以新假设为基础重建洛伦兹变换——狭义相对论基础的重大突破之.docVIP

PAGE  PAGE 12 以新假设为基础重建洛伦兹变换 ——狭义相对论基础的重大突破之一 石益祥 （浙江海洋学院 数学系，浙江 舟山 316004） 摘要：本文运用对立统一的方法对狭义相对论的基础进行重新探索。探索的结果如下：1.给出相同的钟同步运行的充分条件；2. 给出平坦空间的精确定义，并说明平坦空间是宇宙的原始终极状态；3.去掉原有的基本假设：光速不变和相对性原理，引进新基本假设：时间和空间相关；4.澄清狭义相对论的适用范围；5.证明实物质运动最大速度的存在性，推出洛伦兹变换；6.说明光速是实物质运动的最大速度；7.揭开长度缩短和时间膨胀的奥秘。重建后的狭义相对论具有假设根本、概念清晰、范围明确和逻辑严密等特点，从而将狭义相对论向前推进了一大步，并为狭义相对论的进一步突破奠定了理论基础。 【关键词】： 同时的充分条件 平坦空间 时间和空间相关 最大速度 洛伦兹变换 基本效应的解释 [中图分类号]：O412 一、引 论 在狭义相对论中，光速是最大的。光速的最大性正在不断受到超光速研究的挑战。[1] [2] [3] [4] 光速最大之所以会受到超光速研究的挑战，原因是爱因斯坦对公式因子加了一个人为的限制：不允许取纯虚数值，于是推出了，光速最大了；如果允许公式因子取纯虚数值，那么，光速就不是最大了。 不允许公式因子取纯虚数值，表明爱因斯坦的世界观是实的。有两个明显的事实可以佐证这一点：其一，在闵可夫斯基用纯虚数表达时间后，爱因斯坦不理解；其二，爱因斯坦对量子力学的态度是：“上帝不扔骰子”。 人为限制不是物理逻辑的推论，而是人类固有成见的使然，所以，在有人为限制的地方，往往存在逻辑缺陷。逻辑缺陷一开始并不被人们所察觉，只是随着科学的发展，才渐渐显露出来了。例如，人为限制公式因子不能取纯虚数值中断了物理逻辑，使相对论在此处出现逻辑缺陷。但这个逻辑缺陷直到1960年，Tanaka. S.提出了超光速运动时才被发现。[5] 然而，科学的进步在于不断地挣脱人类成见的束缚。Dirac 说：“那些大的跃进常常在于克服成见。”笔者认同狄拉克的观点。在笔者看来，除两???基本假设外，狭义相对论还有若干隐性假设和问题在狭义相对论建立过程中起到至关重要的作用，它们的存在使狭义相对论出现逻辑缺陷，从而使狭义相对论受到超光速研究的挑战。要使狭义相对论在逻辑上无懈可击，我们必须彻底清除这些隐患。只有这样，我们才能弄清楚狭义相对论的有效范围，维护狭义相对论的相对正确性；也只有这样，我们才能找到狭义相对论的突破口，并突破狭义相对论。这是一件具有历史和现实意义的事件。 让我们从清理隐性假设开始。 二、同步的充分条件 狭义相对论始于同时的定义。 两钟同时的定义 设有完全一样的两只钟，分别放在点和点。称点钟所指的时间为时间，点钟所指的时间为时间。 “设在‘ 时间’ 从发出一道光线射向，它在‘ 时间’又从反射向，而在‘ 时间’ 回到处。如果 那么，这两只钟按照定义是同时的。 我们假定，这个同步性的定义……对无论多少个点都适用”。 [6] [7] 同步运行的条件 显然，在同时的定义中，爱因斯坦已经不知不觉地假定了所校的两钟同步运行，因为不同步运行的钟是无法校正同时的。但爱因斯坦并没有讨论两钟同步运行的条件。 两完全相同的钟一定能够同步运行吗？如果不是，两钟在何种条件下能同步运行？ 显然，给出两相同钟同步运行的必要条件是困难的，但给出充分条件却是容易的： 如果两只完全相同的钟，在同样的外部环境里运行，则两钟同步。 由充分条件我们可以推断，如果两只完全相同的钟放在同一地方，则两钟同步运行。但如果将一只放在地球上，另一只送到月球上，则因两星球引力的不同，我们可以断言两钟不同步运行。验证该结论的方法是数一数在相同的地球时间内，两钟的针转过的圈数是否不同。当然在数时我们不能忽略钟从地球到月球，再返回到地球过程中的相对论效应。 在两钟同步运行的条件中，两钟完全相同表明两钟有相同的内部；在同样的环境里运行，说明它们有相同的外部；内外都一样，两钟自然同步运行。 同步运行的空间 两钟同步运行的充分条件可以推广到三只钟、只钟和无限多只钟，甚至还可以把它推广到每一点都有一只钟的情形。 假定在空间的每一点安放一只完全相同的钟。如果所有的钟有相同的外部运行环境，则所有的钟同步运行。 同步运行的钟可用光信号调整同时。调整的方法是：将某一钟的时间作为标准时，用光信号调整其余钟的时间和标准时一致。 定义1：称各点同性的空间为平坦空间；各点不同性的空间为弯曲空间。 各点同性意指任取空间两点，它们所有的特性都相同。显然，这个定义里，空间是物质的。 球面上不同点有不同的法向量，它们不满足各点同性的条件，故球面不是一个平坦空间。同理，黎曼空间中点也不