主题：【转帖】教科书中未涉及的简单物理问题

进一步探讨科学问题。

科学的定义应该是智慧生物间能够描述一定条件下宇宙中物质或现象变化规律的说明。科学家的定义应该是：发表一些独到的科学见解，并得到很大一部分人认可的人。物理学应该是智慧生物之间描述无生命物质运动变化规律的科学。

爱因斯坦自己的理解，速度无穷大，“绝对同时”有意义，但观测速度上限是光速，因此“绝对同时”无意义。对思维速度可以无穷大的人，“绝对同时”有意义。对思维速度不能超过光速的人，此类问题无意义。

我在数学上发现《实变函数论与泛函分析》中关于无限集合数量比较的方法和结论有问题，发表在数学版，请有兴趣的人过去看。

在此基础上，我们将得出相对论效应是光速观测的结果，类似结果也会发生在声速测量时。波粒二相性是介质中的粒子表现出来的，声音也有波粒二相性。

第一篇 大学物理中相对论描述的错误

参考书：普通物理学1（第五版）高等教育出版社
程守洙 江之水 主编 胡盘新 汤  骏 宋开欣 修订

229页：19世纪末在光的电磁理论发展过程中，有人认为宇宙间充满以太，光是靠以太传播的。此理论的提出是因为观测光从木星卫星到地球，速度大致相等，而无论地球向卫星运动还是背向卫星运动。小学我们就知道计算相遇时间，当相向时，是速度相加t=L/(v1+v2)，反相时是速度相减t=L(v1-v2)，只有v1大于v2才能追上。因此才有人提出光的运动是独立于地球运动的。

230页：用迈克耳孙和莫雷实验证实，上述以太是不存在的。当时的人不知道真空中光速和空气中的光速不同，而现在已经成为共识，那么如果光在宇宙间是用真空速度运动，到了地球表面就按大气中的速度运动了，这种假设实验是否否定了呢？
   
先看光速不变实验，地球并不是一个理想球体，外包球型大气，地球大气与星际是没有明显分界的，是逐渐稀薄的（初中物理）。那么地球在距木星卫星相等距离时，两星间气体总量大致相等，光传播需要相等时间就不奇怪了，而无论地球向卫星运动还是背向卫星运动。莫雷实验也不能否定这种假设，因此它不能作为推导相对论时空观的充分证据。

231页：物理学定律在一切惯性参考系中都具有相同的数学表达形式。
这个叙述不严谨。一个相对地球做匀速直线运动的火车，是否可以看做一个惯性参考系呢？如果能，那么在火车上放氢气球与地面上放氢气球，运动轨迹基本不可能等价；如果不能，后面的推导就有了理论根据。
   
在什么情况下才能认为等价呢？当空气作为静止参照系，地表静止物与火车相对空气做等速运动时等价。这时在空气参照系看两个氢气球都是直线上上升，两个运动参照系各自描述的上升斜率一致，有相同的数学表达形式。或者当空气相对地表静止时，火车对氢气球运动的描述，与空气对火车静止，地面对氢气球运动的描述等价。（介质相关性）

231页：1964年到1966年，欧洲核子中心实验结果：一种粒子以0.99975c的高速飞行，辐射出的光子，实验室速度仍是C。实验仅能证明，在稳定的空气中，光速不变。而不能引申为相对任何参照系光速不变。

232页洛伦兹变换：因为书中的P事件对Y、Z轴有分量，光速要考虑球型，与书上结论不同（是错，但不是我论述重点），因此为简单起见，假设P事件发生在X轴上。O和O1两个坐标系，O坐标系相对于P事件静止，O1坐标系向P事件以V运动，P事件发生时，O与O1原点重合。在O坐标系看来P事件发生在T时刻，位置是X，O1坐标系看来P事件发生在T1时刻，位置是X1。
X=X1+VT1
X1=X-VT
变换如下：
X=K（X1+VT1）    （1式）
X1=K1（X-VT）
O与O1等价因此K=K1
X1=K（X-VT）      (2式）
X=CT ,  X1=CT1      (3式)
1、2式相乘带入3式
XX1=K**2（X-VT）（X1+VT1）
K= 1 / (1-(V/C)**2)**(1/2)

看不出问题吧？
下面我来举个简单的例子,
假定P事件发生在3光秒处，O系得到记录，3秒时看到P事件发生在3光秒处，O1系以0.5倍光速向P移动，得到记录，2秒时P事件发生在2光秒处（2秒O1系移近P事件1光秒）。
X=X1+VT1  ==  3=2+0.5*2
X1=X-VT  ==  2=3-0.5*3 ？？？
这个3秒怎么来的？在O系看P事件是在3秒时发生的！
引入常数K进行变换
强行变换的结果是从O系看来以为P事件在O1系的速度、时间和距离。
这个结果被无数兢兢业业的物理实验家所证实。因为他们始终站在O系观测实验。

241页：（简述）一运动列车，列车中间一个光信号接收器，地面一个光信号接收器，当车上车下两个接收器重合时，车头和车尾各自发出一个闪光，地面接收器同时收到信号，而光传播是需要时间的，在这段时间内，车又向前运动了，因此列车中间的接收器先接收到车头的光，后接收到车尾光，结论：不同事件的同时性不是绝对的，只是相对概念。

相对论是以光速不变做为前提的，与参照系无关，因此才不用说光源是相对地面静止，还是相对列车静止，列车中间的接收器由于到头尾距离相等，因此按相对论也应该同时收到光信号。

我认为本例的条件不全：
1 火车内的空气对火车静止，火车外的空气对地面静止，火车长度为光在空气中需要T秒通过，闪电发生时作为时间原点，两相对匀速运动的参照系可以建立相同的时间。结果：T/2秒，地面接收器与火车中接收器同时收到两端信号，符合相对论结论，光速不变，与参照系无关。
2 火车内空气对地面静止（无厚度平板），火车速度为V。结果：地面接收器T/2秒同时收到两端信号，火车中(TC/2)/(C+V)秒收到车头信号，(TC/2)(C-V)秒收到车尾信号，符合加利略变换。

246页：用车上人描述物体下落过程是直线，车下人描述物体下落过程是曲线来说明物体运动描述的相对性，这是不对的。只要知道车速，车上人可以计算出车下人应该看到何种曲线，车下人也可以算出车上观测物体是否直线。

231页：光在真空中的速度相等。
这一点我不反对，它符合牛顿定律，但是从其它波的规律可知，任何波的传递，都需要介质，在达到一定的真空度时，波都无法传递，因此光的传递也需要介质，我们还不能阻止光传递是因为我们还不能制造让光不能传递的真空度。因此光在真空中，速度为0。

246页提到光学畸变，我们就来讨论光学畸变吧：

第二篇 光学畸变(假设在一定条件下光速稳定为C)

以0.1倍光速离我们而去的理想钟，读数是1秒的事件将在0.1秒后被观测到，即1.1秒时看到1秒；读数是2秒的事件将在0.2秒后被观测到，即2.2秒时看到2秒，认为钟时间慢了。且移动速度越快，慢得越明显。如果2秒后钟不运动了，我们观测它始终比我们慢0.2秒。现在它以同样速度返回，3秒时的事件被我们在3.1秒看到，还慢0.1秒，到相遇时同步了！钟回来时走的快。因此双生子悖论和超过光速时间倒流悖论都不会发生。

如果一个钟，以0.5倍光速从原点远去，我们会看到什么现象呢？
一秒钟时，它距离原点0.5光秒距离，但这个事件我们在原点看见，需要再过0.5秒，于是我们发现，在本地钟1.5秒时，远处的钟在0.5光秒处。计算得知0.5/1.5=1/3光速，也就是我们测量到钟在以1/3光速前进。两秒钟时远处的钟在1光秒处，我们看到是在3秒时。也是1/3光速。于是我们认为钟是以1/3光速匀速运动的。

理想点以a倍光速远去，1秒钟远离a*C(光速)距离，在计时起位置要a秒传过来，到达a*C的事件将在a+1秒传到观察者，观察者认为速度为a*C/(1+a)，速度永远小于光速。a为1时看到以1/2C远离。

理想点以a倍(a小于1)光速靠近，计时位置要x秒传过来，1秒后位置要x+1-a秒传过来，观察者认为速度为a/(1-a)，快于光速。

理想点以光速接近，观察者突然看到它和它以前所有影像。

理想点以a倍(a大于1)光速接近，观察者先看到近端形象，后看到远端形象，以为远离。近处形象要x秒传过来，1秒前形象要1+x+a秒速度为a/1+a，速度越大越接近光速远离。

一条理想尺子，每0.1光秒处有一个刻度，一条静止线段，长0.1光秒，我们观察到线段与尺子重合，长度为0.1光秒。线段离我们远去，1秒后，到达尺子0.1至0.2光秒刻度处，可我们在0.1秒后才观察到近端到达0.1光秒刻度处，0.2秒后才看到远端到达0.2光秒刻度处，就是在1.1秒时我们看到近端到达0.1光秒刻度时，远端还在向0.2光秒刻度处运动，线段短了。1秒后线段停了，我们看到1.1秒时近端不动了，线段远端在1.1秒到1.2秒时继续运动，1.2秒后到达0.2光秒处。线段在涨长！同理，向我们运动时线段会变长。线段并没有变，是人的观测结果变了。

这就是著名的钟慢尺缩效应原理。

第三篇 实验支持

由于重力等效加速度，加速度大时间慢。因此应该定义特定加速度的条件下的铯钟才是标准的。

双生子悖论

两个相同飞船，各坐双生子中的一个，两飞船匀速直线远去，按相对论，动钟变慢，两人得出相反结论：对方在动，钟比自己慢。当两个飞船以同样加速度变远离为靠近，到相遇时两钟是否相同？这个条件即使用广义相对论解释，也应一致。

如果结论是相同，除了得出相对论动钟慢结论是观测效果，还能如何解释？

介质对光速有影响

在流动的水中，光速会因水的运动发生变化，这个实验有力支持了我上面叙述的火车接收光实验，要求分空气对地面静止和对火车静止两个情况。

声音无法在真空中传播，光可以在星际空间传播

实验可以得出声音在空气稀薄到什么程度后无法传播，根据规律估算光要是无法传播，需要什么样的真空度，星际空间是否达到了这种稀薄程度。

声速相对论

用声速测量接近声速运动的物理现象，其理论推导同相对论完全相同，也可以得到同相对论同样的结果，仅是用声速替换了光速。前提条件：声音介质中声音传播的速度不变。也有类似的钟慢尺缩现象。

波粒二相性实验

声音传播是需要介质的，这是公认的吧！
因此声音传播是需要介质中的粒子发挥作用的！任何波都是，为什么光波我们就需要单独定义？

波速不变原理

在任意一种均匀稳定静止介质中传播的波，相对介质波速不变。
波速的计算方法为：波源发出波到接收器收到波的距离和时间之商。与波源发出波后的运动无关。


环球铯钟实验

以静止在实验室里的原子钟为标准，让一个原子钟绕地球一周，再与实验室里的原子钟比较。实验详情见：http://club.it.sohu.com/read-kpyd-8849-0-14.html
作者用一些相对论公式拟合了结果，结论是："这表明，狭义相对论的时间膨胀效应只有在惯性系中才能给出正确的预言"。就是说本实验不能证明狭义相对论的时间膨胀效应。


第四篇 相对论的限制条件和可扩展性

爱因斯坦提出两条假设：
1、物理定律在一切惯性参考系中都具有相同的数学表达形式。
问题：一辆地面上匀速运动的车上，从车顶，自由掉下一个物体，车上的人，与车下的人所观测到的运动轨迹不是相同的数学表达形式。

2、光速不变原理，在彼此相对作匀速直线运动的任一惯性参考系中，所测得的光在真空中的传播速度都是相等的。
问题：人类没有得到过物理意义上的真空，结论先不争论。是否有更普遍的适用范围？

修正如下：
1、物理学定律在相同的条件下重复实验，具有相同的数学表达形式。可以通过坐标变换进行不同参照系间的转换。
2、在均匀稳定的介质中，任何波的运动速度都相同。换句话说，任何波的运动速度，仅与介质相关，而与波源发出波后的运动无关。

第五篇 证明相对论实验存在的疑问

某种粒子高速时比静止时寿命长

粒子在运动过程中受到的撞击比静止时高出许多，为什么不能是撞击影响？静止的粒子，不断用空气分子撞击，寿命也应延长。

结论

综上所述，相对论入门中的例子，每个都值得怀疑，更为可信的结论是：相对论主要结果是光速观测结果，不等于物理本质，因此它并不是错误的，也是可以通过实验证实的，但它不能准确描述物理本质，是有待完善的理论；波粒二相性是波传递必须依靠的介质中的粒子表现出来的，因此光也是普通的波，与其它波没有本质区别。

开眼了