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论相对论时空理论的局限性

(2011-01-26 08:53:46)
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杂谈

摘要:世界万物是由一种“物质”通过多种多样的运动形成的。很久以前有人称这种“物质”叫“以太”,请允许我在这里称其为“动子”。物质是由“动子”通过不同的群体运动形式表现出来,而物质之外的时间、空间等等元素都是因“动子”的运动产生或改变。在本文我将初步建立一个由类似于相对论时空观的时间、空间模型,并用这个模型来辨析相对论的时空理论。通过建立的模型证实相对论的时空理论存在局限性。

 

关键字:动子,类光子,相对论,以太,时空模型

 

引言:

    上个世纪,以太理论与相对论一直存在争论,以太理论的支持者中一直以来有人怀疑相对论的正确性,而相对论的支持者认为以太的存在是多余的。那么到底谁对谁错呢?下面我将引入一个新时空模型来辨析这个问题。

引入这个模型前我们先观察一个现象。是人群运动现象,如下图1:

论相对论时空理论的局限性

 

图1

 

    一排人站在公告栏前看公告,假如这排人最左边每隔一段时间走2个人,而最右边每隔一段时间进来2个人,而其它人则在原地看公告。那么过一段时间后,这排人的位置明显向右移动了。这种现象在大自然其实很普遍,比如沙丘的运动、水及气流的运动等。这些现象说明了一个问题,物体在一方向上总共接收的组成物体的元素数量比失去的组成物体的元素数量多时,就造成了物体在这个方向上的运动。

 

1、“动子”模型假设

    在这里我们引入一个由“动子”组成物质的初步模型:假设存在着一种物质叫“动子”,假设“动子”是沿一个方向做匀速直线运动,而这种“动子”是组成物质的基本元素。其它物质是由一群“动子”从四面八方的方向运动动态聚合在一起而形成的,如图3。“动子”模型建立后,物体的运动对于这个动子模型来说是如何解释的?

    在“动子”模型内,物体的运动如人群运动现象一样,物质的运动解释为因为在一个方向上存在“动子”的运动数量差。假设物质是由n个“动子”动态组成的。那么我们可以把物质的质量写成m=km*n,km为一系数。而这个物质在某个方向上的“动子”数量差为Δn,那么我们可以把物质的速度写成V=kv*Δn/nkv为一系数。如果我们定义空间距离是不随“动子”数量而改变,则距离s仍用s表示。那么可得时间的表达式t=s/v=kt*s*n/Δnkt为一系数。从这个公式t=kt*s*n/Δn,可知每个参照系的时间都遵循一定的规律,并不是所有参照系都使用同一个时间标准的。

    “动子”模型可以解释很多东西,例如加速度、力、动能、动量等等,而使用“动子”模型解释物体为什么有惯性,这个问题更加简单。同时正因为“动子”模型的存在,而使得时空旅行只能往后旅行,不存在因果颠倒的情况。   

    那么万有引力及电磁理论“动子”模型能否解释吗?答案是肯定的。用“动子”模型解释万有引力:物质内是由“动子”组成,物质外也有“动子”,物质外的“动子”的聚合我们称为“动子场”。万有引力之所以存在就是因为物质外存在“动子场势”。同时“动子”模型也可解释电磁场:如图2,假设存在下图2这种状态的“动子”群体运动方式。其中形成a模型的“动子”群体运动方式我们命名为正电磁子,形成b模型的我们命名为负电磁子,当空间内有大量a模型或b模型的物质沿v1正向或反向运动时,即可形成电场。当空间内有大量a模型或b模型的物质沿v2正向或反向运动时,即可形成磁场。至于如何用“动子”模型详细解释万有引力及电磁场的作用,这里不详细介绍。

论相对论时空理论的局限性

图2

 

2、组建“类光子”模型,构建新的时空理论

 

    话又说回来,因为“动子”现在只是假设存在,按照现时的条件无法证实其是否存在,我们可以先跨过“动子”这一模型。假设现实中存在一些类似“光子”这种能量物质(下面将简称这些物质为“类光子”),这些“类光子”物质大概将按照“动子组成物质”的方式组成万物。则世界万物是由“类光子”这类物质按照“类光子”的运动方式及群体运动方式聚合在一起的。而我们解释物质的运动是因为在一个方向上存在“类光子”的数量差。如下图3所示:

论相对论时空理论的局限性

 

图3

    那么针对由“类光子”组成的物体的时空模型是如何呢?下面将建立一个类似于相对论时空观的时空模型。

假设在同一个空间内,有一个相对于这个空间静止的物体k1,同时也有一个相对于这个空间以速度u运动的物体k2,相对于空间静止的物体k1可以看成参照系K(x,y,z,v,t),而以速度u运动的物体k2可以看成参照系K’(x’,y’,z’,v’,t’),K’沿参照系K的x轴方向以u的速度大小运动。如图4

 

论相对论时空理论的局限性

图4 

    而在这个假设空间内,我们假设每个方向上的“类光子”的物质运动都是均匀分布的。同时我们定义惯性参照系K(x,y,z,v,t)的x,y,z与参照系K’(x’,y’,z’,v’,t’)的x’,y’,z’的单位长度是相同的,即惯性参照系K(x,y,z,v,t)与参照系K’(x’,y’,z’,v’,t’)的路程是等价的。意思即是一段1米长的棒子,在K参照系上被人们定义为1米,那么在K’参照系上仍会被人们定义为1米,长度不变,所以两个参照系上的几何尺度是相等的。

    那么相对于空间静止的物体k1上观察到k2上有一束光线c以光速的速度如图4所示运行。我们根据几何学的矢量合成,那么c与u的反向速度合成Vx,而Vx与x轴夹角为Q。假设在k2上观察到与x轴夹角为Q的方向上的光速为Vx’(Vx’为转化为相当于这个空间的速度,即Vx’=kw*c,kw为一个变动系数)。因为我们已经定义了两个参照系的空间度量等价,所以在k2上观察到与x轴夹角为Q的方向上的光速Vx’=Vx。那么Vx与光速c及u的关系为:

论相对论时空理论的局限性

   s=vt公式得到t/t’=v’/vs,v,t分别是K参照系的距离、速度及时间,s’,v’,t’分别是K’参照系的距离、速度及时间。由此可得到以下变换公式。

论相对论时空理论的局限性

3、时间扭曲的解释

    1-5、1-6、1-7等三个式子可知道新建立的时空模型的时间、空间、速度等扭曲情况。

很多人见到公式1-5后会认为这个公式1-5违反了光速速度不变的原则。其实1-5式并没有违反光速不变原理。试把1-5式与1-6式相乘后得到,vt=v’t’,我们把t和t’都定为是单位时间,s定义为光在单位时间内运行的距离。那么两个参照系测出来的速度都是‘光速’,不过测量出来的‘光速’大小是相对于自己的参照系而言罢了。因此可以得到结论,新的时空模型体现出因物体的运动而导致时间和速度扭曲了这种状况。

时间为什么会扭曲?如何扭曲?下面将详细介绍。
论相对论时空理论的局限性

图5

 

   如图5左边所示,有一个球形物体w1相对于空间是静止的,我们假设这个空间每个方向上的“类光子”的运动都是均匀分布的。那么可以知道这个球形物体w1在自己每一个方向上都能均匀接收到“类光子”数目为a,同时w1每个方向上的单位时间都是t。即每个方向上的单位时间都相等。

   如图5中间所示,有一个球形物体w2同样处在这个空间内,如果以球体w1作为参照系,这个球体w2是以u为速度在空间内运动的。那么球体w2每个方向上接收到的“类光子”数量就不相同了,可以说所接收到的数量在沿着速度u的方向接收的“类光子”是最多的,然后向u的反向方向逐步减小。就好像人在雨中跑步的经过一样,前面经受的雨点总比后面的多。可以说此时球体w2在每个方向上接收到的“类光子”数量a是沿着曲线p及曲线p’方向遂步减小的。其实在前面1-3公式上也已经表现出来这个事实。前面1-3公式计算出以u速度运行的物体k2,在与x轴夹角为Q的方向上接收到与其它方向同样多的“类光论相对论时空理论的局限性

量差引起物体k2运动,这些“类光子”数量越大、速度越快物体运动就越快,时间也相应改变,这就是时间变化的原因。光速不变性原理也可在这里得到证实。

   如图5右边所示,球体w2以u速度运动时,各个方向的单位时间与静止的球体w1比较,从ΔT0-ΔT1-ΔT2-ΔT3-ΔT4-ΔT5-ΔT6及ΔT0-ΔT11-ΔT10-ΔT9-ΔT8-ΔT7-ΔT6其单位时间大小应该是沿着这个方向遂步增加,因此沿着这两个方向时间的流速是由快到慢的。

 

4、新时空理论内的质量模型。

    从图5中间那个图可以推导出质量的变化情况。那么质量随速度变化的情况是如何的呢?

之前我们介绍“动子”模型时,曾定义过物体的质量为动子运动动态组成的。如果物质是由n个“动子”组成的,那么我们就定义为m=km*n,km为一系数。所以,在“类光子”模型内,我们定义质量为,如果组成物质的“类光子”数量为j,我们定义m=km’*j, km’为一系数。如图5中间那么个图中w2球体。当球体w2沿u方向运行时,其每个方向上接收到的“类光子”数量都不相同。所以根据质量的定义,w2每个方向的上质量都不相同。那么我们不妨算一下与x轴夹角为Q的方向上能接收到的“类光子”数量。

    假设这个空间上的“类光子”的运动是均匀分布的。那么静止球体w1在每个方向上都能接收到“类光子”数量皆为a,球体w2以u的速度在这个空间内运行。通过以上变换,球体w2在与x轴夹角为Q的方向上能接收到的“类光子”数量仍为a,不过速度变为
论相对论时空理论的局限性
 

5、辨析相对论,发现相对论的局限性

    相对论认为物体运动导致时间及空间扭曲了。这也是一种时空理论,只不过是变换的方式不同而已。我们试一下用以上模型推导出相对论的时空变换方程。

    我们假设速度不变,我们用以上图4的矢量图进行分析,如图6:

论相对论时空理论的局限性

图6

   我们假设a至d的距离为p(p为转化为相当于这个空间的距离大小,即p=kw*s’,kw为一个系数),而相对论是假设速度不变性,则Vx=c,且光线由a到b和a到d是同时开始、同时完成的。那么可以得到:s/p=c/Vx。

得到:
论相对论时空理论的局限性

论相对论时空理论的局限性

    为什么会刚好就是Q=90°时得出相对论推导出的时间、空间公式。这个问题我也曾经思考过、分析过。下面稍微介绍一下我的分析。

    我仔细查过洛伦兹变换整个过程,发现有一点情况是造成这个原因。以下我将发现的情况描述清楚。

洛伦兹变换假设成立的两个非常重要的式子如下:

   x=k(x’+ut’)                                                        1-15 

与   x’=k(x-ut)                                                        1-16

    1-15、1-16这两个式子在两个参照系上分别描述同一件事物,其表达式居然不相同。我们现在已经学习了相对论,现在我们就用相对论的原理,推导上面两条公式的是否描述同一件事物。下面指出这个出现这个问题具体之处。

    洛伦兹变换中提到:如图7,自k1上观察,在t时刻,对x’=0的点应有x=ut,故可得

x’=k(x-ut)

论相对论时空理论的局限性

7

    据相对性原理,如图8,自k2上观察,在t时刻,对x=0的点,应该有x’= –ut’(就是这里出错了),因为对在k2上观察,u已反向了。如果继续使用x’= –ut的话,x’= –ut这个公式描述的现象应变为:在k2上观察的结果是k1物体正以u速度大小向k1靠近,那就与图7描述的现象是两种不同现象。

论相对论时空理论的局限性


图8

    描述同一个现象,不管使用那一个参照系来观察,理论上来说应该有相同的表达式。而现在我们研究,到底什么地方能使1-15、1-16这两个式子在两个参照系上具有相同的表达式。经发现而当u的运动方向垂直于x轴时,这两个表达式应该成立。即与x轴的夹角Q=90°才能解决正,负符号而导致具有不同表达式这个问题。从而洛伦兹变换只适合于图4中Q=90°这种情况。这就使相对论的适用范围大大限制于图4中Q=90°这种情况。

 

结论

    本文通过假设存在一个“动子”模型,这个“动子”模型是组成世界万物的基本元素,通过这个假设的“动子”模型,初步建立一个由“类光子”组成万物的模型。物体通过“类光子”的得失变化解释时空理论,并初步建立一个与相对论时空观相似的时空模型。通过这个时空模型推断出运动物体的时间公式、质量公式等,同时可以这个时空模型辨析相对论,并证明相对论的时空观存在局限性。



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