狭义相对论中的几个佯谬_讲课札记_舒幼生

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1、DOI:10.16854/j.cnki.1000-0712.2014.08.013第33卷第8期大学物理Vol．33No．82014年8月COLLEGEPHYSICSAug．2014殻櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍殻櫍櫍殻第二届全国高校力学研讨会推荐文章櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍殻狭义相对论中的几个佯谬(讲课札记)舒幼生(北京大学物理学院，北京100871)摘要:真空光速c既是一个具有运动学品性的量，又是一个电磁场理论中具有动力学品性的量．因此狭义相对论中的光速不变原理不但可以给出洛伦兹时空变换，进而给出钟慢、尺缩等

2、运动学观测效应，而且同时也对理论的动力学结构提出了在经典力学中不可能出现的约束．本文设计并详细分析了几个典型的佯谬问题，旨在说明狭义相对论的运动学如何约束其动力学结构．具体来说，运动学的观测效应要求动力学上与其协调的一定是以有限速度传播的场相互作用理论，其传播速度上限即为真空光速，而场量的变换应由洛伦兹时空变换所决定．进一步分析表明，场具有动量等物质属性，是物质存在的一种形式．关键词:光速不变原理;尺缩效应;横向力;场动量中图分类号:O412．1文献标识码:A文章编号:1000-0712(2014)08-0055-06狭义相对论

3、(下文简称相对论)起源于电作用性的量，又是一个具有动力学品性的量，因为ε0、μ0理论与经典力学理论之间的矛盾．是真空为电作用提供的两个动力学量．法拉第的电磁感应定律中的动生部分内容，可作为一个运动学品性的量，经典力学要求c遵据磁场洛伦兹力得到解释，感生感应部分内容，却无循以参考系间的伽利略变换关系为基础导得的速度法用当时已知的电作用知识得到解释．麦克斯韦提变换，在不同的惯性系中有不同的测量值．从动力出一个基本假设，即空间任何一处磁场随时间的变学方面考察，如果麦克斯韦电作用理论在所有惯性化会在周围空间激发起一种电场，称为感应电场．

4、接系中都成立，那么ε0、μ0都是惯性系不变量．作为着麦克斯韦又提出第二个基本假设，其核心内容即一个具有动力学品性量的，在不同的惯性系中也应空间任何一处电场随时间的变化会在周围空间激发有相同的测量值，与经典力学对c的要求发生了矛起磁场．这两个假设明显地对称．盾．如果麦克斯韦电作用理论只能在一个特殊的惯磁场、电场随时间的变化即为振动，通过交替激性参考系(即电磁以太系)中成立，在其他的惯性参发向周围空间传播，便成电磁波．麦克斯韦导得电磁考系中不成立，那么又会与经典力学中惯性系之间波在真空中的传播速度为平权的观念发生矛盾．更何况各种精心

5、设计的直接1或间接证明电磁以太存在的实验都是失败的．c=，ε0、μ0:真空介电常数、磁导率槡ε0μ0爱因斯坦认为麦克斯韦电作用理论在所有惯性计算值与测得的光速几乎相同，麦克斯韦认为光波系中都成立，引申后即成相对性原理．进而又肯定必属于电磁波，c即为真空光速．定c也是一个惯性系不变量，即成(真空)光速不变机械波波速u，可通过时、空度量来确定，是运原理．由c的不变性，爱因斯坦构建了惯性之间新的动学量，或者说是具有运动学品性的量．波速u又是时空度量变换，即洛伦兹变换，取代了伽利略变换，由波的传播者(介质)的动力学结构性质确定的量解决了

6、电作用理论与经典力学之间的矛盾．在此基(例如弹性介质纵波波速u=槡E/ρ，E和ρ分别为础上建立了相对论的运动学内容和动力学内容．据介质的杨氏模量、质量密度)，显示它是具有动力学此，相对论中的运动学内容、动力学内容、力作用场品性的量．真空光速也同样既是一个具有运动学品的介入内容之间有下述几个代表性的关联也是自收稿日期:2013－09－13;修回日期:2013－11－19作者简介:舒幼生(1942—)，浙江定海人．北京大学物理学院教授．56大学物理第33卷然的．B1后相遇，其间时差为1)因c的动力学品性要求c是惯性系不变量，L－LL

7、2L21动12由此导得的运动学内容必定与动力学内容有着密切Δt2==1－2vLc槡2的关联，甚至会对动力学结构提出在经典力学中不现作引申讨论．如图2所示，设隧道A1端封闭，可能出现的约束．B1端有一扇打开的推拉门．既然B1端的保安认定2)因c是电作用场变化传播的速度，相对论的A2与A1相遇时B2与B1也相遇，该保安便可在这一某些运动学现象需要用电作用动力学理论来进行诠时刻把B1端的推拉门闭上，实实在在地将火车装进释也是可以理解的．了隧道．这一结果与S2系认为动态的隧道不能在3)因电作用理论中，相互分离的带电质点间没某一时刻将静止

8、的火车装进去似乎是矛盾的．有直接的相互作用力，带电质点所受的电作用力或者说获得的动量增量，其实是由与带电质点直接接触的电作用场物质施与的．这一受力，施力的自然本质，通过“c→相对论运动学内容→相对论动力学内容F中的度量变换”这一关联线索，必定导致物质之间的任何相