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相对论时空洛伦兹变换裁剪了我们的逻辑思维?

已有 5022 次阅读 2014-4-5 17:10 |个人分类:杂谈|系统分类:观点评述| 相对论, 参照系, 洛伦兹变换, 观察者, 多普勒效应

   一列高速行驶的列车通过某站台,站在站台上的观察者,可以观察到列车接近、掠过与远离全过程,如果观察列车上的灯光、测量列车的鸣笛,列车接近观察者时会发生多普勒蓝移现象,光波和声波频率的增高;远离时侧为红移,即光波与声波频率的降低。这些知识是我们在中学时期就已经了解了的常识性问题,如图1所示。

图1、高速列车通过站台全过程


   图1中,观察者位于站台AOB的中点OXOY为观察者所在参照坐标系,X'O'Y'坐标系表示速度为V沿X轴运动列车所在参照系,从左到右分别表示了,到达站台A点、O点和B点不同时刻的情况。

   按照狭义相对论,观察者所在的静止参照系XOY,与列车所在的运动参照系X'O'Y'对于事件的观察结果,在时间与空间方面是不同,相对于静止参照系,运动参照系会出现钟慢和尺缩,由洛伦兹变换描述,即相对论时空效应。这种效应是适用于运动事件全过程的,即运动列车接近、掠过和离开观察者。

   我在前期的博客文章中,已经详细地证明了,应用基本的运动学和光学定律,考虑光速不变假设,对于XOY静止参照系的观察者,当运动列车中的时钟接近时,时钟是加快的,而远离时应该是变慢。并且,处于同一静止参照系中的不同观察者(如A、O、B点)对同一事件,同时观察的结果是不同,并且不能通过坐标系的平移进行消除。这种图示法、直观推导的结果,为什么与相对论的变换会出现如此大的差异呢?

   我们应该信任相对论的预言,还是相信直观推导呢?根本的分歧出现在什么地方呢?

   同时性的相对性,是相对论的另外一条重要原则,如果不能理解这点,就没有掌握相对论,也就进入不了相对论的大门。按照这条要求,两个参照系要对同一事件进行比较描述,首先要进行时钟的对时,并且必须在运动时钟到达观察者最近点,即O'XOY系的Y轴重合点,进行时间0点的对时,如下图2所示。

图2、洛伦兹变换点,时间t=0、t'=0,O'与Y轴重合


   相对论时空洛伦兹变换的各种推导,都是在这个前提条件下,即O'Y轴重合时,t=t'=0,进行时间tt'的0后相关事件推证的,如下图3所示。

图3、时间t=0及之后t的情况


   按照上图3所描述的情况,以及光速不变的假设,我们是非常容易获得洛伦兹变换的数学形式的,这个过程我就不在这里重复。值得我们警惕和注意的问题是:

1、为什么时钟必须在O'与Y轴重合时进行?这样做的依据是什么,充不充分?可不可以在其它位置如AB点进行?

2、此时对钟的结果为什么两个时钟都必须调为0?可不可以是任意确定的时间,如t0和t0'?这样做不是更有普遍性呢?

答案:因为我们只能那样做才能得到相对论所期望的数学结果。


3、时间0前,即运动时钟接近的情况为什么不考虑,应该如何考虑?

答案:不可能得到预期想要的结果,因为0前的效应是完全相反的结论。

4、如果位于O点的观察者,想要知道时钟运动到B点发生的事情,即时间tB时的事件,他是不是要先飞奔到B点,然后按照同时的相对性要求重新对钟后才能进行?这是什么样的逻辑?

答案:观察者只能像幽灵那样,可能有时需要超过光速地飞奔先期达到B点。


5、如果时空真的就如同相对论的要求那样,变换是按照图3的情况发生的,此时时钟是变慢的,但同时运动光源远离观察者只可能发生多普勒红移现象,而不可能有蓝移的产生,实验观察是这样的吗?

答案:这个问题太棘手,好像点到了相对论的致命部位,你说是不是啊!!!


  事实上,洛伦兹变换的推导过程中,引入同时性的相对性概念,要求我们进行对钟处理,这种做法的结果,实际上完成了对我们逻辑思维的裁剪和编辑,将我们的视野局限于某个特殊的事件时间点上,只考虑了这个点及之后发生的事件,而忘记了事件的全局性。导致了相关的数学推导结果与直观的观察之间的矛盾,要消除它并不困难,也无须深奥的学问与超人的智商。只是要求您在整个的分析过程中具有全局的视野和清楚的逻辑。大家说说,是不是这个理啊?



(在清明来临之际,谨以此文献给科学的先驱们,特别是经典科学体系的创立者)



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