《相对论》的成名作“迈克尔迈克尔顺莫雷实验视频”怎么有漏洞?

要测出光速的变化,就要让光源和观测者做相对,迈克尔孙-莫雷实验的具体做法是把一束光通过一个半反半透镜分成互相垂直的两束,一束的传播方向和地球运动的方向一致,另一束和地球运动的方向垂直,通过干涉来测量光速的变化,但光源,半反半透镜和测量装置之间没有任何相对运动,也就是说,光源和观测者没有做任何相对运动,自然不能测出光速的变化,对证明光速是否可变,迈克尔孙-莫雷实验做了等于没做,根本不要考虑地球的运动。因为地球无论怎样运动,固定在地球上的光源和观测者都不会做任何相对运动。可是为什么很多人却把爱因斯坦的光速不变原理奉为绝对真理呢?
现在对光速的测量已经
要测出光速的变化,就要让光源和观测者做相对,迈克尔孙-莫雷实验的具体做法是把一束光通过一个半反半透镜分成互相垂直的两束,一束的传播方向和地球运动的方向一致,另一束和地球运动的方向垂直,通过干涉来测量光速的变化,但光源,半反半透镜和测量装置之间没有任何相对运动,也就是说,光源和观测者没有做任何相对运动,自然不能测出光速的变化,对证明光速是否可变,迈克尔孙-莫雷实验做了等于没做,根本不要考虑地球的运动。因为地球无论怎样运动,固定在地球上的光源和观测者都不会做任何相对运动。可是为什么很多人却把爱因斯坦的光速不变原理奉为绝对真理呢?
现在对光速的测量已经十分精确了,为什么不让光源和观测者做相对运动,来证明光速是否可变呢?
有怀疑的精神是好的但是还是要把问题搞清楚才好
迈克尔逊-莫雷实验不是来证明光速不变的,而是拯救以太的实验,试图证明以太的存在,爱因斯坦是根据迈克尔逊-莫雷实验提出光速不变的
详细如下:
第五章 迈克尔逊-莫雷实验和狭义相对论
这里的几个问题通常是最容易引起混乱的问题,通常人们总是认为迈克尔逊-莫雷实验证明了光速不变。事实远非如此。因此,在这里,我将对这个问题作一比较详细的说明。
(一)迈克尔逊-莫雷实验:拯救以太的实验
1900年前后,人们并不知道光是怎样传播的,与声音的传播相比较,受到声音为空气传播的启发,当时提出了以太传播光的假说[1]。
以太是当时一个影响非常大的理论,可能比现在的狭义相对论的影响还要太,因为当时所有的东西都用以太来解释.有一位叫的人写了一本《以太力学》,用来解释所有的自然现象[2]。但以太并没有观察到。为了观察到以太,便提出了一种设想,认为地球的相关信息会影响以太的运动,以太的运动又会影响到光速,这样,就设计了迈克尔逊-莫雷实验,其目的是想通过光速的变化来确知以太...
有怀疑的精神是好的但是还是要把问题搞清楚才好
迈克尔逊-莫雷实验不是来证明光速不变的,而是拯救以太的实验,试图证明以太的存在,爱因斯坦是根据迈克尔逊-莫雷实验提出光速不变的
详细如下:
第五章 迈克尔逊-莫雷实验和狭义相对论
这里的几个问题通常是最容易引起混乱的问题,通常人们总是认为迈克尔逊-莫雷实验证明了光速不变。事实远非如此。因此,在这里,我将对这个问题作一比较详细的说明。
(一)迈克尔逊-莫雷实验:拯救以太的实验
1900年前后,人们并不知道光是怎样传播的,与声音的传播相比较,受到声音为空气传播的启发,当时提出了以太传播光的假说[1]。
以太是当时一个影响非常大的理论,可能比现在的狭义相对论的影响还要太,因为当时所有的东西都用以太来解释.有一位叫的人写了一本《以太力学》,用来解释所有的自然现象[2]。但以太并没有观察到。为了观察到以太,便提出了一种设想,认为地球的相关信息会影响以太的运动,以太的运动又会影响到光速,这样,就设计了迈克尔逊-莫雷实验,其目的是想通过光速的变化来确知以太是否存在[3].但实验并没有发现所设想的光速的变化,其结论就应该是以太不存在,但以太在当时的影响实在太大了,该实验的否定结果没有使人认为应否定以太.为了挽救以太理论,洛伦兹等便提出了长度收缩假说[4],认为没有观察到光速的变化并不是光速真的没变,而是因为光所走的距离因以太的压缩而收缩了,即洛伦兹的长度收缩,这种收缩使光速的变化不可观察,光速还是变化了。
(二)洛伦兹对迈克尔逊-莫雷实验的解释及其错误
为了使大家对这个问题有一个更明确的了解,我们将进一步以图解的形式作一说明。
按洛伦兹的解释[5],迈克尔逊-莫雷实验可用在一条河里游泳的情况说明。如图所示:
ac=ab=l,ab垂直于ac,水流沿ac的方向流动,速度为v。一个人沿ac从点a游到点c,再从点c游回点a。另一个人从点a游到点b再从点b游回点a。两个人的游速都为c。
第一个人所用的时间为
t=l/(c-v)+l/(c+v)=2cl/(c^2-v^2)
第二个人为了能沿ab线游一个来回,其速度的方向必定偏向水流的方向,因此,其速度为(c^2-v^2),因此,第二个所用的时间为:
t=2l/(c^2-v^2)
这样,两个人的时间差为
Dt=2(c-1)l/(c^2-v^2)=2(l/c)/(1-v^2/c^2)=2t/(1-v^2/c^2) (5.1)
如果光速出现了(5.1)所预期的结果即时间差,则说明以太存在。但这一结果却没有出现,为了使这一实验符合以太理论,洛伦兹(还有更早的斐兹切诺)便认为不是光速没有变化,而是因为光所走的距离ac沿运动方向缩短了一个比率(1-v^2/c^2):恰好抵消了光速变化的结果。
这一事实再一次说明,在科学研究中权威的影响是多么强大。明明没有观察到以太的效果,但因为这一理论的影响太大了,人们却不敢否它,而是去找出各种其他的理由来支持它。我认为,现在的很多实验对狭义相对论来说,就象当时的迈克尔逊-莫雷实验对以太理论一样:虽然实验已经否定了狭义相对论,人们却找出其他的理由来为它护。
迈克尔逊-莫雷实验没有观察到设想的由以太传播的光速的变化,但并不就是象有些人所认为的那样,就证明了证明光速不变。这可以从洛伦兹对迈克尔逊-莫雷实验的分析可知。假如在一条以速度v运动的船上,一个人以速度c沿船运动方向运动,第二个人也以速度c沿船运动方向垂直运动,不考虑水的速度,那么,在地上的观察者到所看到的两个人的速度分别为c+v,c-v和(c^2+v^2)^(1/2)(注意,这里不是减号‘-’。在洛伦兹的分析中是减号‘-’。减号‘-’表示应该是两条光线不是沿垂直的,如上图所示,要垂直游到河对岸,速度的议程一定不能垂直于河岸。但迈克尔逊-莫雷实验中却是垂直的。所以,洛伦兹的分析已经偷换了概念。)在船上的观察者所观察的两个人的速度则同为c。我们的问题是:在迈克尔逊-莫雷实验中所观察到的速度是船上的观察者观察到的速度呢?还是地上的观察者所观察到的速度?我个人认为,这是很清楚的,只可能是船上的观察者观察到的速度,因为我们只能在船上,即地球上,而不能到地球以外去观察这一光速。所以,迈克尔逊-莫雷实验中即使光速有变化,我们也是观察不到的。这样看来,认为迈克尔逊-莫雷实验证明了光速不变的人犯了一个低级错误:搞错了参考系。这只是一个中学水平的问题。(不过要注意,如果以太假说成立,情况就不一样)
迈克尔逊-莫雷实验和光速不变的有关历史说明,狭义相对论只是一些错误的堆积:第一个错误是以太理论的错误,因为要找到以太,设计了迈克尔-莫雷实验.第二个错误是洛伦兹对这一实验的错误解释.说它错误,不仅是因为洛伦兹的解释错误,而且主要是因为洛伦兹收缩就从来没有观察到过.第三个错误是爱因斯坦把自己的理论等同于洛伦兹的理论,显然他们是不同的:前提不同,解释不同.同时,我在第章"受因斯坦是一个诚实的科学家吗?"中已明确指出,受因斯坦不能正确推导出洛伦兹变换和他的空间理论来.因此,我们不得不说:狭义相对论只不过是一个历史的误会.其误会的根源是对光速的无知.
参考文献
[1]W.G.V.Rosser,An Introduction to The Theory of Relativity, Butterworths, London, Chapter II. 4, (1971)
[2]参考文献[1] 页
[3] 参考文献[1] 页
[4]H.A.Lorentz, A.Einstein, et al., The Principle of Relativity, Dover Publication, 1&9-18 (1923)
[5]参考文献[4]p.
第六章 关于光速的有关问题
光速不变的意思是,在真空中,光相对任何惯性系的速度都是一个物理常量,光的速度与观察者和光源的运动无关,也与光的传播方向无关。这也就是说,光速不遵守伽俐略变换,而是遵守狭义相对论的速度变换定律。光速也是一个极限速度,在自然界中,没有任何东西的速度会超过光速。
对一般的物体来说,如果在一部以速度v运动的汽车上以速度u沿汽车的速度的方向运动,那么,在车上的观察者观察到的该物体的速度为u,地上的一个静止的观察者观察到的该物体的速度则为u’=u+v。这通常称为伽俐略速度变换。如果以光代替该物体,按光速不变假说,无论是在地上的观察者,还是在车上的观察者所观察到的光的速度都是一样的,只有同一个数值c。
通常光发出的地方又称为光源,这里的光源就是运动的汽车。因为车上的观察者和地上的观察者所观察到的光的速度都是一样的,所以,光速不变又称作光速与光源的运动无关。
又因为不论光是沿运动光源的那一个方向发射都会使得车上的观察者和地上的观察者所观察到的光的速度都是一样的,所以,光速不变又称作光速各向同性。
现在一般认为单向光速不变(光速与光源的运动无关、光速各向同性)是不可测的,只有回路光速才可测,并提出了回路光速不变相对论。
一般的看法是,光速不变是爱因斯坦首先提出来的。但从作者所知道的情况看,对所谓的光速不变在当时可能形成了某些一般性的看法。1904年Poincare就提出了光速为极限速度的想法[1]。但以科学论文的形式第一次系统提出光速不变并与物理学的一般理论结合起来的可能是爱因斯坦。在爱因斯坦的第一篇狭义相对论的论文《论动体的电动力学》中,爱因斯坦明确指出,(他的理论)”以光速不变原理为凭据”[2],并根据洛伦兹变换推导出了狭义相对论的速度加法定律,该定律使光速成为极限速度[3]。
但现在看来,光速不变只不过是一个假说,从来就没有证实过,狭义相对论也因此而受到了很多的攻击[4],因此,Edwards[5]在1963年提出了"单向光速不可测原理",其意思是,要测定单向光速,就要校对两地的时钟;而要校对时钟,又要以光作为信号,需要知道光速。两者互为前提,所以单向光速不可测。该"原理"的提出,被认为是对狭义相对论的拯救[4]。
很显然,如果光速不变成立或是已经为实验证实, "单向光速不可测原理"就不成立,也不会为相对论学家所需要。现在的事实是,有部分相对论学家认为"单向光速不可测原理"对狭义相对论是非常重要的,是对狭义相对论的拯救,这也反过来说明,光速不变还没有证实,还只是一个假说。
在相对论学家中,对光速不变是否已经证实和能否证实也存在两种不同的观点。一种认为,因“单向光速不可测”,所以,光速不变是不可能证实的,作这样的实验也没有意义,因为这本身与狭义相对论矛盾[6]。另一种则认为可以证实,据我所知,一些科学杂志最近还在发表有关论文[7]。
有一点要说明的是,除了迈克尔逊--莫雷实验外,还有一系列实验声称或被认为证明了光速不变。但为什么又有很多人认为光速不变只是一个假说,并从这方面攻击狭义相对论呢?为什么狭义相对论又提出了”单向光速不可测”并认为这是对狭义相对论的拯救呢?
作者认为,出现这种情况的主要原因,首先是因为光速实在是太快了,测定光速是一件极难的事。现在公认的实验室最精确的测定光速的误差是300米/秒,而大部分声称证明了光速不变的实验中使光速发生可能的变化还不到这个数值。正因为光速是一个极难的问题,所以,直到20世纪初我们仍以为是以太传递光并决定光速。可以说,光及光速从一开始就给我们带来了困难。所以,虽然在光速的有关内容上我们已经作了不少实验和研究,但我们对光速的认识总的来说还是不太清楚。
其次,是因为狭义相对论自身的问题。因为狭义相对论的理论是错误的,所以,按狭义相对论的理论来解释有关的光速实验也就难以自圆其说,牵强附会。如有一部分是为了证明以太的实验,后来竟然说成了是证明了光速不变的实验。这类实验以迈克尔逊-莫雷实验最为有名,但事实并不止这一个,有兴趣的读者可参看《狭义相对论的实验基础》[8]。再如 有的实验证明了光速各向不同性[9],但这一结果却解释为通过某种长度变化理论,使这一结果抵消。
其三,有些实验证明了光速是变化的。这类实验以Sagnac型实验为主。与迈克尔逊-莫雷实验完全对立,Sagnac型实验证明地球的转动肯定会影响光速[10]。
其四,是因为这些实验本身有问题。作者分析过部分这类实验。这类实验的基本方法是通过观察光的干涉条纹来确定光速是否发生变化。让一束光分为两束,其中一束经过一个装置加速,如果经过加速后的两束光的干涉条纹发生了移动,就说明光速变化了,反之,就是光速不变。
在这些实验中迈克尔逊[11]和Majorana[12]观察到了条纹移动,其他的实验则没有发现条纹移动。你们一定会以为是迈克尔逊和Majorana的实验证明了光速是变化的。事实不然,这些条纹移动被解释为多普勒效应。那么,这里的问题就出现了:为什么其他的实验没有观察到由多普勒效应引起的干涉条纹移动呢?答案只有一个,这些实验的质量有问题。而这些实验却有多个,并都声称证明了光速不变。
参考文献
[1]W.G.V.Rosser,An Introduction to The Theory of Relativity, Butterworths, London, Chapter
[2]爱因斯坦,爱因斯坦文集第二卷,商务印书馆,87 (1977)
[3]参考文献[2]97页
[4]朱保儒,李百中, 自然杂志,现代物理学,第一期,114(1980)
[5]W.F.Edwards,Amr. J. Phys., 31, 482 (1963)
[6]张元仲,狭义相对论实验基础,科学出版社 (1990) 页
[7]I.Vetharaniam, G.E.Stedman, Phys. Lett.A,183, 349 (1993)
[8]参考文献[6] 页
[9]Claus Lammerzahl, Mark P.Haugan, Phys. Lett.A, 282, 223(2001)
[10]R.Anderson, H.R.Bilger, G.E.Stedman, Am.J.Phys., 62,975(1994)
[11]A.A.Michelson, Astrophys.,j., 37,190(1913)
[12]Q.Majorbna, Comp. Rend., 165,424((1918)
其他答案(共13个回答)
从而否定了以太的存在。同时证明光速不受参照系运动而影响。
上次记得我已经回答过相似问题了。
见我的收藏。
别忘了迈克尔孙-莫雷实验最初设计来验证"以太"的存在的.所以拿苹果来打比方的时候别忘了也加上类似的东西,比如充斥天地的静止空气.
如果没有风,并且火车在行驶,那么把苹果抛出后,苹果会因为空气的阻力而改变运动状态(也就是会减速).
既然在没有空气阻碍苹果的时候,苹果和火车在某方向上应该保持同步,那么在有空气的时候,苹果和火车不同步的情况肯定是由空气阻力造成的.观察一下这种"不同步",就能知道火车对于这些静止空气的运动状态.
拿实验本身来说.
实验开始的时候把仪器调整到有清晰的干涉条纹,然后等待.
在一天左右的时间里,地球的行进方向大致是不变的,但是由于地球自转的关系,原来顺着前进方向的光路可能会变成垂直于前进方向.
于是,虽然一开始不知道所谓的以太对光速有什么影响,但是在仪器随地球自转改变角度的时候,以太对各光路上光速的影响肯定也要变化.
所以如果以太存在的话,干涉条纹自然不会保持不变.
给出"光速不变原理"这个论断的是电动力学.爱因斯坦是从一堆经典理论的概念里抓出 相对性原理和"光速不变原理",并搞出一个关于时空的更完善的理论.
不过话说回来,那苹果来比喻光,其实也不是很贴切.
光是电磁波,它的构成涉及自然界的两种基本的相互作用,即使电和磁的相互作用(不过似乎电动力学出来后就统称为电磁相互作用了).而苹果呢?它包含大量各种类型的原子,于是包括强、弱相互作用,然后还产生万有引力,总之夹带了一大堆累赘。
所以就物质组成来说,光实在是很特殊的,有些特殊的性质也就难免了。
光速不变原理,在狭义相对论中,指的是无论在何种惯性参照系中观察,光在真空中的传播速度都是一个常数,不随光源和观察者所在参考系的相对运动而改变。这个数值是299,...
楼上说的前半段只是爱因斯坦思考的一个悖论,爱因斯坦通过对悖论的思考提出了一个大胆的假设:光速不变(注意:这个假设非常重要)。
怎麽理解‘光速...
对相对论偏重于物理意义和物理结构演绎过程的分析,本文证明了相对论没有科学定量的价值和意义,科学界应该放弃掉采用相对论的描述结构对物质世界进行描述。同时也列出了放...
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这个不是我熟悉的地区浅谈相对论
相对论是被很多人所熟悉,但有还有一部分人不知道它的大概,所以今天也就大概谈一下相对论的某些东东,希望专家指正。首先说相对论的创立者-阿尔伯特爱因斯坦,这位人类历史上的伟人在1905年发表了他那令世界都为之震惊的《狭义相对论》,从此牛顿的经典力学大厦的光芒一去不复返,而迎来了相对论的新纪元。再讲相对论前,我们先了解一下它的两大基础,分别是伽利略的相对性原理和迈克尔莫雷实验。(1)伽利略的相对性原理讲:对于描述力学规律来说 , 一切惯性系都是等价的,也称力学的相对性原理。或者:不可能借助在惯性参考系中所做的力学实验来确定该参考系作匀速直线运动的速度。
举例说明: 船匀速直线运动,船上的人让小球自由下落:     船上的人观察:小球匀加速自由下落。     地面上的人观察:小球作斜下抛运动。     所以,船上的人无法判断船的运动状态。(2)&迈克尔莫雷实验:1887年迈克尔逊和莫雷两二人为了证明我们宇宙充满了所谓的&以太&而做的实验。实验利用地球的公转分别用两束垂直光来证明光速C+公转速度v 大于光速C,很明显如果宇宙充满以太而且光靠以太传播,就会像声波靠空气传播一样,是遵循速度叠加原理的,但是实验很明显是&失败的&他们没有证明到想要的,虽然后来多次改进版 但始终还是失败,但是爱因斯坦却从他们的实验中大胆假设&光速恒古不变&。从伽利略的相对性原理产生出爱因斯坦相对原理(在做匀速不变和静止的场所中,所有涉及到光的物理定律都是一样),从迈克耳逊莫雷实验中产生出光速不变(无论是谁在哪里测量到的光速永远是一样的)。第一个好了理解,但光速不变理解起来就要打破自身本来的认识观,从很早我们就知道如果要想纸飞机飞得更远就要先助跑再用手使劲放飞,很显然飞机的初速度有一部分来自助跑得来的。但是现在光速不变就是假如一辆汽车向东驶去而且开着前面的车灯,又有一辆车静止也开着车灯,从它们在同一起跑线上观察从行驶的汽车发出来的光和静止发出来的光速度一样。
A是行驶中的汽车发出来的光& B是静止汽车发出来的光&& A发出来的光虽然是汽车有速度但在一旁的人不会测量到v1=光速C+车速V介绍的两大支柱我们就先来看看同时性的问题,早在牛顿力学中就改变了人们惯有的绝对空间的思想,但它仍然认为时间是绝对的,可是相对论中就彻底的宣布同时性的破碎!
AB分别为两点,c为电光源& D为小车 c到AB距离相等如果小车D从B到A行驶那么站在小车上的人和站在地面上的人对于c到AB的时间有争议,在地面上的人认为他们同时到达,而站在小车上的人来说c电光源的光到达B时间快一点,假如我们想象一下小车从A到B,是不是相当于小车静止而ACB从B到A呢?
相对于D上的观察者来说,CB的距离现在要比CA的短,因为相对D的静止,他们相对于D向右移动,而移动的轨迹在D的参考系中因为移动所以CB&CA,CB的距离除以光速C等于t1小于CA除以光速C等于t2 的时间。所以同一时间在不同人测得了不同时间&&同时性的破碎下来推导一下广义相对论中时间变慢的公式:
A点有飞船从左向右飞行,飞船上有光时钟(一种圆柱体里面一光束从下到上),飞船里外分别站有一名观擦者,即A观擦者B观擦者,飞船开始飞行到停止,在A观察者的参考系中得出,A飞船以速度v从左到右,光时钟从下到上的光速=c ,共花T时间停止,而观察者B得出飞船A中的光时钟在他的参考系中是斜向上的c段,A飞船的速度为v,运动时间为T,所以可以通过简单的三角法
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今天是小可怜?
嗯……有点丑
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狭义相对论是假说还是定理(狭义相对论证明)和许多人一样,我从中学开始学习爱因斯坦的狭义相对论。但到大学毕业,再到现在,还是没学懂。使我对其感兴趣的有以下几个原因:一、越是不懂就越想学。二、伽利略、牛顿的理论是正确的,那么,同样正确的相对论怎么能否定前者的根基—绝对静止观念呢?三、相对论的质速公式,质能公式令人着迷。许多实验结果证明了相对论的正确性。四、近百年来,质疑声不断,许多悖论和佯谬引人入胜。五、爱因思坦在阐述相对论时,逻辑不太清楚,还有几个明显的错误。六、狭义相对论只是相对匀速直线运动问题,只用到小学和初中的数学知识。我觉得学懂它应当是初中阶段的任务。七、拥护和质疑相对论的双方,为什么会用到高深的数学工具。论归正题,先讨论几个基础问题。一、绝对静止参考系是正确的,存在的。实际上爱因斯坦也是承认绝对静止的存在,首先是在阐述相对论的两个假说中,其次是在质速公式中。大师是在抛弃“以太”时,否认了绝对静止的存在。为什么要否定“以太”的存在呢?是因为在一个错误的、非常著名的实验中没有找到地球对“以太”的绝对运动。这个实验叫迈克耳孙—莫雷实验。先介绍狭义相对论的两个假说:1、相对性原理:在所有惯性参考系中,物理学定律都具有相同的表达方式。2、光速不变原理:在所有惯性参考系中,真空中光速具有相同的量值,与光源的速度无关。相对论的质速公式:m=m0/(1-v2/c2)1/2,其中m0为静止质量,m为速度为u时的动质量。我认为静止和运动是一对逻辑概念,不可丢掉一个留下一个。当然没有绝对静止的物体是大家的共识。但是绝对静止参考系说的不是物体而是空间。说到运动,它的含义是指不同的时刻物体处于不同的位置。而在某一时刻物体的位置只有一个,这是一个确定的不动的位置,应当是大家公认的。这个位置具有唯一性。这无数个绝对静止点就组成了绝对静止参考系,即笛卡儿座标。这是牛顿、伽利略理论的根基所在。也是我们通常逻辑思维的基础。爱因斯坦在光速不变原理中讲的光速与光源速度无关,那就暗示光是在静止参考系中各方向是相同的量值。这也是麦克斯韦的本意。光线离开光源后,向各个方向匀速传播成标准的球面。这个球面的中心是不会移动的,是绝对静止点。(1)附近有大的引力场可以不考虑,那是广义相对论的内容。同样在质速公式中,高速的相对运动,不是等价地加大运动质量,比如:发射火箭,它质量变大,不等于地球质量变大。两个物体地球和火箭速度不等价(相对速度),这就意味着快慢的不同。也就意味着静止的存在。也正是因为否定了绝对静止的存在,才使狭义相对论变得神秘而不合逻辑,无法理解。有人称其为“顿悟”。所有物质都在绝对静止参考系中运动,这叫绝对运动。相对运动是绝对运动的差值。比如地球的运动,自转中赤道的线速度约是0.5千米/秒,公转速度是30千米/秒。太阳系绕银河系中心公转线速度是400千米/秒。银河系的公转(绕星系中心)线速度600千米/秒。这些的总合就是地球的绝对运动速度。在绝对静止参数系中,有绝对时间,绝对长度。国际上规定(先实测而后规定下来)光的绝对速度是m每秒。这是一个双料单位:既是长度单位又是时间单位。根据相对性原理(这是伽利略与爱因斯坦一致观点),在绝对参考系中的钟表(包括做简谐振动的发条,游丝摆钟表,石英钟表,不包括光钟)的频率,如果不去随时调整的话,它们在所有惯性系中都有同样的频率。在这里可知,爱因斯坦有两点误解。首先他认为这样的钟表是没有的(2)。另外他认为人的新陈代谢(比如心跳次数)与惯性系有关。引发许多的逻辑混乱和争论(2)。绝对静止系中的长度,如一米长的尺子,到任何惯性系中也不会变长或变短。相对论中常讲的“尺缩、钟慢”效应与实际尺子无关。二、时间的定义:我在几十本书中看到了一致的时间定义:与物体有关,与物体运动有关,它们的共同特点是不够具体。从下面的讨论中,我们可以看见各惯性系唯一区别是时间的区别。前面讲到在绝对静止参考系中,光速是双料单位,打个形象的比喻:有一个以光速运动的传送带,传送带上每1K米远有一颗豆,那么这个传送带1秒钟可运来30万颗豆(大约),再打个比喻:运动员每跨一个栏用一秒钟计算,被制作成30万个画面向外传播。如果我们静止于绝对静止参考系中,无疑我们每秒钟可以收到30万颗豆或30万个不同的跨栏画面。按这个逻辑,在惯性系中收到30万个黄豆和30万个画面才叫作1秒,若收到15万个就是0.5秒。(3)这是惯性系中相对于绝对静止系的时间的定义。三、证明狭义相对论:在坐标系O(静止系)X轴正方向上有一把尺子OS长30万千米,其速度与X轴正向同u=20万千米/秒,此惯性系称为O′,求光用多长时间可从O到S。这是小学数学中的追击问题。t0=30/(30-20)=3秒, 即t0=s/(c-u)s0=t0·c=90万千米,t0、s0为o系单位t′=(c-u)/c·t=1秒,t′、s、c′为o′系单位。c′=s/t′=(c-u)·t0/(c-u)/c·t0=c至此,相对论中的光速不变假说被证明出来了。光速不变由假说升格为定理,(这不同于爱因斯坦说的公设)。设想u=C时,t′=O则O系中的运动画面在O′中是停止不动的,也就是相对时间停止了。这其中有几个问题,首先直尺长度没有变化。其次O′系中的钟表(机械式的,有简谐振动的,游丝摆的钟表)还在走动,O系中t0=3秒,那么O′系中也是3秒,是同步的。当然,O′系中人心跳次数还是与O系中同步,这叫同时性的绝对性,也是符合相对性原理的。既然是定理,那么许多悖论就不会真正地存在,我们只有去做研究分析的工作。这样,中学生就可以容易学懂狭义相对论了,这样,支持和质疑的学者可以节省许多宝贵的时间和精力。我的观点与爱因斯坦的区别在于:我是基于绝对静止参数系规定的时间和长度定义,逻辑地推导出惯性参数系中的时间定义,再从这个定义推导出光速在惯性系中不变的结论,这是单程的情况。爱因斯坦则是先有光速不变的假说,后有往返程(双程)洛仑兹变换。而下面的讨论中,大家可以看到单程光速不变中不只有“尺缩、钟慢”,也有“尺胀、钟快”现象。设λ=t′/t0,则单程中,λ可以小于1,也可以大于1。
如图所示:设在静止系O中,t0=1秒,形成一个R=30万千米的圆。O′惯性参数系沿X轴正方向移动速度,u=20万千米/秒,设S为圆上任意一点。在X轴正方向正方向上O′中光速仍为C。λ称为收缩率,λ=so′/os=(c-u)/c=1/3
设λ=(c-u)/c=(30-20)/30=1/3 (设u′为相对速度,u′=c-u)。在X轴负方向上,λ=50/30=5/3
(u′=c+u),即O′系中“尺胀、钟快”。在Y轴正方向中λ=(c2-u2) 1/2/c=51/2/3任意方向上u′称作O′系中光的相对速度。如图所示:根据余弦定理u′= SO′O′S2=OS2+OO′2-2OS·OO′·COSα=C2+u2-2C·u·COSαλ=u′/c结论是:在惯性参数系中,各方向光速不变均为C。但这是单程光速,各方向是不同的惯性系,有不同的变换率λ。(因为光线与运动方向角度不同,就组成不同的惯性系。λ不总是小于1)。四、接下来讨论往返程光速问题。如果在单程光的前端有一个平面反光镜,那么光一个往程,一个返程用时间是多少呢?光速是多少呢?直接地讲,因为单程光速不变,返程相当于相差180°的另一个单程。可知往返程光速也是各方向相同,同为C ,又因为在惯性系中,各方向距离相同,所以用的时间也相同。下面讨论变换率λ的情况,只讨论Y′轴,X′轴就可以了。Y′轴 λ=(c2-u2)1/2/c=(1-u2/c2)1/2
(同单程Y′轴一致)X轴方向往返程λ值:λ=t′/t
t′=2os/ct=os′/(c-u)+os′/(c+u)=2os′·c/(c2-u2)λ=(os/c)·(c2-u2)/so′c=(os/so′)·(c2-u2)/c2按Y轴
so′/os=(1-u^2/c^2)1/2
代λ上式则λ=((c2-u2)/c2)(1/(1-u2/c2)1/2)=(1-u2/c2)1/2即:往返程光速不变,λ值不变,λ值就是洛仑兹变换。解释一个问题:t′=2os/c不存在真正的收缩。几个典型的问题:一、迈克尔孙-莫雷实验,是它引起了一场大变革。从此“以太”和“绝对静止”被否定了。相对论产生了,但是实验中干涉条纹的零移动却是由于实验设计错误引起来的。它不可能测出地球相对于“以太”的绝对运动。这也是物理学界中的一个大幽默。虽然没有影响相对论的问世,但却使其以假说的面目出现,以至于至今还争论不休。为什么干涉条纹没有移动呢?有两种解释方法:
1、由于各部件,即斜镜、平镜无相对位移,就没有多普勒效应。也就是两列光波无波长变化,当然干涉条纹不会移动。2、洛仑兹计算了两列波的时间上的差别,却以为光程相同,都等于臂长。实际上光程各自等于时间乘上光速。两列光波的光程是不相同的。两臂中光速相同。为什么这个实验不断地被重复做了多次而没有发现错误呢?可能是迷信前人,把事物神秘化了。“以太”和绝对静止观念不能否定,这恰恰是证明相对论的基础是伽利略到爱因斯坦理论的基础和桥梁。去掉它,相对论只能以假说示人,被人戏称为“顿悟”。(4)二、双生子佯谬:爱因斯坦和相对论的支持者认为乘坐高速飞船去太空的双生子中的人会比留在地球上的同胞更年青。前面讲过,在惯性系中有几种数值是与静止系中不变的。尺子的长度,有作简协运动的游丝摆的钟表频率,人的心跳次数。这些数值与“尺缩”,“钟慢”无关。这两个效应仅仅是考虑两个参考系之间相对光速和光程问题。这个佯谬增加了人们对相对论的误解,并引起了逻辑上的混乱。(5)双生子新陈代谢节奏是一样的,没哪一个更青年的问题。三、关于光陀螺问题:在两条圆形光纤中输入同频率的光波。当其转动时在输出端的干涉仪中会有条纹的移动。用伽利略经典物理知识解释起来很容易,就是两条光纤中有多普勒效应。若用相对论的观点很难解释这一现象。因为他们以为按相对论两条光纤中光速是不变的,而不变就不会有干涉条纹的移动。其实解释起来很简单单程光速不变是没错,但不要忽略一个问题:这是两个惯性系,要进入一个干涉仪,那么他们就相差了两倍的线速度。(6)迈克尔孙-莫雷实验那两束光是在一个惯性系而光陀螺不是一码事。四、μ粒子的寿命:μ粒子的寿命是2.2μS加速到0.995C时寿命成了22μS,符合狭义相对论计算结果。这实际上超出了狭义相对论范略。低速时的寿命不等于高速度的惯性系中的寿命,这是广义相对论问题。在高速时寿命仍是2.2μS要证明的。但不少大学教材中仍然把它当做时间膨胀,钟慢效应的实验证明(7)。
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五、用几何图形直观地了解静止系O和惯性系O′之间的单双程光线球面变换情况;这样可以更清楚地理解狭义相对论。(t=0时O,O′垂合)设O系中t=1秒,S为光球上任意一点,OS=30万千米,O′系u=20万千米/秒O′系认为光速各方向上均为C。X轴正方向上
λ=(c-u)/c=1/3(t′=1/3秒)X轴负方向上
λ=(c+u)/c=5/3(t′=5/3秒)Y轴负方向上λ=(1-u2/c2) 1/2=51/2/3(t′=51/2/3秒)O和O′系中的观察者都承认同一光球面。往返程时,设t=1秒时,有反光镜(30万千米处有反光镜则t=2秒时光线回到原点O。
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如上图,O系观察者眼中O′系光球变成椭圆。长轴为60万千米,短轴为20×51/2千米。OO′=O′O′′=20万千米,OO′′为焦点距等于2u(u=20万千米/秒),OS+O′′S=60万千米。O′系观察者认为,各方向距离不变(30万千米)光速往返程不变,时间不变(2秒)即O′系自我感觉与O系一样完美。(光线可以从一个焦点反射后汇集于另一个焦点这是椭圆的一个性质,OS+ SO′′=长轴是另一个性质)(8) 六、关于光的反射定理:1875年洛伦兹阐述了光的反射定律。但它并不适用高速运动的惯性系。此时入射角不等于反射角。(9)从表面上看按狭义相对论,在惯性参放系中,入射光速度等于反射光速度。但由于入射和反射等于两个惯性系,因为光线方向不同,时间变换不同,所以在高速运动(绝对运动)惯性系中光的入射角不等于反射角,因为计算角度时是在光线一反一正两个惯性系时间中只选取了一个时间。按此道理,用光的反射角和入射角的不同,可以测出绝对运动速度,只是实施起来会有难度。还可以利用“光行差”办法来测定惯性系的绝对运动,原理是这样的,一束光从地面射向天花板,惯性系静止和运动时在天花板上的光斑会移动位置。或者在天花板上再安放一个平面反射镜看地面上光斑的移动。恒星的“光行差”效应,就足以说明这个问题。相对性原理适用范围:用这种办法不能判断所在惯性系是静止还是运动,就是说狭义相对论的两个假说是相互矛盾的,显然光和电磁波不适用于相对性原理。那么,为什么在惯性系中光速不变呢?这是由时间的定义决定的,就是说相对运动的距离与相对时间比值不变。七、爱因斯坦的钟:在异地校钟活动中,有一些概念表述不清楚造成误解和逻辑混乱。钟可以分为雷达钟和机械钟,石英钟几类校钟可分为校初始时间和校运行同步频率(快慢)。机械钟、石英钟符合相对性原理,在不同惯性系里,频率不变,(要想改变频率就得调整游丝的长度)。雷达钟可理解为与不同慢性系都同步的钟,机械钟与绝对静止系的钟同步。钟慢效应指的雷达钟而非机械钟。爱因斯坦在《相对论》一书节32页中说:“生物的新陈代谢,放射性元素的衰变,以及动物的寿命都完全一致地变慢了。时间的流逝不是绝对的,运动将改变时间的进程……..他们总以为能找到一种“好钟”,无论甲乙之间有没有相对运动,他们总是走的一样快慢,但这是不符合科学规律的。”爱因斯坦的这些说法,会使听的人糊涂。校钟的活动,应该说清楚是校异地的两只钟的初始时间还是校运行频率。(11) 参考文献:(1)《相对绝对论》原子能出版作者刘振永 出版时间2007年3月第一版(2)《相对论》北京出版社 作者爱因斯坦 编译:周学政 徐有智 2007年10月第一版 2011年6月第7次印刷 32项(3)《时间与物理学》郭树源著 科学出版社2011年5月《黑洞与时间的性质》作者 刘辽 赵峥 田贵花 张静仪 北京大学出版社
2008年12月第一版(4)《相对论百问》赵峥著 北京师范大学出版社 2010年7月第一版(5)《相对论》作者爱因斯坦 32页(6)《前沿科学杂志》2011年第3期 黄德民文章(7)《相对论百问》赵峥著
第22页(8)《前沿科学杂志》2009年第二期《狭义相对论被争议一百多年的主要原因》作者:齐新北京前沿科学研究所主编(9)《后相对论》作者张长太 中国水利水电出版社 2011年11月第一版(10)《相对论百问》赵峥著 第9页(11)《相对论》爱因斯坦 第32页
《相对论百问》36页 孙常之2012年3月于 北京
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看了楼主的文章之后,只能说楼主敢于提出自己的思想,敢于挑战权威,勇气可嘉。
但是很抱歉,我并不赞同楼主的理论和观点。因为楼主没有真正理解狭义相对论和“以太”。
首先是光速不变原理的“证明”。楼主在证明的过程中用了公式t'=((c-u)/c)*t,这个公式本身就包含了光速不变的前提假设,否则这个公式不会成立。因此当然可以由此推出光速不变的结论。假设光速不变,由此推出光速不变,这不能叫做证明。
其次,楼主提到的变换率随着光传播方向的不同而不同,并且说各个方向是不同的惯性系。请楼主回到爱因斯坦的相对论或者是经典力学中去深入理解惯性系的概念。了解了之后楼主就会知道惯性系跟光的传播方向无关,因为惯性系的定义跟光无关。
楼主在论及以太的时候,非常显然没有理解迈克尔孙和莫雷两位科学家提出以太的目的,请楼主回到相关著作中去看看,为什么他们要提出以太?以太和光的传播有何关系?以太和绝对静止参照系到底是什么关系?
最后,楼主还提到旋转光纤的多普勒效应所产生的干涉条纹。其实这个跟相对论根本没有关系,相信楼主如果真的看懂了相对论,就会知道相对论和多普勒效应并不矛盾。因为多普勒效应不会影响光速,只会影响光频率。
最后还要说一句,上面只是我的一些浅见,没有冒犯楼主的意思。相信楼主写这篇文章的时候也没有冒犯爱因斯坦的意思。
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还说一句,因为楼主也提到了光行差现象。
其实光行差的存在并不能够证明绝对静止惯性系的存在,因为光行差可以由引力场的时空弯曲,即广义相对论完美的解释。
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应该认识到时空是一体的
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请楼主百度一下“实验推导洛仑兹变换”。谢谢
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群英汇聚啊,佩服!
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