相对相对论原理阐释中的遗留问题

志勰

补充狭义相对论原理阐释中时间和空间同物质运动速度的关系的说明,原文中对这个问题的看法存在一点缺陷。


     以前我曾写过一篇文章,叫做“狭义相对论原理的阐释”,其中在狭义相对论的原理基础的第二个关系:时间和空间同物质运动速度的关系,对相对论的数量关系和体系的结构地分析过程中还存在一个问题,这个问题就是时间和空间同物质运动速度的关系。本想纠正这个看法,但由于在这篇文章中也要必不可免的谈论这个问题,所以就写到这篇文章里。

     相对论的定量体系主要来自于两个原理,一个叫做光速不变原理,另一个叫做狭义相对论的相对性原理。大家对这两个原理都不陌生,陌生的朋友可参见狭义相对论原理的阐释(本栏目)。

     如何从这两个原理从力学的角度导出相对论的结构体系,这对于相对论作为一个物理理论是非常重要的。如果不能导出,那么相对论则不能叫做一个物理理论。在这个问题上,我首先说明,相对论有它的物理基础,但是我并不赞同这样的理论基础。首先我们先来看,从力学的角度,从相对论的两个原理中导出相对论结构体系。

(1)时间、空间的属性

     如果将时间问题归到物质的运动进程中,那么时间的概念和物体的作用环境存在着确定的关系,同时,空间的长度大小也和物质的属性存在着确定的关系。在这里,时间是采用物质周期运动所定义的时间,空间则是采用物质的属性所定义的空间。

     这样来看待时间和空间的属性我认为是合理的,这依赖于我们可观测的属性,或者换句话说,这依赖于物质的属性。

(2)物质运动变化和形成时间空间属性的途径

     当一个带电体(也可以看作一个带电的粒子束)相对于一个惯性参照系运动时,相对于这个惯性参照系静止的一个空间点上,沿带电体垂直的方向会存在一个磁场,磁场的强度(或者说给与这一惯性参照系静止的这一质点的作用强度)同带电体的运动速度成正比。

     我在这里说明一下,普通的物质是由带正电的原子核和带负电的电子组成。虽然普通的物体正电荷和负电荷大小相等,我们不能观测到普通物体给与惯性参照系一质点的作用,但根据电场的叠加原理,这种作用还是存在的。因此,带电体给与其它惯性参照系中一质点磁场的作用,是可以应用于普通物体的作用上。或者,可以证明这种作用是存在的。

     前面我们已经看到,相对论将光速不变作为相对论理论的一个建立在经验事实基础上的假设。那么,依据带电体给与另一个惯性参照系一质点的作用规律,我们可以得到,相对于这一惯性参照系速度为v的物体,两个参照系作用强度的差别为v/c。可以这样来理解,从这个惯性参照系中去观测一个相对于这个惯性参照系静止的物体(速度为0),和观测相对于这个惯性参照系运动速度为v的物体。两个物体所存在的作用强度差异存在v/c的量.

     物质作用环境的不同,可能会导致物质运动的进程和空间的长度会发生相应的变化。我想这构成了物质运动变化和形成时间空间属性的途径。

   物体所存在的确定的运动速度,会存在物体在运动方向上的矢量作用。表现在一个惯性参照系给与另一个惯性参照系的物质间的作用上,会存在一个确定的方向,我们不能确定物质的运动进程同这种作用的方向无关。相对论对这个问题的处理是矛盾的。对于时间问题,相对论采用物质的运动进程同物质的运动方向无关的观点。但是在空间的问题上,物质的运动进程确是与物体的运动方向有关的看法。这一点,相对论在处理的手法上是矛盾的。我们再来看第二个不合理的地方。

     如果这样对相对论的物理意义进行处理,那么相对论的时间空间在不同惯性参照系间的数量关系上仅是一种观测效应。因为我们的依据是两个惯性参照系中的物体在相互作用的属性上是不同的。这只能说明两种惯性参照系在观测上存在着相互作用的差异,因为惯性参照系中物体的存在与其它的惯性参照系是无关的。不能依据这种作用的差异去判断物体所存在的惯性参照系中物体所受作用情况。另一方面,相对论还存在着一个关于惯性参照系物体存在状态的判定依据,就是狭义相对论的相对性原理。这个原理决定物体的存在状态,不同惯性参照系间是等效的。也就是可以当作是相同的处理。即通常所说的平权。既然两种惯性参照系之间的作用属性存在着不同,那么就不能当作相同的处理。这样不同惯性参照系之间必然存在一个单位间的转换问题。因此这是矛盾的。

   我是不赞同这样推导相对论中的时间、空间和惯性参照系的关系的,因为存在着矛盾。但是这样推倒的结果和相对论的结构关系是吻合的。

(3)物质运动变化和形成时间空间属性的途径的数量关系

     相对论假设了宇宙中的光速为一常数的结论,并且通过时空关系这个新的定义体系来处理光速为一常数。为了使不同惯性参照系中两个描述体系的物体描述状态不变,那么必然要对物体的存在状态所进行的描述进行相同的协变,以确定物体的存在状态在任一个参照系中是相同的状态。这一点可以通过速度这一概念进行处理。可以使物体运动速度的两个分量——长度和时间,进行相同的协变。

     时间提供一个v/c的作用强度,长度也提供一个v/c的作用强度,那么这个协变系统提供的总的作用强度为shjykjdljjg-shjywzhdyd-3-4.gif (913 字节)。 如果我们假设时间和空间长度都会因为这种作用而发生协变,那么这些协变在光速为一恒值所引起的总的数量关系为shjykjdljjg-shjywzhdyd-3-5.gif (951 字节)。那么时间和空间任一矢量在这一协变关系中则为shjykjdljjg-shjywzhdyd-3-6.gif (1018 字节)

     [注:由于物体的惯性属性的量是与时间、空间无关的量,它不能提供作用强度的贡献]

     相对论在不同惯性参照系间物理量的协变上,并不是严格的物理关系,从纯物理的关系上,不能得到严格的相对论结构。其它的可参阅狭义相对论原理的阐释(本栏目)。

2001.4.27

[说明:这部分内容本想写到一片终结性的文章里,久而久之给忽略了。2001年12月15日]

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