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物理学中的空间与时间（3）——‘钟慢’和‘尺缩’现象的物理解释: chenfap 2009-12-23 08:33; 物理学中的空间与时间（3）钟慢和尺缩现象的物理解释 (请注意，本文较长，因不熟悉传图片方法，致使两图片之间，空格太多。请不要忽略空格下的图文。）三、牛顿的时、空观与狭义相对论的时、空观牛顿在《自然哲学的数学原理》一书中是这样表达他的时、空观:绝对的、真正的和数学的时间自身在流逝着，而且由于其本性而在均匀地、与任何其它外界事物无关的流逝着；相对的、表观的和通常的时间是通过运动来进行量度的，我们通常就用诸如小时、月、年等这种量度以代替真正的时间。绝对的空间，就其本性而言，是与外界任何事物无关永远是相同的和不动的；相对空间是绝对空间的可动部分或者量度。从牛顿的上述表达中可以看出，牛顿认为存在绝对空间和绝对时间。牛顿所说的绝对空间是与外界任何事物无关永远是相同的和不动的；物体在绝对空间的运动称为绝对运动。后人把绝对空间看成是一种无质量的以太介质，并认为电磁波是以太介质的振动传播现象。电磁场理论和光波实验研究，否定了以太介质的存在，加以在物理学上无法测出绝对运动；不能不使人怀疑绝对空间是否存在？牛顿所说的绝对时间是自身在流逝着，而且由于其本性而在均匀地、与任何其它外界事物无关的流逝着的。可是在物理学上无法量度这种绝对时间；也不能不使人怀疑绝对时间是否存在？牛顿虽然也谈论相对空间，但他只是从量度位置和运动的需要提出相对空间的概念。量度位置和运动的变化都需要参照系（包括用作参照系的物体、坐标轴和直尺），按照不同参照系所定出的不同空间都是相对空间。量度运动变化还需要时计，钟表、地球自转、月球绕地转动、地球公转都可用作时计，由这些时计可分别量度出以小时、日、月、年表示的时间。按照不同时计所定出的不同时间都是相对时间。在物理学中，参照系还要包括时计。牛顿虽然提出了相对时间和相对空间的概念，但他对相对时间和相对空间分别作了下述基本假定： 1），假定时间的进程与所采用的参照系无关这个假定意谓着一切参照系有着统一的时间量度。如果我们采用一些内部结构完全相同、标度也相同的计时器，并且假定计时器指针读数与计时器的力学运动状态无关。把这些计时器互相校准后分别放在一些不同的参照系中，都对某两个事件之间的时间间隔进行测定；则测得的结果是相同的，这意味着同时性具有绝对的意义。就是说，如果对某一参照系来讲，有两个现象是同时发生的，那么对任何其它参照系来讲，这两个现象也是同时发生的。 2），假定同时发生的两事件的空间距离（如直尺的长度）与所采用的参照系无关按照这一假定，不同参照系中的观察者（相对该参照系静止）用各自的量尺测量同时发生的两事件的空间距离，所得结果必定相同（当然，不同参照系中的量尺之单位长度应当彼此相等；要保证这一点需要事前对量尺进行校准。例如分别静止在两个不同参照系中的两把量尺随各自参照系运动，若相互紧密靠近时可通过直接比较来进行校准）；因之，物体的线度与所采用的参照系无关。上述两条基本假定是物理的假定，它们是否正确必须经受实验检验。许多物理事实告诉我们，当物体的速度远远小于光速时，上述两条基本假定可认为近似正确；但当物体的速度足够大时，上述两条基本假定便不正确，因之牛顿的时、空观便被狭义相对论的时、空观所代替，牛顿力学理论便被狭义相对论所代替。狭义相对论的时、空观认为： 1），时间的进程与所采用的参照系有关； 2），同时发生的两事件的空间距离与所采用的参照系有关，因之，物体的线度与所采用的参照系有关。 3），空间和时间紧密结合，具有4维时-空度规（对于牛顿力学理论，空间和时间松散结合，不存在4维时-空度规，只具有空间度规和时间度规）。按照狭义相对论的时、空观，在狭义相对论中可导出钟慢和尺缩现象。当然，狭义相对论的时、空观和狭义相对论是否正确也必须经受实验检验。目前的情况是：狭义相对论的时、空观和狭义相对论已经受过一些实验检验；但由于出现了一些新的情况，还需要进行更多的实验检验。应当强调，仅根据现有的某些理论分析和某些实验、观察，还不可能否定狭义相对论的时、空观和狭义相对论。由于我们我们日常生活所接触到的物体的速度总是远远小于光速，因此便很容易接受牛顿的时、空观，而难于接受狭义相对论的时、空观；在学习或怀疑狭义相对论的时、空观时，应当注意这个问题。四、钟慢和尺缩象的物理解释对狭义相对论的时、空观和狭义相对论的基本内容，在前几次博文中，已作过一些介绍，下面我们着重讲讲钟慢和尺缩现象的物理解释。为便于解释，我们采用光钟作为时计。下图是光钟的示意图。有两平面反射镜，相距为d，令光（或光子）在两反射镜之间来回反射，一个来回反射（例如从下镜反射至上镜，再反射至下镜）算作一周期T=2d/c (c为光速)，量度周期的次数，就可用以测量时间。首先指出，光钟的一个周期就是在同一镜面接连反射的两个事件之间的时间间隔，下面说明，这一时间间隔与所采用的参照系有关。; 个人分类: 未分类|4679 次阅读|13 个评论

如何判断‘尺缩’‘钟慢’的真假？: chenfap 2009-11-25 14:19; 如何判断尺缩钟慢的真假？在网上常常可以看到批判狭义相对论中尺缩钟慢现象是假科学结论的博文。尺缩钟慢现象是真是假？这是个科学问题，应当而且可以由科学研究和科学讨论来解决。实践是检验真理的唯一标准，尺缩钟慢现象的真假也应当由物理实验来进行检验；这方面的物理实验已有一些，但还不够充分，因此我建议有条件、有兴趣的研究者去开展这类物理实验。除了进行实验外，对科学研究也不可缺少的研究方法还有归纳和演绎。本篇博文只着重谈演绎推理。什么是演绎推理? 所谓演绎推理，就是从一般性的前提出发，通过推导即演绎，得出具体陈述或个别结论的过程。演绎推理的前提与结论之间有着必然的联系，只要前提是真的，推理是合乎逻辑的，就一定能得到正确的结论。演绎推理是数学中一种严格的推理方法，其光辉的例子是欧几里得几何学。中国传统文化缺乏比较严密的逻辑推演学，中国古代对事物规律的描述多是采用比喻，而不是逻辑推演。杨振宁先生认为这是近代科学为什么不能在中国产生的原因之一。尺缩钟慢现象就是由演绎推理得出的结论；其逻辑结构是这样的：以狭义相对性原理和光速不变原理为前提推出罗伦兹变换公式，再以罗伦兹变换公式为前提推出尺缩钟慢现象。刚才说过，演绎推理的特点是，只要前提是真的，推理是合乎逻辑的，就一定能得到正确的结论。因此，只要狭义相对性原理和光速不变原理是真的，推理是合乎逻辑的，则所推出的结论就必然正确。目前的情况是：狭义相对性原理没有人怀疑，光速不变原理有人怀疑不正确。只要光速可变和不存在相互作用传播的极限速度（即使超光速存在，只要相互作用传播速度有极限，狭义相对论仍可重建），狭义相对论、罗伦兹变换公式和尺缩钟慢的结论就都不正确。可是，虽然发现可能存在超光速现象，但它的确信度还并不高，而且还不能肯定不存在相互作用传播的极限速度；因此还不能说，狭义相对论、罗伦兹变换公式和尺缩钟慢的结论不正确。应当指出，推导罗伦兹变换公式及尺缩钟慢现象时所用的数学推理是合乎逻辑的。这里需要解释一下，爱因斯坦在他提出狭义相对论的最初论文中，在推出罗伦兹变换公式时存在一些错误，这当然是爱因斯坦的缺点，但这不能否定他发现相对论的功绩。人都要犯错误，爱因斯坦也不例外。但我认为目前学术界公认的狭义相对论的理论体系是完整的、在逻辑结构上是严密的，这是一百年以来几代物理学家所共同建立的理论体系；这也是我所指的狭义相对论的理论体系。我们应当相信这几代物理学家的共同智慧，相信他们的数学推理是合乎逻辑的。要知道，这一百年来正是物理学大发展和科技大发展的时期，如果认为处于这个时期的几代物理学家不仅没有发现狭义相对论的错误，居然连推理都不合乎逻辑，以致要等着让你去纠正，是否太小看了这一百年来物理学的前辈? 总之，尺缩钟慢现象是真是假？是个科学问题，是可以由科学研究和科学讨论来判断和的解决的。如果光速不变原理是真的，则尺缩钟慢现象就客观存在；如果光速可变和不存在相互作用传播的极限速度，则狭义相对论、罗伦兹变换公式和尺缩钟慢的结论就都不正确。目前对光速是否可变和是否存在相互作用传播的极限速度尚都不能肯定，有必要多进行一些实验、观察研究来检验狭义相对论，但不可贸然地扬弃狭义相对论，更没有理由把它打成伪科学、假科学，真宗教。尺缩钟慢现象是真是假？既然是个科学问题，就应按照科学方法来解决，要重事实，重说理，那些打倒、清算、解放之类用于革命暴力的文字不应出现。; 个人分类: 未分类|5730 次阅读|2 个评论

对‘尺缩’和‘钟慢’效应的重新推导: 热度 1 chenfap 2009-10-15 07:06; 对尺缩和钟慢效应的重新推导狭义相对论的尺缩和钟慢效应，在许多介绍狭义相对论的教本中都有讲述。我曾在博文《牛顿力学时空同狭义相对论时空的差异》中，用与通常教本中稍微有些不同的方法，推导过尺缩和钟慢效应。但由于写得匆忙，文中出现了错误，谨向看过那篇博文的网友表示歉意（人老体衰，精力不行了，请网们谅解）。鉴于后续博文还要讨论尺缩和钟慢效应，故重新推导如下：; 个人分类: 未分类|10451 次阅读|5 个评论

再谈‘尺缩’和‘钟慢’的物理根源 (什么叫物理根源?（二）): 热度 3 chenfap 2009-10-13 13:14; 再谈尺缩和钟慢的物理根源 (什么叫物理根源?（二）) 在博文《什么叫物理根源?（一）》中，只讨论了牛顿力学，本博文将讨论狭义相对论。大家知道，狭义相对论系建立在光速不变原理和相对性原理基础之上的；由这两个原理可推出洛伦兹变换，再由洛伦兹变换可导出尺缩和钟慢的效应。于是，光速不变原理和相对性原理是尺缩和钟慢效应所赖以发生的基本规律；因此，按照《什么叫物理根源?（一）》文中对物理根源的解释，光速不变原理和相对性原理应当可以说是尺缩和钟慢效应之物理根源。进一步研究表明，光速不变原理以及相对性原理又都可由下述狭义相对论的时空特性推出。至于相对性原理与时空特性的关联，请参考文献。按照《什么叫物理根源?（一）》文中对物理根源的解释，上述狭义相对论的时空特性当然可以说是光速不变原理和相对性原理之物理根源；而且是尺缩和钟慢效应之更深刻的物理根源。请注意，这些分析让我们在狭义相对论中也看到物理现象的物理根源往往可追究到时空特点。狭义相对论中的尺缩和钟慢效应是理论的推论，推论的前提就是光速不变原理和相对性原理或上述狭义相对论的时空特性；这些前提都是建立在实验基础上的假说。如果这些前提都是正确的，则结论必定正确；即尺缩和钟慢效应必定出现！要尺缩和钟慢效应不出现，除非这些前提是错误的。如何知道这些前提是错误的呢？只有去做实验，加以验证。因此要反对狭义相对论就必须多做实验。参考文献 Landau L. D. and Lifshitz E. M. 1975, The Classical Theory of Fields, Translated by Hamermesh M., Pergamon Press, Oxford. 福克.1965，空间、时间和引力的理论，周培源等译，科学出版社，北京.; 个人分类: 未分类|5796 次阅读|18 个评论

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