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我在2015年12月发表过一篇博文:相对论将仅有半壁江山。其中提到:
欧姆定律是与麦克斯韦方程相互独立的定律,它不服从洛伦兹变换。也就是说,狭义相对论不适用于电路。 关于电路中的欧姆定律不服从洛仑兹变换,很少有人注意到,教科书里也没有提到。然而,这个问题的确是个重要问题。
我们每天都在使用电器,如果相对论不适用于电路,那么相对论的适用范围就很有限了。相对论在今后将仅有半壁江山。
我们从高中时期就学习了欧姆定律。欧姆定律的简述是:在同一电路中,通过某段导体的电流与这段导体两端的电压成正比,即 U=RI, U 是电压,I是电流,R是这段导体的电阻。该定律是由德国物理学家欧姆通过精确的实验发现的。他在1826年发表了论文《金属导电定律的测定》,提出了这个电路理论中重要的经验公式,并且后来被学术界公认为欧姆定律。
欧姆定律的微观形式可以写成为J = σE,它是局域的(local),局域的电场E决定了局域的电流密度J。
问题在于,欧姆定律的微观形式不服从洛仑兹变换。理由是:从相对论观点,J 是4维矢量的分量,而E是4维张量的分量。
按照相对论的理论要求,一个方程式必须写成同阶的4维形式。方程式的左边与右边必须同是4维矢量(一阶张量),或者同是4维张量(二阶张量)。
可是微观欧姆定律J = σE 不满足这个理论要求。因为J 与E不是同阶的4维张量。具体地说,电流密度J需要进行一次Lorentz变换,而电场E需要进行二次Lorentz变换,于是J 与E服从不同的变换。作为变换的结果,在另一个惯性系,我们不能得到J’ = σE’。 也就是说,相对论要求的物理学定律的不变性,不适用于欧姆定律。(抱歉,这篇博文只能写得专业一些哦)。
因为事关重大,我在这里向高手请教,非常希望有专业水平的青年学者参与讨论。
参考文献
特定条件下的交流电速度可能超光速20倍,科技文摘报,2015年12月25日,科技前沿,杨兰报道。
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