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错误的狭义相对论
李子丰
(燕山大学,秦皇岛,066004)
摘要简单介绍了狭义相对论的基本假设和基本时空观,详细地分析了洛仑兹坐标变换的推导过程和存在的主要问题。对用两个相对作匀速直线运动的坐标系描述同一事件的坐标变换方式进行了推导,得出了以洛仑兹变换为基础的狭义相对论是错误的和两物体的相对运动速度可以大于光速的结论。
主题词狭义相对论、洛仑兹变换、光速
狭义相对论已经产生近一个世纪。狭义相对论及其作者爱因斯坦已经被世人共知。在高等学校中,把狭义相对论作为一门必修的课程。但狭义相对论建立过程的合理性及其推论的正确性一直被怀疑。
本文简单介绍了狭义相对论的基本假设和基本时空观,详细地分析了洛仑兹坐标变换的推导过程和存在的主要问题。对用两个相对作匀速直线运动的坐标系描述同一事件的坐标变换方式进行了推导,得出了以洛仑兹变换为基础的狭义相对论是错误的和两物体的相对运动速度可以大于光速的结论。
1、狭义相对论概要论述1
狭义相对论的基本假设
(1)狭义相对论的相对性原理:一切彼此作匀速直线运动的惯性参照系,对于描写运动的一切规律来说都是等价的。
(2)光速不变原理:在彼此相对作匀速直线运动的任一惯性参照系中,所测得的真空中的光速都是相等的。
洛仑兹坐标变换式

Z
x
z
y
O
P
Y
X
vt
图1 坐标变换1
设有两个坐标系K和(OXYZ和),各对应轴互相平行,彼此作匀速直线运动,坐标系相对于K的速度为v,方向沿X轴,以O和点重合的时刻当作计算时间的起点。
设用(x,y,z,t)表示在t时刻出现在K坐标系中的事件,而这同一事件在坐标系中是在时刻出现在()处,那么表现同一事件的时空坐标()和()之
间遵从的洛仑兹变换关系为:
……………………..(1)
………………….…(2)
式中c为光速。
洛仑兹坐标变换式的推倒过程如下。
对于O这一点来说,由坐标系K来观察,无论在什么时候,总是x=0,但是由坐标系来观察,在时刻的坐标是,亦即。由此可见,在同一时空点上,数值x和是同时变为零的。这就自然而然地使人们认为在任何时刻x和都有一个比例关系,设这个比例常数为k,那么
………………………………………………(3)
用同样的方法对这点来讨论,可以得到
………………………………………………(4)
根据狭义相对论的相对性原理,K和是等价的,上面的两个等式的形式就应该相同,所以两式中的比例k常数和应该相等,即有
…………………………………………………..(5)
这样
………………………………………………(6)
为了获得确定的变换法则,必须求出常数k。根据光速不变原理,假设光信号在O与重合的瞬时()就由重合点沿OX轴前进,那么在任一瞬时t(由坐标系量度则是),光信号到达点的坐标对两个坐标系来说,分别是
………………………………………………(7)
把式(3)和式(6)相乘,再把式(7)代入得
…………………………………….(8)
继而求得
狭义相对论的时空观
以洛仑兹坐标变换为基础,导出狭义相对论的时空观:
(1)同时性问题。设有两个事件在某一坐标系中同时发生在两个不同地点,而在另一坐标系中的观察者却测得这两个事件发生的时刻并不相同。
(2)长度缩短