存在的空间的性质,更何况对自然存在的空间的大小的观测随着参照物的改变和参照物的运动状态的改变而改变的结论并不是建立在业已进行的观测和实践上,其客观性、真实性、合理性本身就应受到质疑,实际上狭义相对论的空间的大小随着物质的运动状态的改变而改变的结论是建立在理论推导----洛伦兹变换的性质上的,某些物理学家宣称狭义相对论的空间的对自然存在的空间的大小的观测随着参照物的改变和参照物的运动状态的改变而改变,,是为了回避自然存在的空间的大小不会随着物质的运动状态的改变而改变,也不会随着参照物的改变和参照物的运动状态的改变而改变与狭义相对论的洛伦兹变换得出的参照坐标系的空间大小随着参照物的改变和参照物的运动状态的改变而改变之间的矛盾而作出的先入为主的解释。
狭义相对论对空间性质的认识并不是来源于对自然空间这种自然存在的观察、实验上。而是建立在主观的产物——为了调和把光速等同于实物机械运动的惯性速度而产生的光速不变原理与伽利略速度变换法则之间的矛盾,而人为“构造”的洛伦兹变换性质上,是将主观的产物——参照坐标系变换的性质客观化、绝对化的结果。正如爱因斯坦所言;“迄今为止,我们的经验证实我们有理由相信,自然是可以想象得到的最简单的数学观念的表现,我坚信我们能够通过纯粹的数学推论的方法来发现概念和那些结合在一起的规律,它是我们理解自然的关键。”这句话无疑是对狭义相对论认识观最好的体现。即自然是数学观念的表现。不是用数学方法、模型模拟、反映自然,而是自然符合数学观念、推论、模型,对自然的认识不是建立在观察、实验上,而是建立在主观的推测上。不是参照坐标系的性质符合自然空间的性质。而是自然空间的性质符合参照坐标系的性质,这无疑是将人的主观产物——数学方法、原理客观化、绝对化的结果,是将人的观念放在第一性的,自然存在放在第二性的唯心主义世界观,如果宗教是神的“创世观”,那么狭义相对论的认识观就是用科学语言——数学语言“构造”自然的人的“创世观”。
6. 狭义相对论的洛伦兹变换在现实中是否能自洽?
假定机场A与机场B真实距离为一万公里,一架飞机在t=0时,从机场A以1000Km/h匀速直线飞往机场B,设起飞、降落时间极为短暂,忽略不计,在飞机上、机场A、B各固定一个时钟,因为机场A与B是相对静止的,所以有t1=t2。
如果设地面为参照物,则飞机从机场A飞往机场B的时间为:
t1=t2=10000Km/1000Km/h=10h
因此,飞机应在地面时刻t=10时到达机场B,根据狭义相对论的结论:运动的时钟比静止的时钟慢。因此,到达机场B应有飞机上的时钟应指向t0=t2/k,(k>1)
因为参照物是人为设定的,同样可以设定飞机为参照物,则机场A相对于飞机以1000Km/h作匀速直线运动,因为飞机到达机场B时,飞机的时钟指向t0=10/k时(k>1),可以得到飞机为参照物时,在机场B的飞机与机场A的距离为:
1000Km/h*(10/k)h=10000/kKm (k>1).
这显然与机场A、B相距一万公里不符,并且根据狭义相对论的惯性系等价原理和洛伦兹变换,当以飞机为参照物时,是地面上的时钟相对于飞机在运动,因此同样有地面上的时钟比飞机上的时钟慢成立,即有t1=t2=t0/k (k>1),如果飞机到达机场B,飞机的时钟指向时刻10/k时,则地面上的时钟应指向:
t1=t2=t0/k=(t0/k)/k=10/k2时,(k>1),这与地面上的时钟指向10时显然不符。
相同的问题由一位不知道相对论的小学生和物理学家来回答其结果会怎样?小学生的回答可能会很简单:飞机和地面的时钟都指向10点,没有比这更合理、更合乎客观现实的结论了,在现实中,我们不可能坐一次飞机,两个机场的距离就缩短或升长一节,因此无论是以飞机为参照物,还是以地面为参照物,如果以时速1000公里运动10000公里,所需时间都是10小时,如果运动开始时刻都为0点,那结束时刻必都为10点。这一结论无疑是符合伽利略变换的,而且这一结论完全是从现实角度,不是从任何数学变换得到的。而物理学家却未必能得出这一结论,因为物理学家相信狭义相对论的运动的时间会变慢,这使我想到安徒生笔下的《〈皇帝的新装〉》,皇帝身上什么也没穿,为什么大人都说皇帝穿着华丽的衣服,只有小孩说出了真相,因为大人都先入为主地将骗子的话作为标准:只有傻瓜才看不见皇帝穿着华丽的衣服,如果我们也先入为主地将狭义相对论的运动的时间会变慢的结论看成是不可怀疑的真理,我们同样会无视客观事实,无视狭义相对论存在的问题,所以在科学上要提倡批判和怀疑的精神。
因此,狭义相对论的时空变换在现实中是难以自洽的,当分别设定地面、飞机为参照物时,在惯性系等价原理和洛伦兹变换下,得到飞机上的时钟相对于地面上的时钟又慢又快难以自洽的结论,并且在空间上也得不到与现实空间相一至的结论。从这一事例可以看出:用一个时钟相对于另一个时钟运动是不能证明狭义相对论的,显然,只有当k=1时,上述结论就是自洽的,而且也是与现实符合的,但这是伽利略变换,而不是洛伦兹变换,这说明伽利略变换在现实中是自洽的,也是符合现实的。
狭义相对论之所以产生这种现象,是因为狭义相对论对时间、空间的认识不是来源于现实和自然,而是来自于为了调和把光速等同于实物惯性速度而产生的光速不变原理与伽利略速度变换法则之间的矛盾,而人为“构造”的洛伦兹变换性质上。这虽然实现了光速以参照物为基准的坐标变换下的不变性,却难以使时间、空间变换在现实中是自洽的,与现实相一至的。
7. 现有的物理实验是否能确证狭义相对论的物理结论?
对任何物理理论的实验验证必须是客观的,严谨的,不仅要证明实验的结果和理论的推测具有相似性,而且还要分析和论证实验结果和理论之间是否存在内在的逻辑必然联系性,即分析和证明实验结果是理论所描述的内在规律所产生的唯一的必然结果,而不是其他因素导致的结果。任何物理实验都具有不确定性。诸多因素如实验环境、方法、原理、观测的方法、原理、过程都有可能对实验结果产生根本性的影响,而且任何实验都只能观测到客观事物的表象,而非本质,如果不验证实验结果与理论之间存在内在的逻辑必然联系性,不同的人从不同的认识立场、角度、观念出发,就会对实验结果作出不同的解释,也不能排除实验结果与理论的推测相似只是一种偶然巧合,而不是必然。正如算命先生的话有时也会应证,但我们不能以此为依据证明算命先生的话就是真理 。同样我们也不能因为某些实验结果、现象与理论推测具有相似性,就可以将这些实验作为理论客观性、真实性的证明依据。
无论是“高速粒子寿命增长”还是“高速电子质量变重”等实验现象与狭义相对论之间缺乏内在的逻辑必然联系的分析和论证,用这些实验也难以有效证明狭义相对论的客观性、真实性。例如,“高速粒子寿命增长”就是假定粒子在静止和运动时寿命不变的,如果不排除粒子寿命与运动状态无关,那我们将难以确认粒子寿命延长是粒子运动状态发生改变产生的,还是“时间膨胀”产生的。又如“高速电子质量变重”现象。电子的质量是利用电子在静电场、静磁场中的偏转测量的,经典静电场、静磁场理论中静电场、静磁场是恒稳场,电磁场的作有与电子的运动状态无关,电子在静电场、静磁场中是不产生辐射的。而事实上,电子在静电场、静磁场中运动越快,辐射越强,这说明静电场、静磁场的作用也是与电子运动有关的,这说明经典静电场、静磁场是不完备的,以此为依据得到的“高速电子质量变重”的结论也是存在疑问的,因此,这些实验与其说是证明狭义相对论的客观性、真实性,不如说是狭义相对论对实验现象作出的先入为见的解释。
任何尚待验证的理论其客观性、真实性是不确定的,不能先入为见以理论为真地证明它,而应该坚持理性的批评、怀疑的态度,只有这样验证的结果和过程才具有严谨性、客观性、真实性。才能避免个人的主观倾向。
总之,科学真理是建立在事实上的,是建立在以客观事实为依据的分析和论证上,而不是建立在假设上。任何假设都是一种主观猜测、想象,是一种尚待证明的结论。而不是不证明自明的绝对真理。任何假设都是需要证明的,假设也只有通过严格的以事实为依据的分析和论证,才能上升为科学的结论,才能成为科学理论的基础。对自然的认识不可能建立在想象上,用想象去“构造”自然,只能通过对自然的观察、实验去认识。
参考文献
1.程守洙、江之永主编<<普通物理学>> 高等教育出版社
2.高政祥主编<<原子和亚原子物理学>>北京大学出版社
3.彭恒武、徐锡申主编<<理论物理基础>>北京大学出版社
刘朝建
重庆金阳骑龙山庄物业公司,重庆南坪西路68号(400060)
E-mail:liuchaojiann@sohu.com
摘要:本文首先通过对光的运动与实物机械运动的对比分析论证,指出光的运动不是实物机械运动,将建立在实物机械运动基础上的力学相对性原理推广到光学中缺乏事实和理论根据,其真实性,合理性令人质疑:其次,从光学角度讲,光速不变原理与伽利略坐标变换之间并不存在不可调和的矛盾,狭义相对论之所以认为光速不变原理与伽利略坐标变换之间存在不可调和的矛盾,是因为狭义相对论把光的运动等同于了实物机械运动,把光速等同于了实物机械运动的惯性速度:第三,牛顿力学的适用范围是实物机械运动,而光学的适用范围是光的运动:第四,对迈克尔逊——莫雷光学实验科学合理的解释是应用经典光学理论,所谓经典物理学万里晴空的一朵乌云并不是经典物理学存在问题,而是把光看成是“以太”为介质的物质机械波并以此为依据验证地球相对于“以太”的速度在实验方法和原理上是错误的:第五,自然存在的空间并不会随着物质运动状态的改变而改变,也不会随着参照物的改变和参照物的运动状态的改变而改变:第六,狭义相对论的洛伦兹变换在现实中是不能自洽的:第七,现有的物理实验不能确证狭义相对论的物理结论。
关键词:力学相对性原理 光速不变原理 迈克尔逊——莫雷光学实验 洛伦兹变换
中图分类号:0412.1
“人类的大多数制度要求人们的绝对信仰,.而科学的态度则使怀疑成为美德。”
----默顿
1. 光的运动是实物机械运动吗?,将建立在实物机械运动的力学相对性原理推广到光学中有何事实和理论根据?
对任何自然科学理论的认识,不仅要知其然,而且还要知其所以然,不仅要了解自然科学理论讲了什么,而且还要知道自然科学理论的理论前提和依据是什么,是通过什么样的认识方式建立起来的,只有这样对自然科学理论的认识才能是全面和深入的,狭义相对论是建立在光学的光速不变原理与牛顿力学的力学相对性原理的自然推广的基础上的,因此要 理解狭义相对论,就必须全面、正确认识光的运动和实物的机械运动,就必须全面、正确 认识光学和牛顿力学.
光的运动和实物机械运动无论从运动的主体、运动的形式、运动的规律以及描述、刻画的方式都存在着根本的区别, 光的运动主体是电磁场, 实物机械运动主体是实物, 电磁场和 实物是两种性质、形态不同的物质,从运动形式看,光的运动是波动,而实物的运动是机械运动,波动和机械运动是物质的两种不同的运动形态,从运动规律看:光的运动遵循的是光的直线、独立、反射、折射、干涉、衍射、偏振等光学定律和规律,而实物的机械运动遵循的是牛顿力学三大定律和力学相对性原理;从描述、刻画的方式看:光的运动是以光的几何路程、光程、光速、光的传播时间、光的频率、波长等来描述、刻画的、光速是波速、是光程与传播时间之比,其大小由真空介电常数,真空磁导率决定的,光速C与参照坐 标系的选择运动状态无关,始终为一恒值,光速是标量。而对实物的机械运动是用质点、惯性质量、作用力、位矢、惯性速度、惯性加速度等描述、刻画的,惯性速度是位矢对时间的导数,其大小与参照系的选择和运动状态有关。而与真空的介电常数与磁导率无关,在不同的惯性系中,同一实物的惯性速度的大小、方向可能是不同的,在非惯性系中,惯性速度的大小、方向是变化的,而且惯性速度的大小、方向的变化也与作用力的大小、方向有关,惯性速度是矢量。实物的机械运动存在相对静止状态,而光不存在相对静止状态,并且光是由实物——光源产生的。因此,从对光的运动和实物机械运动的分析、比较和论证,可以得出:光的运动和实物的机械运动是两种完全不同的运动
正因为光的运动不同于实物的机械运动,所以伟大的物理学家牛顿才将光学作为与 牛顿力学相独立的理论体系建立的,通过对光的运动和实物机械运动、光学和牛顿力学的对比分析,我们也不难得出:光的运动和实物的机械运动是完全不同的运动,光学和牛顿力学是相互独立的理论体系,因此我们有理由明确:将牛顿力学的力学相对性原理推广到光学的理论和事实依据是什么。
对实物的性质和机械运动规律描述的科学理论是牛顿力学。在牛顿力学中,对实物的机械运动的描述与参照物、参照坐标系的选择和运动状态有关,是以参照物为基准描述的,实物在自然空间中位置描述——位矢就是以参照物为基准的,实物的位矢就是实物在空间中相对于参照物的位置坐标. 参照物选择的改变,位矢的大小、方向会随之改变,位矢对时间的导数——惯性速度的大小、方向也会随之改变。实物的机械运动的描述不仅与参照物、参照坐标系的选择有关,而且与参照物、参照坐标系的运动状态有关。在所选择的参照坐标系中,实物的机械运动遵循牛顿力学定律的参照坐标系称为惯性系,否则,称为非惯性系。因此有:在惯性系中,实物的机械运动都遵循相同的力学规律(即牛顿力学定律),或者说实物的机械运动在惯性系都遵循相同的力学规律(即牛顿力学定律),即在惯性系中是等价的,这就是牛顿力学的伽利略力学相对性原理,因此牛顿力学的力学相对性原理是以实物的机械运动、牛顿力学定律、参照物的选择和运动状态为基础的,因此当我们将牛顿力学的力学相对性原理推广到其它运动形式时,我们应该分析和论证一下其它运动形式与实物的机械运动、牛顿力学定律、参照物的选择和运动状态的关系。
而光的性质和运动规律描述的科学理论是光学,在经典光学理论中,如几何光学、波动光学中,对光的性质和运动规律的描述与参照坐标系的选择和运动状态无关。例如光程是光在透明介质中的几何路程与透明介质的折射率的乗积,而光的几何路程是由光所经过的光学器件在自然空间中的几何距离决定的,它们都与参照物的选择无关,也不以参照物为基准描述的,在光学中,不仅仅是光速与参照物、参照坐标系的选择和运动状态无关,光的几何路程、光程、光速、光的传播时间、光的频率、波长以及光的直线、独立、反射、折射、干涉、衍射、偏振等光学定律和规律都与参照物、参照坐标系的选择和运动状态无关。因为它们都不是以参照物为基准描述的。参照物的改变也自然不会影响到对它们的描述。所以在经典光学理论中,如几何光学、波动光学中对光学现象和实验的计算只需要考虑光学器件在自然空间中的几何距离、几何路程、光学路径、光源特性、介质特性、实验原理等因素,而不需要考虑参照坐标系是否是惯性系,光的性质和运动规律描述 与参照物、参照坐标系的选择和运动状态,与牛顿力学定律无关,而牛顿力学的力学相对性原理与实物的机械运动、牛顿力学定律、参照物的选择和运动状态有关,而且是以此为基础建立的,因此,将牛顿力学的力学相对性原理推广到光学中显然是不合理的,是无视光的性质和运动规律与实物的性质和机械运动规律存在的本质区别,是将牛顿力学的力学相对性原理脱离实际、脱离自然、绝对化、夸大化的结果,这种对自然的认识建立在某些物理学家主观臆测上,而不是建立在客观事实的分析和论证上的,这种认识方式,显然不符合科学客观性、严谨性的要求
2.对光速不变原理的认识是应该建立在光学,还是力学上?从光学角度上讲光速不变原理与伽利略变换之间是否存在不可调和的矛盾?
光速不变原理严格上也可称为光速不变定律,其真实物理含义为:光程与光的传播时间成正比,其比值为一恒值,其大小由真空的介电常数与磁导率决定,正因为光程与光的传播时间成正比,所以在经典光学理论中,是利用计算光程来实现光的传播时间的计算,从而实现对光的干涉条纹的计算.光程与光的传播时间成正比也是光的运动与实物机械运动,光速与惯性速度的本质区别之一
在伽利略坐标变换中,时间和空间的大小保持不变,因此,在伽利略坐标变换下,物体之间的几何位置和距离保持不变,光在物体之间通过的光的几何路程,光程,光的传播时间,光所经过的介质性质(折射率)也将保持不变,自然光程与光的传播时间之比----光速也将保持不变,因此伽利略坐标变换与光速不变原理并不存在不可调和的矛盾,关键在于如何正确认识光的运动. 与光速不变原理矛盾的是伽利略速度变换法则,这并不意味伽利略速度变换法则是错误的,只不过是建立在实物机械运动,惯性速度基础上的伽利略速度变换法则不适用于光的运动。
狭义相对论之所以认为光速不变原理与伽利略坐标变换存在矛盾,是因为它把光的运动看成是实物机械的运动,把光程等同于位矢,把光速等同于惯性速度。实物的位矢、惯性速度都是以参照物为基准描述的,参照物、参照坐标系的改变必然会使实物的位矢、惯性速度的大小方向发生改变。因此在伽利略坐标变换中。实物的位矢、惯性速度的大小方向是改变的,如果把光程等同于位矢、把光速等同于惯性速度,则无疑会得出光速不变原理与伽利略坐标变换存在矛盾的错误结论。事实上,正如前面分析、论证的:光的运动和实物机械运动、光程与位矢、光速与惯性速度在物理性质和概念上存在着本质区别。因此将光的运动等同于实物的机械运动,并以此为依据得到的光速不变原理与伽利略坐标变换之间存在矛盾的结论同样是没有事实和理论根据的,不是建立在以客观事实为依据的严谨的分析和论证上,而是主观的,依赖于直觉的认识结果
3.科学理论的适用范围是什么?
任何科学理论和结论都是建立在一定客观事实基础之上,总是在一定范围内适用,超出其适用范围,科学的真理也会变成谬论。在物理学中,经典光学和牛顿力学是两种相互独立的理论体系。经典光学理论是建立在对光的观察、实验所得到的现象、数据的分析、归纳之上,是被实践所反复验证的,是对光的性质和运动规律客观、真实的反映和描述。对光学现象、光学实验只能用光学理论去分析、计算才可能得到正确答案,而用牛顿力学的理论、计算方法不可能得到正确的结果。而牛顿力学是建立在对实物的机械运动观察、实验所得到的现象、数据的分析、归纳之上,也被实践所反复验证的,是对实物的机械运动性质和运动规律客观、真实的反映和描述,对实物的机械运动只有正确使用牛顿力学理论和计算方法才有可能得到正确答案,而用光学的理论和计算方法同样不可能得到正确的结果。然而在狭义相对论中,是用光学实验——迈克尔孙——莫雷光学实验去证明牛顿力学的完备性的。
4. 所谓经典物理学万里晴空的一朵乌云是经典物理学存在问题?还是把光看成是“以太”为介质的物质机械波并以此为依据验证地球相对于“以太”的速度在实验方法和原理上是错误 ?
对任何自然科学理论的实验论证,实验的方法和原理必须是正确的,实验的结果才具有客观性、真实性,对自然科学理论的论证才具有客观性、严谨性。假定是一种主观的猜测和想象,是一种尚待用客观事实验证的、既可能成立,也可能不成立的、不确定的结论,我们可以用实验验证假定是否成立,但是这并不意味着可以以假定为实验前提和依据去论证自然科学理论,科学的实验只有以确定的客观事实为前提,实验的结果才具有确定性,以不确定的假定为前提的实验其结果也是不确定的,以迈克尔逊——莫雷光学实验为例,迈克尔逊——莫雷光学实验是假定光是“以太”为介质的物质机械波,并以此为前提用迈克尔逊——莫雷光学干涉仪去验证地球相对于“以太”的速度,如果光是“以太”为介质的物质机械波是成立的,则由迈克尔逊——莫雷光学实验得出的地球相对于“以太”的速度为零的结论是成立的,如 果光是“以太”为介质的物质机械波是不成立的,则迈克尔逊——莫雷光学实验以此为根据去验证地球相对于“以太”的速度在实验的方法和原理上是错误的,由此而得的地球相对于“以太”的速度为零的结论是错误的,正因为光是“以太”为介质的物质机械波是不确定的假定,以此为根据得到的地球相对于“以太”的速度为零的结论同样是不确定的,用这种不确定的结论去验证经典物理学理论在认识方法上是不客观的、不严谨的。如果要用迈克尔逊——莫雷光学干涉仪去验证地球相对于“以太”的速度,必须首先证明光是“以太”为介质的物质机械波成立。
现代物理学普遍认为光是“以太”为介质的物质机械波是不成立的,这实际上等于承认,迈克尔逊——莫雷光学实验以此为根据去验证地球相对于“以太”的速度在实验的方法和原理上是错误的,从迈克尔逊——莫雷光学实验中唯一能够确定的结论是:没有发现干涉条纹的移动。
经典物理学理论是建立在对自然观察、实践所得的客观事实的分析和论证上的,牛顿力学是建立在对自然的实物的机械运动的观察、实践所得到的现像、数据的分析和论证上的,而光学是建立在对自然的光的运动的观察、实践所得到的现像、数据的分析和论证上的,而不是建立在某种主观的假定上,不是建立在光是“以太”为介质的物质机械波的假定上的,把光假定为“以太”为介质的物质机械波仅仅是某些物理学家的主观想象,光是“以太”为介质的物质机械波不成立,这只能证明某些物理学家把光假定为“以太”为介质的物质机械波的主观想象、臆测是错误的,而不能证明经典物理学理论存在问题, 对迈克尔逊——莫雷光学实验科学合理的解释是用对自然观察、实践所得的客观事实的分析和论证得到的经典光学理论——波动光学和几何光学,而不是用想象出的理论——光是“以太”为介质的物质机械波或把光等同于实物的机械运动去解释,即便经典光学理论——波动光学和几何光学不能正确解释迈克尔逊——莫雷光学实验,那也只能说明经典光学理论——波动光学和几何光学尚需完善,而不能说明牛顿力学存在问题,因为光的运动和实物的机械运动是两种完全不同的运动。
在经典光学理论中,光的几何路程是由光所经过的光学器件的几何距离决定的,而光程是由光的几何路程和光所经过的介质特性(折射率)决定的,在迈--莫光学实验中,无论迈--莫干涉仪如何运动,反射镜与半透镜的几何距离始终保持不变,而光所经过的介质特性(折射率)也没有改变,因此,光的几何路程,光程也必然保持不变,自然光程差也将保持不变,光程差不变,又何来干涉条纹的移动
因此可以得出:迈克尔逊——莫雷光学实验并不能证明经典物理学理论存在问题,所谓现代物理学头上的一朵“乌云”——地球相对于“以太”的速度为零的结论,并不是由经典物理学理论引起的,而是某些物理学家主观假定光是“以太”为介质的物质机械波,并以此为根据验证地球相对于“以太”的速度在实验的方法和原理上是错误的,
对科学实验只有正确利用科学理论才有可能得到符合实验现象和结果的解释,然而在相对论中,不是利用建立在观察和实践基础上的科学理论--经典光学理论去解释迈--莫光学实验,而是把光主观的假定为以以太为介质的物质机械波,并以此为根据去解释迈--莫光学实验,当他们不能够正确得到符合实验现象和结果的解释的时候,他们不是怀疑他们对光的认识是错误的,不是怀疑他们对迈--莫光学实验的解释方法是错误的,而是怀疑经典光学理论,牛顿力学存在理论问题。
5. 自然存在的空间是否会随着物质运动状态的改变而改变,是否会随着参照物的改变和参照物的运动状态的改变而改变?
自然界中,自然物质的性质和规律是一种客观存在、自然存在和现实存在,自然科学理论只不过是对这种客观存在、自然存在和现实存在的能动反映,自然空间也是一种客观存在、自然存在和现实存在。自然空间的性质是绝对的、第一性的,它不依赖于人的观念的存在而存在。也不会随着人的主观意志的改变而改变,它能被我们感觉所感知,也能被我们所描述、模拟、刻画和反映。对自然空间性质的认识只能建立在对自然空间这种自然存在观察、实验上,而不能建立在主观想象上。
自然空间的大小是不变的,它不会随着物质运动状态的改变而改变,物质运动状态的改变只是改变了物质自身运动状态,而不会改变自然空间的大小。例如,在实验室中,将电子加速到光速,无论是加速器、地球、宇宙,它们的大小都没有发生改变,改变的只是被加速电子的运动状态。因此,认为自然空间会随着物质运动状态的改变而改变是没有现实根据的,也是与现实中对自然空间的观测是不符的。
自然空间无所谓运动或静止。因为运动的主体自然物质,是自然物质在自然空间上的运动。自然空间是运动的客体。如果自然空间是运动或静止,就会得到自然空间在自然空间运动或静止,这在概念上是“自举”的,因此,绝对静止的空间是认识上的错误。
对自然空间的描述、模拟是以人为主观假定为静止的物质——参照物为基准的数学坐标系上的。因此任何惨照坐标系都是人为主观的产物,而不是一种客观存在、自然存在和现实存在,它只存在于人的思维、观念中,它会随着人们的主观需要的改变而改变。例如,人们既可以设定地球为参照物,也可以选择太阳为参照物,这完全取决于人们的主观需要。任何参照系都是相对的、第二性的、它们都是对自然空间的模拟和反映。
参照坐标系在形式上是主观的,但是它反映的内容却是客观的真实的,即是对自然空间性质的真实模拟和反映。自然空间的大小是不变的,因此无论选择何种物质为参照物,数学坐标空间的大小都不应该发生改变,这正是伽利略坐标变换的理论基础。因此伽利略坐标变换并不是建立在某种主观的假定上,而是来自于对现实的、自然存在的自然空间性质的模拟、刻画,来自于对现实的、自然存在的自然空间的观察、实验上。
参照坐标系是三维正实空间,而不是一维、二维空间,其方向为参考方向,同样来自于对现实、自然存在的自然空间性质的模拟、刻画,来自于对现实的、自然存在的自然空间的观察和实验的结果。
狭义相对论认为空间是随物质运动状态的改变而改变的,但是相对论却没有指出是自然空间随着物质运动状态改变而改变,还是认识上的空间——参照坐标空间是随物质运动状态的改变而改变的,自然空间的大小显然是不会变化的,如果参照坐标系的坐标空间是变化的,这与自然空间大小不变是矛盾的,即参照坐标系没有能够客观、真实地反映自然空间的性质。
也有物理学家宣称狭义相对论的的空间的大小随着物质的运动状态的改变而改变结论是指对自然存在的空间的大小的观测随着参照物的改变和参照物的运动状态的改变而改变,人类对自然的观测同样是一种认识---感性认识,如果自然存在的空间的大小不会随着物质的运动状态的改变而改变,也不会随着参照物的改变和参照物的运动状态的改变而改变,而我们对自然存在的空间的大小的观测随着参照物的改变和参照物的运动状态的改变而改变,那只能说明我们对自然存在的空间的大小的观测没有客观、真实地反映自然存在的空间的性质,更何况对自然存在的空间的大小的观测随着参照物的改变和参照物的运动状态的改变而改变的结论并不是建立在业已进行的观测和实践上,其客观性、真实性、合理性本身就应受到质疑,实际上狭义相对论的空间的大小随着物质的运动状态的改变而改变的结论是建立在理论推导----洛伦兹变换的性质上的,某些物理学家宣称狭义相对论的空间的对自然存在的空间的大小的观测随着参照物的改变和参照物的运动状态的改变而改变,,是为了回避自然存在的空间的大小不会随着物质的运动状态的改变而改变,也不会随着参照物的改变和参照物的运动状态的改变而改变与狭义相对论的洛伦兹变换得出的参照坐标系的空间大小随着参照物的改变和参照物的运动状态的改变而改变之间的矛盾而作出的先入为主的解释。
狭义相对论对空间性质的认识并不是来源于对自然空间这种自然存在的观察、实验上。而是建立在主观的产物——为了调和把光速等同于实物机械运动的惯性速度而产生的光速不变原理与伽利略速度变换法则之间的矛盾,而人为“构造”的洛伦兹变换性质上,是将主观的产物——参照坐标系变换的性质客观化、绝对化的结果。正如爱因斯坦所言;“迄今为止,我们的经验证实我们有理由相信,自然是可以想象得到的最简单的数学观念的表现,我坚信我们能够通过纯粹的数学推论的方法来发现概念和那些结合在一起的规律,它是我们理解自然的关键。”这句话无疑是对狭义相对论认识观最好的体现。即自然是数学观念的表现。不是用数学方法、模型模拟、反映自然,而是自然符合数学观念、推论、模型,对自然的认识不是建立在观察、实验上,而是建立在主观的推测上。不是参照坐标系的性质符合自然空间的性质。而是自然空间的性质符合参照坐标系的性质,这无疑是将人的主观产物——数学方法、原理客观化、绝对化的结果,是将人的观念放在第一性的,自然存在放在第二性的唯心主义世界观,如果宗教是神的“创世观”,那么狭义相对论的认识观就是用科学语言——数学语言“构造”自然的人的“创世观”。
6. 狭义相对论的洛伦兹变换在现实中是否能自洽?
假定机场A与机场B真实距离为一万公里,一架飞机在t=0时,从机场A以1000Km/h匀速直线飞往机场B,设起飞、降落时间极为短暂,忽略不计,在飞机上、机场A、B各固定一个时钟,因为机场A与B是相对静止的,所以有t1=t2。
如果设地面为参照物,则飞机从机场A飞往机场B的时间为:
t1=t2=10000Km/1000Km/h=10h
因此,飞机应在地面时刻t=10时到达机场B,根据狭义相对论的结论:运动的时钟比静止的时钟慢。因此,到达机场B应有飞机上的时钟应指向t0=t2/k,(k>1)
因为参照物是人为设定的,同样可以设定飞机为参照物,则机场A相对于飞机以1000Km/h作匀速直线运动,因为飞机到达机场B时,飞机的时钟指向t0=10/k时(k>1),可以得到飞机为参照物时,在机场B的飞机与机场A的距离为:
1000Km/h*(10/k)h=10000/kKm (k>1).
这显然与机场A、B相距一万公里不符,并且根据狭义相对论的惯性系等价原理和洛伦兹变换,当以飞机为参照物时,是地面上的时钟相对于飞机在运动,因此同样有地面上的时钟比飞机上的时钟慢成立,即有t1=t2=t0/k (k>1),如果飞机到达机场B,飞机的时钟指向时刻10/k时,则地面上的时钟应指向:
t1=t2=t0/k=(t0/k)/k=10/k2时,(k>1),这与地面上的时钟指向10时显然不符。
相同的问题由一位不知道相对论的小学生和物理学家来回答其结果会怎样?小学生的回答可能会很简单:飞机和地面的时钟都指向10点,没有比这更合理、更合乎客观现实的结论了,在现实中,我们不可能坐一次飞机,两个机场的距离就缩短或升长一节,因此无论是以飞机为参照物,还是以地面为参照物,如果以时速1000公里运动10000公里,所需时间都是10小时,如果运动开始时刻都为0点,那结束时刻必都为10点。这一结论无疑是符合伽利略变换的,而且这一结论完全是从现实角度,不是从任何数学变换得到的。而物理学家却未必能得出这一结论,因为物理学家相信狭义相对论的运动的时间会变慢,这使我想到安徒生笔下的《〈皇帝的新装〉》,皇帝身上什么也没穿,为什么大人都说皇帝穿着华丽的衣服,只有小孩说出了真相,因为大人都先入为主地将骗子的话作为标准:只有傻瓜才看不见皇帝穿着华丽的衣服,如果我们也先入为主地将狭义相对论的运动的时间会变慢的结论看成是不可怀疑的真理,我们同样会无视客观事实,无视狭义相对论存在的问题,所以在科学上要提倡批判和怀疑的精神。
因此,狭义相对论的时空变换在现实中是难以自洽的,当分别设定地面、飞机为参照物时,在惯性系等价原理和洛伦兹变换下,得到飞机上的时钟相对于地面上的时钟又慢又快难以自洽的结论,并且在空间上也得不到与现实空间相一至的结论。从这一事例可以看出:用一个时钟相对于另一个时钟运动是不能证明狭义相对论的,显然,只有当k=1时,上述结论就是自洽的,而且也是与现实符合的,但这是伽利略变换,而不是洛伦兹变换,这说明伽利略变换在现实中是自洽的,也是符合现实的。
狭义相对论之所以产生这种现象,是因为狭义相对论对时间、空间的认识不是来源于现实和自然,而是来自于为了调和把光速等同于实物惯性速度而产生的光速不变原理与伽利略速度变换法则之间的矛盾,而人为“构造”的洛伦兹变换性质上。这虽然实现了光速以参照物为基准的坐标变换下的不变性,却难以使时间、空间变换在现实中是自洽的,与现实相一至的。
7. 现有的物理实验是否能确证狭义相对论的物理结论?
对任何物理理论的实验验证必须是客观的,严谨的,不仅要证明实验的结果和理论的推测具有相似性,而且还要分析和论证实验结果和理论之间是否存在内在的逻辑必然联系性,即分析和证明实验结果是理论所描述的内在规律所产生的唯一的必然结果,而不是其他因素导致的结果。任何物理实验都具有不确定性。诸多因素如实验环境、方法、原理、观测的方法、原理、过程都有可能对实验结果产生根本性的影响,而且任何实验都只能观测到客观事物的表象,而非本质,如果不验证实验结果与理论之间存在内在的逻辑必然联系性,不同的人从不同的认识立场、角度、观念出发,就会对实验结果作出不同的解释,也不能排除实验结果与理论的推测相似只是一种偶然巧合,而不是必然。正如算命先生的话有时也会应证,但我们不能以此为依据证明算命先生的话就是真理 。同样我们也不能因为某些实验结果、现象与理论推测具有相似性,就可以将这些实验作为理论客观性、真实性的证明依据。
无论是“高速粒子寿命增长”还是“高速电子质量变重”等实验现象与狭义相对论之间缺乏内在的逻辑必然联系的分析和论证,用这些实验也难以有效证明狭义相对论的客观性、真实性。例如,“高速粒子寿命增长”就是假定粒子在静止和运动时寿命不变的,如果不排除粒子寿命与运动状态无关,那我们将难以确认粒子寿命延长是粒子运动状态发生改变产生的,还是“时间膨胀”产生的。又如“高速电子质量变重”现象。电子的质量是利用电子在静电场、静磁场中的偏转测量的,经典静电场、静磁场理论中静电场、静磁场是恒稳场,电磁场的作有与电子的运动状态无关,电子在静电场、静磁场中是不产生辐射的。而事实上,电子在静电场、静磁场中运动越快,辐射越强,这说明静电场、静磁场的作用也是与电子运动有关的,这说明经典静电场、静磁场是不完备的,以此为依据得到的“高速电子质量变重”的结论也是存在疑问的,因此,这些实验与其说是证明狭义相对论的客观性、真实性,不如说是狭义相对论对实验现象作出的先入为见的解释。
任何尚待验证的理论其客观性、真实性是不确定的,不能先入为见以理论为真地证明它,而应该坚持理性的批评、怀疑的态度,只有这样验证的结果和过程才具有严谨性、客观性、真实性。才能避免个人的主观倾向。
总之,科学真理是建立在事实上的,是建立在以客观事实为依据的分析和论证上,而不是建立在假设上。任何假设都是一种主观猜测、想象,是一种尚待证明的结论。而不是不证明自明的绝对真理。任何假设都是需要证明的,假设也只有通过严格的以事实为依据的分析和论证,才能上升为科学的结论,才能成为科学理论的基础。对自然的认识不可能建立在想象上,用想象去“构造”自然,只能通过对自然的观察、实验去认识。
参考文献
1.程守洙、江之永主编<<普通物理学>> 高等教育出版社
2.高政祥主编<<原子和亚原子物理学>>北京大学出版社
3.彭恒武、徐锡申主编<<理论物理基础>>北京大学出版社
狭义相对论七问
刘朝建
重庆金阳骑龙山庄物业公司,重庆南坪西路68号(400060)
E-mail:liuchaojiann@sohu.com
摘要:本文首先通过对光的运动与实物机械运动的对比分析论证,指出光的运动不是实物机械运动,将建立在实物机械运动基础上的力学相对性原理推广到光学中缺乏事实和理论根据,其真实性,合理性令人质疑:其次,从光学角度讲,光速不变原理与伽利略坐标变换之间并不存在不可调和的矛盾,狭义相对论之所以认为光速不变原理与伽利略坐标变换之间存在不可调和的矛盾,是因为狭义相对论把光的运动等同于了实物机械运动,把光速等同于了实物机械运动的惯性速度:第三,牛顿力学的适用范围是实物机械运动,而光学的适用范围是光的运动:第四,对迈克尔逊——莫雷光学实验科学合理的解释是应用经典光学理论,所谓经典物理学万里晴空的一朵乌云并不是经典物理学存在问题,而是把光看成是“以太”为介质的物质机械波并以此为依据验证地球相对于“以太”的速度在实验方法和原理上是错误的:第五,自然存在的空间并不会随着物质运动状态的改变而改变,也不会随着参照物的改变和参照物的运动状态的改变而改变:第六,狭义相对论的洛伦兹变换在现实中是不能自洽的:第七,现有的物理实验不能确证狭义相对论的物理结论。
关键词:力学相对性原理 光速不变原理 迈克尔逊——莫雷光学实验 洛伦兹变换
中图分类号:0412.1
“人类的大多数制度要求人们的绝对信仰,.而科学的态度则使怀疑成为美德。”
----默顿
1. 光的运动是实物机械运动吗?,将建立在实物机械运动的力学相对性原理推广到光学中有何事实和理论根据?
对任何自然科学理论的认识,不仅要知其然,而且还要知其所以然,不仅要了解自然科学理论讲了什么,而且还要知道自然科学理论的理论前提和依据是什么,是通过什么样的认识方式建立起来的,只有这样对自然科学理论的认识才能是全面和深入的,狭义相对论是建立在光学的光速不变原理与牛顿力学的力学相对性原理的自然推广的基础上的,因此要 理解狭义相对论,就必须全面、正确认识光的运动和实物的机械运动,就必须全面、正确 认识光学和牛顿力学.
光的运动和实物机械运动无论从运动的主体、运动的形式、运动的规律以及描述、刻画的方式都存在着根本的区别, 光的运动主体是电磁场, 实物机械运动主体是实物, 电磁场和 实物是两种性质、形态不同的物质,从运动形式看,光的运动是波动,而实物的运动是机械运动,波动和机械运动是物质的两种不同的运动形态,从运动规律看:光的运动遵循的是光的直线、独立、反射、折射、干涉、衍射、偏振等光学定律和规律,而实物的机械运动遵循的是牛顿力学三大定律和力学相对性原理;从描述、刻画的方式看:光的运动是以光的几何路程、光程、光速、光的传播时间、光的频率、波长等来描述、刻画的、光速是波速、是光程与传播时间之比,其大小由真空介电常数,真空磁导率决定的,光速C与参照坐 标系的选择运动状态无关,始终为一恒值,光速是标量。而对实物的机械运动是用质点、惯性质量、作用力、位矢、惯性速度、惯性加速度等描述、刻画的,惯性速度是位矢对时间的导数,其大小与参照系的选择和运动状态有关。而与真空的介电常数与磁导率无关,在不同的惯性系中,同一实物的惯性速度的大小、方向可能是不同的,在非惯性系中,惯性速度的大小、方向是变化的,而且惯性速度的大小、方向的变化也与作用力的大小、方向有关,惯性速度是矢量。实物的机械运动存在相对静止状态,而光不存在相对静止状态,并且光是由实物——光源产生的。因此,从对光的运动和实物机械运动的分析、比较和论证,可以得出:光的运动和实物的机械运动是两种完全不同的运动
正因为光的运动不同于实物的机械运动,所以伟大的物理学家牛顿才将光学作为与 牛顿力学相独立的理论体系建立的,通过对光的运动和实物机械运动、光学和牛顿力学的对比分析,我们也不难得出:光的运动和实物的机械运动是完全不同的运动,光学和牛顿力学是相互独立的理论体系,因此我们有理由明确:将牛顿力学的力学相对性原理推广到光学的理论和事实依据是什么。
对实物的性质和机械运动规律描述的科学理论是牛顿力学。在牛顿力学中,对实物的机械运动的描述与参照物、参照坐标系的选择和运动状态有关,是以参照物为基准描述的,实物在自然空间中位置描述——位矢就是以参照物为基准的,实物的位矢就是实物在空间中相对于参照物的位置坐标. 参照物选择的改变,位矢的大小、方向会随之改变,位矢对时间的导数——惯性速度的大小、方向也会随之改变。实物的机械运动的描述不仅与参照物、参照坐标系的选择有关,而且与参照物、参照坐标系的运动状态有关。在所选择的参照坐标系中,实物的机械运动遵循牛顿力学定律的参照坐标系称为惯性系,否则,称为非惯性系。因此有:在惯性系中,实物的机械运动都遵循相同的力学规律(即牛顿力学定律),或者说实物的机械运动在惯性系都遵循相同的力学规律(即牛顿力学定律),即在惯性系中是等价的,这就是牛顿力学的伽利略力学相对性原理,因此牛顿力学的力学相对性原理是以实物的机械运动、牛顿力学定律、参照物的选择和运动状态为基础的,因此当我们将牛顿力学的力学相对性原理推广到其它运动形式时,我们应该分析和论证一下其它运动形式与实物的机械运动、牛顿力学定律、参照物的选择和运动状态的关系。
而光的性质和运动规律描述的科学理论是光学,在经典光学理论中,如几何光学、波动光学中,对光的性质和运动规律的描述与参照坐标系的选择和运动状态无关。例如光程是光在透明介质中的几何路程与透明介质的折射率的乗积,而光的几何路程是由光所经过的光学器件在自然空间中的几何距离决定的,它们都与参照物的选择无关,也不以参照物为基准描述的,在光学中,不仅仅是光速与参照物、参照坐标系的选择和运动状态无关,光的几何路程、光程、光速、光的传播时间、光的频率、波长以及光的直线、独立、反射、折射、干涉、衍射、偏振等光学定律和规律都与参照物、参照坐标系的选择和运动状态无关。因为它们都不是以参照物为基准描述的。参照物的改变也自然不会影响到对它们的描述。所以在经典光学理论中,如几何光学、波动光学中对光学现象和实验的计算只需要考虑光学器件在自然空间中的几何距离、几何路程、光学路径、光源特性、介质特性、实验原理等因素,而不需要考虑参照坐标系是否是惯性系,光的性质和运动规律描述 与参照物、参照坐标系的选择和运动状态,与牛顿力学定律无关,而牛顿力学的力学相对性原理与实物的机械运动、牛顿力学定律、参照物的选择和运动状态有关,而且是以此为基础建立的,因此,将牛顿力学的力学相对性原理推广到光学中显然是不合理的,是无视光的性质和运动规律与实物的性质和机械运动规律存在的本质区别,是将牛顿力学的力学相对性原理脱离实际、脱离自然、绝对化、夸大化的结果,这种对自然的认识建立在某些物理学家主观臆测上,而不是建立在客观事实的分析和论证上的,这种认识方式,显然不符合科学客观性、严谨性的要求
2.对光速不变原理的认识是应该建立在光学,还是力学上?从光学角度上讲光速不变原理与伽利略变换之间是否存在不可调和的矛盾?
光速不变原理严格上也可称为光速不变定律,其真实物理含义为:光程与光的传播时间成正比,其比值为一恒值,其大小由真空的介电常数与磁导率决定,正因为光程与光的传播时间成正比,所以在经典光学理论中,是利用计算光程来实现光的传播时间的计算,从而实现对光的干涉条纹的计算.光程与光的传播时间成正比也是光的运动与实物机械运动,光速与惯性速度的本质区别之一
在伽利略坐标变换中,时间和空间的大小保持不变,因此,在伽利略坐标变换下,物体之间的几何位置和距离保持不变,光在物体之间通过的光的几何路程,光程,光的传播时间,光所经过的介质性质(折射率)也将保持不变,自然光程与光的传播时间之比----光速也将保持不变,因此伽利略坐标变换与光速不变原理并不存在不可调和的矛盾,关键在于如何正确认识光的运动. 与光速不变原理矛盾的是伽利略速度变换法则,这并不意味伽利略速度变换法则是错误的,只不过是建立在实物机械运动,惯性速度基础上的伽利略速度变换法则不适用于光的运动。
狭义相对论之所以认为光速不变原理与伽利略坐标变换存在矛盾,是因为它把光的运动看成是实物机械的运动,把光程等同于位矢,把光速等同于惯性速度。实物的位矢、惯性速度都是以参照物为基准描述的,参照物、参照坐标系的改变必然会使实物的位矢、惯性速度的大小方向发生改变。因此在伽利略坐标变换中。实物的位矢、惯性速度的大小方向是改变的,如果把光程等同于位矢、把光速等同于惯性速度,则无疑会得出光速不变原理与伽利略坐标变换存在矛盾的错误结论。事实上,正如前面分析、论证的:光的运动和实物机械运动、光程与位矢、光速与惯性速度在物理性质和概念上存在着本质区别。因此将光的运动等同于实物的机械运动,并以此为依据得到的光速不变原理与伽利略坐标变换之间存在矛盾的结论同样是没有事实和理论根据的,不是建立在以客观事实为依据的严谨的分析和论证上,而是主观的,依赖于直觉的认识结果
3.科学理论的适用范围是什么?
任何科学理论和结论都是建立在一定客观事实基础之上,总是在一定范围内适用,超出其适用范围,科学的真理也会变成谬论。在物理学中,经典光学和牛顿力学是两种相互独立的理论体系。经典光学理论是建立在对光的观察、实验所得到的现象、数据的分析、归纳之上,是被实践所反复验证的,是对光的性质和运动规律客观、真实的反映和描述。对光学现象、光学实验只能用光学理论去分析、计算才可能得到正确答案,而用牛顿力学的理论、计算方法不可能得到正确的结果。而牛顿力学是建立在对实物的机械运动观察、实验所得到的现象、数据的分析、归纳之上,也被实践所反复验证的,是对实物的机械运动性质和运动规律客观、真实的反映和描述,对实物的机械运动只有正确使用牛顿力学理论和计算方法才有可能得到正确答案,而用光学的理论和计算方法同样不可能得到正确的结果。然而在狭义相对论中,是用光学实验——迈克尔孙——莫雷光学实验去证明牛顿力学的完备性的。
4. 所谓经典物理学万里晴空的一朵乌云是经典物理学存在问题?还是把光看成是“以太”为介质的物质机械波并以此为依据验证地球相对于“以太”的速度在实验方法和原理上是错误 ?
对任何自然科学理论的实验论证,实验的方法和原理必须是正确的,实验的结果才具有客观性、真实性,对自然科学理论的论证才具有客观性、严谨性。假定是一种主观的猜测和想象,是一种尚待用客观事实验证的、既可能成立,也可能不成立的、不确定的结论,我们可以用实验验证假定是否成立,但是这并不意味着可以以假定为实验前提和依据去论证自然科学理论,科学的实验只有以确定的客观事实为前提,实验的结果才具有确定性,以不确定的假定为前提的实验其结果也是不确定的,以迈克尔逊——莫雷光学实验为例,迈克尔逊——莫雷光学实验是假定光是“以太”为介质的物质机械波,并以此为前提用迈克尔逊——莫雷光学干涉仪去验证地球相对于“以太”的速度,如果光是“以太”为介质的物质机械波是成立的,则由迈克尔逊——莫雷光学实验得出的地球相对于“以太”的速度为零的结论是成立的,如 果光是“以太”为介质的物质机械波是不成立的,则迈克尔逊——莫雷光学实验以此为根据去验证地球相对于“以太”的速度在实验的方法和原理上是错误的,由此而得的地球相对于“以太”的速度为零的结论是错误的,正因为光是“以太”为介质的物质机械波是不确定的假定,以此为根据得到的地球相对于“以太”的速度为零的结论同样是不确定的,用这种不确定的结论去验证经典物理学理论在认识方法上是不客观的、不严谨的。如果要用迈克尔逊——莫雷光学干涉仪去验证地球相对于“以太”的速度,必须首先证明光是“以太”为介质的物质机械波成立。
现代物理学普遍认为光是“以太”为介质的物质机械波是不成立的,这实际上等于承认,迈克尔逊——莫雷光学实验以此为根据去验证地球相对于“以太”的速度在实验的方法和原理上是错误的,从迈克尔逊——莫雷光学实验中唯一能够确定的结论是:没有发现干涉条纹的移动。
经典物理学理论是建立在对自然观察、实践所得的客观事实的分析和论证上的,牛顿力学是建立在对自然的实物的机械运动的观察、实践所得到的现像、数据的分析和论证上的,而光学是建立在对自然的光的运动的观察、实践所得到的现像、数据的分析和论证上的,而不是建立在某种主观的假定上,不是建立在光是“以太”为介质的物质机械波的假定上的,把光假定为“以太”为介质的物质机械波仅仅是某些物理学家的主观想象,光是“以太”为介质的物质机械波不成立,这只能证明某些物理学家把光假定为“以太”为介质的物质机械波的主观想象、臆测是错误的,而不能证明经典物理学理论存在问题, 对迈克尔逊——莫雷光学实验科学合理的解释是用对自然观察、实践所得的客观事实的分析和论证得到的经典光学理论——波动光学和几何光学,而不是用想象出的理论——光是“以太”为介质的物质机械波或把光等同于实物的机械运动去解释,即便经典光学理论——波动光学和几何光学不能正确解释迈克尔逊——莫雷光学实验,那也只能说明经典光学理论——波动光学和几何光学尚需完善,而不能说明牛顿力学存在问题,因为光的运动和实物的机械运动是两种完全不同的运动。
在经典光学理论中,光的几何路程是由光所经过的光学器件的几何距离决定的,而光程是由光的几何路程和光所经过的介质特性(折射率)决定的,在迈--莫光学实验中,无论迈--莫干涉仪如何运动,反射镜与半透镜的几何距离始终保持不变,而光所经过的介质特性(折射率)也没有改变,因此,光的几何路程,光程也必然保持不变,自然光程差也将保持不变,光程差不变,又何来干涉条纹的移动
因此可以得出:迈克尔逊——莫雷光学实验并不能证明经典物理学理论存在问题,所谓现代物理学头上的一朵“乌云”——地球相对于“以太”的速度为零的结论,并不是由经典物理学理论引起的,而是某些物理学家主观假定光是“以太”为介质的物质机械波,并以此为根据验证地球相对于“以太”的速度在实验的方法和原理上是错误的,
对科学实验只有正确利用科学理论才有可能得到符合实验现象和结果的解释,然而在相对论中,不是利用建立在观察和实践基础上的科学理论--经典光学理论去解释迈--莫光学实验,而是把光主观的假定为以以太为介质的物质机械波,并以此为根据去解释迈--莫光学实验,当他们不能够正确得到符合实验现象和结果的解释的时候,他们不是怀疑他们对光的认识是错误的,不是怀疑他们对迈--莫光学实验的解释方法是错误的,而是怀疑经典光学理论,牛顿力学存在理论问题。
5. 自然存在的空间是否会随着物质运动状态的改变而改变,是否会随着参照物的改变和参照物的运动状态的改变而改变?
自然界中,自然物质的性质和规律是一种客观存在、自然存在和现实存在,自然科学理论只不过是对这种客观存在、自然存在和现实存在的能动反映,自然空间也是一种客观存在、自然存在和现实存在。自然空间的性质是绝对的、第一性的,它不依赖于人的观念的存在而存在。也不会随着人的主观意志的改变而改变,它能被我们感觉所感知,也能被我们所描述、模拟、刻画和反映。对自然空间性质的认识只能建立在对自然空间这种自然存在观察、实验上,而不能建立在主观想象上。
自然空间的大小是不变的,它不会随着物质运动状态的改变而改变,物质运动状态的改变只是改变了物质自身运动状态,而不会改变自然空间的大小。例如,在实验室中,将电子加速到光速,无论是加速器、地球、宇宙,它们的大小都没有发生改变,改变的只是被加速电子的运动状态。因此,认为自然空间会随着物质运动状态的改变而改变是没有现实根据的,也是与现实中对自然空间的观测是不符的。
自然空间无所谓运动或静止。因为运动的主体自然物质,是自然物质在自然空间上的运动。自然空间是运动的客体。如果自然空间是运动或静止,就会得到自然空间在自然空间运动或静止,这在概念上是“自举”的,因此,绝对静止的空间是认识上的错误。
对自然空间的描述、模拟是以人为主观假定为静止的物质——参照物为基准的数学坐标系上的。因此任何惨照坐标系都是人为主观的产物,而不是一种客观存在、自然存在和现实存在,它只存在于人的思维、观念中,它会随着人们的主观需要的改变而改变。例如,人们既可以设定地球为参照物,也可以选择太阳为参照物,这完全取决于人们的主观需要。任何参照系都是相对的、第二性的、它们都是对自然空间的模拟和反映。
参照坐标系在形式上是主观的,但是它反映的内容却是客观的真实的,即是对自然空间性质的真实模拟和反映。自然空间的大小是不变的,因此无论选择何种物质为参照物,数学坐标空间的大小都不应该发生改变,这正是伽利略坐标变换的理论基础。因此伽利略坐标变换并不是建立在某种主观的假定上,而是来自于对现实的、自然存在的自然空间性质的模拟、刻画,来自于对现实的、自然存在的自然空间的观察、实验上。
参照坐标系是三维正实空间,而不是一维、二维空间,其方向为参考方向,同样来自于对现实、自然存在的自然空间性质的模拟、刻画,来自于对现实的、自然存在的自然空间的观察和实验的结果。
狭义相对论认为空间是随物质运动状态的改变而改变的,但是相对论却没有指出是自然空间随着物质运动状态改变而改变,还是认识上的空间——参照坐标空间是随物质运动状态的改变而改变的,自然空间的大小显然是不会变化的,如果参照坐标系的坐标空间是变化的,这与自然空间大小不变是矛盾的,即参照坐标系没有能够客观、真实地反映自然空间的性质。
也有物理学家宣称狭义相对论的的空间的大小随着物质的运动状态的改变而改变结论是指对自然存在的空间的大小的观测随着参照物的改变和参照物的运动状态的改变而改变,人类对自然的观测同样是一种认识---感性认识,如果自然存在的空间的大小不会随着物质的运动状态的改变而改变,也不会随着参照物的改变和参照物的运动状态的改变而改变,而我们对自然存在的空间的大小的观测随着参照物的改变和参照物的运动状态的改变而改变,那只能说明我们对自然存在的空间的大小的观测没有客观、真实地反映自然存在的空间的性质,更何况对自然存在的空间的大小的观测随着参照物的改变和参照物的运动状态的改变而改变的结论并不是建立在业已进行的观测和实践上,其客观性、真实性、合理性本身就应受到质疑,实际上狭义相对论的空间的大小随着物质的运动状态的改变而改变的结论是建立在理论推导----洛伦兹变换的性质上的,某些物理学家宣称狭义相对论的空间的对自然存在的空间的大小的观测随着参照物的改变和参照物的运动状态的改变而改变,,是为了回避自然存在的空间的大小不会随着物质的运动状态的改变而改变,也不会随着参照物的改变和参照物的运动状态的改变而改变与狭义相对论的洛伦兹变换得出的参照坐标系的空间大小随着参照物的改变和参照物的运动状态的改变而改变之间的矛盾而作出的先入为主的解释。
狭义相对论对空间性质的认识并不是来源于对自然空间这种自然存在的观察、实验上。而是建立在主观的产物——为了调和把光速等同于实物机械运动的惯性速度而产生的光速不变原理与伽利略速度变换法则之间的矛盾,而人为“构造”的洛伦兹变换性质上,是将主观的产物——参照坐标系变换的性质客观化、绝对化的结果。正如爱因斯坦所言;“迄今为止,我们的经验证实我们有理由相信,自然是可以想象得到的最简单的数学观念的表现,我坚信我们能够通过纯粹的数学推论的方法来发现概念和那些结合在一起的规律,它是我们理解自然的关键。”这句话无疑是对狭义相对论认识观最好的体现。即自然是数学观念的表现。不是用数学方法、模型模拟、反映自然,而是自然符合数学观念、推论、模型,对自然的认识不是建立在观察、实验上,而是建立在主观的推测上。不是参照坐标系的性质符合自然空间的性质。而是自然空间的性质符合参照坐标系的性质,这无疑是将人的主观产物——数学方法、原理客观化、绝对化的结果,是将人的观念放在第一性的,自然存在放在第二性的唯心主义世界观,如果宗教是神的“创世观”,那么狭义相对论的认识观就是用科学语言——数学语言“构造”自然的人的“创世观”。
6. 狭义相对论的洛伦兹变换在现实中是否能自洽?
假定机场A与机场B真实距离为一万公里,一架飞机在t=0时,从机场A以1000Km/h匀速直线飞往机场B,设起飞、降落时间极为短暂,忽略不计,在飞机上、机场A、B各固定一个时钟,因为机场A与B是相对静止的,所以有t1=t2。
如果设地面为参照物,则飞机从机场A飞往机场B的时间为:
t1=t2=10000Km/1000Km/h=10h
因此,飞机应在地面时刻t=10时到达机场B,根据狭义相对论的结论:运动的时钟比静止的时钟慢。因此,到达机场B应有飞机上的时钟应指向t0=t2/k,(k>1)
因为参照物是人为设定的,同样可以设定飞机为参照物,则机场A相对于飞机以1000Km/h作匀速直线运动,因为飞机到达机场B时,飞机的时钟指向t0=10/k时(k>1),可以得到飞机为参照物时,在机场B的飞机与机场A的距离为:
1000Km/h*(10/k)h=10000/kKm (k>1).
这显然与机场A、B相距一万公里不符,并且根据狭义相对论的惯性系等价原理和洛伦兹变换,当以飞机为参照物时,是地面上的时钟相对于飞机在运动,因此同样有地面上的时钟比飞机上的时钟慢成立,即有t1=t2=t0/k (k>1),如果飞机到达机场B,飞机的时钟指向时刻10/k时,则地面上的时钟应指向:
t1=t2=t0/k=(t0/k)/k=10/k2时,(k>1),这与地面上的时钟指向10时显然不符。
相同的问题由一位不知道相对论的小学生和物理学家来回答其结果会怎样?小学生的回答可能会很简单:飞机和地面的时钟都指向10点,没有比这更合理、更合乎客观现实的结论了,在现实中,我们不可能坐一次飞机,两个机场的距离就缩短或升长一节,因此无论是以飞机为参照物,还是以地面为参照物,如果以时速1000公里运动10000公里,所需时间都是10小时,如果运动开始时刻都为0点,那结束时刻必都为10点。这一结论无疑是符合伽利略变换的,而且这一结论完全是从现实角度,不是从任何数学变换得到的。而物理学家却未必能得出这一结论,因为物理学家相信狭义相对论的运动的时间会变慢,这使我想到安徒生笔下的《〈皇帝的新装〉》,皇帝身上什么也没穿,为什么大人都说皇帝穿着华丽的衣服,只有小孩说出了真相,因为大人都先入为主地将骗子的话作为标准:只有傻瓜才看不见皇帝穿着华丽的衣服,如果我们也先入为主地将狭义相对论的运动的时间会变慢的结论看成是不可怀疑的真理,我们同样会无视客观事实,无视狭义相对论存在的问题,所以在科学上要提倡批判和怀疑的精神。
因此,狭义相对论的时空变换在现实中是难以自洽的,当分别设定地面、飞机为参照物时,在惯性系等价原理和洛伦兹变换下,得到飞机上的时钟相对于地面上的时钟又慢又快难以自洽的结论,并且在空间上也得不到与现实空间相一至的结论。从这一事例可以看出:用一个时钟相对于另一个时钟运动是不能证明狭义相对论的,显然,只有当k=1时,上述结论就是自洽的,而且也是与现实符合的,但这是伽利略变换,而不是洛伦兹变换,这说明伽利略变换在现实中是自洽的,也是符合现实的。
狭义相对论之所以产生这种现象,是因为狭义相对论对时间、空间的认识不是来源于现实和自然,而是来自于为了调和把光速等同于实物惯性速度而产生的光速不变原理与伽利略速度变换法则之间的矛盾,而人为“构造”的洛伦兹变换性质上。这虽然实现了光速以参照物为基准的坐标变换下的不变性,却难以使时间、空间变换在现实中是自洽的,与现实相一至的。
7. 现有的物理实验是否能确证狭义相对论的物理结论?
对任何物理理论的实验验证必须是客观的,严谨的,不仅要证明实验的结果和理论的推测具有相似性,而且还要分析和论证实验结果和理论之间是否存在内在的逻辑必然联系性,即分析和证明实验结果是理论所描述的内在规律所产生的唯一的必然结果,而不是其他因素导致的结果。任何物理实验都具有不确定性。诸多因素如实验环境、方法、原理、观测的方法、原理、过程都有可能对实验结果产生根本性的影响,而且任何实验都只能观测到客观事物的表象,而非本质,如果不验证实验结果与理论之间存在内在的逻辑必然联系性,不同的人从不同的认识立场、角度、观念出发,就会对实验结果作出不同的解释,也不能排除实验结果与理论的推测相似只是一种偶然巧合,而不是必然。正如算命先生的话有时也会应证,但我们不能以此为依据证明算命先生的话就是真理 。同样我们也不能因为某些实验结果、现象与理论推测具有相似性,就可以将这些实验作为理论客观性、真实性的证明依据。
无论是“高速粒子寿命增长”还是“高速电子质量变重”等实验现象与狭义相对论之间缺乏内在的逻辑必然联系的分析和论证,用这些实验也难以有效证明狭义相对论的客观性、真实性。例如,“高速粒子寿命增长”就是假定粒子在静止和运动时寿命不变的,如果不排除粒子寿命与运动状态无关,那我们将难以确认粒子寿命延长是粒子运动状态发生改变产生的,还是“时间膨胀”产生的。又如“高速电子质量变重”现象。电子的质量是利用电子在静电场、静磁场中的偏转测量的,经典静电场、静磁场理论中静电场、静磁场是恒稳场,电磁场的作有与电子的运动状态无关,电子在静电场、静磁场中是不产生辐射的。而事实上,电子在静电场、静磁场中运动越快,辐射越强,这说明静电场、静磁场的作用也是与电子运动有关的,这说明经典静电场、静磁场是不完备的,以此为依据得到的“高速电子质量变重”的结论也是存在疑问的,因此,这些实验与其说是证明狭义相对论的客观性、真实性,不如说是狭义相对论对实验现象作出的先入为见的解释。
任何尚待验证的理论其客观性、真实性是不确定的,不能先入为见以理论为真地证明它,而应该坚持理性的批评、怀疑的态度,只有这样验证的结果和过程才具有严谨性、客观性、真实性。才能避免个人的主观倾向。
总之,科学真理是建立在事实上的,是建立在以客观事实为依据的分析和论证上,而不是建立在假设上。任何假设都是一种主观猜测、想象,是一种尚待证明的结论。而不是不证明自明的绝对真理。任何假设都是需要证明的,假设也只有通过严格的以事实为依据的分析和论证,才能上升为科学的结论,才能成为科学理论的基础。对自然的认识不可能建立在想象上,用想象去“构造”自然,只能通过对自然的观察、实验去认识。
参考文献
1.程守洙、江之永主编<<普通物理学>> 高等教育出版社
2.高政祥主编<<原子和亚原子物理学>>北京大学出版社
3.彭恒武、徐锡申主编<<理论物理基础>>北京大学出版社
估计作者从不用手机GPS定位,或者用了但不知原理。
vimb 发表于 2011-8-14 13:48
估计作者从不用手机GPS定位,或者用了但不知原理。
GPS要用到广义和狭义相对论来对时钟进行修正。
LZ的文章只有 觉得 ,没有数学推导。
估计作者从不用手机GPS定位,或者用了但不知原理。
GPS要用到广义和狭义相对论来对时钟进行修正。
LZ的文章只有 觉得 ,没有数学推导。
lz还是随便找本电动力学的教材读一读吧。
可嘉。
但是没有提出验证方案,是个遗憾。
但是没有提出验证方案,是个遗憾。
假设是引领科学前进的一种动力。
任何一种理论都是对现象的 归纳,有一定的适用范围。狭义相对论在天体物理方面适用得很好。
要淡定,霍金说他平均每周要收到二至三篇关于相对错误的信件
问题问得好
为毛民科总觉得他们可以凭着小学算术就可以解决现代物理问题?
就LZ唯一拿出数字的第6条说,先不说其中关于参照系的理解错得一塌糊涂。两者时钟将有微小差别,而差别的原因正是LZ所不知道的起飞和降落期间的加速度。非惯性系之间的变换本来就不能使用狭义相对论,而是要用到广义相对论。
就LZ唯一拿出数字的第6条说,先不说其中关于参照系的理解错得一塌糊涂。两者时钟将有微小差别,而差别的原因正是LZ所不知道的起飞和降落期间的加速度。非惯性系之间的变换本来就不能使用狭义相对论,而是要用到广义相对论。
赶羚羊 发表于 2011-8-27 18:44
为毛民科总觉得他们可以凭着小学算术就可以解决现代物理问题?
就LZ唯一拿出数字的第6条说,先不说其中关 ...
加速的时间的长短是可以顾定的,而匀速运动的时间则可以无限生长,直到广义相对论效应可以忽约不计,物理学界也不只一次用这样的实验验证狭义相对论的时缩效应,他们也是你口中的民科?而且在不同的实验中,实验结果也不一样,有时间变慢的,有时间变快的,也有时间不变,都宣称验证了狭义相对论的时缩效应,这些都是大学教材的内容,有空自己去多翻几本大学教材去查证.
为毛民科总觉得他们可以凭着小学算术就可以解决现代物理问题?
就LZ唯一拿出数字的第6条说,先不说其中关 ...
加速的时间的长短是可以顾定的,而匀速运动的时间则可以无限生长,直到广义相对论效应可以忽约不计,物理学界也不只一次用这样的实验验证狭义相对论的时缩效应,他们也是你口中的民科?而且在不同的实验中,实验结果也不一样,有时间变慢的,有时间变快的,也有时间不变,都宣称验证了狭义相对论的时缩效应,这些都是大学教材的内容,有空自己去多翻几本大学教材去查证.
为毛民科总觉得他们可以凭着小学算术就可以解决现代物理问题?
这是一个认识方法问题,无关数学的难与易,方法正确,即使小学算术也能得到正确的结论,方法不正确,就算你使用最高深的数学理论也未必能够得到正确的结果,
这是一个认识方法问题,无关数学的难与易,方法正确,即使小学算术也能得到正确的结论,方法不正确,就算你使用最高深的数学理论也未必能够得到正确的结果,
liuchaojiann 发表于 2011-8-27 20:05
加速的时间的长短是可以顾定的,而匀速运动的时间则可以无限生长,直到广义相对论效应可以忽约不计,物理学界 ...
“物理学界也不只一次用这样的实验验证狭义相对论的时缩效应”
这是那个位面的物理学这么验证过的?
加速的时间的长短是可以顾定的,而匀速运动的时间则可以无限生长,直到广义相对论效应可以忽约不计,物理学界 ...
“物理学界也不只一次用这样的实验验证狭义相对论的时缩效应”
这是那个位面的物理学这么验证过的?
这个阁下可以翻一下大学教材,用类似实验验证狭义相对论的时缩效应在很多大学教材都有描述.
讨论相对论我只看到满篇的文字,还是中文,罢了罢了.....
我见过一篇炮轰相对论的稿子,署名一长串,然后在一酒店搞了个仪式......
著名的论文里,文字只是点缀啊,严密的数学论证才是精华啊。
粗粗看了一下,说点个人意见。不喜勿怪。
狭义相对论貌似不是研究光速的吧。
从牛顿时代开始,对于光的本质,粒子说和波动说吵了几百年,最后整出来一个“波粒二相性”。习惯了机械波的人们把光建立在”以太“上是很自然的事情。这里面实际上是认定光也是一种机械波。
但是迈克尔逊——莫雷光学实验揭示了”以太“不存在(但光存在,那光这种“机械波”是建立在什么物质上呢?傻了吧),各个方向上的光速其实是一样的。这就对光是建立在“以太”上的机械波这一理论提出质疑。
爱因斯坦反其道而行之,先假定光速时不变的,这实际上是承认迈克尔逊——莫雷光学实验的结果。然后计算一下,要满足光速不变这个假定,那力学系统应该满足什么性质。
结论嘛就是狭义相对论。狭义相对论实际上是一个力学系统。所以,严格来说狭义相对论也是一种假说,但是它对实验结果符合的很好。相对论的升级版——广义相对论被大多数物理学者接受也是因为符合各种实验结果。
所以嘛,要想推翻相对论,那就请做实验。即使写上数万字的理论,在没有得到实验验证之前,那最多只能称作假说,猜想而已。
个人觉得,狭义相对论其实是揭示了一个深刻道理:光不是“机械波”。
粗粗看了一下,说点个人意见。不喜勿怪。
狭义相对论貌似不是研究光速的吧。
从牛顿时代开始,对于光的本质,粒子说和波动说吵了几百年,最后整出来一个“波粒二相性”。习惯了机械波的人们把光建立在”以太“上是很自然的事情。这里面实际上是认定光也是一种机械波。
但是迈克尔逊——莫雷光学实验揭示了”以太“不存在(但光存在,那光这种“机械波”是建立在什么物质上呢?傻了吧),各个方向上的光速其实是一样的。这就对光是建立在“以太”上的机械波这一理论提出质疑。
爱因斯坦反其道而行之,先假定光速时不变的,这实际上是承认迈克尔逊——莫雷光学实验的结果。然后计算一下,要满足光速不变这个假定,那力学系统应该满足什么性质。
结论嘛就是狭义相对论。狭义相对论实际上是一个力学系统。所以,严格来说狭义相对论也是一种假说,但是它对实验结果符合的很好。相对论的升级版——广义相对论被大多数物理学者接受也是因为符合各种实验结果。
所以嘛,要想推翻相对论,那就请做实验。即使写上数万字的理论,在没有得到实验验证之前,那最多只能称作假说,猜想而已。
个人觉得,狭义相对论其实是揭示了一个深刻道理:光不是“机械波”。
第6点最搞笑,LZ一句与现实经验不符就把相对论否定了。
另外,光速不变不是爱因斯坦假设的,是麦克斯韦方程计算出来的
另外,光速不变不是爱因斯坦假设的,是麦克斯韦方程计算出来的
楼主……关于物理学我就不说什么了。
但,如果一些文字不是抄的话,《科学技术哲学》上还是有些知识的。
随便扯句关于光速不变的八卦。
很多人都听说过这个故事吧:爱因斯坦年轻or年少时曾经设想过,如果一个人追着一束光会看到什么。为了解决这个奇想,他不断思考,最终提出相对论。一些关于爱因斯坦的书籍上都有这个故事。但不知道是作者马虎还是没有足够的非文科知识,它们都没有稍微深入一点点介绍爱因斯坦的这个疑问。
光是电磁波,如果谁以光速追着它会看到什么?会看到静止光吗?就是说会看到静止的电磁波在空间不断扩散。这是矛盾的,也是爱因斯坦当年疑问所在。
但,如果一些文字不是抄的话,《科学技术哲学》上还是有些知识的。
随便扯句关于光速不变的八卦。
很多人都听说过这个故事吧:爱因斯坦年轻or年少时曾经设想过,如果一个人追着一束光会看到什么。为了解决这个奇想,他不断思考,最终提出相对论。一些关于爱因斯坦的书籍上都有这个故事。但不知道是作者马虎还是没有足够的非文科知识,它们都没有稍微深入一点点介绍爱因斯坦的这个疑问。
光是电磁波,如果谁以光速追着它会看到什么?会看到静止光吗?就是说会看到静止的电磁波在空间不断扩散。这是矛盾的,也是爱因斯坦当年疑问所在。
huahuahuadadao 发表于 2011-9-8 09:46
第6点最搞笑,LZ一句与现实经验不符就把相对论否定了。
另外,光速不变不是爱因斯坦假设的,是麦克斯韦方程 ...
麦克斯韦方程预言了电磁波的存在,并指出光是电磁波,至于光速的测量和光速不变早在麦克斯韦方程建立之前光学就有了,在光学中是通过计算光程来计算光的传播时间的,有空你们自己好好学习光学,至于相对论,它压根就没用清楚光的运动和实物机械运动的区别,光速与实物机械运动速度的区别,而是把光速看成了实物机械运动速度,才得出光速不变与伽利略坐标变换存在矛盾的结论,才拼凑出了洛伦兹变换,如果你们要真正理解我的观念,最好认真学习一下经典力学和光学.
第6点最搞笑,LZ一句与现实经验不符就把相对论否定了。
另外,光速不变不是爱因斯坦假设的,是麦克斯韦方程 ...
麦克斯韦方程预言了电磁波的存在,并指出光是电磁波,至于光速的测量和光速不变早在麦克斯韦方程建立之前光学就有了,在光学中是通过计算光程来计算光的传播时间的,有空你们自己好好学习光学,至于相对论,它压根就没用清楚光的运动和实物机械运动的区别,光速与实物机械运动速度的区别,而是把光速看成了实物机械运动速度,才得出光速不变与伽利略坐标变换存在矛盾的结论,才拼凑出了洛伦兹变换,如果你们要真正理解我的观念,最好认真学习一下经典力学和光学.
fpg 发表于 2011-9-8 15:28
楼主……关于物理学我就不说什么了。
但,如果一些文字不是抄的话,《科学技术哲学》上还是有些知 ...
原因很简单,是因为他是在用力学的思维方法思考光学问题,实际上,早在牛顿时代人们就知道用力学的方法不能正确解决光学问题,才建立与力学存在根本区别的光学体系.
楼主……关于物理学我就不说什么了。
但,如果一些文字不是抄的话,《科学技术哲学》上还是有些知 ...
原因很简单,是因为他是在用力学的思维方法思考光学问题,实际上,早在牛顿时代人们就知道用力学的方法不能正确解决光学问题,才建立与力学存在根本区别的光学体系.
liuchaojiann 发表于 2011-9-8 19:57
麦克斯韦方程预言了电磁波的存在,并指出光是电磁波,至于光速的测量和光速不变早在麦克斯韦方程建立之前光 ...
你就别那么多废话了,那你怎么解释物体高速运动的时候时间变慢这种现象?
参考例子:GPS星座的时间就是考虑了相对论的影响才调准的
PS:本人大学是物理系的。。。。。。
麦克斯韦方程预言了电磁波的存在,并指出光是电磁波,至于光速的测量和光速不变早在麦克斯韦方程建立之前光 ...
你就别那么多废话了,那你怎么解释物体高速运动的时候时间变慢这种现象?
参考例子:GPS星座的时间就是考虑了相对论的影响才调准的
PS:本人大学是物理系的。。。。。。
麦克斯韦方程可以推导出电磁波速度的公式,在这个公式里大部分是常量,影响电磁波速度的变量只与介质,也就是说同一介质里光(电磁波)速是不变的
liuchaojiann 发表于 2011-9-8 20:03
原因很简单,是因为他是在用力学的思维方法思考光学问题,实际上,早在牛顿时代人们就知道用力学的方法不能正 ...
在物理学发展到今天,还有人这样讲……搞科普任重道远啊。
原因很简单,是因为他是在用力学的思维方法思考光学问题,实际上,早在牛顿时代人们就知道用力学的方法不能正 ...
在物理学发展到今天,还有人这样讲……搞科普任重道远啊。
大学里物理课提到相对论几句话就带过了 就给说了相对论历史 提了一嘴弦论
当时也没指望那老师能讲清楚 毕竟听起来他自己也没懂
有个问题一直很困扰 波粒二象性这东西好像是两边都无法自圆其说强行提出来的
绝对是波 有衍射 有干涉 符合麦克斯韦定律
但是又有光电效应
就是光是横波的话 对应机械波的介质粒子的震动 光的横波的“震动”对应的是什么东西
当时也没指望那老师能讲清楚 毕竟听起来他自己也没懂
有个问题一直很困扰 波粒二象性这东西好像是两边都无法自圆其说强行提出来的
绝对是波 有衍射 有干涉 符合麦克斯韦定律
但是又有光电效应
就是光是横波的话 对应机械波的介质粒子的震动 光的横波的“震动”对应的是什么东西
huahuahuadadao 发表于 2011-9-8 22:18
你就别那么多废话了,那你怎么解释物体高速运动的时候时间变慢这种现象?
参考例子:GPS星座的时间就是考 ...
GPS原理并不是建立相对论上的,只是在讨论GPS原理时,认为相对论效应会影响GPS的定位精度,这一论断是以理想模型和接收机能够获得真实距离为前提的,而实际上接收机采用的是精度较低石英钟,这就使得接收机与GPS星座存在钟差,接收机获得的是包含了时间偏差的伪距,而不是真实距离,如果按照理想模型计算,GPS根本就不能工作,实际的工程GPS原理的计算能够消除时间偏差,因此在实际的工程GPS原理的应用中,是否存在相对论时间效应,并不会影响GPS的定位精度,与钟差相比,相对论时间效应所带来的偏差可以忽略不计.
在实际的工程GPS原理的计算中,影响GPS的定位精度的主要因素有两个:星历偏差,也就是实际星座和通报的星座的偏差;GPS星座的钟差.
实际的工程GPS原理的应用根本就无法验证相对论时间效应,那种认为GPS原理能够验证相对论时间效应不过是人云亦云吧了,并没有从实际的工程GPS原理去思考,是否能够验证相对论时间效应.
你就别那么多废话了,那你怎么解释物体高速运动的时候时间变慢这种现象?
参考例子:GPS星座的时间就是考 ...
GPS原理并不是建立相对论上的,只是在讨论GPS原理时,认为相对论效应会影响GPS的定位精度,这一论断是以理想模型和接收机能够获得真实距离为前提的,而实际上接收机采用的是精度较低石英钟,这就使得接收机与GPS星座存在钟差,接收机获得的是包含了时间偏差的伪距,而不是真实距离,如果按照理想模型计算,GPS根本就不能工作,实际的工程GPS原理的计算能够消除时间偏差,因此在实际的工程GPS原理的应用中,是否存在相对论时间效应,并不会影响GPS的定位精度,与钟差相比,相对论时间效应所带来的偏差可以忽略不计.
在实际的工程GPS原理的计算中,影响GPS的定位精度的主要因素有两个:星历偏差,也就是实际星座和通报的星座的偏差;GPS星座的钟差.
实际的工程GPS原理的应用根本就无法验证相对论时间效应,那种认为GPS原理能够验证相对论时间效应不过是人云亦云吧了,并没有从实际的工程GPS原理去思考,是否能够验证相对论时间效应.
huahuahuadadao 发表于 2011-9-8 22:29
麦克斯韦方程可以推导出电磁波速度的公式,在这个公式里大部分是常量,影响电磁波速度的变量只与介质,也就 ...
我从来没有认为光速不变有什么问题,而是指光速不是实物机械运动的速度,光的运动不是实物机械运动,在大学教材中,对实物机械运动是用位矢来描述的,实物机械运动的速度是位矢对时间的一阶导数,而对光的运动是用光程而不是用位矢描述.
我也并不把光速不变看成是一种假设,而是看成是定律,这一看法是以光学为基础的,而不是象相对论那样把光看成是实物机械运动,把光速看成是实物机械运动的速度.
在相对论中,才是把光速不变看成是一种基本假设(也叫原理),如果按照你的说法,能够从麦克斯韦方程可以推导出光速不变,那光速不变应该叫定理了
而且按照你的推导,声波的速度也只于介质有关,那是不是声速也不变?
麦克斯韦方程可以推导出电磁波速度的公式,在这个公式里大部分是常量,影响电磁波速度的变量只与介质,也就 ...
我从来没有认为光速不变有什么问题,而是指光速不是实物机械运动的速度,光的运动不是实物机械运动,在大学教材中,对实物机械运动是用位矢来描述的,实物机械运动的速度是位矢对时间的一阶导数,而对光的运动是用光程而不是用位矢描述.
我也并不把光速不变看成是一种假设,而是看成是定律,这一看法是以光学为基础的,而不是象相对论那样把光看成是实物机械运动,把光速看成是实物机械运动的速度.
在相对论中,才是把光速不变看成是一种基本假设(也叫原理),如果按照你的说法,能够从麦克斯韦方程可以推导出光速不变,那光速不变应该叫定理了
而且按照你的推导,声波的速度也只于介质有关,那是不是声速也不变?
liuchaojiann 发表于 2011-9-9 20:34
GPS原理并不是建立相对论上的,只是在讨论GPS原理时,认为相对论效应会影响GPS的定位精度,这一论断是以理想 ...
GPS只是例子之一,那你又怎么解释卫星上铯原子钟测量出来的时间变慢的现象?
GPS原理并不是建立相对论上的,只是在讨论GPS原理时,认为相对论效应会影响GPS的定位精度,这一论断是以理想 ...
GPS只是例子之一,那你又怎么解释卫星上铯原子钟测量出来的时间变慢的现象?
liuchaojiann 发表于 2011-9-9 20:58
我从来没有认为光速不变有什么问题,而是指光速不是实物机械运动的速度,光的运动不是实物机械运动,在大学教 ...
翻多点电磁学的书弄清楚麦克斯韦方程先把
我从来没有认为光速不变有什么问题,而是指光速不是实物机械运动的速度,光的运动不是实物机械运动,在大学教 ...
翻多点电磁学的书弄清楚麦克斯韦方程先把
huahuahuadadao 发表于 2011-9-9 22:34
GPS只是例子之一,那你又怎么解释卫星上铯原子钟测量出来的时间变慢的现象?
这个时间变慢的结论出自那个实验?是卫星上的时钟比地面的慢吗?
GPS只是例子之一,那你又怎么解释卫星上铯原子钟测量出来的时间变慢的现象?
这个时间变慢的结论出自那个实验?是卫星上的时钟比地面的慢吗?
关于时间变慢好像有精确实验,而且是大楼楼顶和楼下的比较,对于高度更高的卫星这种效果更明显
liuchaojiann 发表于 2011-9-11 12:39
这个时间变慢的结论出自那个实验?是卫星上的时钟比地面的慢吗?
GPS卫星上的原子钟同时受狭义相对论因高速运动而导致的时间变慢(-7.2 μs/日),和广义相对论因较(地面物件)承受着较弱的引力场而导致时间变快效应(+45.9 μs/日)。相对论的净效应是较地面的时钟运行的快些,因此,这些卫星的软件需要计算和抵消一切的相对论效应,确保定位准确
这个时间变慢的结论出自那个实验?是卫星上的时钟比地面的慢吗?
GPS卫星上的原子钟同时受狭义相对论因高速运动而导致的时间变慢(-7.2 μs/日),和广义相对论因较(地面物件)承受着较弱的引力场而导致时间变快效应(+45.9 μs/日)。相对论的净效应是较地面的时钟运行的快些,因此,这些卫星的软件需要计算和抵消一切的相对论效应,确保定位准确
huahuahuadadao 发表于 2011-9-11 23:38
GPS卫星上的原子钟同时受狭义相对论因高速运动而导致的时间变慢(-7.2 μs/日),和广义相对论因较(地面物 ...
在国防工业出版社出版的全球定位导航工程,只字未提相对论效应,因为在实际工程原理中,存在星地钟差,所谓相对论效应实际就毫无意义,真正对导航精度产生影响的是两个因素:星历偏差和GPS星座的钟差。在实际的定位导航工程的计算模型中,是否存在相对论效应并不会对定位导航精度产生影响,你那个所谓的这些卫星的软件需要计算和抵消一切的相对论效应,确保定位准确并不存在。
GPS卫星上的原子钟同时受狭义相对论因高速运动而导致的时间变慢(-7.2 μs/日),和广义相对论因较(地面物 ...
在国防工业出版社出版的全球定位导航工程,只字未提相对论效应,因为在实际工程原理中,存在星地钟差,所谓相对论效应实际就毫无意义,真正对导航精度产生影响的是两个因素:星历偏差和GPS星座的钟差。在实际的定位导航工程的计算模型中,是否存在相对论效应并不会对定位导航精度产生影响,你那个所谓的这些卫星的软件需要计算和抵消一切的相对论效应,确保定位准确并不存在。
liuchaojiann 发表于 2011-9-12 11:33
在国防工业出版社出版的全球定位导航工程,只字未提相对论效应,因为在实际工程原理中,存在星地钟差,所 ...
根据相对论,引力和速度都会影响时钟的快慢,如果不考虑这个因素,根据伪码测距的GPS系统发出的时间信号就会有较大的误差而影响定位的精确度,这个是GPS系统调试的时候考虑了这些影响才能将GPS的精度调准,怎么民科对事实存在的东西都可以当没看见的
在国防工业出版社出版的全球定位导航工程,只字未提相对论效应,因为在实际工程原理中,存在星地钟差,所 ...
根据相对论,引力和速度都会影响时钟的快慢,如果不考虑这个因素,根据伪码测距的GPS系统发出的时间信号就会有较大的误差而影响定位的精确度,这个是GPS系统调试的时候考虑了这些影响才能将GPS的精度调准,怎么民科对事实存在的东西都可以当没看见的
再举一个例子:
美国科罗拉多州国家标准与技术研究院物理实验室在桌面上验证相对论,不同高度时间流逝速度的极细微差别由两只超级精准的原子钟记录
实验由华裔科学家詹姆斯·周钦文(音译)引领的团队操作完成。
2010年初,为完成这项实验,周钦文的团队首先研制出一种超精准原子钟。这种原子钟以单粒铝原子为基准,精准度为运行37亿年后误差不超过正负1 秒。
用铝原子钟验证相对论的实验结果由9月24日出版的《科学》杂志发表,实验梗概23日由杂志网站提前披露。
周钦文的研究团队总共展开两项实验。
第一项实验中,研究团队把摆放整台铝原子钟的桌子用液压千斤顶平稳升高33厘米,结果发现,升高后的铝原子钟快于未升高桌面上另一台铝原子钟,两者差异为每79年快900亿分之一秒。
这一结果论证了爱因斯坦有关距离重力源越远,时钟运转越快的理论。
第二项实验中,研究团队对铝原子钟内的铝原子施加不断变化的电磁场,使铝原子快速往复运动,结果显示运动中的铝原子钟所示时间慢于静止铝原子钟。
这一结果论证了爱因斯坦有关速度越快,时间越慢的理论
美国科罗拉多州国家标准与技术研究院物理实验室在桌面上验证相对论,不同高度时间流逝速度的极细微差别由两只超级精准的原子钟记录
实验由华裔科学家詹姆斯·周钦文(音译)引领的团队操作完成。
2010年初,为完成这项实验,周钦文的团队首先研制出一种超精准原子钟。这种原子钟以单粒铝原子为基准,精准度为运行37亿年后误差不超过正负1 秒。
用铝原子钟验证相对论的实验结果由9月24日出版的《科学》杂志发表,实验梗概23日由杂志网站提前披露。
周钦文的研究团队总共展开两项实验。
第一项实验中,研究团队把摆放整台铝原子钟的桌子用液压千斤顶平稳升高33厘米,结果发现,升高后的铝原子钟快于未升高桌面上另一台铝原子钟,两者差异为每79年快900亿分之一秒。
这一结果论证了爱因斯坦有关距离重力源越远,时钟运转越快的理论。
第二项实验中,研究团队对铝原子钟内的铝原子施加不断变化的电磁场,使铝原子快速往复运动,结果显示运动中的铝原子钟所示时间慢于静止铝原子钟。
这一结果论证了爱因斯坦有关速度越快,时间越慢的理论
huahuahuadadao 发表于 2011-9-12 14:14
根据相对论,引力和速度都会影响时钟的快慢,如果不考虑这个因素,根据伪码测距的GPS系统发出的时间信号就 ...
呵呵,是你不清楚GPS实际工程原理,GPS实际工程原理得到的是四个独立参数,三个定位参数和钟差,是否存在相对论效应只会影响钟差的值,而不会影响三个定位参数.不是民科对对事实存在的东西都可以当没看见的,而是某些人把理想模型讨论的结果当成了实际工程原理.
根据相对论,引力和速度都会影响时钟的快慢,如果不考虑这个因素,根据伪码测距的GPS系统发出的时间信号就 ...
呵呵,是你不清楚GPS实际工程原理,GPS实际工程原理得到的是四个独立参数,三个定位参数和钟差,是否存在相对论效应只会影响钟差的值,而不会影响三个定位参数.不是民科对对事实存在的东西都可以当没看见的,而是某些人把理想模型讨论的结果当成了实际工程原理.
huahuahuadadao 发表于 2011-9-12 14:16
再举一个例子:
美国科罗拉多州国家标准与技术研究院物理实验室在桌面上验证相对论,不同高度时间流逝速度 ...
对这个实验我并不了解,不好发表评论,在物理学界,已经不只一次宣称确证相对论,这也不会是最后一次.
还有一点,本文所代表的只是个人观点,只供大家参考和思考,一种观念正确与否,最终是由时间和实践去决定,所以我希望大家对不同的学术异议采取理性的态度.
再举一个例子:
美国科罗拉多州国家标准与技术研究院物理实验室在桌面上验证相对论,不同高度时间流逝速度 ...
对这个实验我并不了解,不好发表评论,在物理学界,已经不只一次宣称确证相对论,这也不会是最后一次.
还有一点,本文所代表的只是个人观点,只供大家参考和思考,一种观念正确与否,最终是由时间和实践去决定,所以我希望大家对不同的学术异议采取理性的态度.
liuchaojiann 发表于 2011-9-12 20:34
呵呵,是你不清楚GPS实际工程原理,GPS实际工程原理得到的是四个独立参数,三个定位参数和钟差,是否存在相对 ...
GPS是通过测量伪距来定位的,简单地说就是卫星发出带有时间的信号出来,接收机接收这个信号之后通过计算信号上面带来的时间信息再比较接收机自身的时间,通过这个时间差异再乘光速C就得出接收机与这颗卫星的距离,通过3个卫星的信息再加上星历的资料就可以解算出接收机所处位置的3维的数值,而因为一般的接收机的时钟准确度比较低,再加上1个卫星的信息就可以将接收机的时间与GPS标准时间的差计算出来,从而计算出接收机所处的位置。
从这里就可以发现,GPS接收机解算出来的钟差是接收机时间与GPS标准时间的差,这个钟差与接收机时间的代数和就是GPS标准时间,而接收机定位的原理是通过计算接收到的卫星信号上的时间信息与GPS标准时间的差异来得出接收机与这颗卫星的距离的,所以,如果卫星上的原子钟受运动与地球引力的影响而引起时间的改变(前面已经说过是会让星上的时钟比地面上运行的快些),而不去修正这个影响的话就会让所有卫星的时间与地面控制中心的GPS标准时间不同步,这样的话是会影响到GPS系统的定位的
呵呵,是你不清楚GPS实际工程原理,GPS实际工程原理得到的是四个独立参数,三个定位参数和钟差,是否存在相对 ...
GPS是通过测量伪距来定位的,简单地说就是卫星发出带有时间的信号出来,接收机接收这个信号之后通过计算信号上面带来的时间信息再比较接收机自身的时间,通过这个时间差异再乘光速C就得出接收机与这颗卫星的距离,通过3个卫星的信息再加上星历的资料就可以解算出接收机所处位置的3维的数值,而因为一般的接收机的时钟准确度比较低,再加上1个卫星的信息就可以将接收机的时间与GPS标准时间的差计算出来,从而计算出接收机所处的位置。
从这里就可以发现,GPS接收机解算出来的钟差是接收机时间与GPS标准时间的差,这个钟差与接收机时间的代数和就是GPS标准时间,而接收机定位的原理是通过计算接收到的卫星信号上的时间信息与GPS标准时间的差异来得出接收机与这颗卫星的距离的,所以,如果卫星上的原子钟受运动与地球引力的影响而引起时间的改变(前面已经说过是会让星上的时钟比地面上运行的快些),而不去修正这个影响的话就会让所有卫星的时间与地面控制中心的GPS标准时间不同步,这样的话是会影响到GPS系统的定位的
liuchaojiann 发表于 2011-9-12 20:57
对这个实验我并不了解,不好发表评论,在物理学界,已经不只一次宣称确证相对论,这也不会是最后一次.
还有一 ...
实验发表在《自然》杂志的,有兴趣可以去看。
不管是不是民科,一个新的理论是需要理论的演绎加上实验数据的支持才能得到科学界的认可,不是光有理论就行的
对这个实验我并不了解,不好发表评论,在物理学界,已经不只一次宣称确证相对论,这也不会是最后一次.
还有一 ...
实验发表在《自然》杂志的,有兴趣可以去看。
不管是不是民科,一个新的理论是需要理论的演绎加上实验数据的支持才能得到科学界的认可,不是光有理论就行的