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就“一个得到狭义相对论的新途径”一文答黄兴滨老师

已有 3291 次阅读 2014-8-30 03:44 |个人分类:理论介绍|系统分类:论文交流| 时空, 狭义相对论, 惯性参照系, 惯性系的平权性, 狭义完整性

黄兴滨:您好!刘老师:拜读了您的大作,谈点个人看法,由于英文水平有限,可能理解的不一定准确,说的不对的地方还请包涵。

您首先澄清了:物理方程的协变性和惯性参照系的平权性是两回事,而且平权性并不能推出协变性。我觉得这个观点很好。其次您提出了狭义的完备性来替代协变性。最后,您推出光速不变原理而可以重新建立狭义相对论。

我没有理解的是:光速不变原理是如何被推导出来的。按照我的理解:要想严格地证明光速不变,应该是假定一个光源(例如一个振荡的电偶极子)静止在一个惯性系内,然后在两个惯性系内分别利用您文中的麦克斯韦方程组求解出同一光源的两个速度,并证明它们相等。这样才能令人信服。

但您仅仅说:光速不变原理是:“Because there is identical Maxwell equations in all inertial frames of reference”。我没理解这句话的含义。对不同的光源,麦克斯韦方程组可以在不同的惯性系中完全相同,但对同一个光源我感觉不一定相同。不知道您能否给出一个严格的证明来?

事实上,要想从麦克斯韦方程组求解出光的速度,通常是忽略静止光源的存在。得出所谓的波动方程。而在另一个惯性系中,光源是运动的,能否忽略运动的光源得到完全相同的波动方程?我想这是个问题。即使可以忽略运动的光源,得到两个参照系的光速相同,但这钟光速不变与爱因斯坦的假设是不一致的。因为,忽略了光源的运动,然后再说:光速与光源的运动无关,我感觉有点自相矛盾。

浅显的一点看法,不知对否?供你参考。


刘清涛:您的理解力非常好!一下就抓住了我的论文重点:“物理方程的协变性和惯性参照系的平权性是两回事,而且平权性并不能推出协变性。我觉得这个观点很好。其次您提出了狭义的完备性来替代协变性。最后,您推出光速不变原理而可以重新建立狭义相对论。”不过,这里要纠正一点,是“狭义的完备性”和“惯性参照系的平权性”推导出了协变性,光“狭义的完备性”不能替代协变性。您的认同,我非常感谢!

麦克斯韦方程之所以区别于牛顿引力的泊松方程,而自动满足协变性,是因为麦克斯韦方程是狭义完备的,而牛顿引力的泊松方程不是。由“惯性参照系的平权性”,我们可以确定,在任何惯性参照系都能通过各自的实验得到相同的麦克斯韦方程。由麦克斯韦方程解出的电磁波速是一个常数。

好,当空间出现同一系列电磁学现象或出现一束光的时候,在相互运动着的惯性参照系上的观察者们是能够完全用麦克斯韦方程来描述和分析的。若只有高斯方程一个方程就不行了!既然用同样的麦克斯韦方程做描述和分析,得出的电磁波的传播速度就是一个常数。所以“狭义的完备性”和“惯性参照系的平权性”推导出的协变性,再结合麦克斯韦方程就推出了“任何惯性参照系的光速是不变的”的结论。可以看出,麦克斯韦方程的协变性决定了“光速不变性”。这里只有两点例外,1)麦克斯韦方程只是与“以太”静止的参照系中的方程;2)麦克斯韦方程不是正确的方程。

另外,我要强调的是,由惯性参照系时空的均匀性和各向同性,以及“惯性参照系的平权性”就可以推出“类洛伦兹变换”,剩下的就是怎么确定其中的常数V。我称它为“临界速度”。我们可以用中微子的实验结果,等等,也可以用麦克斯韦方程的协变性要求来确定这个常数。当我们这么做的时候,我们发现,这个常数恰好等于C。也就是说,光速恰好等于“临界速度”。

由于“惯性参照系的平权性”并不等于协变性,我们有什么理由要求物理方程必须协变呢?“惯性参照系的平权性”只能保证在各个惯性参照系中做相同的实验能得到相同的方程。至于对于同一系列物理事件各个惯性参照系的观察者们所观测到的物理量之间有什么关系或方程是否协变,那是另一回事。物理方程协变不协变还要看它们是不是狭义完整的。狭义完整的物理方程必然是协变的。




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3 黄兴滨 蔡庆华 马志超

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