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关于相对论时空观的试探性观点


两个惯性系的‘公共时间’间隔自然不会存在对应关系。为此,设k系上τ=τ0的瞬间,其ξ轴上各点同步地发出一次绿色闪光,即k系的‘公共时间’发生了一时间间隔Δτ=τ0。
则静系K的观测结果是应用式(1)算出Δt,与观测点的位置有关
 ,                                     (4)
其中ξr是ξ轴上被观测的闪红光点的坐标,ξg是ξ轴上被观测的闪绿光点的坐标。由(4)式又可得到两个重要结论。
结论三、两个惯性参照系的‘公共时间’间隔不存在一一对应关系。
结论四、当ξr=ξg时,即静系K上观测动系k的一个‘点’的时间间隔τ0时,则Δt=βτ0,可称之为:‘点慢效应’。
这与式(3)的钟慢效应的形式完全相同。但要点是:该结论只能说明运动的点的时间变慢。而不代表两个点、多个点或者运动系的‘公共时间’变慢。下面的分析我们会发现:‘点慢效应’不能等价为‘钟慢效应’。因为钟是有实际大小的。
由于观测的同时的相对性产生了所谓的“长度收缩”效应。通过张三和李四在K系的早上和中午观测到k系上的两个点的红色闪光的例子,我们来分析长度收缩效应。那么静止在k系上相应两个点上的观察者则同时地观测到了早上的张三和中午的李四,则张三与李四之间的距离将不会保持K系上的固有距离,由于t不同从式(1b)可知,张三和李四间因运动导致距离会缩短,这就是长度收缩的原因。但这种拥挤与真的拥挤不同,因为在K系观测张三与李四还保持着固有的距离并没有真的靠近。但也与影像的缩小拥挤不同,不仅可拍下缩小的照片,如果用手去触摸(当然要触摸得足够快)也真的缩小了。如果观测一个运动的人的左右两只眼睛,那就是我们同时看到了那人昨天的左眼靠近了今天的右眼。我们也不必担心两个眼睛会互相挤压坏了。为此还有所谓的长度收缩应力佯谬来质疑相对论,实际上,当我们看到高速运动的物体挤压在一起的时候,根本不用考虑应力效应。因为各点具有不同的‘公共时间’,所以不会存在直接的联系。正如我们根本不会担心昨天经过的汽车会撞到今天的自己是一样的。
不难理解,洛伦兹变换给出我们这样一幅时、空图像:当静系K的‘公共
时间’t凝固后,动系k会以一个大拼盘的形式与之对应。即静系K上的观察者将会同时观测到动系k上不同的点拥有不同的动系的‘公共时间’τ的组合,而且还会拥挤到一起。
所以我们后期由洛伦兹变换获得的很多有价值的结论也一定要注意这幅时空图像,要点是洛伦兹变换是针对‘点’的变换结论,当我们将洛伦兹变换应用到实际物体时,一定要考虑物体大小的影响,‘点’的近似是否还适用。
3. 理论上不存在钟慢效应
通过上述分析我们应该明晰,如果光速不变原理的假定符合自然界的真实情况,则可推出洛伦兹变换。由洛伦兹变换可严格推出点时间的延缓。但爱因斯坦不假思索地‘把其中一只钟放到k的坐标原点上,’轻松地获得了‘钟慢效应’。这种看来似乎不证自明的结论满足相对论的逻辑么?作者以为这样的结论并不符合洛伦兹变换。
在相对论之前,用一个运动的点的时间来替代它附近点的时间乃至于替代整个运动系的公共时间都是没有问题的,因为各点都有共同的‘公共时间’。
物理学中使用点的概念的条件是:当一个有限大小的物体的每一部分具有相同的物理性质时,才可以用‘点’的概念来替代整体。如果不同则不能严格替代。或者所研究物体的每一部分的物理性质的差别可以忽略时,可以近似地用点的概念来替代。而爱因斯坦用‘点时间延缓’替代‘时钟的时间延缓’并不满足上述原则。
爱因斯坦把一只钟放到k的坐标原点上指示时间τ,这静止在k系观测是可行的,因为这时所有的点都有相同的公共时间;但在静系K上观测则会存在问题,因为K系上确定时刻t观测运动系k时,只有一个点的时间是可以凝固为τ并与t对应。而观测一个运动的时钟,则由于实际时钟有大小则不能简化为一个点。换言之,当时钟上的两个点有相同的公共时间τ时,则整个时钟所在的运动系各点都有确定的τ。根据结论一可知,这时K系与k系的公共时间没有确定的对应关系。也就是理论上K系的t时刻不可能确定一个运动的时钟的时间τ是多少。
也许当我们假定时钟的线度很小,比如一个运动的原子,我们也许会认为,由于原子上两个点的距离很小,当K系的t一定时,可以忽略同时的相对性,近似为原子上所有的点的公共时间τ相等。则在一定的近似下,时钟延缓还是可用的。实际这也是不符合相对论的理论的,也是不对的。因为洛伦兹变换清晰地告诉我们:无论间距多近的两个点具有相同的τ则整个系就有相同的公共时间τ。
根据2.中的论述可知,在K系确定的时刻t观测到一个运动的时钟是由不
同的点有不同的τ的组合的新东西。K系上的观察者,理论上不可能观测到运动时钟上的时间。
结论五:一个惯性系上的观测者理论上不能比对两个相对运动的惯性参照系上的时钟的时间。
所以静系上的观察者,理论上也不可测量一个运动的时钟的时间间隔。
结论六:理论上只能存在一个运动的点的时间延缓,不存在运动时钟的时间延缓或运动的参照系的‘公共时间’的延缓。
4. 相对论时空观的真实性
相对论的时空观取得惊人的成就的同时也带来了很多矛盾。有的被解释为佯谬,像双生子、潜水艇等。有的似乎是不可调和。比如,根据“论动体的电动力学”中的多普勒效应公式。很容易发现:在横向多普勒效应的结论中,前提需要的两个惯性系的时间间隔关系与得到光波周期所代表的时间间隔存在着自相矛盾。这不能不让我们怀疑相对论时空观的真实性。
尽管有许多学者相信,只要光速不变原理的假定是正确的,相对论给出的结论就是无懈可击的。其实未必如此,相对论的一些结论未必是严格的逻辑结论。正如我们上面讨论的两个惯性系的‘对钟’问题。实际上,按照相对论的理论我们在两个惯性系之间是不能‘对钟’也不能‘对尺’的。
实际上,光速不变原理只有事件发生在‘点’的条件下才能成立。而实际物理问题都是发生在有一定大小的空间内,这时洛伦兹变换的结论

《关于相对论时空观的试探性观点(第3页)》
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