主页 | 专栏列表 | 分类列表 | 来稿登载 | 创新动态 | 创新新闻 | 相关网站 | 网站简介 | 陈一文顾问 | 投稿指南 | 友情链接 | 山风文摘 | 视频精选
杨金城专栏 >> 相对论新时空观在现代物理学中的作用和地位(下)

杨金城 (127389226@163.com) 2008.02

10 天体的红移和蓝移

天体的红移和蓝移,均属于天体相对于地球是直线运动,应当用二z维时空相对论处理。

(1) 天体的红移

根据相对论量子力学原理有: ,将频率换成波长λ,-----(2—18)

将(2—18)式代入红移Z的定义式

将(2—19)式代入哈勃公式,可得到求天体到地球之间的距离R的关系式 ---------219

----------220

上式中H0取65千米·秒1(兆秒差距)1

2 天体的蓝移

用类似处理天体红移的办法,来处理天体的蓝移,可得下列结果:

---------221

将(2—21)式样代入哈勃关系,得地球与被测天体这间的距离

-----------222

例 由天体观测得知长蛇座的特征波长λ=4750A0已知静止光源发出的同种谱线的波长λ=3940A0,求长蛇

座退行的速度和长蛇座与地球之间的距离。

解由

长蛇座到地球的距离 (光年) 为秒差距

1 1 量子发射问题

按照量子力学规则,原子处于稳定状态时,电子将从最低能带到最高能带的次序依次填充电子。当有外界能量注入原子时,原子可能产生受激辐射,如果满足粒子数反转条件,就可产生激光。

假设一静止质量为M0的粒子,当它发射一个光子后,质量变为,求粒子发射出来的光子能量和粒子的反冲速度。动量守恒定律和能量守恒定律,在相对论中依然成立,据此有下列关系:

------(e), -------(f)

将(f)式代入(e)得 ---(h)将纵向相对论的质量关系代入(h)

----------(2—23)

将(2—23)式代回(f)式得

-----(2—24)

式(2—24)表明,粒子发射的光子的能量,刚好是质量亏损的一半,另一部分能量用来供给粒子反冲需要。若告知粒子的,就可以得到辐射光的波长和频率。

12 直线加速器中的粒子

用直线加速器,可使某些粒子获得高能量,再用这些高能粒子去轰击某些原子,可以产生新元素或探录新的基本粒子。直线加速器的问题,用纵向相对论处理。加速器加速后粒子的总能量表达式为

----------(2—25)

为粒子的静能,为动能。加束器中粒子的静能和动能是什么样的关系呢?由下面的关系式来说明。

---------226

(2—26)式表明,加速器中,被加速的粒子要加速到Ⅴ=С,能量要无限大。因此,要进一步获得高能粒子,只有提高被加速粒子的质量来达到目的,就需要建造更大功率的加速器,耗资是非常巨大的。我们再要来看一看,加速器中被加速的粒子的动态质量,究竟能增加到多大?

根据(2—25)式,质量关系为

-------(2—27)

(2—27)式表明,物质的动态质量,不能增加到无穷大,而是有限制的。根据(2—24),质量亏损以一半为极限。当时,由(2—27)式得

------(2—28)

(2—28)式表明,加速器粒子质量增加以为极限,这就为设计大功率加速器提供了依据。相对论的应用前景是十分广阔的,相对论不仅否定不了,随着科学技术的发展,相对论将显示出更大的威力。

三 横向相对论

横向相对论,我们将详细研究相对论基本原理给出的两种特殊情况,

给出的给出的

1 相对论时空变换的又一种推导方法

图3—1所示,在匀速运动的火车厢内,某一时刻从A点沿垂直方向h偏一个角θ射出一束光,车厢内观测到光从A到B,并用τ计时;在地面上观测到光从A到C,并用计时。

对于光从车厢底到车厢顶这个同一事件,依据相对性原理得:

将左面两式相除得

-------31

,(3—1)式变为

--------32

(3—1)式或(3—2)式,都是相对论时空变换的一般表达式。现讨论如下

时, ,此式与(1—5)式相同。

当θ=-θ且满足地面上观测到光正好从A到D,则此式与(1—4)式相同。

时, ,属于纵向相对论情形,横向相对论效应消失。

若将θ角换成与X轴的夹角,将得与(1—1)式相同的结果。这就充分表明,相对论效应强烈地与时空方向密切相联的特性。不考虑时空方向性的相对论结果,是靠不住的。

2 横向相对论的速度变换,

速度是矢量,要用分量来表示。速度定义为位移的变化率

为了叙述方便,今后凡是给出的结果用角标 1 表示;给出的结果用角标 2 表示。

根据公式(1—4)和(1—5),并联系到图1—4可知,总存在。以后处理问题时,我们将直接引用这些结果。将相关的时空变换关系,引入速度定义式得:

--------33 --------34

--------35 --------36

也具有相似的表达式,求逆变换采用移项的方法得到表达式。爱因斯坦狭义相对论的许多变换式,就不可能从移项得到逆变式,这正好暴露了狭义相对论的缺陷。

3 横向相对论加速度变换

加速度定义为速度的变化率,可以直接对速度求导得到。

------37-------38

示逆变换的方法,可以从上述各变换式样移项得到,也可以直接对相应的速度公式求导得到。例如,将(3—8)式移项可得,或直接求导得出:

--------39

----------310

两者的结果完全一样的。

4 横向相对论的质量变换

利用平面上两个弹性小球的碰撞,经数学处理,可得到横向联相对论的质量变换公式

----------311 ----------312

爱因斯坦的狭义相对论,由于受洛伦兹变换的束缚,只有质量随速度增大而增大的结果,没有质量随速度增大而减小的情形,这就是爱因斯坦没有发现相对论时空变,是与时空的方向性密切相关的关系。

若将上述两式用二项式定理展开,可以得到动质量与静质量的关。再用乘展开的结果得到能量表达式;----------(3—13) ---------(3—14)

(3—13)和(3—14)式表明,当系统的相对运动仃止时,两者的结果是一样的。两个系统发生相对运动时,质量是增大或是减小,取决于时空的方向性。

(1—13)式表明,要使物体的总能量增大,外界必须对物体供给能量,使物体的运动速度增大,是一个吸能反应。(3—14)式表明,物体的宏观速度增大,总能量减小,这是一个释放能量的反应,由质量亏损来达到目的。

5 横向相对论力的变换

狭义相对论,由于爱洛伦兹变换的束缚,不满足牛顿第二定律。也就是说,力不能从导出,既使用动量求导得到的结果也是不正确的,力的各分也是含混不清的。按本文导出的新公式,无论用什么方法,都可以得到力的正确表达式样,而且两者是一致的。

下面我们先用直接导出力的变换公式

---------(3—15)

用动量变化率求力的变换公式

-------(3—16)

两种方法得到的结果一样,而且符合逻辑。其他方向的分量表达式就不一一去推导了,仿照上述方法,容易求得。

6 带电粒子在电场中运动

设有一个面积足够大的平行板电容器,极板上的匀强电场强度为E,极板间的距离不,粒子带电荷量为,粒子以速度进入电场,而且,如图3—2所示。根据电动力学原理,带电粒子在磁场中的运动方程为:

时,上式样的结果是

再积分并定积分常数得

--------(3—17)

用二项式定理展开(3—17)式,并略去高阶微小量项

--------(3—18)

(3—18)式中, 相当于加速度,(3—18)式与经典物理的电动力学表达式相当,带电粒子在匀强电场中,做匀加速运动。若将代入运动方程,经同样方法处理,刘如下结果

----------(3—19)

也用二项式公式展开,略去高次蒇是----------(3—20)

(3—20)与(3—18)一样,也是匀加速运动表达式。当时,,相对论的结果与牛顿力学的结果一致。

7 带电粒子在磁场中的运动

在匀强磁场中,粒子受到一个恒力的作用,加速度为一个常数,故带电粒子在匀强磁场中做匀速园周运动。

---------(3—22)

由(3—22)式 --------(3—23) ; ------(3—24)

R为回旋半径,n为回旋频率。

---------(3—25) -----------(3—26)

时,,相对论的结果与经典物理学的结果一致。

8 相对论效应导致物体的形变

相对论效应发生在相对运动的方向上,相对论效应致使在相对运动方向上的时空伸缩,导致物体发生形变。这种形变真实吗?是真实的,可以用照相机照下来,用摄像机摄下来,用激光接收仪测出来,而且实验和测试可以重复进行。

物体的任何大小和形状,都是与构成物体的分子的运动状态紧密联系的。人们习惯于用牛顿物理学的方法去看问题,去认识自然现象,理解不了相对论。相对论是从一个系统,去研究另一个运动着的系统中发生的事件,只能依据光传递来的信息来提供,没有别的办法。人们不可能说什么都要摸着石头过河,到几万光年远的天体上去走一走,才相信该天体的存在。地球只是宇宙沧海中的一粟,地球人要真正认识宇宙,了解宇宙,要走的路还很长很长。

图3—4所示,一个静止的园环,当它发生运动时,另一个系统将观测到它在运动方向上,发生了伸缩,园环变成椭圆了。

园环的静止半径为R,园环设为系统,观测器放在系统中的P点。

将上列前两式平方后相加得:----------(3—27)

(3—27)式是椭圆方程,,园环在相对运动的x方向上缩短了,在y方向上,没有的变化。

根据图3—5可得方程如下;-----------(3—28)

(3—28)式也是椭圆方程,而且,园环在相对运动的x方向上伸长了,没有发生运动的y方高上尺寸保持不变,这都是观测到的真实结果。

9 光在运动平面镜上的反射规律

图3—6所示,当一光束刚射到平面镜上时,平面镜同时开始运动。设平面镜为运动系统,相对静止系统为

光在运动平面镜上的反射结果,如图3—7所示,是满足光的反射定律的。 -----(329)

对于Σ系统来讲,由于相对论效应,光程变长了。根据光平面波在真空中的变换

又根据多普勒效应 两式相除得:-----(3—30)

(3—30)式,就是光在相对运动平面镜上的反射定律。

10 相对论的质能关系

爱因斯坦相对论,由于忽视了时空的方向性,误以为洛伦兹变换是相对论的普适变换,所以局限在的圈子中打转转,束缚了相对论的应用和发展。一个正确而完备的理论,应当具有普遍意义,符合宇宙学的对称原理。近20多年来,天体观测发现的超光速现象十分普遍,这就有力地冲击着爱因斯坦相对论。在神州大地上,却有一些名不见经传的小人物,指出了爱因坦相对论的缺陷,冲破重重障碍,向爱因斯相对论挑战,对相对论提出了修正、补充和发展。

为了维护洛伦兹变换,国外一些相对论学者,人为地引进虚速度,虚质量来维护洛仑兹变换。事实上,只要认识到了相对论时空的方向性,问题就可以迎刃而解了。下面我们给出横向相对论的质能与速度的关系曲线,就可以说明问题了。

超光速相对论

超光速运动的天体,已经被大量地观测到了。1994年,江涛先生在《天文爱好者》4期上报道:“我们已经观测到上千个红移Z大于1·25的类星体,上百个红移大于3的类星体了。”在地球上,华裔学者王利军也于2000年,从实验上获得了V=310C的超光速运动现象,人们不应当再称它们为视超光速运动了。

超光速运动现象的存在,证明了狭义相对论的不足之处,修改相对论是时侯了!在超光速相对论部分,我们着重介绍相对论新论的基本原理,以此证明超光速不违被相对论。超光速相对论是一个新的领域,1992年作者在第六届全国理论物理前沿基础研讨会上,在《狭义相对论新探讨》的报告中,提出相对论时空变换的普适公式,并阐明公式在都成立。在1994年第八届全国理论物理前沿基础研讨会上,作者又以《狭义相对论的探讨与展望》为题的大会报告中,进一步阐明了超光速运动的相对论原理。下面,我们就纵向相对论和横向相对论两个方面,介绍超光速运动相对论的基本理论。

1 超光速纵向相对论的时空变换

纵向相对论分两种情形,即下面分别给予研究。

1的情形。 既然是讨论超光速运动,我们就以V=C,V=2C,V=nC来讨论。

A).图4—1所示:设时,系统重合。由于系统的运动方向与光信号的传输方向相同,当系统开始运动的同时,从原点射出一光信号,经过t时间,0`和光信号同时到达P点。根据纵向相对论的时空变换关系(1—2)式得:

----------41

这是符合事实的。由于运动系统与光信号同步运动,光在运动系统中就没有位移产生,时间就为0。t这样决定:

---------42

B)。当v=2C时,结果如图4—2所示。------(4—3)

这也是符合事实的,光的传播速度落后于动系统的运动速度,所氢光信号总处在Ó的后面,而且总是在0Ó的中点位置。

--------(4—4)

C当V=nC时,----------(4—5)

2 时,的情形。这里,我们讨论的情形。

2 超光速横向相对论的时空变换

A)当 时,-------(46)

B 时,---------47

C)当时, --------48

以上的结果都是显而易见的,都符合客观事实。研究表明,纵向相对论适用于超光速运动场合。

横向相对论的时空变换,这里,我们仅讨论的情形,一般表达式的情形留在下一个问题讨论。

(1)当时,,令则得:------(4—9)

时,--------(4——10)

2 当时,光沿着轴传播,我们就以Σ相对于向着()方向运动处理,如图4—8和图4—9所示:

时, ---------412 时, --------413

3 相对论新时空变换一般表达式的研究

公式(11)是相对论时空变换的基础,它不仅包含了纵向相对论和横向相对论的时空变换,还揭示出了相对论时空的方向性特征。研究(11)式,就概括相对论的普遍规律。这里,我们固定v研究α变化

引起的相对论效应。对α求导:

----(4—13)

,即,根据三角函数性质,极值条件是或者都可以得到满足。当α=Ο时,,为纵向相对论(1—2)式情形;当α=л时,为纵向相对论(1—3)式的情形。事实表明,在发一定的条件下,相对论效应的强弱依据时空的方向而定。α由0变到π相对论效应由强变弱。从这里可以看到,纵向相对论效应比横向相对论效应显著。这就从理论上充分地回答了,相对论效应与时空方向密切相关的结论。

五 结 论

1 以相对性原理为基础,光为信息传递的使者建立起来的相对论,是研究相对运动系统内物质运动变化规律的科学理论。

2相对论新论充分地揭示出了相对论时空变换的方向性特征,相对论效应的强弱,与时空方向密切相关。

3相对论新论的时空变换,在时都成立,表明相对论新论的确具有普适意义,是研究相对论的基矗

4光是相对论中信息传递的使者。自然光的速度是恒定的,而且光速与光源的运动状态无关,这就保证了光传递的信息真实可告。

参 考 文 献

[1] 爱因斯坦著 孟昭英译 论运动物体的电动力学 相对论原理 科学出版社 1980

[2] 杨金城 狭义相对论新探讨 广西师范大学学报(自然科学版) 第10卷第4期 1992

[3] 杨金城 狭义相对论再探讨 第七届全国理论物理前沿基础研讨会论文集 1993

[4] 杨金城 狭义相对论新时空观在现代物理中的作用和地位 大自然探索 1994年4期

[5] 杨金城 二维时空相对论及其应用前景 贵州师范大学学报(自然科学版 第16卷增刊 1998

[6] 杨金城 超光速运动相对论 贵州师范大学学报(自然科学版) 第19卷增刊 2000

[7] 张元仲 狭义相对论实验基础 科学出版社 1979

[8] F。R。坦盖里尼著 朱培豫译 广义相对论导论 上海科学技术出版社 1979

[9] J。韦伯著 陈至凤 张大卫译 广义相对论与引力波 科学出版社 1979

[10] P。A。M。狄拉克著 朱培豫译 广义相对论 科学出版社 1979

[11] W。G。V。罗瑟著 岳增元 关德相译 相对论导论 科学出版社 1980

                                                                                                                       

探索 创新 求实 自由
申请  投稿  评论

网站简介 投稿指南 特别声明

Google

2008.10.30转:请中国科学院领导继续支持天地生人学术讲座呼吁书
2008.10.14赵庄愚(物理,古天文,周易)纪念网站建立
2008.10.11山风:专题专栏建立
2008.10.09朱永焕:The Complement of Newton Gravitation Law
2008.10.09王虚怀 石林:对大陆漂移原动力机理的探索与地震研究
2008.10.09黄河声:爱因斯坦相对论中的相对性在什么条件下会消失
2008.10.08杨学祥:10月05日新疆乌恰县发生6.8级地震:10月潮汐组合
2008.10.08[科学时报]饶毅:美妙的生物荧光分子与好奇的生物化学家——关于钱永健的贡献
2008.10.08晏成和 曹铭壬:量子物理错在哪里——对奥斯特实验的再理解
2008.10.08陈果仁:[序列文章]《以太旋子学》简介
2008.10.08徐好民:地震是不能报还是不去报
2008.10.08徐好民:汶川地震的教训
2008.10.06张学文:2009科学原始创新研讨会筹备网站建立
2008.10.05卢化南:当官的苦恼
2008.10.05卢化南:谈谈读书的好处——我的读书心得体会
2008.10.05马国梁:现代社会的经济运行特点、存在问题及出路
2008.10.05杨学祥:下一个7级强震2008年10月至2009年2月强潮汐时期
2008.10.05常健民:[序列文章]解析现代地质学存在的错误
2008.10.05杨升山:[序列文章]盘点狭义相对论
2008.10.05杨升山:[序列文章]物理新理论《比较物理学》
2008.10.03王昌益:[序列文章]地球演变动力学
2008.10.03蔡尔诚:怎样使旱涝灾旱预测稍准一些?
2008.10.03谢振才:超大型风力发电机
2008.09.30王昌益专栏建立
2008.09.28涂润生:[序列文章]电运动学推迟效应威胁相对性原理
2008.09.25储著军:[序列文章]神经组织的机能结构
2008.09.25储著军:[序列文章]神经系统活动理论简述
2008.09.21沈宗丕等:2008年5月 12日四川省汶川8级巨大地震的漏报与反思(二)
2008.09.20凌龙庄:[序列文章]中国地震分析
2008.09.17冯盛才:机体的纤维状蛋白的电位波动