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动体电磁理论14.论电磁波波动方程的协变性

肖军 (xj5107@163.com) 上传2007.12 浏览141


在电动力学理论中,解释动体电磁现象用到的洛仑兹变换式是满足不变式

(j=1 、2、3) (1)

由于(1)式可以写成形式为

式中是波前传播方向单位矢量; 是参照坐标系三维坐标轴正向单位矢量。因此,满足 (1)式的变换式应具有形式为

( 2)

易验证,波动方程对( 2)式变换具有协变形式,即

(3)

* 发表于(中国学校教育与科研 ),中国农业科学技术出版社,2002.3

若把其中带撇方程看做是光源运动时辐射光波的波动方程,把不带撇方程看做是光源静止时辐射光波的波动方程。光源在静止和运动两种情形均沿 方向辐射同波数电磁波的两波前应满足

沿的相反方向辐射同波数电磁波的两波前满足

于是,有

(4)

显然,若令

(5)

(6)

由(4)式就可得到(1)式不变式。可见, (1)式实际是光源相对静系静止和运动两种情形辐射的两个不同电磁波波振面方程。

满足(1)式的变换式必须具有 (2)式的形式,也就是具有形式为

(7)

或者为

但在相对论中,却把 (7)错写成形式

从而误把看做是空间的第四维,并与三维空间坐标分量相提并论,这肯定是错误的。因 是运动光源辐射光波其波前沿 方向传播 距离所需时间, 是静止光源辐射光波其波前沿 方向传播 距离所需时间。所以, 应分别是矢量的长度,也就是矢量 的长度,即有

(8)

代入(2)式,易发现, 是一对平行矢量,其同轴坐标分量满足如下的

(9)

等比关系式。这是一个很重要的关系式,由它可断定洛仑兹变换式的三维形式不能成立,洛仑兹变换式的三维形式满足 (1)式不变式,但它不满足(9)式的等比关系式。因此,建立在以三维洛仑兹变换为数学基础上的狭义相对论必是错误理论。

以往把洛仑兹变换式想象为在 平面中的复坐标旋转变换式,这是把 (1)式与实坐标旋转变换式所满足的不变间隔做了错误的类比。 (2)式也好,洛仑兹变换也罢,它们都不可能是坐标旋转变换式。因为两式右边有大于1的系数 ,这与坐标旋转变换式所要求的系数都小于 1明显矛盾。

(2) 式中的系数与光源运动速度 之间的关系式可以这样导出,设光源相对静系 在静止和以速度 运动两种情形时辐射光波的固有圆频率分别为 ,并设光源在静止和运动两种情形辐射的光波其波前沿单位矢量 方向相对静系传播速度分别为 。那么,光源在静止时辐射完 个波数所需时间 和波前到光源矢距 分别是

(10—1)

(10 一2)

而光源在运动时辐射完个波数所需时间 和波前到光源矢距 分别是

(11—1)

(1l 一2)

很明显,若假设含有相同波数,即假设 ,由 (10一1)(11—1)两式则知

(12)

由此可把(11—2)式写成形式为

(13)

若分别用点乘以 (13)式,并借助于(6)、(8)、 (10—2)式可导出

(14)

式中。比较 (2)和(14)式,则知

(15)

其中应满足 ,即满足

(16)

根据情形时,恒有结果,由 (16)式知

(17)

因(17)式在情形时也成立,故把 (17)式再代回(16)式后可发现,光速与光源运动速度的关系并非是 ,也不是 ,而是

(18)

否则,就不可能有(17)式成立。于是,根据 (17)、(18)及(15)式知, (2)式中的系数

(19)

很明显,在 情形,( 2)式可以过渡到洛仑兹变换式

总之,根据波动方程协变性要求导出的光速应是与光源运动速度有 (18)式关系。(18)式是人们梦寐以求的关系式,它的导出是一件具有划时代意义的事情,但是要想在短期内使人们认识到它的重要性,还存在一定的阻力。除需等待实验验证外,还有就是要克服人们的偏见。列·托尔斯泰曾说过“认识真理的主要障碍不是谬误,而是似是而非的真理 ”。人们已习惯于用相对论的错误观点思考问题和解决问题,并把这看做是人类智慧的辉煌成就,在这种环境下要提出放弃相对论观点,必会招致一些人的盲目抵制和反对,但这并不能阻止人们对真理的追求。事实胜于雄辩,实践会把真理和谬误区别开来,时间也会把一切不真实的东西推向断头台。

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