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胡昌伟专栏 >> 相对论的近似性

胡昌伟 (huchangwei5@yahoo.com.cn) 2007.10

上海浦东五莲路1769 弄17 号801 室,021-33828183 ,huchangwei5@yahoo.com.cn

一般认为 ,相对论是非常精确的理论 ,牛顿理论是它在一定条件下的近似。其实,这只是它的一个方面,它本身也是一种近似理论。

在洛伦兹变换的简单推导中,人们往往选择二个惯性系的相对速度沿着公共的坐标轴,并使坐标平面保持平行;而在更普遍的理论里,洛伦兹变换表现为四维坐标系的一种转动变换。在这里,其实确认了一个原理——宇宙学原理,即宇宙空间是均匀和各向同性的。这一原理决定了洛伦兹变换是线性的,但也导致了后者的近似性。

在绝对时空观中,时空与物质无关,宇宙学原理的成立是毫无疑问的。但在相对论中,时空与物质密不可分,宇宙学原理只是一种近似。在我们已知的物质世界里,物质普遍地呈现团集现象,它使实物在时空延续区中形成了一种等级式的阶层:原子、分子、物体、星球、星团、星系、星系团……因此,在相对论时空中,宇宙学原理只能是一种大范围统计性的近似。而相对论公式的运用,是不设定时空范围大小的,可见,相对论公式的近似性不用置疑。

实际上,爱因斯坦对此是有所认识的。他说过:“……目前的理论可能只作为极限情况才有效。对于很大的场密度和物质密度,场方程以及这些方程中的场变数,都不会有实在意义……总之,需要认清方程不得推广到这样的区域去。” [1]他主要是对广义相对论来说的,不过,在狭义相对论中也一样:物体的质量会随着运动速度的提高而增加,在这样的时空中,宇宙学原理还能完全确立吗?

换一个角度,我们可以在绝对时空观的 伽利略变换的基础上,通过一个流体力学的代换,导出相对论时空观的洛伦兹变换 [2]。在这里,我们可以更明显地指出 洛伦兹变换的近似性。因为,这个流体力学的代换,是把非线性的流体力学方程,经过了线性化处理后的结果,是有前提条件的,那就是以太(物理真空)必须是完全超流动性的。物体的运动速度极大,物质密度极高或存在强电、磁场时,都将改变以太的超流动性,在这样的情况下,相对论公式的近似性将会明显。

人们普遍认为,相对论效应在高速和强引力场的情况下才会明显;但也正是在高速和强引力场的情况下,相对论公式的近似性将被放大。对此,应该引起人们的充分注意。

由于相对论是一种近似理论,由它导出的某些结论将不能成立。比如,超光速问题,以往认为,超光速是不可能的,因为有静质量的物质,当它的速度达到光速时,它的质量将是无穷大。其实,这一说法是不成立的,因为,当运动物体的质量达到某一高度时,相对论公式将失去有效性。实际情况将是:当物体的运动速度不断增加时,物体的质量将逐步趋向于一个极大值,超光速是可能实现的。

相对论的近似性只是造成相对论局限性的一个方面。关于相对论局限性的其他方面,请参看 [2]。

参考文献

[1]、爱因斯坦,相对论的意义,北京,科学出版社, 1961,P84-85 。

[2] 、胡昌伟,引力场以太观导引,格物,2006 年第5 期,P59-60 。

http://sea3000.net/huchangwei/

                                                                                                                       

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