相对论逻辑基础探讨

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1、相对论逻辑基础探讨纪黎明Jiawei36@163.com摘要：分析了相对论的逻辑矛盾，并提出了逻辑自洽的解决方案,指出“拖曳说”才是摆脱困境的唯一出路关键词:相对论光速不变原理相对性原理拖曳说一.引言相对论是二十世纪物理学最重大的成就之一，它的产生不仅仅是物理学上的一次革命，同时对整个科学技术的发展都起了非常巨大的推动作用，它解决了许多历史上遗留下来的疑团，把人类思想带入了一个崭新的领地，唤起了人们对时间和空间进行更深入地思考，是人类思想史上的-•个伟大胜利,从这-•点上说,它还是有积极意义的。但是

2、，从它诞生至今，也带给了人们太多的困惑和争议。二.光速不变原理的考察在狭义和对论里，有两个重要的基石，一个是相对性原理，一个就是光速不变原理。其中光速不变原理是人们探讨最多的一个话题。我们先来简要回顾一下光速不变原理是如何产生的，十九世纪，人们对电磁学已经积累了大量的经验知识和丰富的感性认识，在前人大量实践工作的基础上，麦克斯韦把这些从实验中得來的经验关系式数学化，系统化，建立了完整的电磁学理论，从该理论他还得出光是一个特殊频段电磁波的结论。在物理学上，光是一种最独特，最关键,最普通，也是最神秘的研

3、究对象了，近代物理几乎每一场重要革命都rti它引起，人们对它的本性至今仍然揣摩不透。爱因斯坦在给贝索的信中说“整整五十年的自觉思考没有使我更接近于解答光量子是什么的问题“。不过，麦克斯韦把光看成电磁波，当吋的人们已经认为揭示了光的本性，既然光是电磁波，而在人们所认识的范围里，波总是有载体的，这样，自然就会有人要问“电磁波的载体是什么呢”？根据电磁波的性质，有人认为，这种媒质应该是看不见，摸不着，存在于真空中，渗透在一切物质中，质量极轻而刚性极大的弹性媒质，称为“以太”，并把它与牛顿力学中的绝对空间联

4、系起来，牛顿曾说“绝对空间就其本质而言是与任何外界事物无关的，它从不运动，并且永远不变”。既然牛顿经典力学认为时间，空间都与观测者的相对运动无关，绝对不变，所以自然可以产生这样的想法，一定存在一个与绝对空间相对静止的绝对参照系，但是“力学相对性性原理”又认为一切惯性系都是平权的，即一切力学规律在相互做匀速运动的惯性系内部都是相同的，不能用任何力学方法來判定不同惯性系中哪个是静止的，因此，把“以太”同绝对参照系联系起来无疑是一种非常高明的想法，它把物理学中两个最重要，最基本，而又毫不相关的理论联系在一

5、起，如果它是正确的，其意义将是巨大的，自然也吸引了不少人试图从实验上证明这种想法的正确性。而迈克尔逊，莫雷正是这些人中最为杰出的两个，1887年他们两人所做的实验，证明这个想法是错误的。他们的实验结果完全出乎所有人的预料，人们原本期望能从这个实验观测到地球相对丁绝对参照系的运动，但是实验结果却表明，光速沿各个方向是各向同性的，地球似乎是静止在“以太”中的。关于他们的实验详细情况，我们不再重复。为了解释这个实验结果,人们提出了许多假说，比较著名的有“射击说”，“拖曳说”，“空间收缩说”等。“射击说”无

6、法解释双星观测的结果，“拖曳说”则在解释光行差中遇到巨大困难(不过在后面我们将证明前人的看法是错误的)，“空间收缩”假说是斐兹杰拉和荷兰物理学家洛仑兹(H.A.Lorentz)提出的，这个假说仍然保留以太，但是认为运动物体沿运动方向长度发生会收缩，从这个假设可以解释边克尔逊-莫雷的0结果实验。洛仑兹还进一步提出了一套坐标变换式，并证明在这个坐标变换式里，麦克斯韦方程组的形式保持不变，真空光速在所有惯性系中都为常数。他在这套变换式里不仅重新修正了空间的定义，还重新修正了时间的定义。也只有如此才能保证麦

7、克斯韦方程组在不同惯性系变换下保持不变。其实，如果仅仅为解释迈克尔逊-莫雷的实验结果，只需要“空间收缩”这个假说就足够了，没有必要再修正时间的定义，但是光速不再是一个常数，麦克斯韦方程组的形式在不同惯性系中也不再保持不变。当然，以当时人们的知识水平，没有任何理由要求光速在所有惯性系中都为常数，麦克斯韦方程组的形式必定不变，而放弃绝对参照系假设。洛仑兹提出这套变换式，仅仅是为了满足一些数学上的要求，当时并未考虑到它的巨大意义和深远影响。人们反对拖曳说的一个主要原因在于光行差现象，认为拖曳说不能解释光行

8、差现象。光行差指的是运动观测者在用望远镜观察恒星时，由于相对运动，要将望远镜倾斜一定角度，即光行差角。但是我们认真分析发现，所谓拖曳说与光行差的矛盾并不是真实存在的，因为当介质相对光运动时，等效于介质与光的入射角增大了，从而折射角也变大，即由和对运动引起一个附加折射，考虑到这个机制后恰恰可以得到观察结果。由折射定律nisinii二rhsini?我们假设地球周围存在一种光媒质，可以随地球一起运动，至于这种媒质的名称，我们暂且仍使用传统称谓“以太“。当光线进入地球随动以太