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陈志鹏:论李子丰教授《狭义相对论源于对光速不变原理错误解释》

2015-02-15  物理网文

 论李子丰教授《狭义相对论源于对光速不变原理错误解释》

    陈志鹏   E-mail116422915@qq.com  电话13358570865

福建省泉州市丰泽区浔江路冠力康城

     [ ]本文对李子丰的《狭义相对论源于对光速不变原理的错误解释》发表一些看法和修正。

     [关键词]狭义相对论 洛仑兹变换 光速 爱因斯坦 李子丰变换

(注,下文中 为频率, 为时间, 为动量, 为波长, 为位移, 为速度, 为能量, 普朗克常量, 光速, 测量系的速度, 为两点间距离

 

引言   本文主要就对《狭义相对论源于对光速不变原理的错误解释》发表一些看法,希望李子丰教授可以抽空参阅下。

1.1狭义相对论与量子力学基础

在小于或是等于光速的情况下,狭义相对论的局限性是无法验证的。

1)由海森堡测不准关系式可知道,

(用于测量的尺度必需大于等于被测量物体的尺度)

实际上可以推出如下结论

 

 

但是往往大家会忽略一个重要的结论:

 

(测量频率与用于测量频率所用的时间的积必需大于等于1)

2)由狭义相对论我们可以知道

被测量物体的运动速度要小于或是等于用于测量物体所用的速度(备注,在爱因斯坦狭义相对论中,所述的原理一切运动物体的速度小于光速(其实不一定要光度做为测量系))

(式中 为被测量物体的速度, 测量系物体的速度)

如果我们把上式乘以时间项,那么可以得到方程

那么可以得到,用于测量的最小尺度必需大于或是等于被测量物体的尺度。(测量存在极限)

方程 与方程 其实是对等的。即用于测量的最小尺度必需大于或是等于被测量物体的尺度。

也就是说量子力学与狭义相对论本质基础原理是一样的。

1.2 对于 系与 系与 之间的变换

 


陈志鹏:论李子丰教授《狭义相对论源于对光速不变原理错误解释》

陈志鹏:论李子丰教授《狭义相对论源于对光速不变原理错误解释》

陈志鹏:论李子丰教授《狭义相对论源于对光速不变原理错误解释》

 如图一所示

  

其实这个图如果立体点来画的话应可以由下图图二所示

设在静止系1,相对于1运动的运动系2相对于1用速度 匀速运动。相对于2的运动系3相对于2用速度 匀速运动。测量系匀速运动的速度为 ,分别在惯性系1与惯性系2和惯性系3内匀速运动。

在惯性系123都静止的时侯距离

设在静止系1内一匀速运动的物体用速度 A点向B点运动。

相对于1运动的运动系2内也同样有一匀速运动物体用速度 C点向D点。运动运动系2相对于运动系1速度为

    相对于2运动的运动系3内也同样存在一匀速运动物体用速度 E点向F点运动。运动运动系3相对于运动系1速度为

1) 在惯性系123都静止的时侯,如果设做为测量系的物体匀速运动为 ,那么可以得到 并且在惯性系123都静止时,

2)在惯性系2相对于静止系1用速度 匀速运动的时侯,显然只有在惯性系2内才观测得到 与静止系 并无不同。同理在惯性系2内的人认为 与静止系 相同。但实际上,如果我们站在静止系上,我们将看到,

3 对于2惯性系与3惯性系同理。

4 对于有的学者(如华棣教授)说 ,显然只有观测者分别在静止系1内与运动系2内观测时才观测的到(测量系分别置于静止系1与运动系2内)。如果在1惯性系进行观测,那么由于 ,且由于做为测量系的物体匀速运动都为 ,那么显然得到  

5)总结以上1)-4)如果我们定义 表达(同时我们定义为零维空间惯性系), 表达, 表达。那么可以得到如下定义:

零维空间惯性系定义为,在这个惯性系中,观测者相对物理学规律相对静止的惯性系。(注,不存在绝对零维空间惯性系。当设零维空间惯性系为 时,一维,二维空间惯性系必须满足 ,即 内以相对速度 运动,依此类推)

一)2惯性系与3惯性系( )之间存在关系式:

       

                        

      

 

二)1惯性系与2惯性系( )之间存在关系式如下:

       

                        

         

3)那么1惯性系与3惯性系( )之间的关系式则为:

 

(注,这个方程等价于李子丰教授推出的《狭义相对论源于对光速不变原理的错误解释》第10式)。我们称之为李子丰变换

4)同样原理我们可以得到零维和二维之间时间变换关系式。

          

 

 

三)零维和二维之间的尺度收缩关系

对于 中测量尺度收缩关系为 ,对于 中测量尺度收缩关系为 ,那么可以得到 测量尺度关系为:

  

6)零维和二维之间的质速关系为

 

四)二维空间惯性系与零维空间惯性系加速度变换关系式

 

 

 

1.3显然我们并未定义式中 为光速。如果定义, 为光速那么显然得到的是用光速做为测量系时,二维惯性系与零维惯性系之间的关系。但是为什么我们要定义光速为测量系呢?显然因为:

(一)我们用光的反射测量物体的,用光速定义测量系方便。

(二)光速度与时间存在约定性关系。

(三)如果我们不定义光速为测量系,由于我们用光的反射测量物体的,那么显然,必需乘以一个常数的比值,所得到的数才会与我们测量相符。

(四)用光做为测量系的时侯,所有被测物体的速度必需小于光速或是等于光速,那么方程才有效。如果被测量物体的速度大于光速,则必需用大于光速的物体做为测量系。

(五)同理定义声速为测量系的时侯,那么被测量物体的速度必需小于声速或是等于声速,那么方程才有效。如果被测量物体的速度大于声速,则必需用大于声速的物体做为测量系。

1.4关于能量与动量关系

有很多的学者说只有牛顿的动量关系式才正确。其实这种说法理解有些不正确。原因在于我们现今的动量与能量关系式存在错误。

(注,下列式中 为频率, 为时间, 为动量, 为波长, 为位移, 为速度, 为能量, 普朗克常量, 光速)

1.建立质能动量关系式

1)用相对论建立质能动量关系式,证明如下:

为了建立质能动量关系式,必须做如下两个假设:

假设一,如果对于光的波速等于波长与频率的乘积, (式中 为光速, 为波长, 为频率, 为波速)。那么对应于物质粒子(如电子、质子、等)所得出的物质波也应满足波速等于波长与频率的乘积,

假设二,对于任何物质粒子,如果质量为零,那么它的动量也为零。

由上述两个假设可以得到质能动量推导过程如下:

按照牛顿力学第二定律可知:                            1.3

由力学中的动量定理可知 ,式中 可写为                                              1.4

又由狭义相对论质量与速度的关系式可知 式中

对于上式求导可得, ,将此式代入1.4式化简可得

由上式可设当物体的质量为零时,动量为零。当物体的质量为 时,动量为 。分别对两边积分,于是有

 

                                           1.5

1.5式与爱因斯坦质能关系式 ,可以得到             1.6

(注文中,我们称1.5式与1.6式为质能动量关系式,简称为CZP动量)

对于1.6式取值为

(由质能动量关系式可以得到质能加速度为 ,(式中, (位移长度))

2)用测不准关系建立质能动量

由海森伯(W.Heisenberg)测不准关系可知:当微观粒子造成波粒二象性可知,微观粒子遵守测不准关系,

当我们设 ,则由这两个式子化简可得,

(因为式中

显然由上述式子可以得到,                                          

2.质能动量的一些证明

(a)质能动量关系式可以推出爱因斯坦质能关系式,证明如下:

设由力学的动能定理知,静止质量 的自由质点在外力 的作用下位移了 则其动能增量是 。式中 是质点速度,并且

由质能动量定理 ,我们可以得到 ,代入上式并化简可得

若设 时,质量  为 时;质量  

上式为爱因斯坦质能关系式。

(b)质能动量能够推出爱因斯坦质量与速度关系式。证明如下:

为证明质能动量符合质速关系式,可以用两个理想粒子间的碰撞来证验。

设两个完全相同的粒子,在 系中,它们以相等速率相向运动,系统总动量为零。不论碰撞中两粒子如何作用,碰后的情况为:

(一)运动方向相反,速率相等。满足动量守恒定律要求。

(二)碰后速度与碰前速度相同。满足能量守恒定律要求。

并且如下图一所示,

 

这是一种完全弹性碰撞。我们以图一表示。图中的四个矢量长度相等,表示速率相等。碰前,碰后出现的 角可以不同。为了方便起见,如图所示选取 , 作标。

为了需要,我们选用沿 轴正方向动动参考系 系来考察这个碰撞,这个运动参考系的速度等于粒子 的速度 方向的分量。从 系来看,粒子 在碰前后没有 方向的速度分量,而粒子 在碰撞前后以更大的 方向速度分量和较小的角度 飞行,如图二所示:

 

并设粒子 的速度为 ,粒子 在参考系中 方向的动量守恒。即在运动参考系中 方向的动量始终为零写出方程。粒子 在动参考系中动量改变量为: ,式中 为单位矢量。

当我们选用 轴正方向参考系 的速度与粒子 的速度相同。则由 系可得粒子 在碰撞前后仅有 方向的分量。而粒子 在碰撞前后 方向的速度分量更大,并且角度较小且为 。则粒子 的速度为 而粒子 速度 大小分量为

利用运动系在运动参考系中 方向的动量守恒条件,即运动参考系中 方向的动量为零。即粒子 在动参考系中的动量改变量为

粒子 在动参考系中的动量改变量为

为了求出 关系必须求出 的值。为此,可再做一个相对于图二运动的新动参考坐标系 ,相对速度向左,且相对速度为 。于是由于对称性,我们可以得到与图二相反的图,示于图三中。

 

现在,粒子 碰撞前后沿 方向飞上又飞下,而粒子 的水平速度为 。由图二与图三,这两个相对速度为 的参考系,可得到与运动方向垂直的速度变换为 。且由于动量守恒关系,则 ,可得:

。即,

当上式中我们取 为无穷小时,可得 ,且 。则可得到质速关系式

(c)质能动量量子方程及方程的一维方势阱证明普朗克黑体辐射公式证明如下:

由质能动量, 可得到质能动量量子方程(CZP方程)

为了计算简单,我们构造这样一个方程 ,即可得到量子方程

                               1.7

      考虑一个一维无限深势阱,阱内势能曲线写成表达示如下

(一)当 时, 。(当 时,

当只考虑无限深势阱的能量为无穷大时,阱内外势能曲线如下图四所示:

1.7式可写出阱内外的定态质能动量量子方程分别为:

  

  

其中 代表粒子的能量,在 ,令

                1.8

则由1.8式上面两式可写为:   

  

这是两个二阶常系数线性微分方程,设 则其解为:

               1.9

              2.0

式中 为特定常数。2.0式右边第一项 时趋近于 。第二项 时趋近于 。为了保证波函数的有限性,必须在 时分别取   为零,因而2.0式写为:       2.1

                    2.2

可见 的区波函数的强度也不会为零。这说明,粒子的能量小于阱内外的势能差,粒子出现在阱外的概率也不为零。常数 可由波函数的标准条件确定。

当我们只考虑阱深为无穷大 的简单情况时。

则,因为 时, 2.1式与2.2式可知,在 ,即粒子出现的概率为零。且由于波函数在 处必须连续,即 代入1.9式可得:

联立两式可得:

要使这个式子成立,常数 不能取任意值,而只能取满足下式的一些不连续值:                     2.3

2.3式代入1.8式可得粒子在无限深阱中粒子能量的可能取值为:

,(式中 ),即可得               2.4

时,则可由2.4式得到 (普朗克黑体辐射公式)2.5

显然,由2.5式我们还可以知道物体的能量还可以为负值(现代物理实验证明了这一理论,如正反电子对,正反质子等等。很明显,这并像Dirac方程是假设性定义。)

3.现在理论存在的困难

问题1. 在经典动量与能量关系式与标准模型理论都要求中微子静质量为零。难而在 199865日本超级神冈测测器的科学家却找到中微子振荡的证据,即中微子在不同“味”之间发生转换(电子中微子与 子中微子间变换),这种现象只在中微子静质量不为零时才会发生。而质能动量却能很好的符合中微子静质量不为零。

问题2:德布罗意物质波中经典动量与相对论矛盾

     从德布罗意物质波 , 中,可以做如下推导:

     ,并由此式可得,                         

从上式中可以得出如下结论:当 ,也就是说物质波波速 ,与现实不符。

问题3.经典动量与测不准关系矛盾

     由经典动量 代入测不准关系

可得,                                 

从上式中可以得到结论:当物体的速度越大时,它的位移越小,与事实不符。

4.可得到的结论

1. Klein—Gordon 方程          

是建立在经典相对论关系式 上的。其理论基础是牛顿力学与相对论的混合产物。只有在物体完全变成能量的经典情形下适用。并且这个方程可能得到负几率与负能量困难。

2Dirac方程是建立在Klein—Gordon 方程基础上为解决负几率与负能量困难得到的。其原始基础与Klein—Gordon 方程一样并没有解决。并且对于Dirac方程的假设定义可以得到,当负能粒子跃入负能海中能量无穷大的缪论。

3.本文解决了李子丰教授《质量与能量的本来关系》中一些问题。

 


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