相对论的光学,力学说法

相对论的光学,力学说法
相对论的光学,力学说法

相对论的光学,力学说法

相对论的关键就是相对,如果站在绝对性观念上就难以理解相对论中的结论.

先看一下光速的问题.

光速不变是实验的结果,不是数学证明和理论推导得来的.它揭示了宇宙中的一个难以让人接受的事实,任何惯性系在宇宙中都是静止的,所谓的运动都是相对的并且是由于空间的变形（弯曲）造成的.

速度是什么：

了解光速前先要对速度有一个了解,这是前提,不知道什么是速度还能说什么东西的速度吗?

在相对论中,速度是两个系统（或两个物体）相对距离改变得快慢的物理量.注意到一定是两个物体.假如宇宙中没有任何其他参照物,只有一个地球的话,任何人都不可能知道地球在宇宙中的速度是多少,因为没有其他物体,没有相对距离的变化.就是说,任何物理离开参照物就不存在速度的概念.这一点非常重要.假如有其它物体存在,那么相对任何一个物体,都有一个相对的速度,因此,它有无限多种速度甚至可以是任意指定说是多少就是多少的速度.

什么是光速：

流动的水面突然落上一个漂浮物,需要一定时间才传到下游一样,这是水的流动速度.

假如在空间一个点上突然出现一个电荷,离这个电荷有一定距离的地方并不会马上发现电荷的出现,而是要经过一定的时间.因为宇宙中的时间和空间是统一的,没有不需要时间的事件.一个事件如果不需要时间,那么它就不存在.就像一个厚度是0的物体不存在一样.

那么这个电荷出现后经过一定时间另一点才知道,传递速度就是场的“流动”速度.

突然出现的电场以球面状向外扩展,假如这个电荷突然消失了,事件也同样的以场速球面状向外传递.经过一定时间观察者才能发现.假如这个点电荷一会出现一会消失,那么这种变化（事件）就会以场速球状向外传递.可见,场并不是静态存在的,而是由场源不停地向外流动的.流动速度就是场速.点电荷上发生的事件会以场速流向外面.

如果点电荷在那发生振动,那么就是电磁波,同样的电磁波会以场速向外传递.

所以：光速＝场速.

场的速度是速度的极限,所以光速也是速度的极限.

速度的极限：

注意在相对论中很多公式中都有光速的存在,公式里的光速已经不是我们认为的光线的速度,而是场速.光线的光速是有方向的,场速没有方向,这是场速与光速不同的地方.场速是一个物体对另一物体作用的恒定速度.两个物体碰撞,之间力的传递速度是场速（我们习惯上还是写成光速c,因为数值上相等）.

现在看一个实例：假定某人推车,车的速度最高能达到多快呢?当然最高不会超过人跑的速度?车如果比人的速度还快人就推不着车了.车没有动力就没了加速度,怎么会超过人跑的速度呢?

因为一切作用力的速度都是场速,一个物体不可能比场速还快,如果比场速快作用力追不上物体了物体如何会有加速度呢?显然物体的速度离场速c越接近,物体受的力就会越小.达到场速c时,物体就不再受力,加速度变成0.

狭义相对论：

了解相对论首先从狭义相对论开始,让我们先习惯相对性的影响.

上图中,一个惯性系A相对参照系O以速度V匀速直线运动.B是A上的一点.

在A点与O点重合时,一光子从A射向B.

在A上看,光子路径是ct' ,从O上看光子的路径是ct ,并且在t  时间内,A移动了vt 距离.

三者的关系是：(ct')²＋(vt)²＝(ct)²,解出来 t'＝t×√(1-v²/c²)

这个关系式解决了两个惯性系之间时间距离的换算关系.很多人据此关系式就说：“高速运动的物体上的时间变慢了”.其实这一说法是针对测量到的时间而高的相对慢了.不是绝对的变慢了.从上面的图我们能看到,速度v 影响的是测量值ct,对ct'  没任何影响,不论v是多少ct'不变,只有ct 会变.也就是说,相对我们高速运动的物体,我们测量到的时间变快了,它的时间比我们测量到的慢.

至此,我想再回过头来看很多人提出的那些所谓“悖论”就感觉没意义了吧?

我们以地球为例：每天有无数有流星掠过地球附近甚至撞向地球.相对那些流星,地球有无数的速度,要是相对速度能改变时间,地球上的时间还有意义吗?A流星是测量地球时间慢了10%,B流星上测慢了20%,C流星上测慢了30%……,地球该咋办啊?

运动是相对的,不是绝对的,因此速度不会造成任何改变.因是一个物体的所谓速度是人为想说是多少就是多少的值.一块手表：相对汽车速度可以是每秒10米,相对飞船可以是每秒10公里,相对流星可以是每秒100公里…….要是相对不同的东西手表的时间就会变,那要手表做什么?

所有的说“速度越快时间就越慢”的人,都没有相对性概念,都是站在绝对论立场上的.忘记了速度是相对的,是任意的.没有绝对速度.

广义相对论：

狭义相对论解决了相对运动的惯性系间的测量换算问题,但是,狭义相对论的前提是匀速直线运动.这里有两个限制：1、没有力的作用,因为惯性系不受任何力,否则就不是惯性系.2、只在沿两物体连线方向上的无限短时间,无限短距离的条件下成立.

上图中：B是一个相对A点作匀速直线运动的惯性系,如果距离够长,时间够长,A相对B的距离如曲线表示,显然不是一个匀速直线运动.距离与时间之比不是常数.

可见,狭义相对论是相对论的微分形式.累积结果需要把每个微分时刻的结累加起来,那就是积分.

广义相对论是相对论的积分形式.

在广义相对论中,有了速度的变化,因此就有了力的作用.

很多人说相对论推翻了经典物理,其实正相反,相对论巩固了经典物理学,并把经典物理学的理论推广到大空间高速度的领域.（参阅：http://zhidao.baidu.com/question/1689933626084672228.html?oldq=1）

在相对论中,力的概念与经典物理学没有区别.F＝ma,只是里面包含了相对性的观念.

我们换一下写法就是：a＝F/m,这个公式是什么意思呢?左边是加速度,右边是“单位质量所受的引力”,即：加速度等于引力场强度.就像电流产生的磁场和永久磁铁产生的磁场是等价的一样.在相对论中,加速度就是引力场强度的值.

那么就有了下面一些结论：

1、质能公式：

F＝ma,两边同乘上距离S就是能量(与经典物理学中的能量概念没区别）FS＝mv².

这里的v是什么?前面说过了单对一个物体来说,速度是可以随意说是多少就是多少的,而一个物体的能量则是恒定的.那么,这里的速度一定是相对任何物体都不变的恒定值,那就是物体自身相对场的速度,场速就是c.所以得到质能公式是：E＝mc².如果没有相对性的概念就意识不到这里的速度是c.

2、时间变慢：

同样的,a＝F/m中的加速度与经典物理学中的加速度概念一样,a＝v/t,所以：v/t＝F/m,

得到：t＝v×m/F,这里的v是什么,当然也是c.所以时间公式就是：t＝c/a.

引力场强度越大时间就越慢.飞船上宇航员的表会比在面慢,原因是发射飞船时强大的加速度造成的.

3、距离变短：

由于光速不变,时间变慢的结果直接导致距离变短.c＝S/t,S/t是一个常数,距离与时间按比例缩短.

4、时空弯曲：

弯曲这个词来源于对一维空间和二维空间的变形描述.

我们平时说的空间是对所有维数的空间的统称.

空间有：0维空间（点）、1维空间（线）、2维空间（面）、3维空间（体）、4维空间（时空）……

0维（点）可以在大于0维的空间（线、面、体）中表示.

1维（线）可以在大于1维的空间（面、体）中表示,但不能在0维空间（点）中表示.

2维（面）可以在大于2维的空间（体）中表示,但不能在1维空间（线）上表示.

……

低维度空间可以在高维度空间中表示出来,高维度空间不能在低维度空间表示.

可见我们身在四维空间,要想感觉空间的弯曲必须在五维空间中表示.这难倒了所有的人.

所以,所谓的“弯曲”只能在理论上表达不能用形象描述.

引力场强度造成了时间的变化和尺度的变化,显然空间不是均匀的,是弯曲的.引力场强度越大,弯曲得越厉害.

5、虫洞：

t＝c/a,当a＝0时,时间无限快,人们把宇宙中引力场强度是0的地方称为虫洞.在那里,时间飞逝,距离为0,“瞬间”可以到达宇宙中的任何地方,但是那里的“瞬间”也同时是其他地方的无限长时间.

6、奇点：

t＝c/a,当引力场强度无穷大时,t＝0,时间变得静止.一切只要有距离变化的物体的速度就是无穷大,那是想象中可以超越光速的地方.