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《相對(duì)論邏輯基礎(chǔ)探討》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫(kù)。
1、相對(duì)論邏輯基礎(chǔ)探討紀(jì)黎明Jiawei36@163.com摘要:分析了相對(duì)論的邏輯矛盾,并提出了邏輯自洽的解決方案,指出“拖曳說(shuō)”才是擺脫困境的唯一出路關(guān)鍵詞:相對(duì)論光速不變?cè)硐鄬?duì)性原理拖曳說(shuō)一.引言相對(duì)論是二十世紀(jì)物理學(xué)最重大的成就之一,它的產(chǎn)生不僅僅是物理學(xué)上的一次革命,同時(shí)對(duì)整個(gè)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展都起了非常巨大的推動(dòng)作用,它解決了許多歷史上遺留下來(lái)的疑團(tuán),把人類思想帶入了一個(gè)嶄新的領(lǐng)地,喚起了人們對(duì)時(shí)間和空間進(jìn)行更深入地思考,是人類思想史上的-?個(gè)偉大勝利,從這-?點(diǎn)上說(shuō),它還是有積極意義的。但是
2、,從它誕生至今,也帶給了人們太多的困惑和爭(zhēng)議。二.光速不變?cè)淼目疾煸讵M義和對(duì)論里,有兩個(gè)重要的基石,一個(gè)是相對(duì)性原理,一個(gè)就是光速不變?cè)?。其中光速不變?cè)硎侨藗兲接懽疃嗟囊粋€(gè)話題。我們先來(lái)簡(jiǎn)要回顧一下光速不變?cè)硎侨绾萎a(chǎn)生的,十九世紀(jì),人們對(duì)電磁學(xué)已經(jīng)積累了大量的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)和豐富的感性認(rèn)識(shí),在前人大量實(shí)踐工作的基礎(chǔ)上,麥克斯韋把這些從實(shí)驗(yàn)中得來(lái)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式數(shù)學(xué)化,系統(tǒng)化,建立了完整的電磁學(xué)理論,從該理論他還得出光是一個(gè)特殊頻段電磁波的結(jié)論。在物理學(xué)上,光是一種最獨(dú)特,最關(guān)鍵,最普通,也是最神秘的研
3、究對(duì)象了,近代物理幾乎每一場(chǎng)重要革命都rti它引起,人們對(duì)它的本性至今仍然揣摩不透。愛(ài)因斯坦在給貝索的信中說(shuō)“整整五十年的自覺(jué)思考沒(méi)有使我更接近于解答光量子是什么的問(wèn)題“。不過(guò),麥克斯韋把光看成電磁波,當(dāng)吋的人們已經(jīng)認(rèn)為揭示了光的本性,既然光是電磁波,而在人們所認(rèn)識(shí)的范圍里,波總是有載體的,這樣,自然就會(huì)有人要問(wèn)“電磁波的載體是什么呢”?根據(jù)電磁波的性質(zhì),有人認(rèn)為,這種媒質(zhì)應(yīng)該是看不見(jiàn),摸不著,存在于真空中,滲透在一切物質(zhì)中,質(zhì)量極輕而剛性極大的彈性媒質(zhì),稱為“以太”,并把它與牛頓力學(xué)中的絕對(duì)空間聯(lián)
4、系起來(lái),牛頓曾說(shuō)“絕對(duì)空間就其本質(zhì)而言是與任何外界事物無(wú)關(guān)的,它從不運(yùn)動(dòng),并且永遠(yuǎn)不變”。既然牛頓經(jīng)典力學(xué)認(rèn)為時(shí)間,空間都與觀測(cè)者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān),絕對(duì)不變,所以自然可以產(chǎn)生這樣的想法,一定存在一個(gè)與絕對(duì)空間相對(duì)靜止的絕對(duì)參照系,但是“力學(xué)相對(duì)性性原理”又認(rèn)為一切慣性系都是平權(quán)的,即一切力學(xué)規(guī)律在相互做勻速運(yùn)動(dòng)的慣性系內(nèi)部都是相同的,不能用任何力學(xué)方法來(lái)判定不同慣性系中哪個(gè)是靜止的,因此,把“以太”同絕對(duì)參照系聯(lián)系起來(lái)無(wú)疑是一種非常高明的想法,它把物理學(xué)中兩個(gè)最重要,最基本,而又毫不相關(guān)的理論聯(lián)系在一
5、起,如果它是正確的,其意義將是巨大的,自然也吸引了不少人試圖從實(shí)驗(yàn)上證明這種想法的正確性。而邁克爾遜,莫雷正是這些人中最為杰出的兩個(gè),1887年他們兩人所做的實(shí)驗(yàn),證明這個(gè)想法是錯(cuò)誤的。他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全出乎所有人的預(yù)料,人們?cè)酒谕軓倪@個(gè)實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到地球相對(duì)丁絕對(duì)參照系的運(yùn)動(dòng),但是實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻表明,光速沿各個(gè)方向是各向同性的,地球似乎是靜止在“以太”中的。關(guān)于他們的實(shí)驗(yàn)詳細(xì)情況,我們不再重復(fù)。為了解釋這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,人們提出了許多假說(shuō),比較著名的有“射擊說(shuō)”,“拖曳說(shuō)”,“空間收縮說(shuō)”等?!吧鋼粽f(shuō)”無(wú)
6、法解釋雙星觀測(cè)的結(jié)果,“拖曳說(shuō)”則在解釋光行差中遇到巨大困難(不過(guò)在后面我們將證明前人的看法是錯(cuò)誤的),“空間收縮”假說(shuō)是斐茲杰拉和荷蘭物理學(xué)家洛侖茲(H.A.Lorentz)提出的,這個(gè)假說(shuō)仍然保留以太,但是認(rèn)為運(yùn)動(dòng)物體沿運(yùn)動(dòng)方向長(zhǎng)度發(fā)生會(huì)收縮,從這個(gè)假設(shè)可以解釋邊克爾遜-莫雷的0結(jié)果實(shí)驗(yàn)。洛侖茲還進(jìn)一步提出了一套坐標(biāo)變換式,并證明在這個(gè)坐標(biāo)變換式里,麥克斯韋方程組的形式保持不變,真空光速在所有慣性系中都為常數(shù)。他在這套變換式里不僅重新修正了空間的定義,還重新修正了時(shí)間的定義。也只有如此才能保證麥
7、克斯韋方程組在不同慣性系變換下保持不變。其實(shí),如果僅僅為解釋邁克爾遜-莫雷的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,只需要“空間收縮”這個(gè)假說(shuō)就足夠了,沒(méi)有必要再修正時(shí)間的定義,但是光速不再是一個(gè)常數(shù),麥克斯韋方程組的形式在不同慣性系中也不再保持不變。當(dāng)然,以當(dāng)時(shí)人們的知識(shí)水平,沒(méi)有任何理由要求光速在所有慣性系中都為常數(shù),麥克斯韋方程組的形式必定不變,而放棄絕對(duì)參照系假設(shè)。洛侖茲提出這套變換式,僅僅是為了滿足一些數(shù)學(xué)上的要求,當(dāng)時(shí)并未考慮到它的巨大意義和深遠(yuǎn)影響。人們反對(duì)拖曳說(shuō)的一個(gè)主要原因在于光行差現(xiàn)象,認(rèn)為拖曳說(shuō)不能解釋光行
8、差現(xiàn)象。光行差指的是運(yùn)動(dòng)觀測(cè)者在用望遠(yuǎn)鏡觀察恒星時(shí),由于相對(duì)運(yùn)動(dòng),要將望遠(yuǎn)鏡傾斜一定角度,即光行差角。但是我們認(rèn)真分析發(fā)現(xiàn),所謂拖曳說(shuō)與光行差的矛盾并不是真實(shí)存在的,因?yàn)楫?dāng)介質(zhì)相對(duì)光運(yùn)動(dòng)時(shí),等效于介質(zhì)與光的入射角增大了,從而折射角也變大,即由和對(duì)運(yùn)動(dòng)引起一個(gè)附加折射,考慮到這個(gè)機(jī)制后恰恰可以得到觀察結(jié)果。由折射定律nisinii二rhsini?我們假設(shè)地球周圍存在一種光媒質(zhì),可以隨地球一起運(yùn)動(dòng),至于這種媒質(zhì)的名稱,我們暫且仍使用傳統(tǒng)稱謂“以太“。當(dāng)光線進(jìn)入地球隨動(dòng)以太