寻找心灵专注 寻找心灵专注
关注数: 223 粉丝数: 138 发帖数: 2,871 关注贴吧数: 31
运动的参照物 在三维空间中,运动的参照物指的是被选定作为标准的、假定为静止的物体或坐标系,用于描述其他物体的位置变化和运动状态。简单来说,判断一个物体是否运动、如何运动,都需要先确定一个“不动”的参照对象。比如:- 坐在行驶的汽车里,以车为参照物,乘客是静止的;- 若以路边的树木为参照物,乘客则是运动的。在三维空间中,参照物通常需要建立三维坐标系(包含x、y、z三个坐标轴),通过物体在坐标系中的坐标变化来精确描述其位置、速度等运动属性。 这一直是我们物理理论对参照物的标准描述。 在四维时空中,参照物是指被选定为基准的、假定静止的时空框架(通常表现为一个惯性坐标系),用于描述物体在空间(三维)和时间(一维)中的位置变化及运动状态。与三维空间的参照物不同,四维时空中的参照物不仅包含空间坐标(x、y、z),还必须加入时间坐标(t),形成一个“时空坐标系”。通过这个坐标系,可以同时描述物体的空间位置随时间的变化。例如,在狭义相对论中,不同惯性系(匀速直线运动的参照物)会观测到不同的时间流逝和空间尺度(时间膨胀、长度收缩),这体现了四维时空中参照物对时空描述的影响。 这种采用数学模型做基础的描述其实是不能明确物理意义的。其实在四维时空中,动体的参照物就是动体自己的历史。(自己的类时测地线)。
谈一谈观察者效应 观察者效应是指“观察”行为本身会对被观察对象和观察结果产生影响的现象。该效应最初在量子力学领域被发现。 观察者效应的核心观点是:“观察”是造成结果的重要因素。 一般认为,在量子力学领域,“观察”改变了量子的状态。没有这样的“观察”就没有这样的结果。“观察”所依据的理论、方式方法和借助的仪器的操作使用都是造成观察结果的可能影响因素。有许多物理学家甚至认为是观察者的意识影响到了结果。 在量子力学中,观察者效应和测不准原理不同。 目前,观察者效应的前因后果也没有一个统一的标准解释。 在狭义相对论中,有没有观察者效应呢? 教科书上并没有这样的提法。 狭义相对论中的尺缩钟慢效应的根本原因是什么? 是同时性的相对性。这个原因是公认的。 在理论计算和实际测量中,由于观者采用的“同时”和被观者的“同时”并不一致,所以观者会发现被观者尺缩钟慢了。这个特定观者通过观测被观者得到的特定程度的尺缩钟慢只对这个特定观者有效。无法在所有观者之间达成共识。甚至在被观者“眼”里,情况正好相反。 而且最重要的是,观者的观测不管有没有尺缩钟慢效应都无法改变被观者的固有时。即便在大名鼎鼎的μ介子的衰变验证钟慢效应实验中也是如此。(此处会涉及到时空间隔不变,时空被分解为不同的3+1模式。这里不细说) 到此我们不难发现,尺缩钟慢效应是不是真实的? 对于观者来说,尺缩钟慢是真实的。但是也就仅仅对于该观者。不同的观者会得到不同的尺缩钟慢,甚至得到和该观者相反的结果。 说尺缩钟慢效应和观者挂钩,是没有问题的。 离开了观者谈尺缩钟慢是无稽之谈。(那就是扯犊子) 造成这样的结果,究其原因还是同时性的相对性。而我们目前采用的“同时”的定义和对“同时”的理解正是我们进行观测时采用的方式方法的理论依据。关于“同时”,我有详细讲过。 总结一下,尺缩钟慢这样的狭义相对论效应并不具有能在众多观者中达成共识的客观性。这种效应的产生和观者进行测量所依据的理论基础(同时性的相对性)有关系。这种效应的真实性只对观者有效。 若一种效应是因观者的观测方法而产生,而且该效应只对该观者有效,这样的效应可以称为观察者效应。
通过观察和实验的手段从被观者获得的信息是完备的吗? 我们尽量在不陷入哲学辩论的纠缠下快速的进入到要讨论的主要问题。物理学主要是研究物质存在的基本结构和物质运动变化规律的科学。这个进行所谓研究和体验的主体一定是有意识的,他通过直接或间接的获取目标客体的信息来判断目标客体是否存在。借用贝克莱的“存在即被感知”的字面含义,在物理学中就是通过“观察和实验”等一切“感知”手段对目标客体是否存在进行判断,进而对目标客体的基本结构和运动变化规律进行研究总结,形成经验和理论。在物理学中,进行研究的有意识的主体一般可统称为观察者,即观者。目标客体一般称为被观察者,即被观者。 实践经验告诉我们,自然世界中的被观者的存在是不依赖于观者的(除非观者的观察和实验破坏了被观者的状态)。他是观者的研究对象,他属于一种客观存在。沿着这样的脉络继续分析, 第一点,观者要研究被观者就必须通过观察和实验(即一切感知手段)来证实被观者是客观存在的。 第二点,观者通过观察和实验的手段从被观者获得的据以进行研究的信息是完备的吗?答案是,不完备的。 这要分两方面来说。 1.观者通过观察和实验的手段对被观者进行研究,他获得的信息和得到的结论是客观的吗?答案是这个客观只对观者自己有效。当然我们必须先假设观者采用的观察和实验的手段是科学的,规范的。即便如此,也难保观者的研究结果能在所有观者之间达成共识,因为观者都有自身的局限性,即所谓的观者效应。这样的情况下,观者的研究结果只能在自己和某些与观者存在某种类似状态的其它观者之间达成共识。而不能在普遍的观者之间达成共识。在物理学中,被观者的这种只对特定观者有效的性质和结构我们称它具有相对性。类似的,这样研究得出的规律我们称它有适用范围。总结一下,被观者的这种客观性是要加引号的,它不是普适的,它是相对的,是有适用范围的。 我们如何去寻找更具普遍性和客观性的被观者的性质和规律呢?这就需要我们引入更多观者,直至引入无限多的观者,只要被观者的性质及其规律在所有观者之间达成了共识,那么,这样的性质和规律所代表的就是普适的客观性,甚至是可以脱离观者的客观性。在物理学中称之为绝对性。 2.观者采用观察和实验的手段去研究被观者,往往会陷入逻辑悖论:不进行观察和实验就不能证明被观者是存在的,进行观察和实验会破坏被观者的状态,甚至被观者会由于观者的观察和实验而产生。何解呢?
有没有比相对论更基础的理论呢? 众所周知,相对论是一个基础理论,比其他理论要更基本。它处于理论体系的底层,也可以说是地基性质的理论。换一种说法,相对论是理论物理金字塔顶上的明珠,它的地位和重要性当然是不言而喻的。 我们在学习相对论知识的时候都会接触到相对性原理和协变性。物理理论一般来讲这两者都要满足,尤其是必须满足相对性原理,而满足协变性的理论一定会满足相对性原理。在旧世经典中要求满足伽利略变换的协变性。在相对论中要满足洛伦兹变换的协变性。这是表达一个理论是否客观真实的依据。这表明相对论是一个理论是否客观真实的评判者,试金石。是一个“管理论的理论”。 为什么会这样说? 因为物理研究最重要的领域就是力和运动。那我们怎样掌握运动状态呢?没錯,就是通过对时空坐标的描述来反应动体的运动状态。广言之,所有的真实客体都可以用时空坐标来描述。 那么,如何表达运动的客观性呢?就是通过不同的观者,从不同的视角观测得到变换的不变性,来表达运动的客观性。相对论正是描述坐标变换法则的理论,即洛伦兹变换。物理理论必须满足相对性原理,在相对论中表现为在四维时空中必须满足洛伦兹变换,物理定律表达形式具有洛伦兹协变性,即张量形式不变。 说白了,相对论的重要性就是来源于他是给时空坐标变换建立法则的理论。实际上,真正重要的、基础的、底层的,是我们对世界的客观性的探索,以及对时空坐标变换的要求,这二者才是整个物理理论体系的底层和基础。 那么,有没有比相对论更基础的理论呢?有的。就是研究时空坐标的理论,和探究客观性的理论。 古往今来,亚里士多德,伽利略,牛顿,爱因斯坦,都是从研究运动出发的。
答吧友对双生子效应的疑问 和你一样,我也曾经对同样的问题产生过疑问。不过我是用了好多年的时间才发现的这个疑问。正如楼上两位吧友解释的那样,哥哥确实是面临着你所猜测的状况。不过呢,不是哥哥看到弟弟如何如何,而是哥哥将会和不同时期的弟弟同时。用相对论的理论来说,最简单的说法就是哥哥的“同时面”会和不同时期的弟弟的历史阶段发生交汇。当然是某一个特定的历史阶段,而不是任意的历史阶段。哥哥在转向前是和10岁的弟弟同时,哥哥在转向后和20岁的弟弟同时,哥哥再一次转向,又和10岁的弟弟同时。这就是问题的正解,即相对论解释。看上去充满了悖论。实际上如果你承认了弟弟的历史阶段一直都是存在的,并不因为发生过就消失了。就如同放映一部电影,可以快进也可以后退,想看哪里就看哪里,那悖论就不存在了。相对论是允许时间机器穿梭回到过去的,至少在理论上是可行的。诺贝尔奖获得者基普索恩开创的虫洞理论就是做这方面研究的。至于我,正是有了这样的疑问之后才开始质疑相对论时空观的。接下来我只说一点。就是关于“同时”的定义。理解这个定义我经历了三个阶段,1,同时是依据时间来定义的,它属于一个时间方面的概念。2,同时是依据时空来定义的,这样才能定义绝对同时。3,“同时”的定义完全不依赖于时空,是一个独立的物理概念。它和牛顿的第三定律有关。“同时”的定义在我看来真的是历史遗珠,被忽略的宝藏。
对动系异地同时无法做出有效定义 本文要明确的一个重要问题是关于时间测量的问题。其核心是我们是否能够校对准确动系异地的标准钟? 庞加莱在他发表的《时间的测量》中认为“时间必须变成可测量的东西,不能被测量的东西不能成为科学的对象”。庞加莱认识到通过“约定”真空中光速的各向同性可以解决异地时钟的同步。爱因斯坦在建立狭义相对论时,正是沿着庞加莱的思路前进的。通过“约定”真空中的光速恒定,“约定”光在空间传播时是各向同性的,定义了异地时钟的“同时”。请注意,爱因斯坦定义的这个“同时”是静止参考系中的异地标准钟的“同时”,在《论动体的电动力学》中,爱因斯坦有明确的阐述。而我们在这里要讨论的是,观者是否可以校准与自己有相对运动的惯性系中异地之间的标准钟? 在我们研究动系异地同时的问题前,先做一些功课。 做相对运动的两个惯性参考系的情况很复杂。为了方便讨论问题,本书会一直采用其中的最简关联方式。约定如下: 如图:说明如下: 最简关联模式要满足三个条件, 1、两个惯性坐标系的三个空间坐标轴平行且同向。 2、X`轴所在坐标系O`相对于X轴所在坐标系O以速率V沿X轴正方向匀速运动,且V>0. 3、零点约定,在两个坐标系的原点O和O`相遇即位置重合时,t=t`=0. 我们可以看出,x轴和x'轴是重合的。 在牛顿力学中,若在时空中存在某一事件,这个事件在O系中的时空坐标为p=(t,x,y,z);在O`系中的时空坐标为p=(t`,x`,y`,z`).可以得到这两组坐标之间的变换关系: t`=t x`=x-vt y`=y z`=z 这就是经典力学中著名的伽利略变换表达式。进一步探讨其中运动质点的速度u的变换式为(x,y,z为下角标): ux`=ux –v uy`=uy uz`=uz 接下来要通过爱因斯坦雷击火车的思想实验来了解“同时性的相对性”。 在爱因斯坦写的相对论科普书籍《狭义与广义相对论浅说》里就提到了雷击火车思想实验。 这个思想实验是在承认了狭义相对论的两个基本假设的基础上进行的,两个基本假设是:狭义相对性原理和光速不变原理。 引用如下: 到目前为止,我们的思考一直参照“铁路路基”这一特定参考物体来进行。我们假设有一列很长的火车,以速度V沿下图所标明的方向在轨道上行驶。火车上的乘客把火车当作刚性参考物体(坐标系)来观察一切事物。因而轨道上发生的每一件事也相对于火车的某一特定地点发生,与相对于路基所做的同时性定义相同,我们也能相对于火车作同时性的定义。但作为一个自然的推论,下面的问题就产生了: 两个事件对于铁路路基来说是同时发生的(例如A、B两处闪电),对于火车来说否是也是同时发生的呢,我们将立即做出否定的证明。A、B两处被闪电击中相对于路基而言是同时的意思是:击中A处和B处的闪电光,在路基A—B的中点M相遇。但A和B也对应于火车上的A点和B点。令M' 为行驶中的火车A—B的中点,当闪电发生时,点M' 自然与M重合,但是火车上的点M' 以速度V向右方移动。如果M' 处的乘客并没有随火车移动,那么它就停留在M点,击中A和B的闪电光就同时到达他的位置,也就是说恰好在他所在的地方相遇。但是(相对于铁路路基来说)该乘客正在朝来自B的光线以等速度V行进,同时他又是在与A处发出的光线做逆行运动。因此,该乘客将先看见自B处发出的光,后看见自A处发出的光。所以,以列车为参照物的乘客将会得出如下结论,即闪电光B先于闪电光A发生。于是我们就得出以下重要结果: 相对于路基是同时的事件,对于火车并不同时,反过来也是如此(同时性的相对性)。每一个参考物体(坐标系)都有自己的特殊时间,除非我们能够明确表达关于时间的相对参考物体,否则对一个事件的时间的陈述就没有任何意义。 同时性的相对性说明同时不再是绝对的,要讨论两个事件是否同时,首先就一定要指定观者,否则同时将毫无意义。 接下来我们做个思想实验,对动系异地的时钟进行校对。如图:
相对性原理以及它和历史唯一原理的关系 这篇帖子是作者对相对性原理的认知。能够回答相对性原理的不可证伪性。 根据相对性原理的建立和发展历史,相对性原理分为伽利略的相对性原理(力学相对性原理)、狭义相对性原理和广义相对性原理。先具体介绍这几个原理的内容: 伽利略提出了相对性原理:力学规律在所有惯性坐标系中是等价的。力学过程对于静止的惯性系和匀速运动的惯性系是完全相同的。换句话说,在一系统内部所作任何力学的实验都不能够决定一惯性系统是在静止状态还是在作匀速直线运动。牛顿力学服从伽利略相对性原理,因此,伽利略相对性原理又称为力学相对性原理。 狭义相对性原理:任何真实的物理规律在所有惯性系中应形式不变,或者说,一切惯性系都是平权的、不可分辨的。可以看出,狭义相对性原理是伽利略相对性原理的推广,实质上是肯定了在所有惯性系中,不仅仅是力学规律而是所有的物理规律的绝对性。狭义相对性原理否定了宇宙中存在着一个优越的所谓绝对静止的惯性系,但是却肯定了存在一群优越的坐标系,即全部惯性系。这个问题在广义相对论中得到解决。 由于在狭义相对论中无法定义惯性系,所以爱因斯坦将狭义相对性原理推广到在任何参考系中都成立,而不仅仅是对惯性系成立。即狭义相对性原理被推广称为广义相对性原理:一切参考系都是平权的,物理定律在任何坐标系下形式都不变,即存在广义协变性。
洛伦兹变换推导过程的解读(三) 在本篇文章中,我们将接着谈上一篇文章中的重点内容:同时性的相对性。 看一看刘辽和费保俊、张允中编著的《狭义相对论》第二版中关于如何测量运动尺子长度的内容,其中对同时性的描述是何等的谨慎就会明白,同时性确实只能在同一惯性系下被描述。 根本原因还是同时性的相对性。 刘辽和费保俊、张允中编著的《狭义相对论》第二版第二章第28页关于如何测量运动尺子的长度,引用原文如下,读者可以自行分析。 (之所以多次引用经典教材中的片段,是因为它们的严谨性,能够一步到位的阐述主流相对论专家对狭义相对论以及相对论效应的解释。) 设S'系相对于S系以速度v沿x轴方向运动,其上静置一根刚尺A' B'(“刚尺”或“标准尺”是指相对于尺静止的观测者,测量棒上任意两点的距离不变),其长度为引用完毕。 从爱因斯坦到之后的其他人,他们对洛伦兹变换的推导过程都有相似之处。都是想仅仅通过观察发光事件这个特例,再依据光速不变原理和相对性原理这两条公设来推导出洛伦兹变换。但是,他们在推导过程中要么使用了推广手段,造成了在推导过程中,将光速不变直接上升到时空间隔不变,使得公式的物理意义变得不清楚;要么是采用了两个做相对运动的惯性参考系同时观测同一光信号的空间坐标这样明显违背了同时性的相对性的做法,很明显爱因斯坦之所以没采用这样的方法,正是基于他对相对论的深刻理解。可以这么说,依据同时性的方法来推导洛伦兹变换的人,还是没有理解相对论。
洛伦兹变换推导过程的解读(四) 本篇文章将会让读者在根源上明白,为什么从相对性原理和光速不变原理这两个公设无法推导出洛伦兹变换。 狭义相对性原理的数学形式是物理定律的表达式在坐标系之间变换应当满足线性变换。 在坐标变换的最简情形下,即最简关联模式要满足三个条件: 1、两个惯性坐标系的三个空间坐标轴同向,且X'轴和X轴重合。 2、X'轴所在坐标系O'相对于X轴所在坐标系O以速率V沿X轴正方向匀速运动,且V>0. 3、零点约定,在两个坐标系的原点O和O'相遇即位置重合时,t=t'=0. 一个真实发生的事件若其在X系的坐标为(x,y,z,t),在X'系的坐标为(x',y',z',t'),则作为线性变换应该有如下数学形式: x'=Ax+Bt+C x =Dx'+Et+F 因为是最简情形,坐标原点在初始时是重合的,所以C和F为0且两个坐标系的x轴和x'轴重合,并且只在x轴方向上有相对运动,即 x'=Ax+Bt y'=y z'=z t'=Jx+Kt 或者为 x=Dx'+Et' y=y' z=z' t=Gt'+Hx' 光速不变原理的数学形式是 ds²=dx²+dy²+dz²+(-c²t²)=0且 ds'²=dx'²+dy'²+dz'²+(-c²t'²)=0 这里请注意此时此处的ds²仅仅是描述光速不变原理的数学形式,它的值是零,而且只有ds²=0时才是光速不变原理,这一点一定要强调,任何ds²不等于零的说法都是将光速不变原理给推广了。因为我们知道在闵氏时空中,ds²代表的是时空间隔,它在非零的情况下依然是坐标变换不变量。而光速不变原理中的ds²=0只是时空间隔不变的一个特例,零值特例。 众所周知,洛伦兹变换是一种正交(保距)变换, 它要求ds²=dx²+dy²+dz²+(-c²t²),在ds²为非零的情况下依然是坐标变换不变量。 这样看就会一目了然:如何利用狭义相对性原理和光速不变原理将物理定律在坐标系之间的变换由线性变换推演成为洛伦兹变换的正交(保距)变换? 能还是不能? 答案是不能,缺少条件。
漫谈狭义相对论 好奇常常使人胡思乱想,刨根问底。学习了狭义相对论之后,疑问却变多了,禁不住就要提一些问题。 所有把洛伦兹变换等同于同时性变换的说法都是错的。既要用洛伦兹变换又要追求同时性,那么就要万分小心。 仔细分析爱因斯坦如何校对同时,会发现对于动系异地同时的校对是通过同时的传递来实现的。但是这种同时性是单向的,是在指定了某个观者之后才成立的。之所以如此是因为坚持光速不变原理会造成同时性的相对性。 说起同时性的相对性的发现,还要回溯到100多年前那个令爱因斯坦在好友贝索启发下突发灵感的时刻。 那个时刻爱因斯坦发现了什么呢?“…突然我领悟到这个问题的症结所在。这个问题的答案来自于对时间概念的分析,不可能绝对地确定时间,在时间和信号之间有着不可分割的联系。利用这一新概念,我第一次彻底的解决了这个难题。” 爱因斯坦发现若坚持光速不变原理,则必定要认为时间不再是绝对的,不同运动状态的观者会对时间产生不同的认识,即同时性的相对性。 爱因斯坦发现了同时性的相对性。不出5个星期,就写好了那篇历史性文献《论动体的电动力学》。 从今天回看,当年爱因斯坦欣喜若狂,思如泉涌,原因是他把自己看作是问题的解决者,并且由此创立了狭义相对论;但是事实上我们应当谨慎的把爱因斯坦当做问题的提出者:他提出了一维时间的同时性具有相对性。并且试图调和这种同时性与光速不变原理之间的关系。结果造成了时空观念陷入极大的误区,无法确定“现在”的唯一性,给时空穿越留下了可能。 再一次回顾爱因斯坦列车雷击实验,这个百多年来无懈可击的思想实验,现在依然屹立不倒,依旧无懈可击。 原因是什么? 窃以为如果按照爱因斯坦的描述和分析,我们依旧会走他的老路,无人能免。但是如果跳出这个思想实验,跳出他的思维设定,不再把爱因斯坦作为问题的解决者,而是把他作为问题的提出者,那么,另一条路就展现在我们面前了。
动体的时空坐标变换的两种依据 这篇文章发表在龙源期刊网上,通过搜索文章标题可以查询到。 摘要 通过案例详细的阐述了动体的时空坐标变换的依据有两种:(1)依据绝对同时,对运动进行直接描述。(2)通过描述动体本身上发生的同一事件来间接描述同一个动体的同一时刻。 关键词 动体 时空坐标 同时性 历史唯一 在物理学中,研究动体的运动轨迹,会借助坐标系,包括三维空间坐标和一维时间坐标。 本文核心问题:存不存在动体的时空坐标这个概念或说法?时空坐标是否等价于事件?没有事件内容的时空坐标是否是真实发生的事件? 动体的运动轨迹在不同观者观测下虽然形状不变,但是却有着不同的相对位置,即坐标。在经典力学时代,我们可以用牛顿力学精确的描绘动体的轨迹。著名的天体预言即哈雷彗星回归周期和天王星的发现都证明了用牛顿力学能够准确描述动体的时空坐标。(以观者时间为基础的空间坐标)我们会发现这样的对动体的时空位置的描述和动体本身上是否发生事件无关。即和动体本身的时间无关,却只和观者有关。原因是在绝对时空中,由于时间是绝对的,观者与被观者的时间是绝对同时的,简单举例就是观者我在3点进行观测时,被观者你在(x,y,z)位置,而此时此刻,被观者你也是3点,也处于观者我的坐标系中的(x,y,z)位置。观者和被观者能对被观者位置达成共识,包括时间位置和空间位置。所以我们说动体的时空坐标和用动体的时空坐标表示的一个事件,在本质上并无不同。即动体运动轨迹上的一个时空坐标点即可以表示动体的一个时空位置,又可以表示一个事件。甚至可以反过来,用动体的一个时空坐标表示一个事件,而无需动体上真正发生什么事件,即用一个没有事件内容的时空坐标点来表示一个事件。 这种情况在以绝对时空为基础的伽利略变换中是成立的。其本质原因是时间的绝对性导致的同时具有绝对性。 当物理学发展到狭义相对论时,随着闵氏几何的建立出现了描述动体运动轨迹的新方法--时空图
从“同时”到“现在”,再到“时间”(3) 同时的分类:1同地同时,同地同时又分为静系同地同时和动系同地同时;2异地同时,异地同时又分为静系异地同时和动系异地同时。 在同地同时中,静系同地同时和动系同地同时,在主流物理学即在相对论中认为是等同的,无需区分。这一观点本文作者保留意见。因为我们会发现在某些情况下同地同时的两者的时刻并不相同。 在异地同时中,动系异地同时无法定义,即无法用比钟对表的方式来约定动系异地同时。 同时性的相对性,参见爱因斯坦的思想实验:雷击火车实验 在爱因斯坦写的相对论科普书籍《狭义与广义相对论浅说》里就提到了雷击火车思想实验。这个思想实验是在承认了狭义相对论的两个基本假设的基础上进行的,两个基本假设是:狭义相对性原理和光速不变原理。引用如下:到目前为止,我们的思考一直参照“铁路路基”这一特定参考物体来进行。我们假设有一列很长的火车,以速度V沿下图所标明的方向在轨道上行驶。火车上的乘客把火车当作刚性参考物体(坐标系)来观察一切事物。因而轨道上发生的每一件事也相对于火车的某一特定地点发生,与相对于路基所做的同时性定义相同,我们也能相对于火车作同时性的定义。但作为一个自然的推论,下面的问题就产生了:两个事件对于铁路路基来说是同时发生的(例如A、B两处闪电),对于火车来说否是也是同时发生的呢,我们将立即做出否定的证明。 如下图: A、B两处被闪电击中相对于路基而言是同时的意思是:击中A处和B处的闪电光,在路基A—B的中点M相遇。但A和B也对应于火车上的A点和B点。令M'为行驶中的火车A—B的中点,当闪电发生时,点M'自然与M重合,但是火车上的点M'以速度V向右方移动。如果M'处的乘客并没有随火车移动,那么它就停留在M点,击中A和B的闪电光就同时到达他的位置,也就是说恰好在他所在的地方相遇。但是(相对于铁路路基来说)该乘客正在朝来自B的光线以等速度V行进,同时他又是在与A处发出的光线做逆行运动。因此,该乘客将先看见自B处发出的光,后看见自A处发出的光。所以,以列车为参照物的乘客将会得出如下结论,即闪电光B先于闪电光A发生。于是我们就得出以下重要结果:相对于路基是同时的事件,对于火车并不同时,反过来也是如此(同时性的相对性)。每一个参考物体(坐标系)都有自己的特殊时间,除非我们能够明确表达关于时间的相对参考物体,否则对一个事件的时间的陈述就没有任何意义。同时性的相对性说明同时不再是绝对的,要讨论两个事件是否同时,首先就一定要指定观者,否则同时将毫无意义。 在出现相对论效应时“同时”失效的两个类型。 第一种是观者会发现动系异地的“同时”并不同时。如爱因斯坦的雷击火车实验。 第二种是在闵氏时空中,没有因果关系的两个异地动系事件发生的先后顺序并不是确定对的,不同的观者会给出这两个事件不同的发生顺序。 两个类时间隔的事件,先后次序是绝对的。两个类空间隔的事件的先后次序是相对的。两类时事件(或类光事件)之间是可以有因果关系的。两类空事件之间是不可能有因果关系的。没有因果关系,说谁先发生、谁后发生,都无所谓。 此外,还有一类特殊的“同时”——“现在”。 是时候把“现在”这个词儿引入到物理学当中了。正在看这篇文章的读者应该都知道,现在不是昨天,不是前天更不是过去,也不是明天,不是后天,更不是未来,他就是今天,就是此时此刻,就在你阅读文章的时候,他依然在变化前进着。那么什么是现在?如果你也跟作者的想法一样的话,如果过去是已经发生完成的,而未来是还没有发生的,那么现在就是指事物变化的最前端,他不是指某一个确定的时刻,而是一个一直在变化的动态向前的量。仔细想一想,每个人的现在是不是都是唯一的?从小到大,我们所经历的一切的事情,都是曾经发生过的,我们在当时也管那叫现在,但是随着时间的流逝,我们的现在就是在今天的此时此刻,而且是唯一的,不会有别的其他时刻的现在,而且他所对应的时刻正在向前发生着变化。这种对“现在”的理解,就是我们最传统的理解方式,是还没有被纳入物理学范围的。庞加莱告诉我们,不能被测量的量无法进入物理学。所以“现在”要想进入物理学,必须和可测量的物理量建立联系。 “现在”是唯一的,承认“历史唯一”即“发生过的历史已经消失、没发生过的未来并不存在”的每一个观者都会认同这一点。每一个观者都只有一个“现在”,每一个变化都只有一个“最前端”,“现在”之外都不存在,存在就是“现在”。所以我的“现在”和你的“现在”同时共存于宇宙中。可以看到,“现在”是一种特殊的同时,具有绝对性、唯一性。不管被观者的运动状态如何,以及其它任何状态量的差异化,只要其存在,他的“现在”就是处于和我们的“现在”同时的状态。并不会出现同时性的相对性。所以这种“同时”是绝对同时。 总结一下:在宇宙中,由于“现在”的唯一性,“同时”也具有唯一性。可是这直接与相对论时空观中的“同时的相对性”相矛盾。 哪里出了问题呢? 应该从“同时”这个概念的产生和发展寻找答案。 同时是一个古老的概念,我们知道,“同时”的产生是依附于时间的定义之上的。“同时”是反应多个事件发生的时间先后的次序。“同时”最重要的功能就是比较时间顺序,或先或后或同时。只要有了同时,就有了事件发生的次序。在绝对时空下,时间是绝对的,空间也是绝对的,时间空间都是唯一的,在这种情况下,同时依附于时间的定义而产生,所以同时也是绝对的,唯一的。绝对时空的适用范围是什么样的?是宏观低速。但是随着科学的发展和进步,我们观测手段的增强提高,我们开始观测微观和高速运动,这时候我们发现绝对时空观并不能适应物理学的发展,并不能反映客观世界,所以我们的时空观发展进步了,变成了相对论时空观,在这样的时空观中,时间不再是绝对的,空间也不再是绝对的,这样同时这个依附时间定义而产生的概念,就必然变成了不再是绝对的,唯一的,这必然会影响同时的定义。这是必然的结果。 在相对论时空观中,时空成为了一个整体,而且时空是绝对的唯一的,所以时间虽然不再绝对唯一,但是时间所构成的时空是绝对唯一的,我们来看一下,最初的同时的定义产生于绝对时空中的绝对时间之下,它的适用范围是宏观低速,但是当我们时空观发展到相对论时空观的时候,我们超越了宏观低速,我们可以关注微观高速现象,所以时间的概念已经是发生了变化,不再是绝对的,唯一的,而是可变的。时间的概念改变了之后,但同时的概念并没有改变,同时依然是那个在宏观低速的情况下,在绝对时空观的时间中定义的老概念、旧概念。随着科学的发展,概念的改变,我们不得不面临的选择,第1种情况就是时间的概念都改变了,时间都变得不再绝对和唯一了,那么建立在时间概念基础之上的同时,变得不再绝对和唯一就是理所应当了,那我们就承认同时不再绝对和唯一,就像我们现在这样做的那样发现了同时的相对性。(但是这样一来“同时的相对性”与“现在的唯一性”直接矛盾,但是相对论允许历史存在);还有一种情况就是我们依附于绝对时间的概念上建立了绝对同时,那么当时间的概念变得不再绝对和唯一之后,我们应当改变同时建立时所依赖的时间概念,我们应该去寻找一个绝对唯一的概念去建立同时。由于时间和空间形成了一个绝对的时空,所以同时的概念可以建立在时空概念的基础上。这样同时就又变得绝对和唯一了。 (若有如下公理:物质存在在时间发展历程中是唯一的,则“同时”有两个特例超出了时间的范畴。 一,物质之间相互联系是超距的、即时的。 二,所有的存在都是同时。) 作者写到此处,突然惊觉不对。哪里不对?是对时间概念的理解出错了。 我们用时间来表示变化。我们说时间就是变化。其实就是用一种变化表示其他的变化。具体是怎么做的?就是,把变化标准化,用标准化的变化表示其他的变化。我们用选定的标准化的变化制作计时工具,如钟表等等,来对其他变化进行计量。从这个意义上来说,时间的本质就是变化。时间的作用就是计量变化。那么这样的时间能够反映出所有的变化吗?在物理学中我们使用标准钟的指针读数来反应时间变化。如果我们事先进行了比钟对表,就是事先将标准钟的读数统一,即约定同时,然后用标准钟记录时间变化,只要看标准钟的读数就可以了。在科学的香草时代,在经典物理学建立的时代,在绝对时空观中,在宏观低速的范围内,这样定义的时间能够反应所有变化,即我们没有发现时间无法记录的变化。我们要做的只是把标准钟做的更精准,让时间精度越高,来满足对测量的要求。但是,随着物理学的发展,我们终于发现标准钟“不准”了,即所谓的“尺缩钟慢”和大质量造成时空弯曲。 我们的结论是时间不再是绝对的了。但是这也表明用标准钟无法记录所有的变化。这是个具有开创性的思路:时间就是变化,我们用标准化的变化来记录其它变化。现在我们标准化的变化(标准钟)无法准确记录其它变化了,是什么原因?原因就是随着物理学的发展,我们找到了标准钟无法记录的变化。作者认为新现象非常明确的告诉我们,旧有的时间定义没有问题,但是我们选定的被我们标准化了的变化不能反应全部变化。即时间的定义无需改变:时间就是反应变化和记录变化。 要改变的是用什么变化来表示时间,去掉旧有标准化的变化,代之以能够反应全部变化的新变化。 这种观点应该成为一种原则。再次强调,时间就是反应变化和记录变化,如果旧有的标准化的变化无法反应全部变化,那就选择能够反应全部变化的新变化,将之标准化,来作为时间测量和制作计时工具的依据。 试想想,如此一来,时间又因我们的选择变成了绝对的,“同时”亦如此。这样又与唯一的“现在”相符合了。 这是个开创性的思路。依据此原则,以时空变化为依据,在光速时空中建立四维时间,就是一种对上述原则的尝试。
从“同时”到“现在”,再到“时间”(2) 物理学中,时间是事件发生的次序,“同时”是事件发生次序的比较:或先或后或同时。 传统意义上的“同时”是绝对的。它的绝对性依赖于时间的绝对性。“同时”有两个重要的性质:双向性和可传递性。 同时的两个基本性质: 1.如果在B处的钟同在A处的钟同步,那么在A处的钟也就同B处的钟同步。(即双向性) 2.如果在A处的钟既同B处的钟同步,又同C处的钟同步的,那么,B处同C处的两只钟也是相互同步的。(即可传递性) 标准钟:在狭义相对论中,标准钟的定义为:若一个钟在自己世界线上两点的时间间隔(即读数之差)恒等于这两点的世界线长,则这个钟为标准钟。日常生活中,走时精准的钟表均可近似看做标准钟。(《梁书》137页定义1)观者的固有时就是他的标准钟的读数。惯性观者在本惯性系内的坐标时等于自己的固有时。走时率:用来衡量钟表走的快慢的量。钟表的快慢不同,即是走时率不同。标准钟的走时率在出厂前应该调整到一样,而且标准钟的走时率要满足其世界线上任意两点读数之差等于线长。 初始设定:就是规定各处标准钟的时间。最简单的办法就是约定同时。以此来作为彼此互动时在时间上的依据。(关于“同时”的定义,请看本书第三章第五部分--同时性的相对性)约定同时是通过比钟和对表来实现的。 比钟和对表:通过技术手段来实现各地钟表的同步。此处的钟表是指完全相同的标准钟。设A和B两点保持相对静止,我们利用光信号来调整这两地的标准钟。一般来说,有两种方法:中点校准法和端点校准法。1.中点校准法:从两个标准钟空间距离的中点通过光信号进行观测。2.端点校准法:异地相对静止两点A和B,当A的标准钟读数为t₁时,从A向B发射一个光信号,设它到达B时,B上标准钟的读数为t₂光信号到达B后立刻向A返回,再次到达A时,A上标准钟的读数为t₃若有t₂=½×(t₁+t₃),则定义A和B上的标准钟同步,或者称A和B同时。我们定义了相对静止的各点在时间上的同时,即调整各点标准钟到同步。由于各点标准钟的走时率均相同,所以此后各点会一直同时。若两点之间是相对运动的,根据狭义相对论的钟慢效应,对于这两点之中任意一点上的观者来说,两点标准钟的走时率不再相同,所以将无法实现在时刻上一直同时。但是我们可以实现在某个时刻这两点上的标准钟同时。最简单的例子就是当运动中的两点相遇,即在三维空间位置上重合时,我们将两点标准钟调整到同一时刻。这样做的目的是将这一时刻作为初始设定,用来比较两点标准钟的变化。在现代物理学中,我们正是采用以上的方法来约定同时的。通过上文也不难看到这样约定同时有其局限性。同一个观者无法对所有被观者约定同时,在做相对运动的参考系之间,只能约定同地同时,而无法约定异地同时。
关于洛伦兹变换推导中存在的问题 为了回答吧友,这个在相吧发过,在本吧再发一次 首先我要把讨论的范围仅仅限制在你推导洛伦兹变换最为关键的也是最容易说不清楚的那个部分:洛伦兹因子γ如何在两个惯性参考系的表达式中一模一样的问题。即公式 x' = γ(x - ut) 与 x = γ(x' + ut')中γ取同一个值的问题。其他部分不在讨论之内。 必须承认,在我看到过的、研究过的许许多多的关于洛伦兹变换公式的推导,你的这个已经是很高明的了,甚至比很多专业的教授还有独到之处。由于我在这方面做了大量的研究,所以可以这么说,在推导洛伦兹变换公式的所有方法中,凡是用具体物理过程做推演的,全都是不严密的,有漏洞的,甚至可以说是错误的,这一点我曾经专门对这样的案例进行过剖析,而且指出了其中的不严密的甚至错误的地方。在这里就不细说了。我在分析案例的时候,看到很多专业的教授对洛伦兹变换的推导,做的也并不好。不敢说是批评,但是有一些确实是超出了我对正确这个词儿的理解范围,或者说对证明这个概念的理解范围。比方说有专业狭义相对论理论教材,是用一种纯数学的暴力拆解的方法论证出洛伦兹因子γ在两个参考系中的比值必然等于1。还有的专业物理学教授,觉得直接用暴力拆解的数学方法显得不够物理,于是他把空间对称做为一个条件加入到证明过程中。得出洛伦兹因子在两个参考系中的比值等于1。这种做法很显然是有问题的,你看看我们是从什么出发,我们是从两个假设出发推导洛伦兹变换的,这两个假设是相对性原理和光速不变原理,那么空间对称,是一个什么样的原理呢?如果它是一个原理,那么我们的出发点就是从三个原理开始,如果它不是一个原理,那它就是一个常识,或者叫做共识。这样一个没有经过细致论证的常识或共识,能否拿过来就用,应该是未定的吧,这并不符合物理学的严谨性。而你的证明过程显然的,是有比他们更优秀和高明的地方,或者说独到之处,因为你在论证洛伦兹因子的时候,你采用的是根据相对性原理中的惯性系平权。按你的说法,根据相对性原理中的惯性系平权,两个惯性参考系出现的相对论效应该是一样的,也就是说你看我是什么样的相对论效应,我看你也是什么样的相对论效应,那么显而易见,在两个惯性系中洛伦兹因子就一定相同。这样的思路是对了,既没有离开两个原理,也没有离开物理,而且又不是采用单纯的数学,看来你的证明似乎是接近完美无瑕和无懈可击了。 说起相对性原理,就必须要从伽利略变换谈起,就像是每一个推导洛伦兹变换的人,都会先谈伽利略变换那样。其实每个人在谈到伽利略变换和洛伦兹变换的时候,都会谈到时空观。没错,伽利略变换采用的是牛顿的绝对时空观,而洛伦兹变换在狭义相对论中采用的是相对论时空观。大家在谈完时空观后,就会具体到用数学描述伽利略变换公式和洛伦兹变换公式。我发现并没有人能够真正深入的从时空观对物理学的发展和影响来谈这两种变化。先强调一下,别人说过的,我就不再重复了,我只说别人没有谈到过的。在绝对时空观中,惯性系是平权的,这就是相对性原理产生的原因。这虽然是牛顿的高明的地方,但是也有着非常明显的漏洞,因为绝对时空中,由于时间是绝对的,空间是绝对的,也就是说时空是绝对的,所有的物体都是相对于绝对时空在运动。那么一定会存在着一个绝对静止的参考系,在这个参考系中他自身是优越的,独一无二的,是不同的、和其他惯性参考系是可区分开的。除了这个绝对静止的参考系,其他的各个惯性参考系在采用相对速度的情况下,是真真正正的惯性系平权。这句话是什么意思呢?就是当我们举例两个惯性参考系之间进行坐标变换的时候,也就是说采用伽利略变换的时候,观者,重点是每一个观者,任意一个观者,均可以处于任意的一种惯性状态下,具体点说就是观者可以是处于这两个惯性坐标系中的任意一个之上,也可以是处于这两个惯性坐标系之外的任意的一个惯性坐标系中,这个观者可以用全局的方式来观测这两个惯性坐标系之间的坐标变换,而坐标变换的结果,也将会符合这个观者的观测结果。我们甚至可以这么说,在伽利略变换下,观者是处于上帝的视角。由于绝对时空是平直的,这时候的伽利略变换,就像是一道几何题,每一个观者都是解题者,谁解都一样,谁解都会得到同样的结果,并且和这个解题者的观测结果相符合,这就是真真正正的惯性系平权,而无论这个解题者是处于哪一个惯性参考系之中,解题者根本不用是坐标变换中的当事人。这就是伽利略的相对性原理产生的根源。 但是当时空观由绝对时空观发展到相对论时空观之后,情况就有了很大的不同。 我们单刀直入好了,还是上面提到的两个惯性坐标系之间的坐标变换,我们此时采用的变换公式是洛伦兹变换公式,那么我要问,这时的观者能够和上面绝对时空中所提的观者完全一样吗?还是能像上面说的观者可以处于上帝视角,可以位于任意一个惯性参考系之中?很显然不能,我们可以具体讨论。两个做相对运动的惯性参考系之间,如果观者位于其中的一个惯性参考性,他对另一个惯性参考系的观测会告诉他,这个被观测的惯性参考系上出现了尺缩钟慢的相对论效应。这种情况下的观者,是发生坐标变换的惯性参考系之中的当事人。而且发生的相对论效应是有具体的数量值的。但是如果观者并非是坐标变换的两个惯性参考系之中的当事人,那么他就是处于另外的惯性参考系当中,我们来看一看他能不能成为一个全局的观测者,或者说他能不能成为用上帝视角来观察坐标变换的这样一个观测者。我的答案是不能,就算是他用洛伦兹变换,算出来当事人会观测到相对论效应,但是他无法用自己的试验手段去验证这个相对论效应。他甚至可以观测到那两个惯性参考系的时间快慢根本就不同。如果有许多个这样的观者,他们得出的结论也是各自都不相同。尤其是他们都无法用自己的实验去验证那两个进行坐标变换的惯性参考系之间所观测到的相对论效应。这一点证明,相对论时空观中的惯性观者和绝对时空观中任意惯性观者的地位是完全不同的。原因我们都知道,因为相对论效应的根源是同时性的相对性,由于观者所处的惯性状态的不同,他的同时无法代替当事人的同时,也无法代替任何其他惯性状态下的观者的同时,所以他的观测结果必然与其他观者的观测结果不同。在这种情况下,我们还能够泛泛的说惯性系平权吗?还有一点也可以证明我上面说的话。如果我们是处于进行坐标变换的两个惯性参考系中一个之上的观者。那么你一定会观测到另一个惯性参考系的时间变慢,尺子缩短了。这时候你用洛伦兹变换,也可以得到相同的结果。但是如果你考虑到惯性系平权,考虑到相对运动,那么另一个惯性参考系相对于你运动的惯性系平权的表述就是,你也在相对于另一个惯性参考系做运动,也就是说,你在观测他的时候,你是静止的还是运动,都是一种相对的说法,是否可以认为你是运动的,而他是静止的呢?就是说,我们以自己为参照物,假定我们自己是静止的,我们还可以以他为参照物,那么他就是静止的,我们就是运动的,这种说法在相对论中还能够成立吗?答案是不能,我们假定自己静止,那么我们的观测结果和用洛伦兹变换公式计算的结果是相符合的,但是如果我们假定自己是运动的,而被观者是静止的,我们的观测结果和理论计算结果就不再相符了。根源是同时性的相对性,因为每一个惯性观者都只能用自己的同时性去衡量被观者,这就导致了每个观者的观测结果并不一样。这就表明惯性系平权被打破了,难道你能说这是另一种惯性系平权吗?如果这么说的话,惯性系平权就不再能够成为定理。因为从不同的角度看,他又平权了。说来说去就变成了一种主观的臆断了。 让我们回到爱因斯坦建立狭义相对论的那个时候。我认为还是应该谨慎的论述相对性原理中的惯性系平权,这个惯性系平权指的是物理规律在惯性系中是一样的。不要任意拓展,不要任意推广,更不要认为惯性系平权指的是惯性系对称,我再次强调,在相对性原理中,惯性系平权指的是物理规律在惯性系中是一样的。所以在这种阐述下,你说的惯性系平权,就是我看你的相对论效应和你看我的相对论效应是相同的,这句话的理论依据就不足。综上所述,我们能够接触到的,非欧几何的洛伦兹变换公式的推导都是有瑕疵有问题的。 个人见解,希望指正。@joeihen @孙亮朝 @幽灵蝶 @狐说笆道 @石家庄张志峰
回答吧友关于洛伦兹变换推导的问题 首先我要把讨论的范围仅仅限制在你推导洛伦兹变换最为关键的也是最容易说不清楚的那个部分:洛伦兹因子γ如何在两个惯性参考系的表达式中一模一样的问题。即公式 x' = γ(x - ut) 与 x = γ(x' + ut')中γ取同一个值的问题。其他部分不在讨论之内。 必须承认,在我看到过的、研究过的许许多多的关于洛伦兹变换公式的推导,你的这个已经是很高明的了,甚至比很多专业的教授还有独到之处。由于我在这方面做了大量的研究,所以可以这么说,在推导洛伦兹变换公式的所有方法中,凡是用具体物理过程做推演的,全都是不严密的,有漏洞的,甚至可以说是错误的,这一点我曾经专门对这样的案例进行过剖析,而且指出了其中的不严密的甚至错误的地方。在这里就不细说了。我在分析案例的时候,看到很多专业的教授对洛伦兹变换的推导,做的也并不好。不敢说是批评,但是有一些确实是超出了我对正确这个词儿的理解范围,或者说对证明这个概念的理解范围。比方说有专业狭义相对论理论教材,是用一种纯数学的暴力拆解的方法论证出洛伦兹因子γ在两个参考系中的比值必然等于1。还有的专业物理学教授,觉得直接用暴力拆解的数学方法显得不够物理,于是他把空间对称做为一个条件加入到证明过程中。得出洛伦兹因子在两个参考系中的比值等于1。这种做法很显然是有问题的,你看看我们是从什么出发,我们是从两个假设出发推导洛伦兹变换的,这两个假设是相对性原理和光速不变原理,那么空间对称,是一个什么样的原理呢?如果它是一个原理,那么我们的出发点就是从三个原理开始,如果它不是一个原理,那它就是一个常识,或者叫做共识。这样一个没有经过细致论证的常识或共识,能否拿过来就用,应该是未定的吧,这并不符合物理学的严谨性。而你的证明过程显然的,是有比他们更优秀和高明的地方,或者说独到之处,因为你在论证洛伦兹因子的时候,你采用的是根据相对性原理中的惯性系平权。按你的说法,根据相对性原理中的惯性系平权,两个惯性参考系出现的相对论效应该是一样的,也就是说你看我是什么样的相对论效应,我看你也是什么样的相对论效应,那么显而易见,在两个惯性系中洛伦兹因子就一定相同。这样的思路是对了,既没有离开两个原理,也没有离开物理,而且又不是采用单纯的数学,看来你的证明似乎是接近完美无瑕和无懈可击了。 说起相对性原理,就必须要从伽利略变换谈起,就像是每一个推导洛伦兹变换的人,都会先谈伽利略变换那样。其实每个人在谈到伽利略变换和洛伦兹变换的时候,都会谈到时空观。没错,伽利略变换采用的是牛顿的绝对时空观,而洛伦兹变换在狭义相对论中采用的是相对论时空观。大家在谈完时空观后,就会具体到用数学描述伽利略变换公式和洛伦兹变换公式。我发现并没有人能够真正深入的从时空观对物理学的发展和影响来谈这两种变化。先强调一下,别人说过的,我就不再重复了,我只说别人没有谈到过的。在绝对时空观中,惯性系是平权的,这就是相对性原理产生的原因。这虽然是牛顿的高明的地方,但是也有着非常明显的漏洞,因为绝对时空中,由于时间是绝对的,空间是绝对的,也就是说时空是绝对的,所有的物体都是相对于绝对时空在运动。那么一定会存在着一个绝对静止的参考系,在这个参考系中他自身是优越的,独一无二的,是不同的、和其他惯性参考系是可区分开的。除了这个绝对静止的参考系,其他的各个惯性参考系在采用相对速度的情况下,是真真正正的惯性系平权。这句话是什么意思呢?就是当我们举例两个惯性参考系之间进行坐标变换的时候,也就是说采用伽利略变换的时候,观者,重点是每一个观者,任意一个观者,均可以处于任意的一种惯性状态下,具体点说就是观者可以是处于这两个惯性坐标系中的任意一个之上,也可以是处于这两个惯性坐标系之外的任意的一个惯性坐标系中,这个观者可以用全局的方式来观测这两个惯性坐标系之间的坐标变换,而坐标变换的结果,也将会符合这个观者的观测结果。我们甚至可以这么说,在伽利略变换下,观者是处于上帝的视角。由于绝对时空是平直的,这时候的伽利略变换,就像是一道几何题,每一个观者都是解题者,谁解都一样,谁解都会得到同样的结果,并且和这个解题者的观测结果相符合,这就是真真正正的惯性系平权,而无论这个解题者是处于哪一个惯性参考系之中,解题者根本不用是坐标变换中的当事人。这就是伽利略的相对性原理产生的根源。 但是当时空观由绝对时空观发展到相对论时空观之后,情况就有了很大的不同。 我们单刀直入好了,还是上面提到的两个惯性坐标系之间的坐标变换,我们此时采用的变换公式是洛伦兹变换公式,那么我要问,这时的观者能够和上面绝对时空中所提的观者完全一样吗?还是能像上面说的观者可以处于上帝视角,可以位于任意一个惯性参考系之中?很显然不能,我们可以具体讨论。两个做相对运动的惯性参考系之间,如果观者位于其中的一个惯性参考性,他对另一个惯性参考系的观测会告诉他,这个被观测的惯性参考系上出现了尺缩钟慢的相对论效应。这种情况下的观者,是发生坐标变换的惯性参考系之中的当事人。而且发生的相对论效应是有具体的数量值的。但是如果观者并非是坐标变换的两个惯性参考系之中的当事人,那么他就是处于另外的惯性参考系当中,我们来看一看他能不能成为一个全局的观测者,或者说他能不能成为用上帝视角来观察坐标变换的这样一个观测者。我的答案是不能,就算是他用洛伦兹变换,算出来当事人会观测到相对论效应,但是他无法用自己的试验手段去验证这个相对论效应。他甚至可以观测到那两个惯性参考系的时间快慢根本就不同。如果有许多个这样的观者,他们得出的结论也是各自都不相同。尤其是他们都无法用自己的实验去验证那两个进行坐标变换的惯性参考系之间所观测到的相对论效应。这一点证明,相对论时空观中的惯性观者和绝对时空观中任意惯性观者的地位是完全不同的。原因我们都知道,因为相对论效应的根源是同时性的相对性,由于观者所处的惯性状态的不同,他的同时无法代替当事人的同时,也无法代替任何其他惯性状态下的观者的同时,所以他的观测结果必然与其他观者的观测结果不同。在这种情况下,我们还能够泛泛的说惯性系平权吗?还有一点也可以证明我上面说的话。如果我们是处于进行坐标变换的两个惯性参考系中一个之上的观者。那么你一定会观测到另一个惯性参考系的时间变慢,尺子缩短了。这时候你用洛伦兹变换,也可以得到相同的结果。但是如果你考虑到惯性系平权,考虑到相对运动,那么另一个惯性参考系相对于你运动的惯性系平权的表述就是,你也在相对于另一个惯性参考系做运动,也就是说,你在观测他的时候,你是静止的还是运动,都是一种相对的说法,是否可以认为你是运动的,而他是静止的呢?就是说,我们以自己为参照物,假定我们自己是静止的,我们还可以以他为参照物,那么他就是静止的,我们就是运动的,这种说法在相对论中还能够成立吗?答案是不能,我们假定自己静止,那么我们的观测结果和用洛伦兹变换公式计算的结果是相符合的,但是如果我们假定自己是运动的,而被观者是静止的,我们的观测结果和理论计算结果就不再相符了。根源是同时性的相对性,因为每一个惯性观者都只能用自己的同时性去衡量被观者,这就导致了每个观者的观测结果并不一样。这就表明惯性系平权被打破了,难道你能说这是另一种惯性系平权吗?如果这么说的话,惯性系平权就不再能够成为定理。因为从不同的角度看,他又平权了。说来说去就变成了一种主观的臆断了。 让我们回到爱因斯坦建立狭义相对论的那个时候。我认为还是应该谨慎的论述相对性原理中的惯性系平权,这个惯性系平权指的是物理规律在惯性系中是一样的。不要任意拓展,不要任意推广,更不要认为惯性系平权指的是惯性系对称,我再次强调,在相对性原理中,惯性系平权指的是物理规律在惯性系中是一样的。所以在这种阐述下,你说的惯性系平权,就是我看你的相对论效应和你看我的相对论效应是相同的,这句话的理论依据就不足。综上所述,我们能够接触到的,非欧几何的洛伦兹变换公式的推导都是有瑕疵有问题的。 个人见解,希望指正。@joeihen @孙亮朝 @幽灵蝶 @狐说笆道 @石家庄张志峰
我们如何来标定空间中的一个点?只要作为观察者的我们确定了坐标系,则这一点的坐标就确定了。如果这一点上存在着一个真实的物体,那这个物体所在的点的坐标完全由我们当时的时间与当时物体所在的点的坐标所描述。仔细分析不难看出其中的细节:从古至今,我们都是这样定位一个物体的:观察者给出坐标系,然后确定出物体在观察者的观察时刻下的空间坐标。在这里,物体的空间坐标是由观测者观测物体所得到的。(记住要点是观测物体,这里被观测的物体是决定性因素(因为坐标已经确定。尤其是观测多个物体时)而时间却和物体无关,它完完全全来源于观测者,由观测者给出,也就是说时间并非来源于对被观测物体的观测,而是脱离了被观测的物体,或者说与被观测物体毫无关系)所以无论被观测物体有多少、在哪里,时间只有一个,只能是观察者给出,却和被观测者无关。甚至可以直接说时间是主观的,我们在用一个主观的时间观测世界。 不知道牛顿当时是否意识到当我们用时间来标定物体时,它反映的是我们通过测量或者我们虽然不需要测量但我们知道即使是测量了我们的时间和被观测物体的时间依然是相同的这个过程。如果他意识到了这一点,那他的思想和理论都是完整的,可以说甚至后人依然无法与之相比。而恰恰相反,我们只是意识到了他的时间理论的错误,却没有真正意识到错在哪里,而且依然在重复着这个错误。
爱因斯坦在1948年的通信中认为不应该定义动质量。而只有静质量,这是非常委婉的否认了自己在1905年定义的动质量。 北师大梁灿彬教授在狭义相对论初步讲座里谈到在相对论的四维语言中动质量用处不大,只需定义静质量即可。 北师大赵峥教授在广义相对论基础的讲座中,谈到若承认动质量则1.质量不再是常数2.质量不再是标量了。但是若不承认动质量则会牺牲质量守恒定律,即能量是守恒的,而质量不是守恒的。教授本人倾向于承认动质量。 本书作者认为,从实验的角度看,动质量是存在的。若承认动质量就意味着4-动量的定义不是P⁴=m₀U⁴,而应该写成P⁴=mU⁴,这样的4-动量就不再是守恒量了,直接影响到了广相的理论基础。经过了近100年的历史,看来只有本书作者才是最懂爱因斯坦的人。而其他人的解释都是模棱两可,或者是敷衍了事,没有抓住要害。 最重要的是,在光速时空中,4-动量就是P⁴=mU⁴,它的表达式为P⁴=mc=mc'+mv=m₀c+mv(矢量合成),而真正守恒的量是时间方向的动量m₀c,我们知道相对论实际上是描述时间的理论,在相对论中,4-动量被定义为P⁴=m₀U⁴,由于P⁴是个绝对量,U⁴也应该是个绝对量,是不依赖观者而存在的量。该动量写成表达式为 P⁴=m₀U⁴=E/c+p=mc+mv(矢量合成) 进行移项 mc=m₀U⁴+(-mv)(矢量合成)
1 下一页