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动体电磁理论20.狭义相对论的错误根源及替代理论 肖军 (xj5107@163.com) 上传2007.12
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科学绝不是一种自私自利的享受。有幸能够致力于科学研究的人,首先应该拿自已的学识为人类服务。
---马克思

我们知道,对于电磁波,无论是在自由空间中,还是在介质空间中,由麦克斯韦电磁理论导出的波动方程的形式都是相同的。可是,在狭义相对论中仅能证明真空情形波动方程对洛仑兹变换具有协变性,这意味着狭义相对论理论与麦克斯韦电磁理论不是完全相容。对此问题在狭义相对论中是以理论仅适用于真空情形为借囗,拒绝讨论非真空情形波动方程的协变,这是不能令人接受的。另外,关于波动方程对伽利略坐标变换问题,在狭义相对论中所做的讨论也是错误的,因为它混淆了点的定位向量坐标和两点间向量坐标的区别。依据向量代数理论,坐标是分为与坐标系选择有关的点定位向量坐标和与坐标选择无关的两点间向量坐标。如点
的定位向量坐标是指坐标系原点
到
点定位向量
的坐标;而
、
两点间向量
坐标是指
、
两点到同一坐标系原点
定位向量差的坐标,即
的坐标。显然,
的坐标与坐标系原点
的位置无关。由于伽利略坐标变换式是点定位向量坐标变换式,它是同一时刻点
分别到动、静两不同坐标系原点定位向量坐标间的变换式。而波动方程中的坐标是指同一时刻场点和源点的定位向量差,它与坐标系原点的选择无关。所以,波动方程对伽利略变换不是协变结果应是预料之中的事情。在相对论中由于混淆两点间向量坐标和点定位向量坐标,进而把伽利略变
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发表于《中国高等教育研究》(理化卷),
2001。2
换式误看做是洛仑兹变换式在低速情形时的特例。从下面关于洛仑
兹变换式导出过程不难了解到,洛仑兹变换式和伽利略变换式是性
质不同的两种变换式。
设有两结构相同光源,相对静系
,源
1恒静止于坐标原点 处,源2是沿三维静系
的基矢
轴方向以速度
运动,在
时刻,两光源在坐标原点
处相遇,并开始辐射光波。如果静止光源辐射光波的固有圆频率为
。运动光源辐射光波的固有圆频率为
,并令两光源沿
方向
(即 方向)辐射光波的波前相对静系
传播速度均为
。则知,在静止光源沿
方向辐射完
个波数瞬间,其波前到静止光源的距离
是

在运动光源沿 方向辐射完
个波数瞬间,其波前到运动光源的距离
是
(1)
式中 。若在(1)式两边同除以光速
,并令
, 
又可得到两波前分别传播 、 距离所用时间
、
间存在有变换关系式
(2)
把(1)、(2)两式代入与电磁波波动方程协变性等价的不变式
中,可知

式中 ; 。于是,
(1)、(2)两式可写成同洛仑兹变换式完全相同的形式。这表明洛仑兹变换式应是电磁波相位不变变换式,变换不变量是电磁波的波数
。对于变换式中的因子
等于
与
的比值这一结论,可通过有关运动时钟延缓效应实验结果来证实。
在狭义相对时空理论中,所谓的四维时空间隔不变式
(
=1、
2、3) (
3)
实质是电磁波波动方程具有协变性
(
4)
的一个等价表达式。波动方程这种协变性不是相对坐标系而言,而是相对场源运动状态具有协变性,也就是说,波动方程的形式与场源运动状态无关。易验证,满足(
4)式的一般情形变换式是肖军变换式
(
5)
式中
; 是波前传播方向上的单位矢量。我们熟悉的(
1)、(2)两式是肖军变换式在 和
均与
同向情形时的特例。用肖军变换式替代洛仑兹变换式后,无需对经典绝对时空理论作任何修正。就能够解释所有动体电磁实验结果,并不需要狭义相对论理论,相对论中的两个基本假设纯属画蛇添足。
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