物理新理论《比较物理学》(四)_杨升山狭义相对论研究网站
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物理新理论《比较物理学》(四)

杨升山 (mzhyss@126.com) 上传2008.10.05 访问193

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爱因斯坦创立“狭义相对论”是从 对同时性的讨论开始的。

爱因斯坦在<<狭义相对论的意义>>中写道:为了完成时间的定义,可以使用真空中光速恒定的原理。假定在假定在K系各处放置同样的时计,相对于K保持静止,并按下列安排校准。当某一时计Um指向时刻Tm时,从这只时计发出光线,在真空中通过距离Rmn到时计Un;当光线遇着时计Un的时刻,使时计Un对准到时刻Tn=Tm+Rmn/c。光速恒定原理于是断定这样校准时计不会引起矛盾。

对于同时性,有主观的同时性与客观的同时性之分。经典力学关于同时性的说法,是客观的。物质每时每刻都在发生变化,由于信号的传递速度限制,不可能均被我们感知,如太阳光照射到地球,需要八分多钟时间。我们感知的,也只是光线传递来的八分多钟以前的太阳的信息,现在太阳什么情况,只有以后才能知道。

主观的同时性表面上没人赞成了,实际上远非如此。用光信号作为两点间同时性的校对信号,不失为一个良好的办法。但这种办法推广到任意点之间进行同时性的校对,就会出现一种错误情况。

比如A地发射一个光信号给B地和C地,但B地与C地距A地不一样远。那么A地校对时间起始点 时,因先后接到两个返回信号,它的起始位置就不能确定:与B同时时就不能与C同时,反之亦然。这仅是三点之间的情况,宇宙中有无穷多点的,用光信号进行同时性校对时,实际上既认为光信号具有有限的传播速度,又默认光的速度是无穷大,立即即至。当然,校对了A与B的同时性,再与C校对时,可以告知C应增减多少,但宇宙中的点有无穷多,作到这一点是十分困难的,可以说是根本无力完成的。

是不是没办法校对同时性呢?也不是。前已分析过,时间仅是物质变化的量度,使用周期信号来记数,时钟也只是一个周期信号,是一个比较基准。所以我们校对同时性时,可以在一点校对多个时钟,然后分别拿到各个观察点去就行了。运动是相对的,被测物体也是可作为观察者的。

另外,不能只认为有相互作用时才说物体存在。比如太阳光照到地球上需要八分多钟,我们不能把自己感知太阳光时,才说太阳存在。太阳的实际位置也不是我们看到的位置。有人举例说:与我们相距八十光年处爆发了一颗新星,有人在二十年前写了一本有关新星的书。那么这颗新星不会记载在这本书中。能不能说这本书记叙的完全正确呢?显然是不能够的。因为不管书中记载了没有,八十年前这颗新星就诞生了。我们不能要求记叙完全正确,因为我们的活动能力有限,而事物的变化是无限的。我们只能要求记叙的基本准确。有许多事情我们这一代人是无法得知的,但不能说那种事情不存在。我们的有些感觉掺进了主观的成分,必须经过思维才能了解真情。

比如,我们感到地面是平的(说海平面更恰当)。可地球是球形,海平面当然只是球面一部分。太阳东升西落,实际是地球自转。这些都只有经过思维,有些还需要经过模拟试验才能得出结论。

例如:在北京至广州的火车上设一个邮递员,车尾挂有邮政专车。

某甲乘客要到广州去,在北京站临上车时,给住在长沙的一个朋友乙写了一封信,说了一些事情。当甲乘了一段车后,想起还有一些事情没交待清楚,在火车上又写了 一封信给乙。车上的邮递员很快把信转到车尾的邮政专车上。假设北京站的邮局也把甲的第一封信放在这节专车上,那么长沙的乙同时会收到甲的两封信,甲写信的时间是有间隔的,甲不会承认同时写了两封信。怎样去评价他们说法的是非呢?常识告诉我们,甲是当事人,甲的说法是正确的。乙认为甲同时写两封信是乙的感觉,是不符合事实的。甲的两封信都 寄出了,不论乙收到收不到,都是寄了,不能因乙没收到信就断定甲没有寄信。但如果甲在信的末尾准确地写上了他写信的时间,乙在看信时也注意到这一点,乙就会根据信上注明的时间判断甲在什么地方写的信。并能想到,甲在写这些信时,自己分别在干着什么。但是,自然界的情况要复杂的多,物体大都不能把自己发出信号的时间写在信号上,所以人们在接到信号时需要仔细的判断,不然会出现甲乙两人说法不同的情况,可能会得出错误的结论的。

另外,如果乙的住地不在长沙而在郑州,甲的第二封信又是在经过郑州以后发出,那第二封信就与甲的行程相反,情况就更复杂了。

上述说法是大家早已知道的。当某人要到朋友那里去而希望朋友到车站给自己帮助时,总是打电话或发电报给自己的朋友,就是因为电话或电报有比信件更快的传递速度。如果写信,除非是几日前就把信寄出,那就只好由自己去拆信了,希望得到的帮助是不可能的。

如果甲不是乘火车而是乘飞机,飞机中途在武汉停留。甲在北京起飞时寄出一封信,甲在武汉停留时又寄出一封信。如果邮政系统仍以火车送信,那么乙收到甲的第二封信要比收到甲的第一封信要早一些。如果 乙粗心一点,就会把信的次序颠倒。当然乙可以从信的内容和注明的时间来做出正确的判断。但是自然界怎样来标明这些信号的先后呢?

对于信件发出的时间,甲的说法是正确的,而乙只有在经过思维分析后才能 得到正确的结论。“狭义相对论”否认甲的说法,承认乙的感觉,不出错误才怪呢。

“在某个参考系中同一时间,但在不同地点发生的两个事件,在另一个参考系看来,将变成被一定时间间隔分离开来的两个事件”。“在某个参考系中同一地点但在不同时间发生的两个事件,在另一个参考系看来,会变成被一定空间间隔分离开的两个事件”。这两种说法,用“看来”一词表述,只反映观察者的感觉,并不是事实。而这两种说法,却是“狭义相对论”使时间与空间等价且可以互相转换的理论基矗

六:光在我们认识自然中的作用

狭义相对论”几乎可以解释自然界的一切匀速运动现象,唯独不能解释“光子”。

我们能够感知的光,只是快速运动的众多粒子的很小一部分。当光子的能量降低到红光以下或能量增加到紫光以上时,我们用眼睛就不能直接感知了。要感知它需要借助仪器的帮助。但不能被感知并不等于这些物质不存在。“光子”和基本粒子一样,也具有一定的质量,动量,能量,也同样适用万有引力定律。对于光的本性问题,还有许多问题值得研究。至于光源的发光机制,光与光源的关系,都需要认真研究。从类比的方法去看,极可能各向不同性,这些问题,本文不去探讨。

我们在这里只谈一谈光在我们认识世界过程中的作用。

前面说过,光线是我们用眼睛感知物质的主要媒质,是把物质的特征信号传递给人们的忠诚邮递员。

一个物体的是否存在,是否运动,与光线的存在与否并无关系(严格来说在有光子碰撞物质时,会使物质受力。)那么,洛仑兹变换式中光速c,又不是凭空得来的。为什么在测量速度的计算中,却出现了与光速有关的数据呢?

这就使我们想到日常生活中存在的一个现象,就象在同时性一节中所举的例子。这个例子虽是假想,要想实验并不费力,朋友们有兴趣不妨试一试。

可能会有人说:“不对,这是假设光有传递信号作用后引起的,而光实际上没有这种作用,我也没发现这种作用。”

我要这样来回答:现在比较事物,不限于把两种物体拿在一起比较 了,而是依据比较基准进行测量。测量时又不是拿尺去量,而是用仪器。测量者在大多数情况下并不直接与被测量物体接触,而是用眼看。试问:没有光线的传递作用,我们能看到物体吗?我们用的望远镜,显微镜,测距仪,只不过利用几何学知识进行换算,也没有直接接触物体。对于一个运动物体,又不能与静止物体放在一起,主要靠光线的传递作用。用雷达测量时利用无线电波,无线电波与光的性质近似。而光传递信息作用由于本身的速度限制不可避免的会造成误差,就好像邮递员不论怎样努力总会造成时差一样。

光的传递信息作用像个邮递员,那么把事物的特征信号从光线上取下来也应该是可能的了。当然是这样,而且大多数人都曾样做过,只不过不注意罢了。

试问有哪个人没照过相片或没见过相片呢。照相就是从光线上取下事物 特征信号的一种方法。我们看到相片,就能看到过去年代的信息。但要与相片谈谈话,那就不可能了。科幻小说的 作者敢于幻想乘上超光速的火箭回访几个世纪前的伟人,那只是幻想,并不科学。但科学发展以后,超光速的飞行器定能产生,看到“伟人”的形象则完全可能,要想再与“伟人”谈话却是不可能了。因为看到的只是像,不是物。

现在,电视已在全国普及,可视电话也已投用。可视电话虽然可以对面谈话,但电视屏上的毕竟只是对方的图像,要想接触是不可能的。要知道,人们的感觉不限于视觉一种,而是有多种功能的。只有多种功能的综合使用,才能感知实物。

当然,普通照相只是保存了部分图像信号。近代科学技术的发展,全息摄影术的应用,给图像信号的保存和再现创造了有利的条件。磁带录像,激光录像等新设备的问世,更能说明这个问题。如果出现全息电影,那就会给人更加逼真的感觉,可是这仍然只是假象。

如果把照相看成是时间机器的话,把过去的录像重新放映.我们就可以看到过去了,但是那毕竟是像,不是物的本体.再说,光线在空间传播时,还有折射,反射,还会受到引力而改变方向.当这些信号被反送回来时,我们也可能看到过去的形象.

“狭义相对论”用所谓四维时空来代替现实的三维空间,在观念上,呈现的是保留旧的形态而又呈现新的形态。而事物的变化是旧的形态的消失和新的形态的产生,所谓四维时空显示的是与事物发展情况不符合的。人的主观感觉由于视觉的暂留作用可以保留很短时间旧的事物形象,但毕竟是错觉。

七:因果关系

超光速现象的存在和光线传递速度的有限性,肯定会导致超光速时显有的特殊现象的存在,即事物发展的因果关系是否会倒置,怎样来判断事物发展的因果关系。

首先,必须明确物与像的关系,我们见到的,只是事物的映像,只有多种感觉共同作用,我们才能认识物质。光线有传递信息的作用,但光能在可见光以外时,我们就不能感知。

对于某一事件发展过程,总有原因和结果两个方面,而且是先有原因后有结果的。不过一个结果可能有几个原因,一个原因也可以产生几个结果。我们可以从结果去寻找原因而不是先有结果后有原因。不过人们对于一个结果有几种原因的这种情况,往往以能找到一个原因为满足,不再继续追求就是了。

记得我国有个科教片叫“毛竹”介绍的是毛竹生长过程,影片中有一个竹笋顶开石板钻出地面的过程。如果把这段影片倒着放映,人们会看到石板把竹笋压进地面,竹笋由大变小,竹子返老还童了。这是人们看到的现象,与事物的本质并没有相同之处。事物的因果关系并没有破坏,仍然是竹笋由小变大,顶开石板,钻出地面。这些现象只要弄清物体与物体的像之间的关系就容易明白了。但无疑会给我们判明事物的发展过程增加了困难。近代电影电视片的许多特技手法,都能达到以假乱真的目的,就是一个证明。我们不能躲避困难,要透过现象看清本质,才能真正认识事物。

我们只要利用相对性原理,可以设法换一个参照系来进行观察,由“跑马看花”转到“走马观花”,进而转到“下马观花”,那就不会本末倒置了。

值得一提的是,人并不能感知一切粒子,观察者的运动速度稍加快以后,人感知的光能值就发生了变化,当能量超越我们的视觉范围时,就不会引起我们的视觉印象了。

超光速运动的物体的存在是客观事实,我们不能让现实去适应我们,而是我们要认识现实,利用现实为人类的创造福利事业,就要认真的分析事物的变化规律,找出适应新情况的物理规律,这就要求我们不但要用眼看,而且要用脑想,这才能透过现看清本质。


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