《正确解读相对论》第1章是仓库变短还是撑杆收缩了?讲课稿.doc
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1、Good is good, but better carries it.精益求精,善益求善。正确解读相对论第1章是仓库变短还是撑杆收缩了?-正确解读相对论黄锋谭强著目录第1章是仓库变短还是撑杆收缩?第1节农夫的仓库能装下撑杆吗?(3)第2节灯泡是否闪亮?老鼠是否死亡?(11)第3节墙壁能和橡皮筋一样伸长吗?(12)第2章蚂蚁A究竟是死还是活?第1节“同时”和“同步”的区别(20)第2节“爱因斯坦列车”上发生的怪事(26)第3节哪个铁塔先被照亮?(36)第4节蚂蚁A究竟是死还是活?(44)第5节如何判别静止和运动?(62)第3章孪生兄弟俩究竟谁更年轻?第1节静止和高速飞行的孪生兄弟(67)第2节
2、相对论中的对立事件(72)第3节相对论是否可以违背逻辑关系?(74)1数学与逻辑(74)2量子力学是否已经违背逻辑?(79)量子行为的统计因果性(80)薛定谔猫的命运(81)意识是否可以作用于波函数?(84)平行宇宙是否存在?(85)隐变量理论(86)“量子逻辑”与“布尔逻辑”(87)3相对论和矛盾律(89)第4节实验是否支持“尺缩钟慢”和“同时的相对性”?(94)第4章正确解读狭义相对论第1节“尺缩钟慢”的四种解释(107)第2节绝对空间(110)1空间的本质(111)2如何定义“直线”(115)3非欧几何学(116)4关于数学真理(118)5牛顿水桶实验(127)第3节运动物体的长度(13
3、1)第4节相对时间(133)1时间的感觉(133)2时间的单位(134)3时间的定义(136)4相对时间(138)第5节是否存在“绝对静止参照系”?(140)第6节时间与引力有关吗?(154)第7节物体的质量(159)第8节物体的能量(160)1运动物体的动能(160)2质量和能量的关系式(162)3能量和动量的关系式(164)第9节物体的运动定律(166)1静质量恒定物体的运动定律(166)(1)质点运动的基本方程(166)(2)横向加速度(167)(3)力的变换关系(168)(4)作用力与反作用力(171)2静质量变化物体的运动定律(172)(1)修正后的运动定律(173)(2)有争议的温
4、度变换(174)第10节狭义相对论修正总结(176)第5章如何破解狭义相对论的悖论?第1节破解“农夫仓库装杆悖论”(181)第2节破解“孪生子年龄悖论”(182)第3节破解“潜水艇沉浮悖论”(183)第4节破解“刚棒能量丢失悖论”(185)第5节破解“直角杠杆旋转悖论”(188)第6节破解“拉直柔绳旋转悖论”(190)第7节破解“电磁场能量丢失悖论”(192)第8节破解“电磁场能量增加悖论”(196)第6章超光速能使人回到过去吗?第1节“爷孙悖论”与时间机器(203)第2节爱因斯坦遗漏的一个根(207)第3节超光速理论的构想(210)1超光速时空坐标变换(210)2超光速物体的速度变换(211
5、)3超光速物体的质量(212)4超光速物体的能量和动量(213)第7章时空弯曲是必须的吗?第1节广义相对论的缺陷(224)1宇宙大爆炸“奇点”(224)2与量子理论不相容(225)3无法解释双星进动(226)4“引力红移”危机(227)5恒星光线的偏折误差太大(228)6引力“蓝移”推导的错误(229)7“引力波”是否以超光速传播?(230)第二节万有引力的修正(232)第三节附加引力的实践检验”(235)1太阳光谱线“红移”(235)2地球光谱线“蓝移”(238)3恒星光线的偏折(238)4水星的“附加进动”(241)5行星的雷达回波延迟(246)6脉冲双星的进动(251)“PSR19131
6、6双星”的进动(254)“PSRJ07373039A/B双星”的进动(256)“DI海格立斯双星”的进动(257)第8章附录附录1经典时空观及其危机(261)1伽利略变换(261)2伽利略相对性原理(262)3以太假说(264)附录2麦克斯韦电磁理论(265)1麦克斯韦方程组(266)2电磁波速度和赫兹实验(269)3光速的参照系(272)附录3几个重要的经典实验(274)1、级干涉的基本计算(275)2霍克实验(276)3斐索流水实验(277)4菲涅耳牵引系数(279)5迈克尔孙莫雷光干涉实验(280)6特鲁顿-诺伯尔实验(284)附录4洛仑兹变换(286)1洛伦兹时空变换(286)2相对论
7、的速度合成公式(290)3用相对论解释斐索流水实验(292)附录5横向多普勒效应(293)1纵向多普勒效应(293)2横向多普勒效应(294)附录6光行差现象(296)附录7破解“滑落佯谬”(297)附录8破解“老鼠死亡悖论”(299)附录9破解“刚棒动量丢失悖论”(301)附录10破解“列车过桥悖论”(304)第1章仓库变短还是撑杆收缩?【主持人】:大家好!为了正确解读伟大的物理学家爱因斯坦建立的相对论,我们从今天起进行7天的讨论。为此,我们请到了清华大学的黄锋博士和南宁市一点通教育咨询中心特级物理教师谭强先生,请大家鼓掌欢迎!现在,我们首先请黄博士阐明自己的观点。【黄博士】:大家好!很高兴
8、有机会在这里同大家探讨由伟大的物理学家爱因斯坦建立的狭义相对论和广义相对论。首先谈谈狭义相对论。爱因斯坦是20世纪最伟大的科学家和思想家。作为科学家,他是19和20世纪之交物理学革命的发动者和主将,是现代科学的奠基者和缔造者。他的诸多科学贡献都是开创性的和划时代的。按照现今的诺贝尔科学奖评选标准,爱因斯坦至少应该荣获五、六次物理学奖(狭义相对论、布朗运动理论、光量子理论、质能关系式、广义相对论,以及固体比热的量子理论、受激辐射理论、玻色-爱因斯坦统计、宇宙学等)。爱因斯坦在物理学家心目中的威望和位置遥遥领先。20世纪初,物理学基本观念经历了三次影响深远的革命。作为这三次革命的标志和成果,就是狭
9、义相对论、广义相对论和量子力学的建立。量子力学和狭义相对论(以下简称相对论),是物理学乃至整个自然科学的两大支柱。相对论取得了举世公认的辉煌成就。可以说,没有量子力学和相对论,就没有现代文明。这两个内容已经列入高中三年级物理课本,在大学有许多专业对此继续进行深入学习。相对论的提出是物理学中划时代的事件。它使力学和电动力学相互协调,变革了传统的时间和空间概念,揭示了质量和能量的统一,把动量守恒定律和能量守恒定律联结起来,把经典力学和经典电动力学统一起来。这是人类理性思维的杰作。它与10年之后创立的广义相对论,在科学史上矗立了一座巍峨而永恒的丰碑,全面打开了物理学革命的新局面。海森堡说:“在科学史
10、上。以往也许从来没有过一个先驱像爱因斯坦和他的相对论那样,在他在世时为那么多的人所知道,而他一生的工作却只有那么少的人能够懂得。然而,这个名声是完全有理由的。因为有点像艺术领域中的达芬奇或者贝多芬,爱因斯坦也站在科学的一个转折点上,而他的著作率先表达出了这一变化的开端,因此,看来好象是他本人发动了我们在本世纪上半期所亲眼目睹的这场革命。”“尺缩”和“钟慢”效应是相对论中最核心的两个结论,从相对论诞生起,“尺缩钟慢”的确遇到了许多人的激烈反对。有许多著名物理学家设计了许多科学实验,也提出了许多思想实验来质疑相对论,甚至企图否定相对论,但100多年过去了,相对论不但没有被推翻,反而更成熟了,相对论
11、的堡垒更坚固了。事实证明,相对论不仅是一个“不存在任何矛盾的、逻辑自洽的理论”,而且,任何科学实验都支持相对论,至今尚未发现有一个实验不符合相对论或反对相对论!因此,对相对论持反对观点的人,要么拿出事实来,证明某个实验不符合相对论;要么通过严密的逻辑论证,证明相对论是一个有矛盾的、逻辑不自洽的理论。否则,就是在哗众取宠、自取其辱。【主持人】:下面有请谭老师阐明自己的观点。【谭老师】:大家好!首先我要感谢节目主持人和黄博士为我提供了这么一个舞台,使我能够有机会发表自己对相对论的看法。物理学是自然科学的基础,是探讨物质结构和运动基本规律的前沿学科。我认为,对于一个理论,仅仅知道如何应用或者将它作为
12、一个工具还远远不够,还应该对它的基本思想有一个清楚的认识,对它所揭示事物的本质有深入的了解和体会。在爱因斯坦逝世前两周,他语重心长地告戒人们:“科学史上经常碰到这样的情况,一些重大的问题似乎已经得到解决,但是却以新的形式重新出现。这也许就是物理学的一个特征。并且,某些基本问题可能永远纠缠着我们。”仅仅有新奇事物的积累而不能揭示出其中更深刻的意义,会使心灵变得麻木。可以肯定的是,尽管相对论与量子力学已经取得了很大成功,但我们还不能把近代物理看成一门已经完成了的物理学。联合国教科文组织在其发表的1998年世界科学报告中指出:“相对论和量子力学是20世纪的两大学术成就。遗憾的是,这两个理论迄今为止被
13、证明是相互对立的,成为一个严重的障碍。”在当代物理学的研究中,绝大部分挑战和机会都是属于近代物理学的。在未来的一段时期内,情况肯定也还是如此。我们还不能肯定地预测在什么时候,在什么问题上将会有原则性的突破。如果在逻辑上和实验上发现需要对相对论或量子力学作原则上的修改,也不会是完全出乎预料的。近代物理学基础正期待着原则性的新的突破。科学理论有两个最基本的特点:一是与实践检验相联系,就是具有客观真理性;二是与形式结构相联系,就是构成严密的逻辑体系。从某种意义上说,相对论本身并没有问题,问题在于人们对它进行了错误的理解,因此,相对论不需要修改了,更不需要推翻,而是需要还相对论以本来面目。按照目前解释
14、的狭义相对论,的确存在逻辑矛盾,所以才有必要研究它、纠正它。一直以来,不少人对相对论感兴趣,但在接触它的过程中,常常会发现对它的解释存在许多违背逻辑关系的悖论。伟大的哲学家兼数学家罗素认为:“直到今天,相对论依然是有争议的,而且受到其内在难题的困扰。”许多人由此产生各种困惑和误解。爱因斯坦用神秘的逻辑难题来眩惑人们已经超过了100年,然而带来真正危害的还是那些不以批判态度对待爱因斯坦的人,他们全盘吸收相对论,对不好的东西也不扬弃,这最终必将使爱因斯坦的名誉受到损害。一个理论真正变得完美是你不可能对它进行明显修改而不使其遭到完全破坏也就是说,明显改变这个理论将会使它彻底被毁。相对论100多年不倒
15、,并不意味着对它的解释没有问题。亚里斯多德关于重物先落地的错误思想2000年都没有倒,一直到伽利略用思想实验才把它推翻了。过去,人们缺乏正确的思想实验来论证对相对论的解释错误。我想,我已经找到了正确的思想实验来论证对相对论的解释的错误。首先,我想从逻辑上论证目前解释的相对论是一个有矛盾的理论。在辩论之前,有必要先弄清以下两个概念:佯缪表面上看是一种用目前已被人们普遍认为正确的理论所无法解释的命题,是在保持论断的逻辑正确情况下产生的论断;表面看上似乎它是一个错误的矛盾,但实际上是正确的。悖论在它产生时是一种真正的矛盾,但随着时间的推移,当人们的认识提高,“悖论”得到破解之后,它就转化为“佯缪”。
16、真理的反面是谬误和悖论,悖论是与真理相对立的。在一个演绎理论中能推出自相矛盾的命题,理论就不成立。罗素的理发师悖论和其他语义悖论向人们提出了这样的任务:或者抛弃形式逻辑的排中律和矛盾律,或者找出消除矛盾的方法。悖论虽然是一种逻辑矛盾,但逻辑矛盾并不都是悖论。悖论则不然,它可以在严格陈述的形式下遵循逻辑规则,由严密的推导得到,即由推理推出悖论。从科学进步的角度来看,低估悖论的重要性,将它们视为诡辩和笑料是非常错误的。倘若我们认真对待自己的工作,便不能容忍悖论存在的事实。我们必须找出它的原因,就是说,必须分析出出现悖论所依据的前提,必须有所扬弃,必须研究这将给我们的整个讨论带来怎样的后果。科学发展
17、史告诉我们:千百年的日常生活经验总结出的所谓“常识”往往是靠不住的。但是,违背逻辑的事情更靠不住。相对论的所有悖论都是由它时空结构的矛盾引起的。首先,让我们了解由“相对空间”引起的逻辑矛盾。下面我向黄博士提出第一个问题:第1节农夫的仓库能装下撑杆吗?【谭老师】:撑杆运动员有一根L0=10m长的杆,农民有一仓库d0=9m长。双方打赌,农民说:“你只要以u=0.6c的速度奔跑,杆的长度收缩为(1-1-1)收缩后的杆长小于9m,仓库能装进你的杆,我来得及关门”。运动员说:“运动的仓库长度收缩为(1-1-2)收缩后的仓库长小于10m。门关不上”。请问,谁能赢得打赌?由俎栋林编著、清华大学出版社出版的电
18、动力学(2006.267-271)中对此解法如下:取杆AB的前端(B)到达门(C)的时刻为t=t=0。农民在静止系S观测:运动杆的长度收缩为9m杆前端B碰到仓库后壁D(称为事件甲)时,B的坐标为X1=9m,时间为t1,则:X1=ut1,即9=0.6ct1,杆后端A到达仓库门C(称为事件乙)时,B的坐标为X2=8m,时间为t2,则:X2=ut2,即8=0.6ct2,由于t2t1,说明“事件乙发生在先,事件甲发生在后”。仓库能装进杆,农民来得及关门。运动员在运动系S观测:运动的仓库长度收缩为相对运动员静止测得撑杆长10米10m杆前端B碰到仓库的后壁D时,B的坐标为X1=-7.2米,时间为t1,则:
19、X1=ut1,即-7.2=-0.6ct1,杆后端A到达仓库门C时,A的坐标为X2=-10m,时间为t2,则:X2=ut2,即-10=-0.6ct2,图1-1农民的仓库能否装下运动员的撑杆?由于t1t2,说明“事件甲发生在先,事件乙发生在后”。设发生在B的事情(B碰D)的时刻为t1,该事情通过光信号传播到A的时刻为t3,则t=t3-t1,BA=ct=t3-t1将BA=10m和代入上式得:t2t3,说明“事件乙发生在先,事件甲发生在后”。结论:农民在S系观测的结果,与运动员在S系观测结果一致,不出现矛盾,仓库能装杆,农民来得及关门。农民赢得打赌。我认为,以上解题过程有明显错误:(1)按照相对论理论
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