我算故我在分享 http://blog.sciencenet.cn/u/metanb

博文

【心路11】影子传说

已有 1818 次阅读 2017-10-19 07:06 |个人分类:心路|系统分类:科研笔记

“推导”就是最高生产力。
* * *
.
原著第3节。靠中间的部分写着(在动系k)...发射的一道光线...但在静系中量度,这道光线相对于k的原点以速度V-v传播...。这是在原著中第一次明确表述,一个参照系发射的光线,从另一个参照系“看”,这道光线——相对于原参照系——的传播速度,等于(作为物理常数的)光速叠加上两个参照系之间的相对运动的速度。是的,你没看错,这确实是原作者上面那句话的意思。就是说,同一道光线,不管在“静系”里,还是在“动系”里,它“本身”所具有的速度值恒定不变,而且该恒定速度值不受任何参照系的影响,也不是依靠任何参照系来“定义”的,尽管从任何选定的参照系都可以测量出该恒定速度值;但是,不管放在哪个参照系里,这道光线与同一参照系里观察到的运动物体之间,(在该参照系中的观察者看来)又可以有相对速度——至少,光可以相对于物谈论/实施“速度的叠加”(下面第三段有更清楚的表述)。严格来讲,这个事情应该作为“规定”明确下来,否则很容易混淆(即产生“恍惚感”)。
.
为了获得清晰的理解,你可以在头脑中构造一个思想实验:在地面(静系)上固定一个柱子,在该柱子上固定一个激光笔。此地面很平,而激光笔发出的光束平行于地面向前传播。在地面上距离那柱子较远的地方,有一辆封闭的小车(动系),沿地面以匀速v作直线运动。该小车的前、后部均装有透明玻璃并与地面垂直,而且激光束所在直线与小车前、后部的玻璃界面垂直。这样安排了以后,从柱子的激光笔发射一道光束,该光束在(静系时间) t1时刻 到达小车后部的玻璃界面上,光束穿过小车在 t2时刻 到达小车前部的玻璃界面上,进而穿越玻璃继续沿着小车前进的方向传播。在整个实验里,时刻 t1 和 时刻 t2 划分出3个空间区域。从地面观察,光在三个区域中的传播速度都为V。从地面中看,光处于第二区域时,相对于小车的传播速度为V-v (光处于第一、三部分时也一样)。从小车上看,光处于第二区域时传播速度为V(相对于小车上静止的乘客)——这个光也可以看作t1时刻从后部玻璃界面发出的光——光速不变。若在t1时刻确实从后玻璃某处向前发射一道光,这道光对于车上的观察者,以及地面上的观察者,速度也都是V;但地面上的观察者,他看到这道光相对于小车(及其上静止的观察者/乘客)的速度,仍然是V-v。
.
也就是说,若观察者只盯着光,不管这个观察者在车上还是在地面上,光速都是V(不管光从哪里以及何时发射)——“光速不变”。这就好像有一个“虚”的参照系(虚系),光速由它来定义,处于任何惯性系的观察者,不管这个观察者运动还是静止,都要把自己“等同于”那个虚系(固定到虚系里),于是他就看到了同一的光速。或者说,对于很多观察者,不管在哪个惯性系,一旦要观察光速,就进入到那个虚系里,看到光在那里的速度 —— 这是“观察者—光”的情况。若转而考察[观察者]—[观察者—光]的情况,那就不一样了——[观察者]看到的就是[观察者—光]相对光速,也就是方括号内部作速度叠加。打个生动形象的比方:有个绝世大丈夫,每个女生(各自)和他跳舞都会“嗨”到Very nice*(不多不少)。可是,站在旁边的女生,观察别的女生和他跳舞,在她看来就不那么嗨了(要么不够嗨V-v,要么嗨过头V+v)。(这里提到的“观察者”都分别与各自所在惯性系绑定在一起)。
.
以上三段写了三个钟头。上面第一段的最后一句说,这个事情(即:拿光速和其它速度作叠加)应该通过“规定”来明确下来。这是因为“光速不变性”是一个理论上的假设(尽管可能确实是那样),这就使得“光速”不同于一般意义上的“速度”(即“质点运动学”中谈论的那类速度),因而凡是有“光速”参与的运算,都应当重新予以定义(即作出明确的规定)——至少,这样做不会(在狭义相对论内部)引起矛盾,并且能让有关概念和表述变得更加“明晰”。当然,原著不是教科书,不见得(也不便或不必)样样都考虑周全或细致入微。再者,有时,写得再怎么清楚也会有人看不明白。顺带提一句,我(也就是本人),学习数学也好,或学习相对论也好,主要是使用“人类大脑”,也用到眼睛和手(严格来说也用到了鼻子——它和其它一切器官也必须工作),但不是使用数学家或物理学家的观点——就是确实用到了我也把它们看作——人类的观点。学习中用到的材料(书籍及所载知识)当然是源于他人或职业团体的劳动,肯定要予以尊重(严格来讲“行当”本身不是依赖尊重而是靠“机制”来存在的)。假使我在自己的行当(作为数学系老师)以外做出论文,投稿的时候我报以这样的态度:投出与否是出于“个体的天性”,最终接受与否则是出于“彼方的天性”。当然,作为“数学人”,做数论是最理想的——不要跑出自然数。但是学习(狭义)相对论有个好处 —— 它出自“outsider”之手。可能,每个学术人都会觉得我跟别人不一样,同时每个学术人又都能从我身上看到他们自己的影子。
.
回过头再看那个动杆上的”判据“:
t(B)-t(A)=r(AB)/(V-v),
t'(A)-t(B)=r(AB)/(V+v).
由于光是在动杆的两端发射和反射的,光的路程跑不出那个杆的两端(整个过程中”光路“限定在杆的两端之间)。对于杆上的观察者,他们只有判据的左端的数据,也就是那三个时间读数;如果杆上的人不对外通信,则静系中的人得不到判据左端的数据。同样,对于静系中的观察者(不随杆运动),他能够得到的数据是“在静系中量得的运动着的杆的长度,也就是r(AB),以及在静系中观察到的光相对于杆的速度:V-v(同向) 或V+v (反向);如果静系中的人不对外通信,则杆上的人也无法得到判据右端的数据(当然,从相对的角度,若能在t(A)时”标定“杆在静系中的位置,进而在动系中测量出静系中标定部分的长度[肯定也是r(AB)],并能测得v值,则杆上的人也能用计算的办法得到右端的数据)。总之,假定杆上和静系中的人互不传递信号,也不从自身体系以外接收信号,则二者无法同时得知判据两端的数据。但是,静系中的人,可以表示出判据的左端(尽管不知道数据),并利用右端的数据,用计算的办法得到结论:动杆上两端的时间不同步(尽管每时每刻杆两端时钟的读数与经过地点的静系时钟上的读数一致)。同时,杆上的人用左端的三个数据,必然得到结论:动杆上两端的时间不同步。
.
换句话说,在杆上也好,在静系也好,都能用理论计算的办法(条件是允许互相测量、做标定、知道相对速度v),判断出动杆两端的时钟不同步。若不用理论计算,则杆上的人靠左端做出”不同步“的判断,而静系的人则会根据上面黑体部分的内容做出”同步“的判断。由此不难理解原著中的表述:...同动杆一起运动着的观察者会发现这两只钟不是同步运行的,可是处在静系中的观察者却会宣称这两只钟是同步的。若静系中的人拿上段黑体部分内容与理论计算对比,会感到奇怪:明明是运动的钟的读数与经过各点处的静系时钟的读数一致,怎么会不同步?唯一的解释只能是:运动的钟的”单位时长“改变了(待考察)。(从后文知道,运动的钟会变慢——若只考虑地球自转部分的运动,时针走一格,个子高的人的头脑经历的时长,应该会比个子低的长一点——在哪里听过这么一说——这是不是“傻大个儿”的原因之一呢? 真的,小个子的人脑子反应好像普遍要快一点?)
.
斯派的书(7c.早期反应)引用了别处资料的一段内容,其中写道:...论文发表之后是冰冷的沉寂,接下来的几期杂志根本没有提他的文章...后来,柏林来信了,是著名的普朗克教授写的,他请阿尔伯特为他澄清几个他感到模糊的地方...我的问题是,那几个让普朗克感到模糊的地方是哪些地方呢?周二发出的内容*,末尾不是很肯定(动杆上的同步判据问题,特别是V-v及V+v的理解),这次应该是彻底弄明白了 (今天这些内容写了约6个小时,周三推导了原著第3节部分内容,暂时不整理了——吃完早饭睡大觉!)

.

注:本文首发于群邮件[Graduate Gate..Thursday],原标题“论推导”。



https://blog.sciencenet.cn/blog-315774-1081464.html

上一篇:“鄙视”是一种不良心理
下一篇:【心路12】恍惚之间
收藏 IP: 223.11.185.*| 热度|

2 刘全慧 徐令予

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (0 个评论)

数据加载中...
扫一扫,分享此博文

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2024-4-25 17:09

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部