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动体电磁理论10.洛仑兹变换式是两惯性系间坐标变换式吗 肖军 (xj5107@163.com) 上传2007.12
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由速度定义
 
本来可以很容易得到动、静两惯性系间的坐标变换式和反变换式分别是
 
其中 、 是分别用相对静系静止和以速度
运动的两只时钟测得的时间,并满足
。可是,在狭义相对论中却误把反变换式写成形式为
,并由此得出
错误结果。尤其是在使用了数学上和逻辑上都不允许的方法,错误导出两惯性系间的坐标变换式是洛仑兹变换式:
(1)
其实,洛仑兹变换式和两惯性系间的坐标变换式是两种不同变换式,在相对论中把它们强行扯在一起,是误把波动方程对洛仑兹变
*
发表于(中国高等教育研究
(理化卷)),中国社会出版社。
2001
.2
换为协变结果看做是支持惯性系间相互等价的一个理论依据。实际上,波动方程对洛仑兹变换仅是电磁波相位不变变换,并非是两惯性系间坐标变换。从下面关于洛仑兹变换式导出过程不难看出,变换前后坐标对应的并不是静系和动系坐标,而是对应于场源在静
止和运动时,均沿场源运动方向辐射含有相同波数两光波间的光线长度
变换。
设有一光源在静止和运动两种情形均沿运动方向辐射光波,若用
、
分别表示两波前相对各自光源传播距离,则有

(2)
为导出满足
(3)
的同相位变换式,不妨设
(4)
其中 是运动光源相对静系的运动速度,
是待定系数。显然,若令
(5)
(4)
式则可写为
(6
)
利用(2)式也可将(6)式写成形式为
(7)
将(6)、
(7)两式代人(3)
式,可得
(8)
联立(5)、(8)两式,则知
(9)
于是,(
6
)
、(
7
)
两式可写成与(1)式相同形式。
洛仑兹变换式也可以这样导出,由于
(4)式可分解为:
所以,若令


则可得到
(
10)
其中 、 必满足
,也即满足
(11)
为了求出系数 和
与场源运动速度
之间的关系,不妨假设两光源在
时刻重合瞬间开始辐射光波,在
时刻波前相对静止光源传播距离若记为
,此时波前到运动光源的距离肯定是
,若令与 含有相同波数的
满足
(12)
把(10)式中的 代入
(12)式中,则知
(13)
联立(11)、(13)两式,能够解出
(
14)
这恰好是洛仑兹变换式所要求的结果。
对于波前传播方向与场源运动方向不同向情形,笔者在
1996年就已导出有电磁波相位不变变换式
(15)
式中 ;
;
是波前传播方向单位矢量。很明显,若令
,在
时,
(15)式可过渡为(1)式形式;在 时,
(15)式可过渡为
(16)
可见,(1)和(16)两式不能同时成立。但在狭义相对论中却错把它们并列放在一起组成如下三维变换式
(17)
利用下面的方法也可证明(
17)是错误的。假若(17)式成立,由式中的
、
可构成矢量
和
,其中
=1,
2,3; 是静系
三维坐标轴的正向单位矢量。若用
、 分别表示这两矢量的单位方向矢量,两矢量的长度
、
则分别是:
 (18)
并恒满足
(19)
利用(18)、(19)两式不难导出
, 、
和
、 间存在有形式为
(20)
的变换式,其中
 
是
2×2阶系数方阵,它的行列式是
(21)
显然,仅当 时,才有
;当
时,其 。由此矢量平行判断定理可以鉴定
(17)式的正误。易验证,(1)式满足矢量平行判断定理,因而
(1)式成立。这也是在狭义相对论中由(1)式能够导出许多正确推论的原因。但若想通过引入
(16)式,把在一维情形成立的(1)变换式推广到
(17)式的三维形式则是错误的。因为由(17)式中的
和
构成的两三维矢量不是平行矢量,这按上述定理本应该有
,可是,
(17)变换式却给出 结果,因而(17)式不能成立。
总之,建立在以(17)式为数学基础上的狭义相对论理论不能成立。
1、依据(2)式提出狭义光速不变假设是错误的,因为
(2)式仅能说明波前沿光源运动方向(或相反方向
)上在空间中相对静系传播速度与光源运动速度无关,而不能说明波前沿其它方向上传播速度也与光源运动速度无关。当波前传播方向
与场源运动方向不同向时,
(2)式中的 应写成 。仅当
时,才有
。
2、变换式中的速度 应该是动光源相对静系运动速度。爱因斯坦和洛仑兹却都把
误当做是动系相对静系运动速度,从而导致人们把洛仑兹变换式看成是两惯性系间的坐标变换式。
3、在洛仑兹变换式中, 和 都表示波前到运动光源距离,但它们不是在同一时刻测得的,因而不能相等,其中
是在
时刻波前到运动光源距离,而
则是在
时刻波前到运动光源距离。在相对论中把
小于
看做是相对论的动尺收缩推论的理论依据,并一直把因子
误看做是相对性因子,这明显是没有弄清因子
的物理含义。事实上,因子
是有物理意义的,它等于光源分别在静止和运动两种情形辐射电磁波固有圆频率的比值。
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