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狭义相对论的对与错刘双林(弋阳县江西上饶,334400)摘要相对论是青少年最感神奇,也觉得最为难懂的科学理论然而,由于相对论的时空观念与经典物理学以及人们生活中的直观感受有很大不同,老师和同学往往觉得理解上非常困难对于同学提出的五花八门的问题,老师感到难以招架为了能够对大学和中学的相对论教学有所帮助,本文在纯粹的三维几何逻辑中,假设坐标系中一切光速恒定为(在物理意义就是共同约定光速为标准速度单位),解出“1”1“洛伦茨变换式”,得到《狭义相对论》的几何原理,帮助老师和同学们真正理解《狭义相对论》的坐标变化、速度变换、质能方程,并清晰地看出狭义相对论的对与错,以促进相对论的研究和发展关键词相对论,光速不变,洛仑兹变换,质能方程PACS:
03.
30.+P几何应用题1坐标系S以“时钟O”为坐标系原点,以“时钟012*0广为正x轴上一点,“时钟P[CQ]”为xOy平面正y方向上一点,建立坐标系S如下图1“时钟0”与“时钟相遇发出“光子0”依次经“时钟P”、“时钟0”、“时钟0,”、“时钟0”反射到“时钟0”;“光子0”从“时钟P”运动到“时钟0;“光子P”从“时钟”发出经“时钟P”反射到“时钟0”;“光子P”从“时钟0”发出经时钟P”反射到“时钟0R“时钟0”始终静止在原点0(0,0,0)如下表1表1时钟(周期)读数光子S系(单位m0)S系(单位Hi,)00P00P P坐标坐标时坐标时坐标0000,0010,0泮cq Pox0,y0Cto PoToM2cto a0/u/c0,02ct000,0K/”7c4oao,O2c匕8如0o/«/c0,02ct,0,0%/”7c8obo,O2ct2Ss,O s/u/c0,0ct-r J00,0«7u7c Aa,Oct1-r J4a,0a/u/c0,0CT P3Ct ctPWeV+rf JBb,O b/u/c00,0Ct+r00,0b/Q/ccuOu,0t
0.to.0a0bos.0a0bo.ym0=ymof.y0m0=y0mo假设“时钟0”、“时钟0,”、“时钟P”的周期始终都恒定分别为他、km、mp;“时钟0”静止,“时钟0”、时钟P”始终保持匀速直线运动速度分别为u/c、v/c;“光子0”、“光子0”、“光子P”、“光子,”的速率始终都恒定且相同为1;真空中“光子0”、“光子0,”、“光子P”、“光子P为直线运动,直至发生碰撞则有-2kcto-2kct\~2k32~Act-一kctl+r_JX_a2+y2+62+y2_42+y2+一斤+y2_2+y2_2油+疗一~cf+r-k,cV-r—~~kct+r-ct-r-~ct+r-ct-r-Zct^―_-a/+yj+JXQZ+%2_2bo_b°_b0+s2kcto2ct1-2ct02cti-2kct\2kct2-2kct\同理以“时钟0为坐标系原点0,以“时钟O[2ct0]v为负X,轴上一一点,”时钟为平面正方向上一点,建立坐标系且坐标系中假设时钟、“时P[cW xOJy SS0钟0”、“时钟P”的周期始终都恒定分别为mb、km0mp;时钟0静止,时钟0”、“时钟P”始终保持匀速直线运动速度分别为W/c、v/c;“光子0”、光子0”‘、”光子、“光子的速率始终都恒定且相同为真空中“光子、“光子”、“光P”P”1;0”子、“光子为直线运动,直至发生碰撞则有P”P”,/Q,_JUCZkcto2kdl-kct-rkct4-r_W_a2+y,2+Jx,2+y,2_4,2+y,2+JQ,_y2+y,2_2,丁+y,21―{ct+r-ct-r~~kct4-r-kct-r~~ctr+丁一”一尸2y/x,02+/02JW-a二尸+yf+卜:+八2_优一/_-bo_-2bo2ct^=2kct0=2kct\-2k叫=2k!ctx-2ct\=2ct2-2cl\已知cuOu,,0t0»to,0a0b0s,0b^,ym=ymoy0m0=y0mof.则可以解得:%一叫,=y0k=k,u=-u.t~/cl-u2/c2Hi八一Nl-W/ct-ux/c2,x-ut,y,zkl一史2Xkl-”z/c2ykjl-w/dk/l-u^/c^2《狭义相对论》效应速度变换式
2.1已知“一4“y-y0Z―y/.x-X=O•V2+=•y-y02+z2£Tot-to3,=♦«£-x,o2+_—y,oz+z,2xc-c0ye-tJzt_Vq•--r0,则得rVx-u,VyV1-u2/c2vzy/l-u2/c2,r—l-u2/c2l-v2/c2vx=7-
7.Vv,=—-rrr-,V2=--rrr-.V=C1r;r-rr;1-uvx/c21—uvx/c21-uvx/c2I1—UVx/c2y动钟变慢(质能方程)已知
2.2r-T0mF=t-t0mo,t-r/m]=f-乙加,,则得:洛仑兹变换
3.3-1-UVX/C2~Jl-」2/c2-V/1-Vx2/C2假设y0=%则得S/1-u2/c2*-u2/c23《狭义相对论》基本标准31对钟・坐标系,光信号发出真空中直线传播被反射真空中原路直线返回,起止时间的中间值为到达反射点的时间如下图2图2坐标系中,静止在点的“时钟发出一光或者无线电播信号直线传S0O[C0]”播到静止在点的“时钟后直线反射回到“时钟则设置以此s S[E”0—e=e+g/2方法,将惯性系中所有的静止时钟进行同步设置基本物理标准
4.2
①时间所有坐标系中,都设定中心原点处时钟的周期记数为时间
②空间所有坐标系中,都设定光运动的时间为光运动的轨迹线长度
③速度所有坐标系中,都设定物质的位移与时间的比值为物质的速度
④质量所有坐标系中,都设定一条光线物质的长度为质量
⑤动量所有坐标系中,都设定一条光线的首尾线段连线长度假设为动量总结与启示4从上面的的分析知道
①“光速不变”是一个公约,是一个基本标准的统一规定,不是自然规律,是不能证明的、也不需要证明的一切参考系中一切光的速率都约定为“1”,与光源的运动无关,与观测者的运动无关
②“相对性原理”是几何定理,洛伦茨变换、速度变换和质能方程是可以纯粹数学几何证明的绝对正确的数学几何定理;所有数学几何定理在一切坐标系中都有相同的数学表达式实践物理实验是检验真理的唯一标准,一切检验“光速不变”的物理实验其实都是用“光速不变”标准来检验标尺是不是等效,时钟是不是同步;而不是用“标尺时钟”来测量“光速”“双生子佯谬”的哥哥一去一返,因为位移为所0,以速度为没有时空的改变,哥哥和弟弟的时间是相同的,应为真谬0,参考文献赵峥.相对论百问北京师范大学出版社
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31.刘璇.相对论的解读数字化用户,
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