爱因斯坦的狭义相对论到底是什么?如何通俗理解?
狭义相对论,是爱因斯坦对绝对参照系的一维参量,诸如时间、长度、速度,用洛伦兹变换因子(γ),进行相对变化操作的理论。
广义相对论,是爱因斯坦对绝对参照系的三维参量,诸如势能、动能、应力,用二阶微分(▽²)度规,进行相对变化操作的理论。
狭义相对论的背景
著名的麦克斯韦方程:c²=1/ε₀μ₀...(1),
其物理意义:光速c只与真空场的电容率常数ε₀与磁导率常数μ₀有关,与光源毫无关系。
换言之,麦克斯韦学派主张,真空场(即以太)是传递电磁波的载体,光速是场的固有属性。
这在1850s前后,方程(1)显然与科学界“光与光速是来自光源的”的基本认知是格格不入的。
人们认为,既然地球以30km/s的速度绕太阳高速旋转,那么地球上空静止的以太,就一定产生“以太风”,其风速必为v=30km/s。
进而联想,来自光源的一束光,要么顺风以速度v₁=c+v而行,要么逆风以v₂=c-v而行,要么以正交倾斜方式以v₃=√(c²+v²)而行。
于是,1887年,迈克尔逊与莫雷二人做了著名的迈克尔逊莫雷实验,证明了光速c与以太风速度v毫无关系。
为了从理论上解释光速不变现象,1892年洛伦兹独立提出“长度缩短假设”。
历经三年研究,与1895年提出著名的“洛伦兹变换因子”√(1-v²/c²),
即:γ=1/√(1-v²/c²)...(2)
特别注意:
方程(2)是洛伦兹基于长度缩短的纯理论假说,进行数学处理的构造函数,迄今也没有任何实验能够证明长度真的变短了。
爱因斯坦可谓一个物理界的鬼才。他借助洛伦兹、庞加莱、马赫等人的物理哲学。与1905年发表狭义相对论,归结为所谓的两大原理:
第一原理:光在真空的速度不变的,简称“光速不变原理”。
这正是基于迈克尔逊莫雷实验否定以太的结论,而绝非基于麦克斯韦方程(1) 之真空场的固有光速。
其主要蕴含是:静止的以太不存在,麦克斯韦的真空场介质不存在,空间是绝对的虚无。
第二原理:惯性参照系都是等价的,简称“等效性原理”。
言下之意,唯一的绝对参照系S(0,0,0,0)是不存在的,换句话说,相对静止是不存在的,这是“等效性原理的本质”。
参照系都是运动的,只要速度恒定,其动力学方程等效。
换句话说,任何物体皆可以自身为参照系,坐标原点速度就是物体的自身速度。这就从事实上“彻底消灭了物理参照系”。
所有基于S(0,0,0,0)参照系下的经典动力学参数都是错误的,
或者说,是在远低于光速的近似值,而并非所谓的特例。
等效性原理以γ=1/√(1-v²/c²)为操作单元,以物体自身速度v为参照系速度,系列公式如下:
速度变换公式:
①x'=γ(x-ut),y'=y,z'=z,t'=γ(t-ux/c²)。②v'(x)=(v(x)-u)/(1-v(x)u/c²) ③v'(y)=v(y)/(γ(1-v(x)u/c²)) ④v'(z)=v(z)/(γ(1-v(x)u/c²))
尺缩效应方程
△l'=△l/γ,或dl'=dl/γ ,简写:L=L₀γ
钟慢效应公式:
△t'=γ△t,或dt'=dt/γ,简写:t=t₀/γ
质增效应公式:
△m'=γ△t,或dm'=dt/γ,简写:m=m₀/γ
质能转换公式:
△E=△mc²=mc²-m₀c²,简写:E=mc²。
其它相应公式:
按照爱因斯坦的设想,所有的经典动力学方程,都必须修正为狭义相对论方程,例如:牛顿第二定律、动量守恒定律、动能定理。
附:温馨提示
1.迈克尔逊莫雷实验是在地球大气层环境下所为,大气层是地球系统的内空间或子系统。
物系的内空间与子系统,总是随同物系一同运动的,即系统与系统内空间是相对静止的,不存在所谓的以太风假说。
例如,汽车速度、托里彻利真空试管的移动速度、原子内空间移动速度,不可能与地球绕日绕银速度叠加,这是物理基本逻辑。
因此,无论怎么实验,也不可能证明以太的存在与否,这是科学界的一大盲区,希望国人不要盲目跟风。
2.迈克尔逊莫雷实验、洛伦兹变换构造函数、狭义相对论,三方面依据所谓的“光波是光源发射出来的”是不成立的。
前沿科学已经证实:光波/光子/光量子是真空场固有的。
3.在推导质增效应与质能转换方程时,爱因斯坦对质量进行微积分,显然是不可以的,因为质量不是连续性变量。
4.那个以物系自己为参照系的自速度v,又是以什么参照系为测量基准的呢?
我想,读者自然会脱口而出是绝对参照系S(0,0,0,0)。仅此一点,就成了狭义相对论的死结。
5. 狭义相对论,与广义相对论,迄今还是一个理论假说,并未得到公认。尤其应用物理科学界与工程技术界皆不以为然。
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