解 析 相 对 论 - 浏览网

《解 析 相 对 论 - 浏览网》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、相对论的时间与空间结构—太阳系的相对论运动和相对论效应（38/38）20071121相对论的时间与空间结构—太阳系的相对论运动和相对论效应程卓刚关键词时间空间相对论太阳系第一定律第二定律哈勃红移γ射线爆多普勒效应宇宙微波背景辐射暗物质摘要相对论是建立在两个基本定律基础上的时间、空间结构体系。爱因斯坦相对论是结构性相对论的狭义形式，存在不可避免的理论缺陷。太阳系的相对论运动包括经典轨道运动和太阳系极向周期运动，后者可以为哈勃红移、γ射线爆、宇宙微波背景辐射、暗物质等观测现象提供动力学解释。天体系统的轨道运动不依赖引力质量。对于太阳系相对论运动的解析结果不支持标准宇宙模型理论。数学逻辑与物

2、理逻辑的统一毋庸质疑。数学时空与物理时空是否同一、统一？这个问题对于经典力学体系没有意义，因为它的时间、空间是静止、永恒的，物理时空与数学时空同一，因而必定统一。爱因斯坦相对论打破了经典力学时空间的恒定，认为物理体系的时间、空间与系统的运动状态有关。数学时空与相对论物理时空是统一的。那么，相对论物理时空与数学时空是否同一？爱因斯坦提出著名的质能等价关系E=mc2，认为质量系统m的相对论动能由Ev=mc2/η、η=(1-v2/c2)1/2确定，而不是经典力学动能形式Ev=mv2/2。作为狭义相对论的重要内容，质能等价关系以及相对论动能已被证明（1）。认真地分析E=mc2和Ev=mc2/η

3、的定义形式，我们发现数学时空与相对论物理时空虽然统一，但并不同一。相对论物理时空与数学时空不但彼此分离，而且相对运动。一、数学时空间与物理时空间的定义关系设计一个绝对静止的数学系统Ψ0。38（38/38）相对论的时间与空间结构—太阳系的相对论运动和相对论效应（38/38）20071121如果质量为m（m>0）的系统Ψ相对于Ψ0静止，该系统的动能由Ev=mc2/η给定，当v=0时，η=(1-v2/c2)1/2=1，Ev=mc2只能以能量形式存在，而能量的速度为光速，在Ψ0上定义为c。这里出现了一个奇怪的定义形式：系统Ψ在Ψ0上定义的数学速度v=0，它在Ψ0上同时定义的物理学速度却是v=c

4、，这种奇怪的定义形式反映一个基本的物理事实——纯粹的物理能量以光速运动。为避免在一个时空坐标系上既定义v=0又定义v=c，必须考虑建立物理学坐标系Ψp，要求物理能量系统ΨE与Ψp重合，符合这样的定义原则：数学坐标系（Om）与物理学能量坐标系（Op）的相对运动速度为光速c，如图1。图1数学坐标系与物理能量坐标系的时空间关系图1中，数学坐标系Om与能量坐标系Op相互定义的位移速度一致，同为光速c。Om与Op之间的距离由X=ct0确定。如果系统Ψ相对于Om的速度为vm，c>vm>0，则其相对于Op的速度为vp，vp=c–vm。同样，Ψp定义的速度vp在Om上的定义形式为vm，vm=c–vp。

5、迈克尔逊—莫雷实验（Michelson—Morleyexperiment）证明在两个相互垂直的方向（地球自转的切向和径向）上38（38/38）相对论的时间与空间结构—太阳系的相对论运动和相对论效应（38/38）20071121光速不变。其后的一些相对论实验则证明光速在空间各个维度上等值并且不会因为系统运动状态的改变而发生变化。因此，如果系统Ψ相对于数学坐标系的运动速度为vm，在运动方向上相对于能量坐标系的速度为vp，则vm在任意方向上相对于光的速度都是vp，包括vm的相反方向：c-vm=vp，c+vm=vp，c2-vm2=vp2，c2=vm2+vp2。设：vp=avm，则：c2=vm2

6、+vp2=vm2·(a2+1)，a2=c2/vm2-1。a=±(c2/vm2-1)1/2=±(c/vm)·(1-vm2/c2)1/2。vp=avm=±c·(1-vm2/c2)1/2=±ηmc，ηm=(1-vm2/c2)1/2。同理可得vm=c·(1-vp2/c2)1/2=ηpc，ηp=(1-vp2/c2)1/2。vp、ηm与vm、ηp的定义形式协变，并且ηm2+ηp2=1。同理，如果能量坐标系时间为tp，数学坐标系时间为tm，则：ctp-vmtm=vptp，ctp+vmtm=vptp，(ctp)2-(vmtm)2=(vptp)2。设：vp=avm，tm=btp，则：(c/vm)2=a2

7、+b2。∵a2=c2/vm2-1，∴(c/vm)2=(c/vm)2-1+b2，b2=1，b=±1，tm=btp=±tp。既然tm=±tp，则c2=vm2+vp2与采用的系统时间无关，所以对于经典力学成立。系统Ψ满足c2=vm2+vp2的运动轨迹为圆。根据相对论原理，系统Ψ不能在图1（右）所示的圆轨道L上运动，因为这样的运动要求系统Ψ的轨迹速度v=L/t0=2πX/t0=2π·c>c，违背相对论光速极限意义。系统Ψ符合相对论原则并且满足c2=vp