相对论吧 关注:85,987贴子:1,192,987
  • 6回复贴,共1

与lgxysl商榷,真的不需要光速不变原理?

取消只看楼主收藏回复


@lgxysl
有一帖,http://tieba.baidu.com/p/1392749901
谈《狭义相对论的再认识》在此文中,lgxysl 先生写到:

一般而言,狭义相对论的基本假设有两条:1相对性原理;2光速不变原理。但本文以狭义相对论为题,并不打算沿着这两条主流假设,而是引入另外的假设,并从这个假设出发,推导出下面的结论:
1物理时空构成一个黎曼空间;
2一个粒子的世界线线元长度及与之对应的固有时时间只比是一个标量;
3两个惯性系之间的普适的变换关系。

本人想就结论2以及lgxysl的论述发表点看法,进而看看lgxysl的论述是不是没有使用光速不变原理这个假设。
声明一下,本人不才,非专业非大学学历人士,胆敢说,所以往往说错。好在这里专业人士不少,说错了会有人指出,大家也都有判断能力。



IP属地:北京1楼2012-01-31 00:08回复

    lgxysl先生认为:

    对于一个粒子,它在时空中的全部历史构成了时空中的一条曲线,这条曲线被称为该粒子的世界线,而粒子的世界线的线元的长度则为dL=√(-ds²),一个粒子在它的一段世界线线元上所经历的时间,称为该粒子所经历的固有时长dτ,……在坐标变换下,它是一个不变量。对于一个粒子的一段世界线元的长度dL=√(-ds²),因ds²是一个不随参照系变化的标量,所以dL也是一个标量。于是,世界线元的长度dL与相应的固有时长dτ的比值,也是一个不随参照系变化而变化的标量,即c=dL/dτ中的c是一个与参照系无关的标量。

    粗读,这段文字并无不妥,与狭义相对论的结论似乎没啥不同,但却是经不起细读的。
    首先,世界线的线元的间隔(lgxysl先生称为长度,广义的理解也不妨)为:
    dL=√(-ds²)
    这意味着世界线的间隔是可以度量的,也就是说x0,x1,x2,x3有着相同的量纲,否则,若x0是时间的量纲,x1,x2,x3ss是长度的量纲,那dL就是无法度量的,也就是间隔(或广义的长度)是无法度量的。
    为了能够定义dL,也就是能定义间隔ds²,必须让x0与其它三个坐标量有着相同的量纲。这样对应到时空,x0表示时间量t,那t就必须乘上一个有速度量纲的常数C,也就是x0=Ct。这个常数C必须是参考系无关的,否则又会人为地引入与参照系有关的函数,显然是不行的。
    好在,相对论有个前提,那就是光速不变,光速c正好满足这个要求。所以才可以定义x0=ct,进而可以定义间隔s²,时空中的曲线包括直线变得可以度量了,也就是dL变得有意义了。
    实际上我们知道,在时空中粒子的世界线的间隔,或者线元dL就是粒子的原时dτ,也就是说在相对论下有dL= dτ的结论。
    所以,lgxysl认为其文中没有使用光速不变原理,其实是隐含地使用了一个常数,若x1,x2,x3是长度的量纲,那这个常数则有速度的量纲,而且是与参考系无关的,那它当然是就是光速c。


    IP属地:北京2楼2012-01-31 00:08
    回复
      2026-09-11 03:02:10
      广告
      不感兴趣
      开通SVIP免广告
      他应该看出那就是一个意思,他在原帖8楼说:
      “有了dx^0=cdt,就够条件推出洛变了。而有了洛变,就可以推出能量动量张量关系式,由能量动量关系式,就可以推出c和静止质量为0的粒子的速率相对应了。静止质量为0的粒子,光子就是其中的一种。这样,光速不变就成了推论。”
      有了dx^0=cdt,当然还必须dx'^0=cdt'有就够条件推出洛变了,但这总是讨论时空问题是物理,这个c总不会是没有物理意义速度量纲的常数吧?
      当然我们若是坚信相对性原理,光速不变就不是必须的前提,相对性原理用到电磁学,从麦氏方程可以推出光速不变,也就有了一个常数c,应用相对性原理,和这个相对性原理得到的常数c,就可以推导出洛仑兹变换。
      总之必须要有个假设,这个假设就是要存在一个与参考系无关的速度为量纲的常数。
      或者我们问一个这样的问题,假定我们针对伽利略变换,是不是可以定义一个是常数C,只不过这个常数仅仅是个常数,没有物理意义,也分别定义x0=Ct,x'0=Ct'定义度规是(1,1,1,1),而不是(-1,1,1,1)能不能推导出同样协变的结果呢?
      


      IP属地:北京4楼2012-01-31 01:42
      回复
        对。所以2楼我说:“实际上我们知道,在时空中粒子的世界线的间隔,或者线元dL就是粒子的原时dτ,也就是说在相对论下有dL= dτ的结论。”实际是dL=cdτ。
        当然更严格些,在c=1下,dL=ds=diτ,粒子世界线的线元是类时的,是个虚数。相应的,x0=ict,度规就是(1,1,1,1)。


        IP属地:北京7楼2012-01-31 10:25
        回复

          处理,那dL ds²等式子就毫无意义。也无从定义间隔或者您所说的“长度”这个概念。
          所以,必须要对时空坐标进行改造,要用到一个常数c,或者将x0定义为ct,或者将空间坐标写成x1=X1/c…。否则,dL,ds²就无法定义。
          当然,这个c,可以先不说它是光速,但是总是一个与参考系无关的常数吧?若是时空问题,而且变换是线性的,那这个常数一定是有速度的量纲(或者速度量纲的倒数)。这不是又是一回事了吗。
          或者您会说,x0,x1…..定义的时候就有着相同的量纲,这也可以。但,对于粒子的世界线来说,这已经是纯物理问题,而不是纯数学问题了。对于粒子的世界线,dL=cdτ是由于c是个不变的速度,也是洛仑兹变换的结果,这个是需要证明的。而不能本末倒置。
          “是由于时空的结构,导致了“光速不变”,而决不是由于“光速不变”导致了时空结构。时空结构是“本”,光速不变是“末”,“本末倒置”不好!”
          时空属性是物理现象决定的,时空上研究时空变换,其几何流型是由客观的物理定律决定的,没有研究对象也就无所谓时空结构。正是物理上存在一个参考系无关的速度常量,才使得洛仑兹变换的存在。所以,我要说的正是不能本末倒置。
          供参考吧。


          IP属地:北京20楼2012-01-31 14:14
          回复
            10楼确实需要删除。


            IP属地:北京21楼2012-01-31 14:15
            回复
              你无意讨论,就此打住,各自的意见说清楚就好。我的意见仅供参考。


              IP属地:北京22楼2012-01-31 14:17
              回复