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屈人愚:论相对论的科学性

2015-02-04  物理网文
                
论相对论的科学性
作者:屈人愚
    摘要:长期以来,反对相对论者并没有从基本演绎逻辑关系中去深刻关心它存在的合理性与科学性。所见一切相关争论中总是叫人感觉到反对者并未触击到要害,收到一针见血之效。因此,本文根据爱因斯坦对洛伦兹变换进行的简单推导中,从演义逻辑的内在联系的描述出发,对演绎过程的关键环节加以讨论,以便提高我们对相对论的合理性与科学性的再认识。
    关键词:相对论   科学性   映射  传播   运动
    当笔者阅读了爱因斯坦所著《狭义与广义相对论浅说》(以下简称“浅说”)一书之后,对相对论的基本演绎逻辑关系产生了倍加浓烈的兴趣。
    我们知道,洛伦兹变换是狭义相对论的核心内容,是人们关注和争论的焦点。但是,长期以来,反对者并没有从基本演绎逻辑关系中去深刻关心它存在的合理性与科学性。所见一切相关争论中总是叫人感觉到反对者并未触击到要害,收到一针见血之效。因此,本文根据“浅说”对洛伦兹变换进行的简单推导中,从演义逻辑的内在联系的描述出发,对演绎过程的关键环节加以讨论,以便提高我们对相对论的合理性与科学性的再认识。
    1.“浅说”推导洛伦兹变换的第一步
    提出基本的演绎逻辑前提在光速不变的情况下,“浅说”认为坐标与光信号传播结果等价。换句话说,坐标值可以用沿着坐标方向传播的光速与传播所经历的时间的积的形式来表达。这就是说,当光信号传播的速度为常数时,欧氏空间中的任何位置上发生的事件是可以用光信号的传播时间结果来描述的。
对此,爱因斯坦在“浅说”中,设有两个惯性坐标系 和,关系如图1所示。
  
    他说:按照图1所示两坐标系的相对取向,该两坐标系的轴永远是重合的。在这个情况下我们可以把问题分为几部分,首先只考虑轴发生的事件。任何一个这样的事件,对于坐标系 是由横坐标 和时间来表示,对于坐标系  则由横坐和时间  来表示。当给定 和时,我们要求出  和 
沿着正  轴前进的一个光信号按照方程
                      
或                                          (1)
传播。
    由于同一光信号必须以速度 相对于 传播,因此相对于坐标系的传播将由类似的公式                     
 或                                         (2)
表示。
     类似地,沿着负 轴前进的一个光信号按照方程
                      
或                                          (3)
传播。
由于同一光信号必须以速度 相对于 传播,因此相对于坐标系的传播将由类似的公式                    
 或                                         (4)
                                                 1
表示。
     因此,公式(1)、(2)、(3)、(4)就构成了爱因斯坦推导洛伦兹变换表达式的基本前提。也是“浅说”推导的第一步。
    2.“浅说”推导洛伦兹变换的第二步
建立一个基本的数学关系方程
“浅说”设存在不等于零的 ,使得(1)式和(2)式相等,即
                      (5)
又设存在不等于零的 ,使得(3)式和(4)式相等,即
                    (6)
爱因斯坦说:“满足(1)的那些空时点(事件)必须也满足(2),显然这一点是成立的,只要关系
          
一般被满足,其中  表示一个常数;因为,按照(5),( )等于零时(  )就必然也等于零。”
同理,满足(3)的那些空时点(事件)必须也满足(4),显然这一点是成立的,只要关系
          
一般被满足,其中  表示一个常数;因为,按照(6)式,( )等于零时(  )就必然也等于零。
“浅说”紧接着的后续推导就是在(5)式和(6)式的基础上展开的。因此,在上述第二步所建立的(5)和(6)式就成为整个洛伦兹变换推导的最关键的一步。
3.演绎逻辑分析
由于在方程式(5)中,满足(1)式的空时点(事件),必然使得,也必然使
得。因此,(5)式对于满足(1)式和(2)所有的点都恒有以下形式
                                   (7)
    这样得到方程式(5),事实上是一个零等于零的方程。显然这个方程在数学上是没有意义的,更谈不上具有物理意义上的合理性和科学性。因为满足(1)式的任何一点通过(5)式并不能够在(2)式中找到一个有限的确定的映射点,而是存在无限多个不确定的为零的映射点,不存在唯一有限的确切的一对一的映射关系,因此,现在(5)式这样的逻辑关系并不存在必然的确切的自然内涵。因此,在这第二步骤的(5)式中并没有确切的数学意义和物理意义。它的真实的物理意义仅仅存在于第一步骤的(1)式和(2)式之中。
同理,在方程式(6)中,满足(3)式的空时点(事件),必然使得,也必
然使得。因此(6)式对于满足(3)式和(4)所有的点都恒有以下形式
                                   (8)
    这样得到方程式(6),事实上是一个零等于零的方程。显然这个方程在数学上是没有任何意义的,更谈不上具有物理意义上的合理性和科学性。因为满足(3)式的任何一点通过(6)式并不能够在(4)式中找到一个有限的确定的映射点,而是存在无限多个不确定的为零的映射点,并不存在唯一有限的确切的一对一的映射关系,因此,现在(6)式这样的逻辑关系并不存在必然的确切的自然内涵。因此,在这二步骤的(6)式中并没有确切的数学意义和物理意义。它的真实的物理意义仅仅存在于第一步骤的(3)式和(4)式之中。
因此,我们可以说在满足(1)式和(2)式、(3)式和(4)式的前提下,(5)式和(6)式虽然成立,但并不具有必然的数学和物理意义。
而对于(5)式和(6)式的逆映射,逻辑道理完全相同。
那么,如果要使得(5)式和(6)式成立并有确切的点对点的映射意义,必须是
            
                                   (9)
                      (10)
                      (11)
                      (12)
这样方程(5)式和(6)式就具有了确切的一对一的映射关系,因此也就具有确切的数学和物理意义。然而,这个结果显然又与爱因斯坦原来提出的基本的演绎逻辑前提(1)、(2)、(3)、(4)四个式子发生矛盾。因此,“浅说”紧接着第二步之后所推导出的所有结果也必然与爱氏提出的基本的演绎逻辑前提发生矛盾。因此,违背了“概念与判断要有意义”的基本原则。
    4.结论
    经过以上分析我们不难看到,在洛伦兹变换的推导过程中,缺乏内在的必然的逻辑联系。因此,洛伦兹变换并没有必然的合理性和科学性,不具有必然的数学和物理意义。整个理论自然在历史上会遭遇到连续不断地难以抗拒的质疑。
如果将推理的逻辑前提推广到任何空间位置矢量,所得结果也是相同的。因此,没有赘述的必要。
 那么,怎么解决这个逻辑问题呢?各位看官,且听下回分解!
                                                
参   考   文  
[美]爱因斯坦著《狭义与广义相对论浅说》北京大学出版社出版  2006年1月 第1版
第91~95页 1洛伦兹变换的简单推导
 
        2006/08/09  p.11082)
 
 
 
 

 

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