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关于时空本质的探讨(上)

(2007-01-01 10:10:04)

时间是什么?从古至今,有多少哲人和学者为之探索着、争论不休。两千多年前,中国的孔老夫子望着滔滔而去的江水兴叹到:逝者如斯夫! 牛顿说:绝对的、真实的,或数学的时间,它的本身,而且就其本质而言,总是与任何外界事物无关地均匀地流逝着。在一般人的思维观念中,所谓的时间是指能用时钟度量的,用以描述事物发展变化的一种空间存在的延续。时间是绝对抽象的,人们只能凭感觉体会它的存在。

由此不难看出,在经典理论中,时间的流逝与自然界中其他任何事物无关,其中包括自然界存在本身,时间独立于自然界之外而存在。

二十世纪初,爱因斯坦发表了狭义相对论,认为自然界中的时间和空间不是绝对不变的,在高速运动的参考系内,时空将发生相对性效应。至于参考系在高速运动状态下为什么会发生时空变换效应,爱因斯坦也没有作出解答。实际上,这一问题涉及到了时间的本质,时间并不是一个抽象的概念,它拥有着具体的物理内涵。

狭义相对论的理论出发点基于两个假设:(1)相对性原理;(2)光速不变原理。其中光速不变原理是说:任一条光线在“静止”坐标系中总是以确定的速度c运动,不管这条光线是由静止的还是由运动着的物体发射出来的。因为一个光源的运动速度在两个相互作匀速运动的惯性系中看起来是不同的,所以光速不变原理又可表述为:光在真空中的传播速度总是各向同性的,与光源的运动速度无关。

光速与光源的运动速度无关,这在经典理论中是无法理解的,因为任何物质的运动速度,都包含着物质的初始速度。如果说光速与光源的运动速度无关,那么只有一种情况就是光速为无限大,而这又与实际情况不符。因此上说,光速不变原理在经典理论中是不成立的。

在相对论中,为了阐述自然界物质的运动规律,采用了参考系,参考系是一个与物质质量无关的假想时空坐标。在这一坐标系中,爱因斯坦根据光速不变原理和洛仑兹变换,推导出了时空的相对性效应。然而,自然界中的参考系是不能脱离物质而存在的,因此我们有必要把物质的质量代人时空坐标系中,用物质质量场的作用代替光的传播,以此来推演运动参考系内的时空变换。

在自然界中普遍存在着两种形式的能量场,这就是物体质量间的万有引力场和荷电粒子间的库仑场,在此,把这两种场合称为物质的质能场。质能场的传播特点是:以各自的质能载体(物体或荷电粒子)为核心,场与场之间彼此以光速 c 进行能量交换,发生作用。

如果把这一质能载体视为各自独立的物质系统ABC ……,那么,各系统间都在以质能场的形式发生着联系。系统间的信息传递,可以通过光讯号来完成。

设有AB 两个物质系统,相对静止时,在 AB 系统的质心连线的 O 点上,垂直于 AB 发出一束光讯号到达 P 点。

AB 两系统以速度 v 进行质心距离缩小的相近运动。假设发射光讯号的点 OA系统质能场的作用范围之内, B 只作为一个观测者,暂不考虑 B 系统质能场的作用。那么,在 B 系统观测A系统内的这束光讯号:由于质能场与系统A同步运动,所以光讯号的传播途经将由垂线OP变为一条斜线OP'

日常生活中也会遇同样的现象,如果雨天乘车就会发现,外面本来垂直下落的雨丝,在运动的车里观察却是倾斜的,其道理是一样的。

由于 AB 系统的相近运动,使光讯号的传播途径在二维空间内发生了变化,数学表示如下:

            OP'2 = OP2 +(vt') 2  

            ( ct') 2=(ct。) 2 +( vt') 2

 其中 t' 指系统发生运动后的时间测量值,这一结论首先是在 B 系统内得出的。

须要强调的是, AB 两系统是完全平权的,没有谁处在比较优越的地位。假如在A系统内观测,如若这束光讯号依赖于 B 系统质能场的运动,那么A系统的观察者会得出相同的结论。就是说,由于 AB 两系统的相对运动,将导致系统内的时间节律发生变化。

在狭义相对论中光速不变原理强调:光的传播速度与光源的运动无关。而我们也无任何实验证明,光的传播必须与系统质能场保持同步,有什么理由认定光的传播途径必须由 OP 变为 OP'呢?

其实,我们在这里是借助光传播的可视性,来演示质能场交换的变化特征。如果在物质系统 AB 的质心连线 O 点上,放置的不是一个光源,而是一物质质点,那么这一质点的质能场将受到运动系统质能场的作用,所发射出去的质能波与运动系统的质能场保持同步。因此在 B 系统内观测由 O 点发射出去的质能波,其传播途径将由 OP 变为 OP',与前面假设的光的传播途径相同,二维时空数学表达式仍然成立。

因此上说,光讯号在物质系统的相互作用过程中,不具有特殊意义,它只代表了物质系统间质能场的交换速度。如果说系统间质能场的交换速度不是光速,那么在二维时空数学表达式上,光速 c 将被质能场的传播速度所取代,因为真正决定一个系统内时间节律的是物质系统间质能场的交换率。

整理二维时空数学表达式,即得运动系统与静止系统间的时间关系式:

t= t'(1- v2/c2)1/2 ;或 t'=t/1- v2/c21/2  ( 1 )

可见,做相近运动的 AB 两系统,由于质能波的传播与运动系统的质能场保持同步,因此运动系统内的时间比静止时加快了t'>t。;这里首先需要假设一个前提,系统间的相对运动速度在光速 c 以内。

如果令 AB 两系统做质心距离增大的相离运动,同样利用质能波的二维空间变换推理,就可以得到另一组时间效应变换式:

    t= t'/(1-v2/c2)1/2      t'= t。1-v2/c21/2( 2 )

公式( 2 )告诉我们,做相离运动的物质系统内,其时间要比静止时慢。

根据动量守恒定律,由( 1 )、( 2 )式又可以相应推导出质量效应变换式:

相近运动状态下: m'= m/( 1-v2/c2 ) 1/2              ( 3 )

相离运动状态下: m'= m(1-v2/c21/2               ( 4 )

在相对论中,空间几何长度的相对性效应,是通过洛仑兹变换推导出来的,其中光速不变原理起了决定性作用。在质能场时空理论中,虽然否定了光速不变原理,但是仍然承认质能场所具有的光的传播特性,即任何系统的质能场始终相对于系统本身以光速 c 向外传递场的作用。因此可利用这一性质,通过时间效应变换式,推导出空间几何长度效应变换式:

相近运动状态下    L= L·(1-v/c)1/2     ( 5 )

相离运动状态下    L= L/(1-v/c)1/2         ( 6 )

公式( 5 )表示物质系统间发生相近运动时,系统内的空间几何长度将发生收缩效应;公式( 6 )则表示物质系统间发生相离运动时,系统内的空间几何长度将发生舒张效应。就是说,物质系统在不同的运动状态下,将发生不同性质的空间变换效应。

虽然物质系统内的空间变换效应是在运动方向上推导出来的,但是,这种变换效应并不只局限于运动方向,因为物质系统的质能场是均匀的,在一定范围内,它保证了系统内空间性质的各向同性。所以,物质系统在运动过程中发生空间变换时,也是各向同性的,不会因为空间方向变化而出现圆球变扁球的奇怪现象。

在质能场时空理论中,除了系统内物质的质量、空间长度和时间要发生变换效应外,还有第四个因素将同步发生变换效应,这就是荷电粒子的电量。须要说明的是,若使带电物质的电量发生变换效应,其前提条件必须是带电粒子间彼此发生相对运动,或带电粒子在电场中运动。

根据质能场时空理论的观点,在电场中运动的荷电粒子,将类比于物质系统的质量效应,发生电量变换效应。

两带电体发生相近运动时:

Q= Q/(1- v/c)1/2        ( 7 )

两带电体发生相离运动时:

                   Q= Q·(1- v/c)1/2        ( 8 )

综上所述,( 1 )—( 8 )式就是在质能场时空理论条件下,推导出来的时、空、质、电的运动变化效应。即在相近运动状态下,物质系统内将发生时间加快、空间长度收缩、物体质量增大、荷电粒子电量增大四种效应;与之相反,在相离运动状态下,物质系统内将发生时间延缓、空间长度舒张、物体质量减小、荷电粒子电量减小四种效应。

文章引用自:http://xskwl.tougao.com/

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