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第十四回    狭义相对论怪胎

(2007-12-11 21:16:26)
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知识/探索

 

第十四回    狭义相对论怪胎

 

狭义相对论使用了一个不符合条件的相对性原理和一个错误的光速不变原理。事实上光不能被惯性系所带动,但狭义相对论强行把光放入惯性系中,强迫惯性系带动光。

光只在真空的以太静止坐标系中的速度才是不变的c ,但狭义相对论强行假设在彼此相对作匀速直线运动的任一惯性参照系中,所测得的真空中的光速都是c ,并美其名曰:光速不变原理。

根据这两条原理得到的相对论,在它诞生的时候根本得不到人们的承认。就连洛仑兹、麦克尔逊和赫芝这样的大科学家对相对论也是嗤之以鼻。于是那时候有一个笑话:相对论刚发表时全世界只有12个懂。还有个经典对白,全世界只有3个半人懂相对论!也有人说:“不对,全世界只有两个半人懂相对论”。我感到很奇怪也很想知道这三个半人是谁?查遍了史料也找不到答案。

后来有一个叫江东儿郎的网友告诉我,这个笑话的正版应该是这样的:1919年爱丁顿通过观测日食时恒星光线在太阳附近的弯曲证实了广义相对论的预言,这不仅仅让世界都记住了爱因斯坦这个名字、也为他本人带来了极大声誉。于是有记者恭维他:您真牛啊!听说世界上只有3个半人懂相对论,是吗?结果爱丁顿半天没说话。记者有点着急了:您老倒是也谦虚一下啊!怎么半天不说话?爱丁顿这才回答:我在想那半个人是谁呢。爱丁顿的这个回答一方面表明相对论晦涩难懂,另一方面也表明他认为世界上仅有3个人懂相对论,想再找半个也难。这三个人当中,肯定有爱因斯坦了,他老兄自己也应该算一个,还有一个是谁?格罗斯曼!

匈牙利-瑞士数学家格罗斯曼是爱因斯坦的同学,1912年爱因斯坦在创建广义相对论时遇到数学上的困难,格罗斯曼将他的数学成果介绍给他。1913年两人合作完成了《广义相对论和引力理论纲要》,其中物理学部分由爱因斯坦执笔,数学部分由格罗斯曼执笔。这一工作为广义相对论的建立铺平了道路。

狭义相对论不但难懂,也很怪异,我把它称为怪胎。

怪胎?我说导游老头子哟!那你得要把父本、母本、杂交点、还有杂交的时间地址,由谁杂交的以及杂交的过程都要交待清楚啊!

当然!当然!先来说说这个怪胎的父本和母本。

父本是相对性原理,即一切彼此作匀速直线运动的惯性参照系,对于描写运动的一切规律来说都是等价的。母本是光速不变原理,也就是在彼此相对作匀速直线运动的任一惯性参照系中,所测得的真空中的光速都是相等的。也可以这样理解,根据伽利略的“萨尔维蒂”大船中的相对性原理,父本说,所有匀速直线运动都是相对的,没有参照物,我们无法确定某一物体是否运动;母本说,光的运动例外,它是绝对的,没有任何参照物,也能确定某一个光子是以光速运动着的。因此,父本可简称为相对,母本可简称为绝对。这相对和绝对正好是哲学里的一对矛盾。矛盾着的父母生出来的儿子不是怪胎才怪呢!

再说说杂交点、杂交的时间地址和杂交的过程。

我们选择两个惯性坐标系,它们分别是S系和S’系,它们的坐标轴x和x'重合,y、y'和z、z'相互平行。开始时,S系在前S’系在后,S系是静止的,S'系沿x-x'轴以速度u作匀速直线运动。当S'追上S且它们的原点O'和O重合时,两坐标系的钟的读数分别为t=0和t'=0。就在O'和O重合时,这一重合点发出了一束球面光波。此时,这束球面光波的波前中心也就是该重合点。随后,发生了一件非常非常奇怪的事情,这束球面光波的波前中心竟然发生了分裂!一分为二!一个波前中心仍然在O点不动,另一个波前中心跑到了O'点,和S’一起运动!经过t秒钟后,S和S’两惯性系的新球面波前分别为:

x+y+z=c瞭病(1)

x’+y’+z’=c瞭’病(2)

根据空间和时间的匀均性假定,这两个坐标之间的变换就是线的,再对(1)和(2)式进行一些简单代数运算就得到:

x'=γ(x-ut) 

y'=y 

z'=z 

t'=γ(t-ux/c)

其中

γ=1/[(1-u/c)^(1/2)]   γ又称为收缩系数或洛仑兹系数。

这就是洛仑兹变换。

由于伽利略变换却是:

x'=x-ut 

y'=y 

z'=z 

t'= t

比较一下洛仑兹变换伽利略变换,不难发现在运动系S’发生了尺缩钟慢。也就是说,S’系的速度u越大,它的长度会变得越小,时间也会越短。

这就是相对性原理和光速不变原理杂交而生出相对论怪胎——洛仑兹变换的全过程。

不难看出,杂交点是在S'和S的原点O'和O重合的那一点,杂交的时间也就是狭义相对论诞生的时候,大约在1905年6月30日。杂交的地址是在两惯性系S'和S上。这个杂交当然是由爱因斯坦亲自完成的。

诸位,还有什么问题吗?

喂,老头子,说一说问题主要出在什么地方,好吗?

问题当然出在波前中心分裂。在O'和O重合的那一点只发出一束球面光波,而不是发出两束!所以这束球面光波只可能从O'或O发出。光速不变是错的!所以以下两个球面波方程

x+y+z=c瞭病(1)

x’+y’+z’=c瞭’病(2)

也只有一个是对的!这就导致整个数学推导完全错了。于是尺缩钟慢是不成立的。就这么简单!

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