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经典物理学只是狭义相对论在3维空间牵引运动的低速近似
经典物理学把时间看作与参考系无关的绝对参量,即所谓:“绝对时间”,而仅采用空间的3个彼此线性无关的 (对于正交系,为彼此正交的) 轴矢组成的轴矢系,表达空间位置矢量。时间只是其各分量 “模长”的函数。
一切物理矢量也就都可采用相应的3维矢量全面具体地表达。
各牵引运动间的变换是“伽利略变换”。
3维的代数和解析矢算就成为经典物理学必不可少的重要工具,就已可用以统一表达,并演绎推导出从苹果落地到天体运行的,广泛的,物质运动规律。
但是,经典力学始终无法解释:
一些重要实验,特别是著名的迈克尔逊(A.A.Michelson)实验,所显示的,“在任何惯性牵引运动参考系,真空中3维空间光速不随参考系的运动而改变” 对于光子,乃至一切高速(其运动速度与光速相比,不可忽略)运动粒子“伽利略变换”已不适用的重要事实。
狭义相对论打破经典物理学“绝对时间” 的错误观点,采用欧基里得(Euclid) 4维时空的闵可夫斯基(Minkowski)矢量表达客体的时空位置,即由4个彼此线性无关的 (对于正交系,为彼此正交的) 轴矢组成的轴矢系,表达时空位置矢量。
即:除了经典物理学的 3维空间位置矢量而外,还有1个时轴的分量,其模长由ic(3)t (i是虚数符,即-1的平方根,c(3)是惯性牵引运动参考系真空中3维空间光速,t是时间) 表达。
4维时空位置1-线矢(即闵可夫斯基矢量):
[矢r] ={rj [基矢j],j从0到3求和},r0 =ic(3)t,
模长r=ict(1-(v(3)/c(3))^2)^(1/2),
4维时空速度1-线矢:
[矢v] = [矢r]的时间导数 ={vj [基矢j],j从0到3求和},v0 =ic(3),
模长v=ic(1-(v(3)/c(3))^2)^(1/2),
在不同牵引参考系[基矢系]与[基矢系’]和[矢r]各分量间,的变换都可用两参考系间牵引位置1-线矢[矢r*]各分量的“方向余弦”:
对于相对论的4维时空矢量:
P*a = r*a/r*, ;a=0, 1, 2, 3, p*={ P*a^2,a从0到3求和}=1,
P*0=1/(1-(r*(3)/c(3))^2)^(1/2),
P*j=i(r*j/c(3))/(1-(r*(3)/c(3))^2)^(1/2), j=1,2,3, 表达为:
即推广的洛仑兹变换:
t’=(t-i(v*jrj/c(3)^2),j从0到3求和)/(1-(v*(3)/c(3))^2)^(1/2),
r’j=(-v*jt+rj+(v*krl-v*lrk)/c(3)) /(1-(v*(3)/c(3))^2)^(1/2),
jkl=123循环,
只是对于惯性的牵引运动,才也可由两参考系间牵引速度1-线矢[矢v*]的“方向余弦”表达为:
P*a = v*a/v*, ;a=0, 1, 2, 3, p*={ P*a^2,a从0到3求和}=1,
P*0=1/(1-(v*(3)/c(3))^2)^(1/2),
P*j=i(v*j/c(3))/(1-(v*(3)/c(3))^2)^(1/2), j=1,2,3, 即表达为:
t’=(t-i(v*jrj/c(3)^2),j从0到3求和)/(1-(v*(3)/c(3))^2)^(1/2),
r’j=(-v*jt+rj+(v*krl-v*lrk)/c(3)) /(1-(v*(3)/c(3))^2)^(1/2),
jkl=123循环,
当v*(3)/c(3)小到可以忽略,(1-(v*(3)/c(3))^2)^(1/2)~1,才得到经典物理学3维矢量的伽利略变换:
r’j=(-v*(3)t+rj), j=1,2,3,
当v*1=v*(3); v*2=v*3=0, 并且,v*(3)/c(3)小到可以忽略,
(1-(v*(3)/c(3))^2)^(1/2)~1,才得到经典物理学通常采用的3维矢量的伽利略变换:
r’1=(-v*(3)t+r1), r’2=r2, r’3=r3,
如此以洛仑兹变换取代伽利略变换,才圆满地解决了经典物理学始终无法解释的重要问题,并从而建立起相对论性物理学。
而由此可见,经典物理学只是其在3维空间牵引运动的低速 (在3维空间的牵引运动速度与真空中光速相比,v*(3)/c(3),可以忽略) 的近似。
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