双程光速不变和洛伦兹协变性

狭义相对论的巨大成就并不在于用狭义相对性原理和光速不变原理两条基本假设导出了洛伦兹变换,而在于进一步指出洛伦兹协变性是物理理论成立的普遍条件,从而使相对论原理成为一个普遍的原理,而在理论研究中应用这一原理取得了积极的实际成果,狄拉克将量子力学相对论化,使方程也满足“洛伦兹协变性”,预言了正电子的存在就是一例. 虽然相对论原理日益得到广泛应用,但也有不少人为“双生子佯谬”这一类问题苦脑着,从而怀疑狭义相对论据以建立的两条基本假设的正确性.有人认为:既然光速不变原理从未得到直接的实验检验,是否允许舍弃“光速不变…     

必须坚持马列主义的科研路线──评《等速条件下的空时对称理论》

一、“光速不变”不是相对论的要害 秦元勋同志《等速条件下的空时对称理论》(见《物理》第四卷第一期)对相对论的批判并没有抓住爱因斯坦相对论体系中的要害.在他列举的三点理由中,没有一条称得上是所谓相对论的“根本性的缺点和错误”的东西. 在一定条件下“光速不变”,并不违反辩证唯物主义;只有把光速看成是一切物质运动形态的“极限速度”,才是真正的形而上学.秦元勋同志在批判爱因斯坦的相对论体系的哲学思想时,把重点放在批判“光速不变”这一有实验基础的基本假设方面;这是不对的.秦元勋同志说:“为了坚持一种明显地违反辩证唯物主…     

相对论问题讨论(七) 不存在完备的物理学理论——谈关于光速不变原理

狭义相对论中的“光速不变原理”,议论的人很不少,下面谈谈我们对这问题的几点粗浅看法: 一、定义匀速直线运动离不开 “光速不变”假设 在狭义相对论中,几乎一开始就与两个彼此相互作匀速直线运动的惯性参考系打交道.要断定一个参考系相对于另一个参考系是否在作匀速直线运动,如果不想直接依赖“光速不变”假设来测定的话,就得要在不同地点放上一系列的钟,才能测定.这些放在某参考系中不同地点的钟,必须是对准了的或至少它们的读数之差是明确知道的,才能依靠它们来判断对方参考系是否的确在相同的时间里,走过相等的路程.不止如此,还需要有…     

爱因斯坦建立狭义相对论的关键一步——同时性定义

本文阐明了双程(回路)光速的数值可以由实验直接给出,但是单向光速的数值不能由实验获得而只能通过单向光速各向同性的假设使之等于双程光速的数值.有了这个(假定的)单向光速的数值就可以同步惯性系中的所有时钟,因而定义了惯性系的时间坐标,正是由于这种同时性定义,爱因斯坦才进而发现了狭义相对论.迄今为止所有测量光速的实验给出的都是双程而非单程光速的数值.为了从理论上阐述单程光速无法测量,我们介绍了爱德瓦兹同时性,它是使用双程光速不变而单程光速任意的假设来定义的;同时给出了与之相应的爱德瓦兹变换,进而讨论了这种同时性与爱因斯坦同时性的关系.通过时间膨胀和长度收缩效应阐明了二者在物理上是等价的,也就是说单向光速的效应在实验中不会显现.     

光速实验

光速实验在物理学史中占有重要地位.这不仅是因为它需要精确的实验手段,对光学的发展起了推动作用;也不仅仅因为它有力的支持了机械波动说,而给机械微粒说以致命的打击。重要的是光速实验打破了光速无限的观念,解决了长期存在的所谓以太漂移的疑案,为建立近代物理基本理论之一的相对论,提供了一块颇为重要的基石.     

实验检验光子静止质量的研究进展

爱因斯坦狭义相对论的基本假设之一是光速不变性,其直接推论就是光子的静止质量必须为零,因此实验检验光子是否具有非零的静止质量一直备受关注.非零光子静止质量以Proca方程组为基础,其实验检验主要针对真空光速(频率)色散效应、库仑反平方定律和安培环路定律的偏离、寻找纵向电磁波以及磁偶极场的Yukawa势等几个方面.文章作者所在的实验小组采用精密扭秤调制方法将国际上同类实验结果提高了2个数量级,给出光子静止质量上限为mγ≤1.5×10-52g.对光子静止质量的实验检验,也是对光速不变原理的一种检验,即使光子仅有非常微小的静质量,如一旦得到实验的检验,将会对整个物理学的发展产生巨大而深刻的影响.     

光速的“不变”和“变”

光速不变原理是狭义相对论的重要物理基础,也是整个现代物理学中具有重大影响的基本原理之一.对光速不变原理的深入讨论和进一步的实验验证,无疑将产生广泛而深远的影响.自然科学是相对真理,光速不变原理当然也不例外,即一方面它包含有绝对真理的成份,因而它确能具有广泛的适用范围.但同时它又是相对的、近似的、有条件的.因此,对光速不变原理的正确性的简单否定或绝对化,都是不对的. 一、光速的不变性 光迹不变原理是从孕育狭义相对论的一系列实验──如曹顿-诺布尔电容器实验、瑞利折射介质实验、斐索实验、迈克耳孙-莫霍实验(特别是迈氏…     

相对论要不要动?怎样动?

关于相对论问题的讨论,主要集中两点;要不要动它?怎么动?第一点似较明显,因为: 一、没有充分理由表明光速是宇宙间讯号传递的最高限,相对论必有它的局限性和适用范围,深入地对它进行分析研究无论在哲学上和学术卜都是有意义的. 二、单程光速不变,迄今并未被实验直接证明.虽然相对论的大部分(不是全部)结论已被证实. 三、如果测量出光子有静止质量或发现了超光速的运动,则现有相对论势必要改造. 事实上,弱相互作用的宇称不守恒、时间反演对称的破坏,早已发出了相对性原理被部分破坏的讯号了.秦元勋同志不满足于相对论已取得的成果,敢于动它,…     

爱因斯坦与狭义相对论的诞生

介绍了爱因斯坦建立狭义相对论的伟大贡献.狭义相对论与经典物理学的分水岭是"光速在真空中恒定"的假设.爱因斯坦首先提出"光速不变原理",首先指出"同时的相对性",并且首先放弃了以太概念.爱因斯坦是狭义相对论的唯一创建者.     

关于狭义相对论同时性问题

长期以来,在有关狭义相对论的讨论中比较重要的一个基本问题,就是光速各向同性的假设是否为实验证实和是否能够用实验证实的问题.为了讨论这个问题,我们先说明如何测量一个质点沿某给定方向的运动速度(简称单向速度), 要确定一质点的单向速度,就要确定该质点通过给定距离AB所花费的时间t_(AB),这就需要使用两只钟计时,一只钟位于A点,另一只位于B点.但是,要使这两只钟的读数之差t_B一t_A“确实”代表t_(AB),就必须事先用某种手段使它们对准.用什么手段来校准不同地点的钟呢?这个问题就是所谓的不同地点的同时性问题.早在1905年,爱因斯坦…     

关于色散介质中的光速问题

近年来关于所谓的"超光速"现象的实验与理论引起了广泛的关注,得到了很多不同的讨论[1,2].这源于在特殊的介质里,一个光脉冲的各个单色模式虽有小于真空中光速c的相速度,其群速度却可以大于c,甚至变为负值.这使人们设想是否可利用此现象进行"超光速"的信息传送?但这样一来是否违背了爱因斯坦的相对论?     

狭义相对论的逻辑结构和解释──从单程光速和同时性问题谈起

一、问题的提出 在现有的狭义相对论体系中,在单程光速测量和不同地点的同时性定义之间存在着逻辑循环,因而实验只能测量光的往返平均速度,只证明了这种双程光速在惯性系中具有恒定性,这一点已有不少人在不同程度上指出.爱因斯坦早在1911年和1916年就曾承认过这一点.但他没有作进一步的分忻.相反,由于爱因斯坦用光来定义同时性,从而得到的“同时性的相对性”一直被看作是突破牛顿时空观念的关键和相对论的“精髓”所在,就使得逻辑循环问题被淹没了.爱因斯坦本人不但后来不再提起这个问题,而且他有些论述实际上是否定了前面的看法.这就使人们…     

几种测量光速的方法

 光在真空中的传播速度是自然界的基本常数,说明麦克斯韦关于光的电磁理论是正确的。准确测定光在不同介质中的传播速度,特别是在真空中的传播速度,引出了群速的概念,它在现代量子物理学中也很重要。真空中光的传播速度与频率、光源和观测者的运动无关,是一切物体运动速度的极限速度,它为建立狭义相对论奠定了一定基础。光速的测定是光学乃至整个物理学的重要课题。最早进行光速测量的实验,是由伽利略于1607年提出并实施的。他的实验没有获得任何结果而失败了,但实验表明:如果光速是有限的,那么其速度是非常之大的。     

物理学时空观必须变革

《物理》杂志年来发表了不少关于相对论讨论的文章,对这些文章的观点,我们认为存在着下述问题:　1.所谓相对论问题,实质应是时空观的问题,如果眼光仅局于突破相对论或光速不变的圈子,这样就难以认清当前发展物理学时空观所需抓的主要矛盾是什么. 2.要使讨论不致脱离物理学实际,必须首先弄清现有时空观与实践是否存在尖锐的矛盾,矛盾又是什么。 3. 我们认为,主要矛盾不在于光速及狭义相对论;现在的物理学基本概念(包括物质和时空的观念)与实验的冲突在于我们碰到了物质时空的另一个层次,而理论则与此脱节.因此,现在时空观念应被推翻的是时空…     

超光速存在吗？

本文通过实例说明自然界确实存在超光速现象，但这与狭义相对论并不矛盾。问题在于狭义相对论说的是“实物粒子的速度不可能大于真空中的光速”，它并没有排除存在超光速现象的可能性。     

“共存原理”是没有根据的──对《亚光速和超光速映射理论》一文的意见

超光速粒子存在的可能性及其性质是个值得探讨的课题,对超光速粒子的讨论,已有不少工作[1-4].《亚光速和超光速映射理论》以下简称《映射》)一文试图根据对立统一规律,建立亚光速和超光速粒子的统一理论,是应该肯定的.但所提出的“共存原理”没有根据. 按共存观点,超光速粒子与亚光速粒子有完全一一对应的共存关系,凡在加速器中的粒子碰撞时产生一个亚光速粒子就必须“同时产生”一个超光速粒子,这是与大量粒子物理实验的观测不符合的.即使根据《映射》一文的观点,也得不到这样的结果.从文中的(3.8)、(5.5)和(5.6)式可以推得而且沿用该文的…     

为什么说狭义相对论是近代物理学的一大支柱

本文首先简要介绍了狭义相对论的两条基本假设:狭义相对性原理和光速不变原理。进而由光速不变原理定义了惯性系的时间坐标并连同相对性原理推导出洛伦兹变换。随后把相对性原理具体表述为:一切物理定律的方程式在洛伦兹变换下保持形式不变。最后着重说明了为什么说狭义相对论而非广义相对论是近代物理学(包括广义相对论)的一大支柱:所有平直时空的物理学理论其动力学方程式都在洛伦兹变换下保持形式不变;广义相对论是在弯曲时空的局部保持洛伦兹不变性。     

光速在相对论中的核心地位

介绍了关于真空中光速的假定的重要作用,它不仅是相对论理论的基础,而且使人们能够定义同时性并测量空间距离.     

根据时间相对性推导洛仑兹变换的一种方法

通过理想实验,先由光速不变原理讨论相对论的时空特性,再在其基础上导出洛仑兹变换,是当今工科物理教学中较为流行的一种直观易懂的方法.直接从光速不变原理来论证“时间膨胀”的理想实验甚多,为节省篇幅,本文将直接引用其结果讨论同时和任意时间间隔的相对性,并由它导出洛仑兹变换式.     

试谈光速不变原理

光速不变原理是狭义相对论的一块基石.“所谓光速不变,简单地说,就是指光速与光源的运动伏态无关.”如果把光速不变原理与相对性原理融合起来表述,就是在任何惯性系中光速都一样. 光速不变原理的提出突破了十七世纪以来自然科学物质观、运动观、时空观的旧框框,导致了一次物理图景乃至自然科学图景的大革命.以光速不变原理为标志的相对论的出现,是物理学史,也是人类思想史上的一件大事,值得我们认真研究. 一、光速不变原理是自然科学 发展的必然结果 光速不变原理的出现,不是科学史上的偶然事件,而是十九世纪后期、二十世纪初年自然科学发展…