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有一个问题不得不让人深思,为什么具有和质能关系相同表达的数学物理关系都有v/c>1的另一个分支在实数领域存在?
比如m = m₀/√(1−β²)和空气动力学的ρ = ρ₀/√(1−M²)这种数学形式在自然界还有很多相类似的范例,为此我们可以搜索调查一下,调查的结果是除了空气动力学有如此的关系以外,自然界关系里面还至少存在十几种物理现象存在同样的关系,且把具有此类数学关系调查的结果也全部列在下表里面:
物理现象 | 参数 M | M<1 | M>11 | 临界 |
相对论 | v/c | 实 γ,亚光速 | 虚 γ,快子 | v=c |
等离子体 | ωp/ω | 传播 | 倏逝/反射 | 截止 |
波导 | fc/f | 传播 | 截止 | 截止频率 |
全反射 | n1sin(θ1)/n2 | 折射行波 | 倏逝波 | 临界角 |
空气动力学 | v/a | 亚声速椭圆型 | 超声速双曲型 | M=1 |
弹性波 | v/cs | 无马赫锥 | 剪切马赫锥 | v=cs |
偏微分方程 | B/AC | 椭圆型 | 双曲型 | 抛物型 |
受迫振动 | ω/ω0 | 同相弹性 | 反相惯性 | 共振 |
量子隧穿 | V/E | 传播 | 指数衰减 | 转折点 |
克莱因-戈登 | mc2/ℏω | 传播 | 倏逝 | 阈值 |
超导 | λLk | 传播 | 迈斯纳衰减 | 穿透深度 |
总结上表的函数规律,除了相对论,自然界所有的和他类似的物理规律,除了有1/γ=1/√(1−β²)的数学关系以外,在β>1以后还有另一个分支1/γ=1/√(β²-1)。只有相对论有半边脸的曲线,另半边进入了复数区域。
如下图所示:

人们不禁要问,这个数学关系的本质是什么?根据这种本质我们就可以决定m = m₀/√(1−β²)是否还有可能进一步延拓?最后发现这个关系不过是一个二次型的过度关系。
首先来考虑,相对论这个函数关系1/γ=1/√(1−β²)
这个数学关系到底是个什么性质?为什么不能所有的其他关系一样在实数里面延拓?用倒数看不舒服,让我们首先把这个式子简化一下。不难看出其实就是个园 γ²+β²=1。
而另一支曲线不过就是个双曲线:β²-γ²=1。所以我们可以说相对论的质速关系和其他的数学物理现象的函数关系都是一个二次型的关系,无论用代数方程,常微分方程,还是偏微分方程表示,他的核心数学物理性质经过仔细分析和观察,所有的相对论以外的数理函数关系,都是一个二次型。
而表示两个不同的分支的几何意义的二次型,其实也不过就是圆锥被不同倾斜平面相交的交线,相交平面角度小了就是椭圆,角度大了就是双曲线,如图所示:


如果还想把话说的更绕一点,让普通人都听不懂,把这种二次型再用上空间缩短和时间延长的变化来表示,那么这个变化表达式就叫洛伦兹变换,数学上把他们叫酋正变换,除了相对论酋正变换都有双曲的那一支存在,所以从索末菲尔德,到秦元勋,曹盛林,以及白同云,黄艾香,李开泰和宋健,......包括主流队伍一些学者,都在私下说,觉得既然另外一支不存在的实验至今也没有可靠的做出来,还是把这种可能性保留下来为好。
标签:超光速,质速关系,二次型,椭圆和双曲,酋正变换,
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