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杨鸿智-后现代理论医学博客

《后现代医学》、《正反馈医学》、《自体原位器官重构技术》

 
 
 

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这是一个宣传后现代理论医学的博客.后现代理论医学是以系统理论为指导的新医学.该理论认为,在生命组织中干细胞是决定机体功能状态最基本的因素.通过调节机体内环境和为干细胞提供再生所需要的物质和能量,就可以使干细胞在患者体内原位再生,实现器官重构,使器质性病变得到治疗.现在,已经在北京医药信息学会内成立了后现代理论医学专业委员会,杨鸿智是主任委员.

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(13)狭义相对论123  

2013-05-03 13:14:09|  分类: 干细胞病 |  标签: |举报 |字号 订阅

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13)狭义相对论123

-- 简简单单清清楚楚明明白白

http://hi.baidu.com/incinc/item/d9ff0d1791f1499899ce3392

 

一个时空;

二个惯性系;

三个理论根据:相对性原理,光速不变原理,Lorentz变换。

 

有人说相对论神秘,并见之于一些大学生,这说明什么呢?这说明人们对相对论有一种盲目的崇拜。

 

看透了一些其本问题,其实很简单,可以说是,狭义相对论 -- 清清楚楚明明白白。

 

下面先看看狭义相对论。

 

研究对象和理论范围:

狭义相对论 (Special Relativity,SR)研究二个相对高速运动惯性系中物体的运动效应以及相关的动力学规律。

 

爱因斯坦如是说:

 

1、物理体系的状态据以变化的定律,同描述这些状态变化时所参照的坐标系究竟是两个在互相匀速移动着的坐标系中的哪一个并无关系(相对性原理)。

2、任何光线在静止的坐标系中都是以确定的速度c运动着,不管这道光线是由静止的还是运动的物体发射出来的(光速不变原理)。

 

从上面几点可以看出:SR只是研究的某个局部(二惯性系)的某种特殊情形(相对高速运动)的物理理论。因此,这就排除了许多不必要的争论。例如:

 

1、对整体时间,空间或时空的定义(公设)都不必争论了,SR只是取其中的一个

局部而已;整体时空是相对的也好,还是绝对的也罢,与SR无关。

2、相对低速运动也没有必要去争论了,因为不在研究对象和理论范围内。等等。

 

再来简单说说与相对论有关的几个最根本问题。

 

1、什么是相对运动?

 

单个观测者(参考系),是无法获知自己的运动状态的,只有与其他物体或观测者进行相互比较才能获得各自的运动状态,因此,这些运动状态都具有相对性。

 

2、不同的观测者(参考系)为什么地位平等,有什么更深的含义?

 

因为不同的观测者(参考系)的运动状态都具有相对性,所以,客观世界根本不存在具有特殊地位的观测者(参考系)。

 

在经典物理的理论中,总存在一个具有特殊地位的参考系(其实不应该叫“绝对参考系”),参考系内所有状态信息的获取不依赖于任何观测者。观测者根本不用考虑那些状态信息是怎么得来的,只要用那些状态信息数据就行。也就是说,“观测”本身对经典物理中的物理描述不会产生任何影响。

 

在相对论中,因为参考系地位平等,而运动状态又是相对的,必须通过观测才能进行物理描述。因此,“观测”本身无法与物理描述分割开来,“观测”本身会对物理描述产生影响。相应的也就会引入“观测者”和“观测事件”。

 

上面的第一和第二点说明了SR中的所有结论都只是相对地有效,任何其它第三者无法鉴别它们中的那一个是正确的,因为没有绝对的判断标准可用,所以,对“时慢”和“尺缩”的有效性判断也是只限于二系的相对观点,没有绝对性可言,更没有必要去判断真假。

 

最早反对相对论的人,质疑过相对论引入了“观测”这个潜在因素,认为这含有唯心思想(我想现在可能还有不少人会这么认为)。其实,观测方法和观测工具本来就是人们研究客观世界的手段。所以应该说,相对论比经典物理理论更能够真实的反映客观世界。强调观测者(参考系)地位平等,既维护了物理定律的不变性又拓展了物理定律的普适性。

 

虽然都知道运动是相对的,但有太多“维相”或“反相”的人都不能从根本上理解相对性原理的深刻含义。

 

3、怎样获得运动状态信息?有什么更深的含义?

 

前面说了,观测者(参考系)的运动状态都是相对的,为了获得运动状态信息,必须得采用一些观测方法、观测工具和相应的数学工具。

 

不同观测者(参考系)是平等的,为了让物理定律在不同的参考系表现形式等价,就必须采用相同的观测方法、观测工具和相应的数学工具。

 

采用相同的观测方法和数学工具相等是很容易的。但是,在不同观测者(参考系)都采用相等的观测工具却很难(必须不受自身运动状态的影响才行)。我们现在都知道,“光速”在所有参考系中都是相等的,也是能传递信息或能量的最快速度,也就是说,以“光速”作为观测空间运动状态的工具,符合物理定律在不同的参考系表现形式等价的条件。

 

4、C的实质是什么?

 

为了满足相对性原理,还必须提供一个在所有参考系中具有相同的可以进行自由观测比较的数值。换另一种说法就是,一种可交换的等价信息,这个信息就是C。上面已经说了C的二点好处,因此,理论上可以借用它,可以看出,这个C并不等同于观测工具“光速”。也就是说C是作为二系“对换”的常数值来考量了,不再是具体的光速了,因为实际上的许多情形已经无法用真正的光速来观察了。

 

不过,因为“光”的速度值c在所有参考系中具有相同的确定值,并且,速度值同时包含了时间和空间属性在里面,能够满足对运动状态的物理描述。因此,将“光”的速度值c选为可交换的等价信息C是容许的,但不是必须和唯一的。

 

理论上的可选标准就在于是否更具普适性。“光”的速度值c符合这个标准。

 

5、“光速不变”的含义是什么?

 

相对论的“光速不变原理”明确指定了“光”的速度值作为可交换比较信息C,同时还隐含的确定了观测工具是“光速”。

 

为什么说确定了观测工具是“光速”?对于这个问题,一般人可能难以理解,前面第3个问题已经提到,根据相对性原理,必须要有相应的观测工具,才能确定不同的参考系的运动状态。如果只提相对性原理,是不会有太多物理上的实际意义。因为伽利略、马赫等不少人早就提出了类似的观点,还轮不到爱因斯坦提出来。但是,当有了光速不变的观点(或假设)后,一切都变了。于是,相对性原理有了SR的落脚点,有了牢固的SR的物理基石,爱因斯坦由此构建了新的物理大厦--狭义相对论。

 

很多人都认为是相对论不容许出现“超光速”,是C限制的,其实是理解错误,不会出现“超光速”是观测工具“光速”本身所限制的。。为了说明这点,举个不太相关的例子,一个热电偶温度计,它的测量上限是2000F,能测出超过2000F的温度吗?因此,将“光速”作为观测工具,也就意味着,以相对论进行物理描述和研究时,是绝对不会出现“超光速”的观测事件。请注意,是观测事件,它不仅是指单个物体的相对运动,也包括多个物体的相对运动。这样表述可能更容易理解:在任意观测事件中,不同参考系之间的相对速度恒小于光速。这个观点也说明了要用实验证明或证伪SR在目前情形下几乎是不可能的。

 

另外,观测工具“光速”,同时也体现了观测者的时空特征。在“光速”的规范下,就有了四纬时空连续体。相对论中的种种效应,都是对这种时空特征的具体描述。这种时空特征是观测者观测到“光速不变”本身这个条件所决定的,而不是相对论的理论决定的。可能很多人都不能区分这种因果关系。仔细想想就知道,这是由于“观察”受“光速”限制造成的,而不是代表可能的“实际”情形;可能的“实际”情形是什么?回答是不得而知,因为“观察”不到,是否能证明可能的“实际”情形,回答仍然是不得而知,因为物理上无法测出有普适意义的超光速。

 

但是,很多时候,一些人在用相对论对物理现象进行分析的时候,并没有严格遵从时空连续体(世界线)的处理方法,往往将时间看作是独立的分量。另外,就是在处理具有相对运动状态的时候采用具有特殊地位的参考系,并没有严格遵从相对性原理。一个原因就是:光的速度值c本身是在特殊的参考系中得到的数值(包括麦克斯韦的理论)。其实,当光的速度值c被定为可交换的等价信息C以后,根据相对性原理,就不应该有任何特殊参考系。但人们为了使用方便,很多时候还是在采用特殊参考系,至少是局部的特殊参考系。

 

虽然爱因斯坦认识到了“光速不变”中C的深刻含义,但不一定认识到了“光速不变”做为观测工具的深刻含义。否则,他就不会和哥本啥根学派展开了激烈的论战。因为量子理论都是“光速”意义上的“事件”,狭义相对论又如何能靠“观察”来处理呢?另外,因为SR是在四纬时空连续体的基础上的理论,或简单地说是“牛顿的时空没有分离”的基础上,那么,这决定了SR用三维去解释与用四维去解释会不一样。“时慢”和“尺缩”就是用牛顿理论的时间概念和空间概念去描述的结果,在四维中,是没有所谓“时慢”和“尺缩”的,“时慢”和“尺缩”是时空分离的结论而已。

 

打个比方,一张纸上(比作时空),画了许多运动的汽车(比作惯性系),那么,SR只是任取其中二辆(二个惯性系)作为研究对象,它的结论当然只能限定于这二辆汽车(二个惯性系),它没有对这张纸(时空)作出定论,也没有对其它汽车(惯性系)的运动形式作出定论,最多就是二个惯性系之中,有一个以“我”为观察者而已。

 

把光速c理解为实际观察中的一个对任何系都一致的标准尺在理论上是可以的,在逻辑上也是行得通的。因为光速c的值是作为一个各系的标准尺看待,而且,这个“尺”只从发光点的原始位置开始“量”,所以,任何c+v, c-v之类的问题也不复存在了。

 

假如SR错了,不影响整体;相反,则为高速运动提供了一个可用的理论,并且,也实际上解决了一些牛顿理论无法解决的问题。“相对论是到目前为止人类发现的最精确的科学理论之一”中,重点就在于“最精确”这三个字!物理理论的真正目的不是为了理论而理论,而是为了能用于实际。能用于实际则唯有要“最精确”!相对论这个“最精确”可以说是目前为止宏观上数量级最大的一个。退一万步讲,即使相对论有些逻辑上的不理解或被人认为逻辑上有错,但在“最精确”这个概念范畴上,反相者目前为止却是无能为力的。

 

当人们说到“四维空间”时,经常指的都是关于时间的概念。在这种情况下,四维空间可以理解为三维空间附加一条时间轴。这种空间叫做闵可夫斯基时空或“(3 + 1)-空间”。这也是爱因斯坦在他的广义相对论和狭义相对论中提及的四维时空概念。

 

狭义相对论中:

 

时空是闵可夫斯基时空,并不是爱因斯坦发明的;

变换是洛变换,也不是爱因斯坦发明的;

爱因斯坦只是在这些基础上引进了一把“光速标准尺”而已。

 

对于“光速标准尺”是否合理,目前来看是合理的,没有什么其它更合适的标准尺度了。

SR是产生于实际,上升为理论的一个最根本的思想就是将实际光速c上升为光速值(常数)这个标准尺!

 

 

爱因斯坦19059月发表在德国《物理学年鉴》上的那篇著名的相对论论文《论动体的电动力学》,提到光速问题的话[1]

 

  “光在空虚空间里总是以一确定的速度V传播着,这速度同发射体的运动状态无关。”

  “下面的考虑是以相对性原理和光速不变原理为依据的,这两条原理我们定义如下:

  1. 物理体系的状态据以变化的定律,同描述这些状态变化时所参照的坐标系究竟是两个在互相匀速平行移动着的坐标系中的哪一个并无关系。

  2. 任何光线在‘静止的’坐标系中都是以确定的速度V运动着,不管这道光线是由静止的还是运动的物体发射出来的。”

 “对于大于光速的速度,我们的讨论就变得毫无疑义了;在以后的讨论中,我们会发现,光速在我们的物理理论中扮演着无限大速度的角色。”

 “由此,当υ=V时,W就变成无限大。正像我们以前的结果一样,超光速的速度没有存在的可能。”

 

 

根据这篇论文,可以了解到:

 

1、物理体系的状态据以变化的定律,同描述这些状态变化时所参照的坐标系究竟是两个在互相匀速移动着的坐标系中的哪一个并无关系(相对性原理)。

 

2、任何光线在静止的坐标系中都是以确定的速度c运动着,不管这道光线是由静止的还是运动的物体发射出来的(光速不变原理)。

 

 

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