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【讨论】狭义相对论七问
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狭义相对论七问 一问:光的运动与实物惯性运动有何区别?光程与位移、光速与惯性速度在物理性质上有何区别？对实物惯性运动的描述是以参照物为基准的，与参照物的选择和运动状态有关，而光的运动描述也是以参照物为基准吗？与参照物的选择和运动状态有关，还是无关？将牛顿力学的伽利略相对性原理（惯性系等价原理）推广到光学中有什么事实和理论根据吗？ 二问：在相对论中，光速不变原理与伽利略变换之间的矛盾的根源是伽利略变换是错误的，还是把光的运动等同于实物惯性运动、把光程等同于位移、把光速等同于惯性速度的认识和认识方法是错误的？ 三问：科学理论有适用范围吗？科学真理超出其适用范围还是真理吗？牛顿力学的适用范围是什么？光学的适用范围是什么？能够用牛顿力学的理论和计算方法去解释光学现象和实验吗？如果用牛顿力学定律和以实物惯性运动为基础的伽利略速度变换法则不能解释光学现象和实验，这能说明牛顿力学定律和以实物惯性运动为基础的伽利略速度变换法则是错误的吗？ 四问：把光假定为以“以太”为介质的物质机械波有什么理论和事实根据吗？以此假定为依据用迈克尔逊——莫雷光学实验去证明地球相对于“以太”的速度在实验方法和原理上是正确的吗？地球相对于“以太”的速度为零的结论是因为经典理论——牛顿力学和光学存在问题？还是把光假定为以“以太”为介质的物质机械波，并以此假定为依据用迈克尔逊——莫雷光学实验去证明地球相对于“以太”的速度在实验方法和原理根本上是错误的？对迈克尔逊——莫雷光学实验的正确认识是用经典光学理论去理解，还是用牛顿力学和把光假定为以“以太”为介质的物质机械波去解释？经典理论——牛顿力学和光学是建立在对自然的观察和实验的分析和归纳上的，还是某种假定上的？如果用经典光学理论也不能正确解释迈克尔 逊——莫雷光学实验，我们是否可以以此断定牛顿力学存在问题？ 五问：参照坐标系是客观存在的，还是人为主观设定的？参照坐标系与自然存在的空间谁是第一性的，谁决定谁？是自然存在的空间决定参照坐标系的性质，还是参照坐标系的性质决定自然存在的空间？自然存在的空间的大小会随着物质的运动状态的改变而改变吗？如果自然存在的空间的大小不随着物质的运动状态的改变而改变，那么参照坐标系的坐标空间的大小会随着物质的运动状态的改变而改变吗？如果参照坐标系的坐标空间的大小会随着物质的运动状态的改变而改变这符合自然存在的空间的性质吗？对空间的认识是建立在对自然的观测上，还是建立在某种假定上？ 六问：洛伦兹变换的时空变换是自洽的吗？是符合客观事实的吗？如何解释一个时钟相对于另一个时钟又快又慢的结论？ 七问：如何用实验去证明理论的真实性、客观性？能够用对实验结果的先入为见的解释作为实验证明的依据吗？现有物理实验能够证明狭义相对论的真实性、客观性吗？ 对上问题的思考，无疑会加深对狭义相对论、牛顿力学、经典光学理论的认识，仁者见仁,智者见智,敬请各位物理爱好者提出不同见解和主张． ？ 科学需要多一些理性的批判和怀疑，少一些盲目的崇拜和迷信 [ Last edited by zt970831 on 2008-5-2 at 23:23 ] |
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对任何自然科学理论的认识，不仅要知其然,而且还要知其所以然，不仅要了解自然科学 理 论讲了什么，而且还要知道自然科学理论的理论前提和依据是什么，是通过什么样的认 识方 式建立起来的，只有这样对自然科学理论的认识才能是全面和深入的，狭义相对论是建 立在 光学的光速不变原理与牛顿力学的力学相对性原理的自然推广的基础上的，因此要正确 理解 狭义相对论，就必须全面、正确认识光的运动和实物的惯性运动，就必须全面、正确认 识光 学和牛顿力学. 光的运动和实物惯性运动无论从运动的主体、运动的形式、运动的规律以及描 述、刻画的方式都存在着根本的区别, 光的运动主体是电磁场, 实物惯性运动主体是实 物, 电磁场和实物是两种性质、形态不同的物质，从运动形式看，光的运动是波动，而实物 的运 动是惯性运动，波动和惯性运动是物质的两种不同的运动形态，从运动规律看：光的运 动遵 循的是光的直线、独立、反射、折射、干涉、衍射、偏振等光学定律和规律，而实物的 惯性 运动遵循的是牛顿力学三大定律和力学相对性原理；从描述、刻画的方式看:光的运动是 以 光的几何路程、光程、光速、光的传播时间、光的频率、波长等来描述、刻画的、光速 是波 速、是光在透明介质中传遍的几何路程与传播时间之比，其大小由透明介质的物理特性 决定 的，在真空中有光速 [1],ε0为真空介电常数，μ0为真空磁导率，光速Ｃ与参照坐 标系的选择运动状态无关，始终为一恒值，光速是标量。而对实物的惯性运动是用质 点、惯 性质量、作用力、位移、惯性速度、惯性加速度等描述、刻画的，惯性速度是位移对时 间的 导数[2]，其大小与参照系的选择和运动状态有关。而与真空的介电常数与磁导率无关， 在不 同的惯性系中，同一实物的惯性速度的大小、方向可能是不同的，在非惯性系中，惯性 速度 的大小、方向是变化的，而且惯性速度的大小、方向的变化也与作用力的大小、方向有 关， 惯性速度是矢量。实物的惯性运动存在相对静止状态，而光不存在相对静止状态，并且 光是 由实物——光源产生的。因此，从对光的运动和实物惯性运动的分析、比较和论证，可 以得 出：光的运动和实物的惯性运动是两种完全不同的运动. 正因为光的运动不同于实物的惯性运动，所以伟大的物理学家牛顿才将 光学作为与牛顿力学相独立的理论体系建立的，通过对光的运动和实物的惯性运动、光 学和 牛顿力学的对比分析，我们也不难得出：光的运动和实物的惯性运动是完全不同的运 动，光 学和牛顿力学是相互独立的理论体系，因此我们有理由明确：将牛顿力学的力学相对性 原理 推广到光学中的理论和事实依据是什么。 实物的惯性运动是以参照物为基准描述的，很显然参照物的选择和运动状态会改变和影 响对 实物的惯性运动规律的描述，如果在选择的参照系中，实物的惯性运动规律遵循牛顿力 学定 律，这样的参照系被称为惯性系，否则, 被称为非惯性系。因此，在牛顿力学中有：在 惯性 系中实物的惯性运动规律都遵循相同的力学规律，即牛顿力学定律，因而有惯性系等价 的结 论，这就是牛顿力学的力学相对性原理，因此牛顿力学的力学相对性原理是以实物的惯 性运 动、牛顿力学定律、参照物的选择和运动状态为基础的，因此当我们将牛顿力学的力学 相对 性原理推广到其它运动形式时，我们是否应分析和论证一下其它运动形式与实物的惯性 运 动、牛顿力学定律、参照物的选择和运动状态的关系，因此，所谓牛顿力学的力学相对 性原 理自然推广只不过是某些物理学家依赖于直觉的推断上，是将牛顿力学的力学相对性原 理脱 离实际、脱离自然、绝对化、夸大化的结果，这种对自然的认识建立在某些物理学家主 观臆 测上，而不是建立在客观事实的分析和论证上的认识方式，显然不符合科学客观性、严 谨性 的要求。 狭义相对论并没有认识到光的运动和实物的惯性运动的本质区别，而是把光的运动等同 于实 物的惯性运动，因此才有在没有任何客观事实根据和必要的理论分析和论证的前提下将 牛顿 力学的力学相对性原理推广到光学中，才能得出光速不变原理与以实物的惯性运动、惯 性速 度为基础的伽利略速度变换法则相矛盾的结论。 对任何自然科学理论的实验论证，实验的方法和原理必须是正确的，实验的结果才具有 客观 性、真实性，对自然科学理论的论证才具有客观性、严谨性。假定是一种主观的猜测和 想象， 是一种尚待用客观事实验证的、既可能成立，也可能不成立的、不确定的结论，我们可 以用 实验验证假定是否成立，但是这并不意味着可以以假定为实验前提和依据去论证自然科 学理 论，科学的实验只有以确定的客观事实为前提，实验的结果才具有确定性，以不确定的 假定 为前提的实验其结果也是不确定的，以迈克尔逊——莫雷光学实验为例，迈克尔逊—— 莫雷 光学实验是假定光是“以太”为介质的物质机械波，并以此为前提用迈克尔逊——莫雷 光学 干涉仪去验证地球相对于“以太”的速度，如果光是“以太”为介质的物质机械波是成 立的， 则由迈克尔逊——莫雷光学实验得出的地球相对于“以太”的速度为零的结论是成立 的，如 果光是“以太”为介质的物质机械波是不成立的，则迈克尔逊——莫雷光学实验以此为 根据 去验证地球相对于“以太”的速度在实验的方法和原理上是错误的，由此而得的地球相 对于 “以太”的速度为零的结论是错误的，正因为光是“以太”为介质的物质机械波是不确 定的 假定，以此为根据得到的地球相对于“以太”的速度为零的结论同样是不确定的，用这 种不 确定的结论去验证经典物理学理论在认识方法上是不客观的、不严谨的。如果要使地球 相对 于“以太”的速度为零的结论成立，必须首先证明光是“以太”为介质的物质机械波成 立 现代物理学普遍认为光是“以太”为介质的物质机械波是不成立的，因此，迈克尔逊— —莫 雷光学实验以此为根据去验证地球相对于“以太”的速度在实验的方法和原理上是错误 的， 由此而得的地球相对于“以太”的速度为零的结论也是错误的。从迈克尔逊——莫雷光 学实 验中唯一能够确定的结论是：没有发现干涉条纹的移动。 经典物理学理论是建立在对自然观察、实践所得的客观事实的分析和论证上的，牛顿力 学是 建立在对自然的实物的惯性运动的观察、实践所得到的现像、数据的分析和论证上的， 而光 学是建立在对自然的光的运动的观察、实践所得到的现像、数据的分析和论证上的，而 不是 建立在某种主观的假定上，不是建立在光是“以太”为介质的物质机械波的假定上的， 把光 假定为“以太”为介质的物质机械波是某些物理学家的主观想象，光是“以太”为介质 的物 质机械波是不成立的，这只能证明某些物理学家的主观想象、臆测是错误的，而不能证 明经 典物理学理论存在问题。 对迈克尔逊——莫雷光学实验科学合理的解释是用对自然观察、实践所得的客观事实的 分析 和论证得到的经典光学理论——波动光学和几何光学，而不是用想象出的理论——光是 “以 太”为介质的物质机械波或把光等同于实物的惯性运动去解释，即便经典光学理论—— 波动 光学和几何光学不能正确解释迈克尔逊——莫雷光学实验，那也只能说明经典光学理 论—— 波动光学和几何光学尚需完善，而不能说明牛顿力学存在问题，因为光的运动和实物的 惯性 运动是两种完全不同的运动。 因此可以得出：迈克尔逊——莫雷光学实验并不能证明经典物理学理论存在问题，所谓 现代 物理学头上的一朵“乌云”——地球相对于“以太”的速度为零的结论，并不是由经典 物理 学理论引起的，而是某些物理学家主观假定光是“以太”为介质的物质机械波，并以此 为根 据验证地球相对于“以太”的速度在实验的方法和原理上是错误的，由此而得的地球相 对于 “以太”的速度为零的结论是错误的。 在经典光学理论中,光的几何路程是由光所经过的光学器件的距离决定的,而光程是由光 的几何路程和光所经过的介质特性(折射率)决定的,在迈--莫光学实验中,无论迈--莫干 涉仪如何运动,反射镜与半透镜的距离始终保持不变,而光所经过的介质特性(折射率)也 没有改变,因此,光的几何路程,光程也必然保持不变,自然光程差也将保持不变,光程差不 变,又何来干涉条纹的移动? 对科学实验只有正确利用科学理论才有可能得到符合实验现象和结果的解释,然而在相对 论中,不是利用建立在观察和实践基础上的科学理论--经典光学理论去解释迈--莫光学实 验,而是把光主观的假定为以以太为介质的物质机械波,并以此为根据去解释迈--莫光学 实验,当他们不能够正确得到符合实验现象和结果的解释的时候,他们不是怀疑他们对光 的认识是错误的,不是怀疑他们对迈--莫光学实验的解释方法是错误的,而是怀疑经典光 学理论,牛顿力学存在理论问题,这种认识和思维方式显然是不客观,不严谨的. 光速不变原理严格上也可称为光速不变定律,其真实物理含义为:光程与光的传遍时间成 正比,其比值为一恒值,其大小由真空的介电常数与磁导率决定,正因为光程与光的传遍时 间成正比,所以在经典光学理论中,是利用计算光程来实现光的传遍时间的计算,从而实现 对光的干涉条纹的计算.光程与光的传遍时间成正比也是光的运动与实物惯性运动,光速 与惯性速度的本质区别之一. 要正确认识光速不变原理,首先要正确认识光的运动与实物惯性运动的描述,对实物惯性 运动的描述是以参照物为基准描述的,实物惯性运动的描述就是实物相对于参照物运动状 态的描述,因此实物惯性运动的描述(无论是位移,还是惯性速度)都是与参照物运动状态 和选择有关的,是随着参照物的改变而改变的,因此在牛顿力学中,对实物惯性运动的描述 首先要确立的就是参照物,是惯性系还是非惯性系. 对光的运动的描述首先考虑的是光源的特性,光所经过的光学器件的几何位置,几何距离, 光所经过的介质性质(折射率),而并不需要参照物的确立,因为对光的运动的描述无论是 光的几何路程,光程,光的传播时间,频率,波长,还是光的直线,独立,干涉,偏振,衍射等性 质和规律都不是以参照物为基准描述的,它们也与参照物运动状态和选择无关,这也是光 的运动的描述与实物惯性运动的描述的本质区别之一. 在伽利略坐标变换中,时间和空间的大小保持不变,因此,在伽利略坐标变换下,物体之间 的几何位置和距离保持不变,光在物体之间通过的光的几何路程,光程,光的传播时间,光 所经过的介质性质(折射率)也将保持不变,自然光程与光的传遍时间之比----光速也将保 持不变,因此伽利略坐标变换与光速不变原理并不存在不可调和的矛盾,关键在于如何正 确认识光的运动. 与光速不变原理矛盾的是伽利略速度变换法则,这并不意味伽利略速度变换法则是错误 的,只不过是建立在实物惯性运动,惯性速度基础上的伽利略速度变换法则不适用于光的 运动.因此,狭义相对论得得出的光速不变原理与伽利略变换存在不可调和的矛盾的结论 是依赖于直觉的结果,而不是建立在理性的客观的分析和论证上 上面的论述实际上对狭义相对论七问的前四问我已经作出自己的解答,不实之处尚请高明 批评,指正. -- -- 科学源于事实 |
2楼2008-05-12 20:20:08
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| 自然空间是一种自然存在、现实存在、客观存在，自然空间的性质是第一性的、绝对的，它 不依赖于人的主观观念的存在而存在，不随人的主观需要的改变而改变，能够被我们的感觉 所感知，也能被我们所描述、刻画、模拟和反映，对自然空间的性质只能建立在对自然空间 这种自然存在、现实存在、客观存在的观测和实践上，而不可能通过某种猜测、假定去认 识。 自然空间无所谓运动或静止，运动的主体是物质，是自然物质在自然空间中运动，自然空间 是运动的客体，如果自然空间是运动或静止的，那就会得出自然空间在自然空间中运动或静 止，这在概念上是自举的，因此绝对静止的空间是认识上的错误 自然空间的大小不会随着物质运动状态的改变而改变，在加速器中，我们将实物粒子加速到 接近光速，加速器、实验室、地球、宇宙的大小都没有发生改变，因此认为自然空间的大小 会随着物质运动状态的改变而改变是与对自然空间的观测和实践所得是不符的。自然空间是 正实三维空间同样是来自于对自然空间观测和实践所得的数据和现象的分析和论证上，在自 然空间中，任何物质之间的距离都不小于零，并且物质之间的位置可以用三个独立参数来确 定，这就确定了自然空间的正实性和三维性 对自然空间是以人为假定为静止的物质----参照物为基准的数学坐标系----参照坐标系描述 和模拟的,因此参照坐标系并不是一种客观存在、自然存在、现实存在，它只存在于人的观 念和认识中，它会随着人的主观需要的改变而改变，例如，我们既可以选择地球为参照物， 也可以选择太阳为参照物；既可以选择直角坐标系，也可以选择球坐标系，极坐标系，这完 全取决于我们的主观需要。 参照坐标系虽然是主观的，但是它反映的内容却是客观的、真实的，即是对自然空间的性质 客观的、真实的描述和模拟，在牛顿力学中，参照坐标系是三维空间，而不是一维、二维或 四维、五维空间，是矢量空间，而不是数值空间，正是源于对自然空间是正实三维空间性质 的描述和模拟。同样自然空间的大小不会随着物质运动状态的改变而改变这就要求在参照坐 标系变换中，坐标空间的大小不会随着参照物的改变和参照物运动状态的改变而改变，这就 是伽利略坐标变换的理论根据，因此，伽利略坐标变换的坐标空间的大小的不变性，并不是 一种主观的假定，而是对自然空间性质的客观的、真实的反映和模拟. 狭义相对论认为空间的大小随着物质的运动状态的改变而改变,但是狭义相对论并没有指出 是自然存在的空间的大小随着物质的运动状态的改变而改变,还是认识上的空间----参照坐 标系的空间大小随着物质的运动状态的改变而改变的，显然，自然存在的空间的大小不会随 着物质的运动状态的改变而改变，也不会随着参照物的改变和参照物的运动状态的改变而改 变，如果参照坐标系的空间大小随着物质的运动状态的改变而改变的，那只能说明参照坐标 系的性质----洛伦兹变换的性质没有客观、真实地模拟和反映自然存在的空间的性质，即没 有客观、真实地模拟和反映自然存在的空间的大小不会随着物质的运动状态的改变而改变， 也不会随着参照物的改变和参照物的运动状态的改变而改变的性质。 也有物理学家宣称狭义相对论的的空间的大小随着物质的运动状态的改变而改变结论是指对 自然存在的空间的大小的观测随着参照物的改变和参照物的运动状态的改变而改变,人类对 自然的观测同样是一种认识---感性认识，如果自然存在的空间的大小不会随着物质的运动 状态的改变而改变，也不会随着参照物的改变和参照物的运动状态的改变而改变，而我们对 自然存在的空间的大小的观测随着参照物的改变和参照物的运动状态的改变而改变,那只能 说明我们对自然存在的空间的大小的观测没有客观、真实地反映自然存在的空间的性质，更 何况对自然存在的空间的大小的观测随着参照物的改变和参照物的运动状态的改变而改变的 结论并不是建立在业已进行的观测和实践上，其客观性、真实性、合理性本身就应受到质 疑，实际上狭义相对论的空间的大小随着物质的运动状态的改变而改变的结论是建立在理论 推导----洛伦兹变换的性质上的，某些物理学家宣称的对自然存在的空间的大小的观测随着 参照物的改变和参照物的运动状态的改变而改变，是为了回避自然存在的空间的大小不会随 着物质的运动状态的改变而改变，也不会随着参照物的改变和参照物的运动状态的改变而改 变与狭义相对论的洛伦兹变换得出的参照坐标系的空间大小随着参照物的改变和参照物的运 动状态的改变而改变之间的矛盾而作出的先入为主的解释。 -- 科学源于事实 |
3楼2008-09-15 21:07:02
4楼2008-09-17 15:26:30
5楼2008-09-17 15:29:46
6楼2008-09-17 15:35:32
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