关于狭义相对论中时空问题的讨论

狭义相对论明确指出同时性、时间和空间的测量是相对的,与物体的运动状态或与参考系的选取密切相关,并以此建立了相对论时空观.基于狭义相对论中时空概念的关联分析,讨论了解决时空问题的思路和方法,指出了＂同时性的相对性＂是理解和认识相对论时空观的基础,有利于解决大学物理教学的重难点问题.     

时间佯谬问题重析

时间佯谬的争论已进行了近百年,对争论各方的论点重新进行分析后,发现时间佯谬的争论引出了许多更为复杂的问题,这些问题涉及到惯性系,时空关系等,对这些问题坦陈已见,并对如何判别惯性系统以及是否存在优越的坐标系提出了一些看法。     

观测与相对论:光速在爱因斯坦狭义相对论中为什么不变?

1905年,爱因斯坦依据迈克尔逊-莫雷实验,提出光速不变性（invariance of light speed,ILS）假设,从而在理论上导出洛伦兹变换,建立狭义相对论（special relativity,SR）,揭示了时空和物质运动的相对论性.然而,直到今天,我们仍然并不确切知道光在爱因斯坦理论中担任什么角色,并不完全理解迈克尔逊-莫雷实验中光速为什么不变;并且,也不真地理解时空和物质运动为什么会呈现相对论性.基于物理世界的局域性（locality）,建立观测局域性原理（principle of observational locality,POL）,提出观测极限假设（hypothesis of observational limit,HOL）;以其为前提,从逻辑上导出观测媒介速度不变性（invariance of observation medium speeds,IOMS）,从理论上阐明,迈克尔逊-莫雷实验并不真地意味着光速不变,而是向我们展示一个极为重要的物理观测现象：观测媒介传递被观测对象之时空信息的速度具有观测上的不变性.事实上,ILS只是IOMS的一个特例,只在光作为观测媒介时成立;光速并非真地不变或不可超越.根据IOMS,从逻辑上和理论上导出广义洛伦兹变换（general Lorentz transformation,GLT）,概括并统一了伽利略变换和洛伦兹变换,并且,在波尔对应原理下,既与伽利略变换严格对应,又与洛伦兹变换严格对应.在GLT的基础上,因循爱因斯坦SR逻辑,建立起观测相对论（theory of observational relativity,OR）,概括了爱因斯坦SR.OR理论阐明了相对论性的本质和根源：所有相对论性现象都是观测效应,源于观测局域性,而非真实的自然现象或物理现实.或许,本文的观点和结论能给予我们关于时空和物质运动之相对论性现象以及爱因斯坦相对论新的认识或新的见解.

     

狭义相对论的前提与全速域狭义相对论理论模型的构建原则

基于笔者提出的弥聚子论的基本概念及其中对于主要反映超高速领域物质运动与时空之间关系的爱因斯坦狭义相对论(或称"高速狭义相对论")的尝试性拓展--预言了有可能显著存在于超低速领域的低速狭义相对论效应乃至有可能显著存在于超高速和超低速领域、同时涉及介于两者之间的常速领域的全速域狭义相对论效应,对爱因斯坦狭义相对论的前提进行了评述、质疑与修正,其要点包括:第一,指出了爱因斯坦在"以狭义相对性原理为前提"的名义下所做推导的前提超出了纯粹意义上的狭义相对性原理,它实际上隐含了独立且具有潜在局限性的"伽利略极限契合原理"和"线性时空变换假设";第二,指出了依据对电磁波运动的考察和狭义相对性原理而得出的光速不变原理在其意义和作用方面存在一定的局限性,而通过对实物体运动的考察则有可能获得等价于光速不变原理或较之更具普遍意义的能够作为狭义相对论前提的原理,从而有可能更深刻、更充分地反映狭义相对论效应的物理本质乃至引发狭义相对论的变革;第三,区分了光速不变原理与"固有常数光速个例性原理",指出了狭义相对性原理不仅寓于相关时空变换表达式的高度对称性之中,还必寓于其他与物理过程相关的原理之中;第四,依据前期研究成果对狭义相对论的前提进行了更新,即扬弃了光速不变原理并代之以先前提出的实物体运动存在速度上限和下限的"双极限速原理"及与之孪生的"双极限速质量-速度关联原理",并指出了在笔者所期待的狭义相对论的变革中恰当运用"伽利略极限契合原理"或将其推广为"洛仑兹极限契合原理"乃至推广为扬弃具体极限情形的"一般性极限契合原理"以及放弃"线性时空变换假设"转而依循"时空变换数学形式的开放性原则"的必要性. 在此基础上,通过在上限速单极近似下引入质量-速度关联原理,重新推导出了爱因斯坦狭义相对论中的洛仑兹变换关系式,明确了以质量-速度关联原理取代光速不变原理的推演步骤,并使得"光速不变"(或"上限速度不变")在爱因斯坦狭义相对论中由前提蜕变为推论. 继之,分别给出了上限速单极近似和下限速单极近似下质量-速度关系的唯象推导过程,并明确了低速狭义相对论和全速域狭义相对论时空变换关系式的构建原则. 这一工作使得全速域狭义相对论完备理论模型的建立又向前推进了一步.     

相对论中的“钟”、“尺”和观测者

本文旨在从狭义相对论的时空观出发,对时间和空间的测量、“钟”和“尺”的问题加以阐明,试图弄清易混淆的问题,并通过假想的实验分析相对论效应。     

超光速运动和狭义相对论的局限性

近年来,实验和观测已发现了多种超光速现象,这是科学研究中的一个新的前沿.笔者对超光速理论作了简单的回顾,指出洛仑兹变换中的时间定义不是物理学的唯一时间定义,还可以用一种推广的Galilean变换(GGT)定义另一种物理学时间.当描述超光速粒子(快子)运动时,GGT的时间箭头总是正向的,不会出现时间倒演问题.GGT变换是洛仑兹变换的一种非标准形式,也是洛仑兹物理思想的继承和发展.物理学家已普遍承认:真空不空.如果把真空称之为"以太场",这仅仅是一个术语问题.以太场具有复杂的量子特性,它与超光速运动之间可能存在某种内在的联系.近年来各国对中微子质量平方作了精确测量,全球实验的平均结果为负值,由此可以推测中微子可能就是超光速粒子.介绍了中微子作为自旋为1/2的超光速粒子的一种Dirac型方程及其量子性质,为弱相互作用中宇称不守恒的事实作出了新解释.     

新以太的探讨

介绍了新以太所具有的特性及正确测量以太风的方法,提出了以太确实存在的观点,并进行了论证.指出了在新以太中,时空观在逻辑上必须是自洽的,且能够消除机械以太带给人们的困惑.     

关于狭义相对论时序颠倒和因果关系的讨论

文中对狭义相对论参照系变换的时序颠倒问题作了详细讨论,对于相对论的因果关系做出粗浅的解释。以一具体实例讨论了量子效应对因果关系的影响,从该例中显而易见相对论中考虑量子效应必导致反粒子的存在。     

狭义相对论中两个易混淆的问题

本文就狭义相对论中两个易混淆的问题(伽利略坐标变换与牛顿的绝对时空观、相对速度与速度变换),从物理学发展史和基本概念上加以阐述、予以澄清。指出不应把伽利略坐标变换看成是绝对时空观。爱因斯坦的狭义相对论正是在否定绝对时空观的基础上产生的,理应看成是发展了伽利略的相对性原理。本文又把相对速度分为二种概念,指出它与速度变换法则是两回事,并举例说明之。     

关于狭义相对论的修正以及新引力理论的方案

相对论存在一定的局限性.狭义相对论适用于电磁的相互作用.没有强有力的证据显示狭义相对论也适用于其它3种基本相互作用.至少在弱相互作用中,中微子可能是超光速粒子.物理学需采取多种时间的定义,一种推广伽利略变换的时间值得进一步研究.广义相对论很大程度上是一种数学理论.作为物理学的引力理论,它存在很多基本缺陷.检验广义相对论一些天文实验,误差很大,需要重新分析.笔者将讨论一种新引力理论的方案.它的引力场方程与电磁理论的麦克斯韦方程十分相似.     

洛仑兹变换与爱因斯坦狭义相对论

论述了在洛仑兹变换下光速不变、电磁学中麦克斯韦方程的形式不变、力学中牛顿运动定律形式不变，因而证明了洛仑兹变换与爱因斯坦狭义相对论的关系。     

论狭义相对论的实验基础

就狭义相对论有无实验基础，能否用实验来证实狭义相对论，时问膨胀、空间收缩的相对性是否存在，洛伦兹变换是相对的还是绝对的等一系列问题进行了分析和讨论，并得出了这样的结论：目前在文献中所能查到的实验没有一个符合爱因斯坦所提出的要求．这些实验只能证实时间膨胀是存在的并且具有绝对性，但不能证实相对论的正确性．     

狭义相对论中的时间测量问题

讨论了狭义相对论中如何测量时间以及这种测量时间与信号接收时间之间的区别，指出了时间膨胀习题中的一个常见的错误并给出了正确的解答。     

狭义相对论的时空变换

本文探讨了狭义相对论的时空变换所要满足的条件,并给出了一定条件下两惯性系之间的变换式和相对论效应。     

关于相对性原理的一种值得商榷的理解

从相对性原理和光速不变原理推导洛仑兹变换式时,不应当引用“S′系相对于S系的速率和S系相对于S′系的速率相等”的结论。