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2004年09月河南机电高等专科学校学报 V01.12.5 sept.2004 论狭义相对论中的绝对性问题 L:湖北工学院数理系武昌，430068;2.武汉科技大学城建学院武昌，430070) 摘要:讨论了狭义相对论的基本内容，揭示了狭义相对论中的绝对性内容。 关键词:狭义相对论;绝对性;相对性 中图分类号:0412.1 文献标识码:A 文章编号:1008.2093(2004)05一oQ56-02 十九世纪末，物理学的发展已经在实验和理论上为狭义 相对论的创立准备了条件。通过对迈克尔逊--莫雷实验和 洛仑兹研究的思考，爱因斯坦抛弃了“以太”学说和绝对静止 参照系的假设。对麦克斯韦电动力学应用到运动物理上时引 起的“不对称”，爱因斯坦否定了绝对静止的概念，引进了光在 真空中传播速率和发射体运动状态无关的思想，消除了这种 “不对称”。对光速不变和速度合成法则的矛盾，爱因斯坦用 了近一年时间的思索，肯定了光速不变，对速度合成法则提出 怀疑，矛头直指经典物理学理论。 对时间绝对性的疑义，爱因斯坦领悟到了同时性的相对 性问题，在思想和理论上作了一系列实验后，于1905年发表 了物理学史上具有跨时代意义的论文《论动体的电动力学》， 文中提出了狭义相对论的两个基本原理.即相对性原理和光 速不变原理。 爱因斯坦以这两个假设为基础，独立地推导出了不同惯 性系中各个时空坐标之间的变换关系，这个关系于1904年发 表的洛仑兹变换方程组相同，从而建立了新的时空关系。根 据新理论，爱因斯坦证明了相对性原理对麦克斯韦电磁学理 论的真正有效性，根据一切物理定律都应满足洛仑兹变换的 处理，完成了对经典力学定律的逐一改造。 1905年爱因斯坦发表了第二篇有关相对论的论文《物体 特性同所含的能量有关吗?》，1907年发表了论文《关于相对论 原理和由此的到的结论》，提出了新型的符合狭义相对论原理 的质量和速度、质量和能量、动量和能量的关系，从而逐步完 成了狭义相对论体系的创建。纵观狭义相对论的内涵，它与 牛顿经典力学之间存在着诸多“分歧”。唯物辩证法告诉我 们:任何事物都有其两面性，狭义相对论中除包含许多相对性 的内容外，也隐含着更多的绝对性内容。普朗克是相对论早 期最得力的支持者，他在潜心研究和揭示相对论中的绝对内 容后，精辟而形象地论述道:“我认为狭义相对论特别富有吸 引力的地方就在于这个理论是以种种规律的不变性为基础 的。如果没有绝对，这个理论里的相对性内容就会像一件外 衣由于失去挂钩而从墙上落下来而倒在地上”。实际上，狭义 相对论的建立就是以种种不变性的内容为基础的。 56 1“狭义相对性原理”的绝对意义 爱因斯坦的第一个假说认为，物理规律在所有惯性系中 是等同的。仔细分析，这其中应该包含三个绝对性因素。即: 1)所有惯性系应该是绝对平权的，没有哪一个惯性系处 于特殊地位。 2)物理规律是绝对性，具有完全不变的特性。尽管不同 惯性系对某些量的测量是相对的，但通过测量总结出的物理 规律却具有随参考系不变的绝对性。 3)惯性系在狭义相对论中绝对优越。狭义相对论所概括 的一切物理规律都是对惯性系而言的。狭义相对论在否定了 “绝对空间”的同时，肯定了一类占绝对优越地位的参考系 --惯性系。 2“光速不变原理”的绝对意义 爱因斯坦的第二个假说认为:所有惯性系中，光在真空中 传播速率恒为c，与光源运行与否无关。这一原理的绝对意 义也是显然的，即光的传播是一种绝对运动，不存在光子静止 系;其二，真空中的光速c是绝对速率，它与测量时的参考物 和光的传播方向无关。 3闵可夫斯基空间的绝对性 由狭义相对论可知，时间间隔和空间间隔都是相对的，但 时间和空间的统一融合体--闵可夫斯基连续空间却是绝对 的，它表示为事件的四维时空间隔具有洛仑兹不变性。即 爱因斯坦本人对于这种时空融合的绝对性有过这样的论述:“依照狭义相对论，由空间和时间结合而成的四维连续区， 仍保持着绝对性，而依照以前的理论，这种绝对性则分别为空 间和时间各自所有。” 4本征量的绝对性 由于相对论存在“时间膨胀”、“运动方向上长度缩小”、 “质量随运动速率增大而增大”效应， 论狭义相对论中的绝对性问题 因而时间t、尺度z、及质量m的测量都与惯性系的选择有关，式中v是测量所用参考系相对于钟、尺或质点的速 度。￡、z及m这些量虽然是相对的，但它们的本征量却是绝对 的。这些本征量是用相对于测量对象是静止的“钟”、“尺”、 “称”测出来的，它们反映了物质的客观属性，是一些不变的绝 对量。关于这一点，爱因斯坦曾经指出:“依照狭义相对论，空 间坐标和时间，它们可以用静止的钟和物体来直接量度，仍然 有绝对的特征。 5因果关系的绝对性 狭义相对论建立后，时空变换遵循洛仑兹变换关系。某 个事件发生的时序与它的相对位置及惯性系的选择有关，即 事件发生的时序可以是相对的。 按照这一理论进行分析，是否会导致因果关系的破坏即 结果先于原因呢?由狭义相对论判断可知，这是不可能发生 假设在s系同时(t1_t2)、异地(x1x2)发生的两个事件，在S系观测并不同时，由洛仑兹变换有: ，，铲铲考(矿石 (上接第54页)经两级放大器放大后使电压比较器同相输入端电位u+大于反相输入端电位u一，使电压比较器输出高 电平，D，红灯亮，而反相器输出低电平，功绿灯不亮，表示驾 由于该监测仪器采用了nB24(四集成运放)和贴片技术，使监测报警仪的体积大大减小，整个仪器只有小孩拳头大 小，而且传感器(探头)为圆桶形，其直径小于一般人鼻孔，而 只要:{;x2一x1sc【l瓦l 则(f;一￡j)必然与(￡2一t，)同号，即因果事件在惯性系变 换下时序不会发生变化。因为:如果两个事件A1和A2存在因 果关系，则这两个事件必定以某种讯号相联系，这时， }攀I表示该讯号的传递速率;如果事件A，和A:无因果 关系，则I等l没有物理意义。而在相对论的理论框架内，光速是一切物质的运动速度、讯号的传输速度和作用的传输 速度的极限，因此上述两个关系式条件是满足的，所以在相对 论中因果关系是绝对的。 狭义相对论中还有许多其他的概念和量具有绝对性， rr如作用积分:I础=I 电磁波周期=’等等。综上所述，狭义相对论中存在诸多绝对性内容。爱因斯 坦曾精辟地指出:相对性并不是相对论的本质。我们在分析 物理现象、揭示其规律时，必须注意挖掘相对现象内部的绝对 内容，从而更深刻的掌握自然界的规律性。 (责任编辑吕春红) 参考文献: [1]许良英，等编译.爱因斯坦著，爱因斯坦文集(第一卷)[M].北京: 商务印书馆，1976. [2]R.瑞斯尼克.相对论和早期量子论中的基本概念【M].上海师范大 学物理系，译.上海:上海科学技术出版社， (责任编辑吕春红) 参考文献: [1]康华光.电子技术基础[M].北京:高等教育出版社，1988. [2]王化祥.传感器原理及应用[M].天津:天津大学出版社，1992. [3]王贴云.检测技术及仪表[M].北京:轻工业出版社， |
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