狭义相对论新解
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详细解释狭义相对论的概念狭义相对论(Special Theory of Relativity)是由爱因斯坦在1905年提出的物理理论,用于描述高速运动物体的物理现象。
狭义相对论的核心思想是“相对性原理”和“光速不变原理”。
相对性原理是狭义相对论的基础,它指出物理规律在任何惯性参考系中都具有相同的形式和特性。
也就是说,物质的物理现象与观察者的速度无关,只与其运动状态有关。
因此,没有绝对的参考系存在,每个观察者都可以选择自己合适的参考系进行观察和解释现象。
光速不变原理是狭义相对论的核心概念,它指出在任何惯性参考系中,光在真空中的传播速度是一个恒定值,即光速是不变的。
这意味着无论观察者的速度如何,他们都会测量到光以相同的速度传播。
光速不变原理颠覆了牛顿时代的绝对时间和空间观念,使得时间和空间也成为相对的概念。
由相对性原理和光速不变原理推导出的狭义相对论有几个重要的结论:1. 时间膨胀(time dilation):根据相对性原理,运动观察者测量到的时间会比静止观察者慢。
这是因为当物体以接近光速的速度运动时,它的时间似乎变慢了。
这个现象在日常生活中并不明显,只有当物体的速度接近光速时才会产生显著的效应。
2. 长度收缩(length contraction):根据相对性原理,运动观察者测量到的物体长度会比静止观察者测量到的长度更短。
也就是说,物体在运动方向上会发生收缩。
这个现象同样只在物体的速度接近光速时才会显著地出现。
3. 同步性相对性(relativity of simultaneity):观察者的运动状态会影响他们对事件的同时性的判断。
在相对论中,不同观察者可能会对同一事件的发生顺序产生争议,这是由于光速的有限传播速度和观察者速度的影响导致的。
4. 质能等价(mass-energy equivalence):根据爱因斯坦的著名公式E=mc²,能量和质量是等价的,它们之间存在一种本质相互转化的关系。
狭义相对论解释
狭义相对论是爱因斯坦在1905年提出的一种物理学理论,它主要探讨了时间和空间的相对性,以及质量和能量之间的关系。
在狭义相对论中,时间和空间不再是绝对的,而是相对的,这意味着不同的观察者可能会有不同的时间和空间的体验。
狭义相对论的一个重要结论是光速不变原理,即光速在任何惯性参考系中都是恒定的。
这个结论对于我们理解宇宙的本质和运作方式非常重要。
它告诉我们,光速是宇宙中最基本的常数之一,它不仅仅是一种物理现象,更是宇宙的本质属性。
狭义相对论还揭示了质量和能量之间的等价关系,即著名的质能方程E=mc²。
这个方程告诉我们,质量和能量是可以相互转化的,它们之间存在着一种等价关系。
这个方程的发现对于我们理解宇宙的能量和物质的本质非常重要,它揭示了宇宙中最基本的物理规律之一。
狭义相对论还对时间的流逝提出了新的理解。
在狭义相对论中,时间的流逝是相对的,不同的观察者可能会有不同的时间体验。
这个结论对于我们理解宇宙的时间和空间的本质非常重要,它告诉我们时间和空间不是绝对的,而是相对的。
狭义相对论是一种非常重要的物理学理论,它揭示了宇宙的本质属性和运作方式。
它告诉我们,时间和空间不是绝对的,而是相对的,
光速是宇宙中最基本的常数之一,质量和能量之间存在着一种等价关系。
这些结论对于我们理解宇宙的本质和运作方式非常重要,它们为我们提供了一种新的视角和理解方式。
爱因斯坦狭义相对论新探爱因斯坦的狭义相对论指出自然界的时间和空间都是相对的,处于不同观测系的观测着所观测到的结果是不同的,相对论的发现打破了人们固守的牛顿认为的绝对时间和绝对空间观念,是物理科学史的一大进步。
空间的相对性,主要是指在静止观测系中的观测者和在运动观测系中的观测者看到的结果如何不同。
我们假定一个长度为10厘米的木棒,放在移动的火车上,木棒的放置方向和火车的速度方向一致,再假定两个观测者,一个观测者在移动的火车上测量木棒的长度,另一个观测者在火车外面测量木棒的长度,他们所获得的长度是不同的。
爱因斯坦发现了这一规律,火车的速度越大,尺缩效应就越明显,假定火车上的观测者测得的长度为L ’(固有长度),那么对于火车外的观测者测得的长度为L 有以下关系:221'cv L L -=尺度缩减效应只在运动方向上发生,而对于垂直运动的方向,尺度并不发生变化,比如说一个边长为a 的正方体,如果把这个正方体放在以速度v 移动的火车上,对于火车上的观测者,正方体的体积为:3a V =对于火车外的观测者,体积会如何变化呢?这是我们要解决的问题,为了便于分析,先画出一个正方体模型,如下:从图中,我们看到火车的的运动方向沿y 轴方向,根据相对论可知,与y 轴平行的边在速度的作用下会发生尺缩效应,正方体的边BC ,B1C1 ,AD , A1D1都在发生尺缩效应,并且效果是一样的。
而与x 轴和z 轴平行的边都与火车的速度方向垂直,因此在x 轴上和z 轴上不发生尺缩效应。
从上述分析中,我们可以得到火车外的观测者测量的正方体体积V ’,其体积为:221'cv a a a V -∙∙=从公式中,我们可以明显的看出,随着速度的增加,体积会不断的缩小,当速度达到光速时,正方体的体积的特征将完全消失。
现在假设有一辆汽车正在路上以0.6C 的速度高速行驶,一位观测者测量这辆车在行驶的过程中,长为8米,宽为5米,高为2米,问这辆汽车是否能够完全停进长为9米,宽为6米,高为3米的车库?从上面的数据可以看出,行驶的汽车可以完全停进车库,但是观测者在观测运动的物体时,因为相对论效应导致观测的长度比汽车的实际长度要短一些。
通俗易懂的讲解《狭义相对论》看完对世界的理解会提升N个档次!声明⼏点:1本帖为基础科普向,切不可以为本帖内容就是狭相推导过程,有能⼒的还是要看原论⽂。
2.本帖不接受辩论,民科⼤神请绕道。
3.本⽂篇幅可能较⼤,相对论有很多反直觉的东西,希望真正对相对论好奇的朋友们能坚持读下去。
整个过程有⼀个词可以形容:虐脑。
是滴,很费脑袋,要⽤⼼思考才能理解的。
当你真的把握住了相对论的精髓思想后,回看这⼀切,就会认识到这是⾮常美妙的⼀件事。
爱因斯坦镇场⾸先从结构上说⼀下,狭义相对论(简称SR,S是特殊的意思,R是相对论的意思)是怎么组成的吧。
SR有两个最根本的前提假设,A:光速不变,B:相对性原理。
从这两个假设可以推导出⼀个叫做“洛伦兹变换”的东西。
为啥叫洛伦兹,因为是⼀个名叫“洛伦兹”的⼈⾸先写下这个东西的,爱因斯坦是后来才写出来的。
但很可惜,洛伦兹没有搞出相对论,却搞出了个有类似内容的理论,结果被抛弃了。
好,得到了这个洛伦兹变换,就能直接得到尺缩时涨,也就是运动的尺⼦收缩,运动的钟表时间膨胀这两个结论。
可是。
这些都只是数学推导的结论,我要写的不是这些,⽽是这些结论背后的物理。
所以我们就绕开这条道,⾛旁门左道吧。
⾃古以来,⼈类积累了⼀⼤堆⽣活经验。
⽐如,⼀根⽊头只要不腐烂,放在这⼉或者放在哪⼉,⽊头的长度看起来是⼀样的。
这很显然嘛。
再⽐如同样这根⽊头,昨天的长度跟今天的长度也是⼀样的。
三体⾥的那个六分仪⽤台球的例⼦说明过这个问题,当然他说得更⾼级⼀点。
这意味着,物体的长度是⼀个可以在很多地⽅、很多时候被反复测量的量。
当然,这个结论是否正确,最好还是多做⼀些实验。
但是从直觉上来看,这个结论没错。
那应该怎么测量⽊头的长度呢?⽤尺⼦嘛。
为啥尺⼦可以测量长度?就因为上⾯说的:尺⼦本⾝的长度,任何地点任何时候都应该是恒定不变的,所以可以拿来做测量物体长度的标准。
这⾥推想⼀下:如果尺⼦长度在不同地点,不同时候,会变化,那么会怎样?如果尺⼦在不同地⽅,不同时候的长度会变,或许我们还可以⽤尺⼦来测长度!为啥?因为我们可以相信,物体的长度也会在不同的地⽅、不同的时候,发⽣跟尺⼦同样的变化!尺⼦的本⾝长度,跟物体的长度,同⽐例地同步变化,所以测出来的结果,跟不发⽣变化时测出的结果是⼀致的!这⾥隐藏着⼀个很有趣的现象,那就是物体的长度,反映的是物体所占据空间的长度,是空间的长度!两把尺⼦A和B,如果在⼀个地⽅它们长度相同,那么我们应该可以推算出,这两把尺⼦在任何地点的长度也是⼀样的!不可能换了⼀个地点,尺⼦B的会⽐A的更长了。
狭义相对论的重新思考曹兵相对论认为时间和空间都是相对的,这跟唯物主义思想不符合,也不符合我们的经验。
没有绝对的时空,同样一件事,各人看到的都不同,这样的话,哪里还有什么事实真相?警察破案找证据,那是无论如何也找不到了。
一光速不变的重新解析论文开始就提出2个假设,相对性原理和光速不变原理,是这篇论文论证的基础。
光速不变假设的来源是麦克斯韦电磁学理论。
不是说麦克斯韦提出了这个假说啊。
根据麦克斯韦电磁学方程,可以推导出光在真空的速度。
因为光在真空中传播,没有任何参照物,就被理解为光在真空中相对任何物体的速度都是一样的。
这完全颠覆了我们的认知,跟生活经验也不符。
但是现在我们知道,绝对的真空并不存在。
太空中充满了各种粒子,比如中微子。
中微子穿透力很强,几乎可以不费力穿过任何物体。
地球上也充满了中微子。
太空中不是真空,我们在实验室里制造的真空环境也不是真空。
我们通常说的真空,里面是有东西的,可以充当电磁波的传播介质。
那麦克斯韦推导出来的光速就是参照传播介质的速度,那也就没有光速不变这个假说了。
二物体超过光速的例子相对论认为物体的速度不能超过光速。
其实我们可以举一个例子,说明速度是可以超过光速的。
我们都知道,雷达向外发射电磁波来探测物体。
我们把2部雷达背靠背放一起,一部向左发射,一部向右发射。
2部雷达的前方3公里处放一部汽车做目标。
现在2部雷达同时发射电磁波。
那经过10万分之1秒,2个方向的电磁波都会照射到汽车上。
这没有问题啊,如果有问题,那雷达就没有什么用了。
现在我们用向左发射的电磁波做参照物,那经过10万分之1秒,右边的电磁波走了6公里,速度是60万公里每秒。
那就是2倍的光速啊。
如果利用相对论的速度相加公式,2个方向相反的电磁波相对运动的速度还是1倍光速。
在理论与事实之间,我更加相信事实。
这2个电磁波,在10万分之1秒的时间里,距离从0变为6公里。
三时间的相对性不是证明出来的大多数人认为,时空的相对性是相对论证明的结果。
狭义相对论及其效应解释狭义相对论是阐述物体在高速运动中的物理规律的一种理论框架。
爱因斯坦于1905年提出了这一理论,从根本上改变了人们对于时间、空间和相对性的认识。
狭义相对论描述了在相对运动的参考系中物体的行为,并揭示出一些奇特的物理现象。
本文将重点探讨狭义相对论的基本原理以及其相关效应的解释。
首先,狭义相对论的基本原理之一是光速不变原理。
根据爱因斯坦的理论,光的速度在任何参考系下都是一个恒定的值。
这意味着,无论光线相对于观察者是静止的还是以光速运动,它的速度都是不变的。
这一基本原理奠定了整个相对论理论的基础,并使得时间和空间的观念受到了重新定义。
其次,根据狭义相对论,时间和空间是相互关联的。
相对于静止的观察者而言,高速运动的物体会出现时间的膨胀现象,即时间会变慢。
这是因为物质的速度接近光速时,时间运行的速度相对较慢。
这一效应被称为时间膨胀。
因此,我们可以说,物质的速度越快,时间就会相对变慢。
这一效应在实际应用中得到了验证,例如高速飞行的飞机上的时钟会比地面上的时钟慢一些。
此外,空间的收缩效应也是狭义相对论的一个重要效应。
根据相对论,当物体接近光速时,它在运动方向上的长度会相对变短。
这一效应被称为洛伦兹收缩,它导致了物体在高速运动时看起来比实际更短。
这一效应也通过实验证据得到了验证,例如以接近光速旅行的粒子加速器中观察到的粒子在运动方向上的长度相对缩短。
此外,狭义相对论还包括了同时性的相对性原理。
这一原理意味着,在不同的参考系中,可以同时发生的两个事件在观察者的角度可能是先后发生的。
这是由于光的传播速度是有限的,观察者所接收到的信号有一定的传播时间。
因此,同时性的定义在不同的参考系中是相对的。
最后,狭义相对论的效应还包括了能量和质量的等效性。
根据相对论,质能等效原理指出物体的能量和质量之间存在着等效关系。
当物体的速度越接近光速时,它的质量会变得越大。
这可以以著名的质能等式E=mc²来体现,其中E代表能量,m代表质量,c代表光速。
狭义相对论的运用中国-概述说明以及解释1.引言1.1 概述狭义相对论是由爱因斯坦在20世纪初提出的一种物理学理论。
它是相对论的一部分,专注于研究物体在高速运动或者强引力场中的行为。
相对论在当时引起了巨大的轰动,彻底颠覆了牛顿力学的观念,并对物理学和哲学产生了深远的影响。
狭义相对论的基本原理包括两个关键概念:相对性原理和光速不变原理。
相对性原理指出物理定律在所有惯性参考系下都应该成立,即无论观察者处于任何匀速直线运动的参考系中,物理现象的本质是相同的。
光速不变原理则表明光速在任何惯性参考系中都保持恒定。
狭义相对论的应用范围十分广泛,尤其在现代科学和技术的发展中起到了重要作用。
在中国,狭义相对论的应用可以追溯到上世纪五六十年代,当时中国的物理学家们开始学习和研究相对论理论,积极参与到相关领域的科研工作中。
狭义相对论在中国的应用主要涉及到天体物理学、粒子物理学、原子核物理学等领域。
通过狭义相对论的框架,科学家们可以更加准确地描述宇宙中的黑洞、脉冲星等天体现象,揭示宇宙的奥秘。
同时,在粒子物理学的研究中,狭义相对论为科学家们提供了新的视角和工具,推动了粒子物理学的发展。
此外,狭义相对论的应用也在高能物理加速器、卫星导航系统等领域发挥着重要作用。
通过对粒子在加速器中的相对论运动进行研究,科学家们可以更好地掌握和利用高能粒子在实验中的行为特性。
而在卫星导航系统方面,狭义相对论的修正可以提高导航系统的定位精度,使得卫星导航系统在航空、航海和军事领域得到广泛应用。
总之,狭义相对论在中国的应用范围广泛而深入。
它不仅为科学家们探索宇宙奥秘提供了理论基础,也为技术和应用领域的发展提供了重要支撑。
未来,随着科学研究的不断深入与发展,我们对狭义相对论的理解和应用将会进一步加深,为中国在相对论研究领域取得更大的突破创新提供坚实的基础。
文章结构:本文分为引言、正文和结论三部分。
下面将详细介绍每个部分的内容。
1. 引言部分1.1 概述本部分将简要说明狭义相对论的基本概念和起源,以及其在物理学领域具有的重要作用。
如何正确理解狭义相对论?基于洛伦兹变换的狭义相对论,本质上是以极致光速c为参照速度,来计算与测定动力学系统的物理量,这个没毛病,在航空航天领域,有一定的实用价值。
例如,标准状况下1摩尔氢原子的质量是恒定的,不能因为在地球自转速度或在高速飞船上,其质量加大了。
m=m0/√(1-v2/c2),只是相对于观察者而言的感觉效应。
又如,飞机迅速升空乘客感到身体发沉,飞机降落乘客感到失重,但是乘客的质量没有改变,只是其身体携带的动能发生了改变。
广义相对论,是爱因斯坦为了凑合万有引力参照系在狭义相对论的困惑,把黎曼空间强加于物理空间,数学空间是虚无空间。
一方面认定空间是虚无的,另一方面认定空间是弯曲的,这本身就自相矛盾。
常识与现实告诉我们:只有物质形态的弯曲、运动轨迹的弯曲。
空间弯曲应当理解为:空间介质不同分布的能密梯度的表现。
虚无的空间无法弯曲。
可以类比:夏天闷热,因为空气介质的能密较低,氧气偏少。
秋高气爽则相反。
波涛汹涌,因为承载较大动能,能密较高。
风平浪静则相反。
有人把空间弯曲比作橡皮球。
我认为,这是不当类比,为什么?其一,既然认为空间是虚无的,就不能用充满物质的橡皮球来类比。
二者不可相提并论。
其二,空间是无边无际的,而橡皮球是有边有界的,二者不可相提并论。
广义相对论的失败,有两个突出问题。
其一,对技术工程理论与实践,毫无指导意义。
其二,广义相对论支持宇宙大爆炸理论,导致宇宙物理学的一片乱象。
综上所述。
狭义相对论是正确的,后人不要错误解读,不存在动质量与静质量一说。
广义相对论是错误的,虚无空间无法弯曲,正确的理解是:空间介质承载了不同能密梯度。
宇宙的终极秘密~“狭义相对论”意大利物理学家伽利略.伽利雷最早提出,速度与速度可以相加或者相减,就是说在乘坐在一辆运动中的马车里,向前进方向投出的球,与向马车后方投出的球的速度,是要减去或者加上马车的运行速度后,才是静止观测者所观测到的球的本身运动速度。
这个定理,被称为:“伽利略速度相加定理”。
之后,物理学家艾萨克.牛顿在总结物理学运动的规律的基础上,引进了“伽利略速度相加定理”,创建了“牛顿力学”。
时间进入十九世纪后,英国物理学家詹姆斯.麦克斯韦,成功的将电磁学定律用一组数学方程式表达出来,建立了“麦克斯韦方程组”,并根据该方程组推论出电磁波在真空中的传播速度,为每秒三十万公里,就是说光在真空中的传播速度为每秒三十万公里。
不过,麦克斯韦方程组并没有说明,光的每秒三十万公里的速度是以什么为基准(参照物)的。
之后,阿尔伯特.爱因斯坦提出:“电磁波原本就没有速度基准,无论用什么基准来看(对以任何速度运动的人观测光得运动来说),光速都是相同的。
”,这种观点被称为“光速不变原理”。
爱因斯坦发现,自己的“光速不变原理”,与伽利略的“速度相加定理”有着巨大的矛盾,无法同时成立。
为了解决这一矛盾,爱因斯坦以光速不变原理为基础原理,提出时间的流逝速度、物体与空间的长度(距离),会随着观测者所处的位置不同而变化。
也就是说:时间与空间并不是绝对的,而是相对的,因观测者所处的位置而不同,根据这个观点,爱因斯坦推导出:“物体的运动速度越接近光速,空间收缩的效应应越明显,时间流逝的越慢。
”~这就是“狭义相对论”。
狭义相对论认为,时间与空间不是各自独立伸缩的,而是同时伸缩,自从狭义相对论出现后,时间与空间就因联动而被认为是一体的,开始被统称为“时空”,因此可以说,我们的世界是由三维的空间与一维的时间作组成的“四维时空”。
在爱因斯坦提出狭义相对论之前,物理学界一直认为,如果给球持续注入能量,球可以永无止境的加速运动下去。
而狭义相对论认为,即使持续给物体注入能量(物体被不断加速),其运动速度都不可能超过光速~“光速”是自然界中最大的速度。
狭义相对论的新探讨 1905年,爱因斯坦以狭义相对性原理和光速不变原理为基础,建立了狭义相对论。
这一理论已经成为现代物理学的主要基础之一。
然而,最新的实验检验和理论思维却揭示了相对论体系的一些疑难。
这些疑难带有如此根本的性质,以致作者认为,探索和建立新的时空理论,已是一项紧迫的任务。
这里,我们先回顾狭义相对论遇到的实验上和理论上的一些可能的挑战,然后探索一下建立新时空理论的可能途径。
一、关于狭义相对性原理 狭义相对性原理认为,所有惯性参考系都是完全等价的,不存在一个优越的特殊的惯性参考系;在一个惯性参考系内部做的任何物理实验都无法发现该惯性系相对任何别的惯性系的运动速度。
在现代宇宙学的成就面前,上述论断已经难以成立。
狭义相对性原理和现代宇宙学是完全冲突的。
当前比较公认的宇宙学理论,建立在宇宙学原理的基础上,即假设宇宙在空间上是均匀而且各向同性的。
宇宙可以看作是密度到处都相同的流体,而星系或星系团就是组成这种流体的质点。
由于均匀性和各向同性的要求,这种流体只能均匀膨胀或均匀收缩。
现代宇宙学认为,在宇观范围内,存在着“宇宙标准坐标系”,典型星系或星系团在这个坐标系中是相对静止的;“宇宙标准坐标系”是优越的空间坐标系,典型星系和宇宙背景辐射对于这个坐标系均匀和各向同性;可以测量地球相对于宇宙标准坐标系的运动速度。
现代宇宙学得到河外星系红移和2.7K宇宙背景辐射等大量观测事实的支持。
宇宙背景辐射是美国科学家彭齐斯和威尔逊于1965年发现的。
近几年的研究证实,背景辐射严格地各向同性的情况只存在于一个惯性系中,在相对它运动的任何其他惯性参考系中显示出辐射温度的方向变化。
可以认为,宇宙背景辐射是宇宙标准坐标系的最好的物质体现。
测量从各个方向到达地球的宇宙背景辐射温度的微小偏离,得到我们的地球穿过这个“宇宙背景”的绝对运动速度大约为400公里/秒。
正是这个速度被称为“新以太漂移”。
爱因斯坦在以太问题上也曾犹豫不定。
狭义相对论新解摘要:爱因斯坦的广义相对论阐明空间是弯曲的黎曼空间,不是平坦的欧几里德空间。
那么真实的空间是否真如此呢?笔者经过近二十年的研究,发现现实世界并非现今物理学所论述的建立在实空间之上,另有一半的空间隐藏在实空间背后,是现今没有表述的,真实、客观的世界是建立在复空间上的。
关键词:超光速;罗氏空间;虚质量;虚体积;虚能量;实世界;虚世界;实矢;复矢1 罗氏空间广义相对论认为空间就如一张平坦的布,当其上放置质量物质的时候就发生弯曲,光子在时空面上的运动也不再是直线,而是沿短程线,这一结论在太阳附近得到验证。
既然存在时空面,就有面内和面外之分(见图1)。
时空面把空间分成两部分,如果面外对应我们的世界, 内部就超出了我们的视觉范围,是不可见的。
把我们的世 界称为实世界,则时空面另一侧的世界就称为虚世界,虚 、实世界及时空面就构成全空间。
实世界中的物理量从实世界中观察和虚世界中的物理量从虚世界中观察是同等的,也即是说没有哪个世界更优越,两者不过是时空面分隔的空间而已。
但实世界中的观察者如何表征虚世界中的物理量呢?我们首先定义虚世界中最基本的点、线、面的概念。
实世界中的矢量a 移到虚世界中由实世界来观察,是不可见的,但客观存在,定义虚矢a '=i a ,这一定义是有实在涵义的,并非只是数学上的处理,这一形式也不陌生,在闵可夫斯基四维坐标中我们用μ=ict 来代替第四维,ct 是长度量纲,因此μ就是虚长度。
在此基础上定义虚面积s i b a i b i a i b a s=⨯=⨯=⨯=)()()('''这里,s b a b i a i-=⨯-≠⨯)()()(,与我们平常的复数运算是不一致的,主要原因在于我们定义了复矢量,并且赋予实际的物理意义,不再是纯粹的数学运算。
总之,虚世界中的物理量由实世界观察始终是虚量,由虚世界观察始终是实量。
同理,定义虚体积iV c b a i c b i a i c i b i a i c b a V =⨯∙=⨯∙=⨯∙=⨯∙=)]([)]([)()]()[()()''(''全空间由虚、实空间组成,表征为 21iV V V +=定义了虚、实矢量的全空间称为复空间,从而把实函数、实矢量推广到复数域,仿照实矢量点积和叉积,定义复矢量的点、叉积如下: 设a 、b 为不为0的实矢量,若内图10)(=∙b i a0)(=⨯b i a并且)()()(b a i b i a i∙=∙,)()()(b a i b i a i ⨯=⨯则称这样的复空间为罗氏空间。
罗氏空间的本意是虚、实世界的物理量由于有时空面阻隔相互不作用。
罗氏空间中复数只有数乘,没有矢、叉积:设a 、b 为复数,则 ))((2121ib b ia a ab ++=))(()()(22122111ib ia b ia ib a b a +++= )(2211b a i b a +=罗氏空间中复数与复矢的乘积为:设21λλλi +=为复数,a 为复矢,则 ))((2121a i a i a++=λλλ))(()()(22122111a i i a i a i a λλλλ+++=)(2211a i aλλ+=罗氏空间中复矢的点、叉积为:设a 、b 为复矢,则点积为)()(2121b i b a i a b a+∙+=∙)()()()(22122111b i a i b a i b i a b a∙+∙+∙+∙= )(2211b a i b a∙+∙=所以,两复矢量的点积为复数,不是复矢。
同理有)()(2121b i b a i a b a+⨯+=⨯)()()()(22122111b i a i b a i b i a b a⨯+⨯+⨯+⨯= )(2211b a i b a⨯+⨯=因而,两复矢量的叉积为复矢量。
罗氏空间中面积矢量为b a s ⨯=)(2211b a i b a ⨯+⨯=21s i s +=罗氏空间中的体积为)(c b a V⨯∙=)]()[()(212121c i c b i b a i a+⨯+∙+= )]([)(222111c b a i c b a⨯∙+⨯∙=21iV V += 因此,体积为复数,不是复矢。
实空间中质量为m 的物体移动到虚空间中质量为m ',则 im V i m =='ρ 罗氏空间中任一物体的质量表达为 21im m m +=2 罗氏空间中的牛顿力学物体在罗氏空间中运动,位移表达为21r i r r+=,见图2。
物体运动速度为2121v i v dtr d i dt r d dt r d v+=+==同理,运动加速度为2121a i a dtv d i dt v d dt v d a+=+==物体所受的力为))((2121a i a im m a m F ++== 212211)(F i F a m i a m+=+=这就是罗氏空间中的牛顿第二力学定律,推广后的牛顿力学更具普适性,因为实数是复数的真子集,唯一的问题是推广后的牛顿力学是否有意义,我们有没有必要去推广?随着进一步的研究,建立在罗氏空间的物理学图像将逐渐清晰,几乎涵盖现今物理学的方方面面,意义深刻。
仿照以前的定义,力做的功为图2)()(2121r id r d F i F r d F dw +∙+=∙= )(2211r d F i r d F ∙+∙=21idw dw +=所以 21iw w w +=为复数 定义动量为22112121))((v im v m v i v im m v m p+=++== 因而,动量为复矢。
复数可以表达成三角形式,因此质量另可表为 θi me im m m =+=21能量或功也可以表成三角形式 θi Ee iE E E=+=21θi we iw w w =+=213 狭义相对论 1)验证超光速超光速是客观存在的,证明如下:光子的运动路径是沿正弦或余弦曲线运动,光的速率为一常数,仅是指它传播方向的速率,它的瞬时速度的方向与大小是时刻在变化的(见图3)。
假设光子的振幅为A ,角频为ω,瞬时速率为v ,初相位为Ψ,实际经过的路径为S ,沿传播方向x 的速率为C (光速),则光子的运动方程为:ct x =)ϕω+=t A y cos(令ω为常数,对t 求导得c dtdx= )sin(cos(ϕωωϕω+-+=t A dtdAt dt dy ) 因为图3c dt dy c dt dy dx dtds v ≥+=+==22222)()()()(光子的实际速率不小于它传播方向的速率,在波峰或波谷时两者才相等,因此超光速是客观存在的。
频率越大,实际速率越大,能量越大。
2)超光速变换爱因斯坦的狭义相对论有个非常精彩的结果就是质能方程,这在原子衰变等领域中得到精确验证,从而反证了狭义相对论是不容置疑的,但存在另一个结果就是光速是信号传送的极限速率,也即说面对浩瀚的宇宙,由于有速度的限制,人类可能永远冲不出银河系。
伴随人类文明的无限演进,人类的活动范围将会越来越广,光速作为极限速率从哲学发展观来看也是不合时宜的,因为随着物体运动速度越来越接近光速,它的惯性质量会越来越大,它的灵活性会越来越差,从而就越不自由。
从以上分析来看相对论是不完备的,它需要完善。
我们不作光速的限制,反过来审查相对论,发现原来光速是极限速率只是相对论的假设,而不是结论,爱因斯坦从来没有证明过光速的极限性,他只是很随意的使用了这一假设。
下面我们就沿爱因斯坦的脚步应用相对性原理和光速不变原理推导洛伦兹变换(见《爱因斯坦文集》第四卷),这一推导过程如下(如图4):S 与'S 惯性系在初始时刻原点重合,其后'S 系以不变速率v 沿'x 方向运动,由'S 系来观察S 系原点o ,有0=x ''vt x -=在同一空间点上,x 与'x 同时为0,它们之间的关系为一般的线性关系,即 )''(vt x k x += (3-2-1) 对'S 系'o 点,同理有)(''vt x k x -=由相对性原理,此两个惯性系等价,'k k = , 所以)('vt x k x -= (3-2-2)y 、z 上的变换为:yozz’xx ’图4S’Svy y =' z z =' 把(2-2)代入(2-1),得kvx k kt t )1('2-+= (3-2-3)由光速不变原理 ,有ct x = , ''ct x = 由以上各式联解得2222v c c k -= (3-2-4)因此,爱因斯坦得到 2211c v k -=(3-2-5)从而推得洛伦兹变换式221'c v vt x x --=y y ='z z ='2221'cv c vx t t --=很明显,爱因斯坦在推导(3-2-5)式的过程中不仅只应用了相对性原理和光速不变原理,还假设了c v <,从而“任何物体的速度小于光速“是相对论的一条假设而不是结论。
爱因斯坦没有证明这一论断就推导出洛伦兹变换式,用该变换式反证如果存在超光速将会违背因果律,从而给物理世界带来极大的迷惑。
其实对(3-2-4)式,正确的做法应该分c v <、c v =和c v >三种情况讨论。
①当c v <时,即是洛伦兹变换。
②当c v =时,光的运动。
③当c v >时,02<k , 122-cv i k -=。
因此得超光速变换式为1)('22---=c v vt x i xy y ='z z ='1)('222---=c v cvx t i t式中坐标为虚数,它的意义是物体在超光速状态下所经过的路径,也即是说物体超光速运动将穿越时空面,进入虚世界,这在实世界中是不可见的,超越了我们的视觉范围。
3)关于超光速不会违背因果律的证明以前认为超光速会引起因果倒置,证明过程如下:设事件1p 和2p 在惯性系S 和'S 中的空间和时间坐标分别为 (1x ,1y ,1z ,1t )、(2x ,2y ,2z ,2t ) 和('1x ,'1y ,'1z ,'1t )、('2x ,'2y ,'2z ,'2t ),由洛伦兹变换得2221111'c v c vx t t --=和2222221'c v c vx t t --=所以2221212121)()(''c v c x x v t t t t ----=-如果因果倒置,则0''12<-t t ,即0)()(21212<---cx x v t t 因为0)(12>-t t ,上式变换得1)()(12212>--t t c x x v1212t t x x --为信号传递速度,记为s v ,则有2c vv s >因此有v 或s v 大于c , 即超光速会引起因果倒置,我们已经知道洛伦兹变换只适用于低光速,证明超光速是否违背因果律需要用超光速变换式,证明如下:1)('222111---=c v cvx t i t和 1)('222222---=cv cvx t i t所以τ∆=-i t t ''12式中1)()(2221212-----=∆c v c x x v t t τ因为 012>-t t ,c t t x x v s >--=1212,c v >所以 0>∆τ因此,超光速不会违背因果律,时间可以伸长或缩短,但永远不可能回到从前或进入未来。