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各惯性参照系中狭义完整方程之间的关系

(2009-07-20 19:04:14)
标签:

惯性参照系

狭义完整性

时空变换

教育

分类: 时空引力

1、狭义完整方程的普适性

所谓狭义完整方程的普适性是指这些描述一类物质运动的物理方程对在一切惯性参照系中所有可能发生的这类物质运动的描述是完全的、适用的。

前面已经指出,麦克斯韦方程组是满足狭义完整原理的。但麦克斯韦方程组是否对所有的惯性参照系都适用?或许它们只对某个特殊的惯性参照系(如地球参照系)适用呢?这正是历史上曾经热烈争论过的问题,也是导致爱因斯坦提出狭义相对论的原动力。在十九世纪末,这个问题的答案并不是显而易见的,但根据惯性系等价原理和狭义完整原理,答案是简明而肯定的。因为根据惯性系等价原理,在一切惯性参照系中都能得到麦克斯韦方程组中的每一个方程,而这四个方程所组成的方程组是满足狭义完整原理的,所以麦克斯韦方程组在一个惯性参照系中适用,在其它惯性参照系中也适用。麦克斯韦方程组具有普适性。这一点在爱因斯坦的狭义相对论中是含混不清的。人们不清楚,麦克斯韦方程组为什么具有普适性,而牛顿引力理论则不能。我们注意到,狭义完整性要求使得物理方程对某个惯性参照系中的物质运动的描述完全和适用,而惯性系等价原理允许某个惯性参照系中的狭义完整方程应用于一切惯性参照系。

2、光速不变性

由麦克斯韦方程组的普适性可作出如下推论:在一切惯性参照系中,电磁波在真空中的传播速度为一恒定的值,即光速不变。因为在一切惯性参照系中都有完全相同的麦克斯韦方程组,电磁波的传播速度为c2=1/eu,e 和 u 分别是真空的介电常数和磁导率,是一常数。至于光速 c 的精确度与真空的介电常数和磁导率的精度相关。后面我们将看到,在我们的新理论的逻辑体系中单程光速 是可以直接测量的,并不存在校钟与测光速的逻辑矛盾。这种逻辑矛盾在狭上相对论中出现是由于爱因斯坦把光的传播速度作为其理论的前提和对时空的相对性的错误理解所产生的。

3、时空变换的本质含义

设两个相对作匀速直线运动的惯性参照系KK' K系和K'系中的两个观测者对发生的同一系列的各种形式的电磁运动,虽然都能用同样的麦克斯韦方程组来描述,但他们各自直接观测到的具体的物理量的种类和量值是不相同的。物理量之间应该存在变换关系。

时间、长度是最基本的物理量,在物理量的量纲中,它们是最基本的,绝大多数物理量都是以时间和长度为其最基本的物理量来描述的,都呈现在时空中,发生在时空中,表现出时间性和空间性。两个惯性参照系之间所观测的物理量的差异(或变换)最终归结为(或表现为)两个惯性参照系之间时间空间的差异(或变换)。本来,时间空间并不是独立于物质运动以外的东西,它们是物质运动的基本特性,脱离物质的运动谈时间空间是没有意义的。时间空间的任何观测都必须通过比较物质的运动来进行,任何标准直尺和标准时钟也都是复杂的物质运动的集中表现。因此两个惯性参照系之间的物理量的变换最终归结为时空变换。这就是时空变换的本质含义。很明显,时间空间的差异是由惯性参照系之间的相对运动造成各物理量的观测差异所引起的。如果惯性系之间的相对运动速度一旦等于零,那么一切时空的差异也就消失。而个别与时空无关的物理量,如电荷,肯定是关于时空变换不变的量。       

4.4   狭义完整方程的协变性

狭义完整方程是普适的,它们在一切惯性参照系中保持同样的形式。不同惯性参照系之间物理量的观测上的差异或变换归结为两个惯性参照系之间的时空变换。由此推知,狭义完整方程在两个惯性系之间的时空变换下保持其形式不变,我们称这个性质为狭义完整方程的协变性。

我们看到,狭义完整方程的协变性是一个推论,是惯性系等价原理和狭义完整原理的一个推论,而不是一个假定。这更让人容易理解和接受。至于惯性系之间的时空变换关系是怎样的?是否唯一?这应是一个实验检验确定的问题,我们将在后面论述。  

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

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