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从牛顿力学到爱因斯坦相对论:(一)惯性运动

 物理网文 2015-03-02


我们人类在科技生活中的收益,大多数直接或间接来自伟大的科学思想家牛顿的贡献!其所著的《自然哲学的数学原理》一书,总结了人类漫长与自然斗争中积累的经验,并以简单和谐的数学形式彰显了一种统一的美!万有引力定律.牛顿三大定律定律等之所以成为经典并延续到今天,是因为它们经受住了历史的考验,并理所当然的受到世人的推崇。
     比如说惯性定律指出:一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态,直到有外力迫使它改变这种状态为止。这个定律的适用范围无论在经典速度区域.近光速区域乃至超光速区域都适用。虽然它是一个理想化范式,但在外力可以忽视的条件下依然成立。这种成立的最有力的证明来自快子Tachyon的研究,这是比兰纽克和苏大三的杰作。因为他们发表论文的时间是1969年,处于相对论统治物理学的时期之内。之所以当时乃至至今有很大的市场,是因为惯性定律的功劳。他们的立论点是从快子源放射出来的就是一束超光速运动的粒子(在无外力干扰下可以看做是一个惯性系),而不需要加速器。这个实验的创意就大了去了,因为相对论判定质量不为零的物体不能以光速以及超光速运动。如果比兰纽克和苏大三的实验成功了,根据相对论以光速运动的质量不为零的物体,其质量或动质量会变得无穷大,不知道整个宇宙能不能装得下!一般认为狭义相对论适用于惯性问题,而不适用于非惯性系问题。用微积分分析自由落体运动问题时,将某一小段时间与路程的区间视作非变速运动来处理。同理,β电子流自辐射源出来就是以近光速运动的,在空虚空间直线运动条件下可以看做是一个惯性系来处理;那么快子Tachyon如果存在,与β电子流一样也可以视作惯性系处理。这样理解的话比兰纽克和苏大三在上个世纪60年代就扯起大旗质疑相对论了,虽然他们不敢明目张胆!
   狭义相对论质速关系公式是一种现代的“经典范式”,其证明实验主要来自加速器的运作。在这里需要指出的是,在加速器空运作前的内部电场也可以理解为一个惯性系。 我们知道洛伦兹变换(Lorentz transformation)是狭义相对论中关于不同惯性系之间物理事件时空坐标变换的基本关系式,这里爱因斯坦犯了一个严重的理论缺失,在提出质速关系前应先解决两个不同的惯性系(电子与电场没有发生作用前)同向重叠时所形成的加速系运动力学变化问题。这个问题的产生从某种意义上讲,是由牛顿时代遗留的!正如曹盛林教授所言,300年来,人们把牛顿的相对性原理实际就理解为牛顿第二定律。由于那个时代科学生产力的限制伟大的牛顿先生没有阐述第二定律是不是适用于物体的近光速运动。这也是为什么现代某科学家说的那样——引出了相对论这个大怪物!伽利略变换与洛伦兹变换,包括晚近用不同数学工具演绎具有包容性新变换的提出,如果事先不解决两个不同的惯性系同向重叠时所形成的加速系运动力学变化问题,就很难公正合理的讨论近光速与超光速问题,并会在这种模糊状态下形成自我矛盾的理论体系或两个相互矛盾的“范式”!如果解决了这个问题人们会发现正如牛顿先生所言:自然是一种简单和谐的统一!
 数列在极限论没有发明以前曾引出许多荒谬的结果,这个时代在我看来,是需要给洛伦兹变换限定适用范围的时候了!
(未完待续)
 
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