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关于狭义相对论两个基本原理的讨论

(2009-07-20 13:57:14)
标签:

相对论

时空

教育

分类: 时空引力

1、狭义相对性原理的表述问题

         狭义相对性原理的表述归纳起来主要有两种:其一,“一切惯性参照系对全部物理学实验的行为是完全等效的”,我们称这种表述为物理表述; 其二,“正确的物理方程对于时空变换(有人甚至说是对于洛伦兹变换)都是协变的”,我们称这种表述为数学表述。

         这种物理表述是牛顿单纯力学的相对性原理的普通推广。这句话显然只能这样理解:在一个惯性参照系中做的任何一种物理学实验所得到的正确的物理学定律与在另一个惯性参照系中做的同样实验所得到的物理学定律是相同的。按此推理,在一切惯性参照系中都能得到完全相同的静电学高斯定理(如果高斯定律是某一惯性参照系中得到的精确的实验定理的话)。因此,单一的高斯定理是满足狭义相对性原理的物理表述的。我们不认为高斯定律只在以太存在的惯性参照系中成立,而是在任何惯性参照系中成立。但是,单一的高斯定律(假设我们还不知道其它电磁学定律)是不满足狭义相对性原理的数学表述的,然而我们不能否认高斯定律的数学形式是一个正确的物理方程。

     以往人们包括爱因斯坦常常把这两种表述不加区别,混为一谈。其物理表述强调的是惯性系的平权性,并没有涉及不同惯性系对同一物理过程的观测上的关系,即没有涉及参照系之间的变换问题;而其数学表述扩大了物理表述的内涵,则强调的是不同参照系对同一物理过程描述的变换关系问题,与其物理表述的本意不一致。如上面关于高斯定律的分析就说明了这一点。其实,两种表述之间只差一个条件,这就是本文将要提出的“狭义完整性”。然而,恰好数学表述的采用是导致狭义相对论取得许多正确结果的重要因素。其实,我们将看到,这种数学表述是比其物理表述更强的要求,是更基本的原理的一个推论。

2、光速不变性作为基本原理的不恰当性

         爱因斯坦把光速不变性作为理论的基本前提提出是不合适的。把光速放在一个特殊的地位上显得不自然,让人难以接受。人们不禁要问:为什么光速是恒定的?把光速不变作为基本前提就造成了一种假象,即时空的相对性源于光的传播性质。这就掩盖了对时空的本质理解,由此导致校钟与测光速的逻辑循环问题。 

          爱因斯坦根据他自由意志的约定[ 1 ],推导出了洛伦兹变换,似乎解释了洛伦兹变换的意义,但却又陷入了新的矛盾与困惑。爱因斯坦的同时性的操作定义也妨碍了人们对时空的正确认识。先验地认定,不能用移钟法校时,认为时钟移动以后会改变时率,我们将看到事实并非如此。

         后来有人提出的光速回路不变原理是不经一驳的,因为在一个惯性参照系中的回路光,在另一个相对运动的惯性系中看来则不是回路光。

          另一个不曾为人们注意的是,爱因斯坦的光速不变的约定严重妨碍了他将他的惯性系中的时空理论推广到非惯性参照系中,因为把光速传播放在理论的中心位置的校钟方法,在非惯性参照系中遇到了严重的困难。结合牛顿引力理论不满足洛伦兹变换的考虑,促使爱因斯坦建立了现在遭遇到许多困难的广义相对论(另文再述)。

请参见“狭义完整性时空理论”:http://prep.istic.ac.cn/eprint/search/result.jsp?d=fileinfo&flag=sear&r=1160282485174

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