相对性原理和协变性要求

1、相对性原理和协变性要求2004年2月第1期吉林师范大学(自然科学版)JournalofJilinNormalUniversity(NaturalScienceEdition)No1Feb.2004相对性原理和协变性要求鲁增贤,杨大卫,刘明成(河北师范大学物理学院,河北石家庄050016)摘要:相对性原理就是协变性要求,服从相对性原理就是满足协变性要求.相对性原理的经典表述中并无矛盾.关键词:相对性原理;协变性要求;协变性原理;不变性原理中图分类号:o3o1文献标识码:A文章编号:1000文献1指出:”围绕机械能守恒定律是否遵从相对性原理的问题引发了一场争论,争论的焦点最后转向什么是相对性原理以

2、及它与协变性要求的关系问题.最后的结论是,所有规律都服从相对性原理,然而只有普遍定律满足协变性,非普遍定律不满足协变性.我们欣赏这个把相对性原理和协变性区分开来的方案,它彻底避免了机械能守恒定理不服从相对性原理的结论.这次讨论中问题的根源是相对性原理经典表述中的矛盾引起的.”看过此文献,我们感到其结论十分不妥.下面是我们对这个问题的看法.按照一般理解,相对性原理对物理方程所提出的要求(或所加的限制)就是协变性要求(限制).力学相对性原理要求力学定律对于伽利略变换是协变的,即经伽利略变换形式不变.狭义相对性原理要求物理定律对于洛伦兹变换是协变的,即经洛伦兹变换形式不变.因此,可以说相对性原理就是

3、协变性要求.若某定律服从相对性原理就说它满足协变性要求.岂有服从相对性原理而不满足协变性要求之理!要区分的不是相对性原理和协变性,而是伽利略协变性和洛伦兹协变性,即不能把力学相对性原理和狭义相对性原理混为一谈.机械能守恒定律满足伽利略协变性不满足洛伦兹协变性,或者说它满足力学相对眭原理不满足狭义相对性原理.从历史上看,把相对性原理简称为协变性要求是从狭义相对论开始的.J后来人们干脆把相对性原理称为协变性原理,但也一直有人把相对性原理称为不变性原理.前者在广义相对论中最为普遍_3一,后者在经典力学中偶尔出现.但不管称呼什么,三种称呼表述的是同一事实:物理方程必须具备一种性质一协变性一坐标变换的形

4、式不变性.对于正确的物理定律来说,满足协变性是必要的但不是充分的.满足协变性要求只说明方程可能正确,还不一定正确.这是合乎逻辑的,任何个正确的命题,它的逆命题不一定成立,而逆否命题一定成立.相对性原理在物理学中的权威性就由它的逆否表述来体现,它有否决权,不满足一定不正确.在文献1一中所提的这场争论中,正是相对性原理做出了正确判断.因此,哪本书上的功能原理之推论(机械能守恒定律)不满足伽利略协变性要求,那本书上的功能原理一定不正确.功能原理满足力学相对性原理.这是一一个正确的命题,但它的逆命题却不一定成立,即满足力学相对性原理的方程却不一定就是功能原理.这场争论持续这么久,到现在还纠缠不清,问题

5、究竟出在哪里?与其说”问题的根源是相对性原理经典表述中的矛盾引起的”,不如说是功能原理的错误表述造成的.因为相对性原理的经典表述中并无矛盾,收稿日期:20030927第一作者简介:鲁增贤(1948一),#,JaigNA,河北师范大学物删学院副教授,硕_j:口:研究生导师研究方向:教论一82表述A(自然界规律对于洛伦兹变换是协变的)是狭义相对性原理之严格数学表述.表述B(自然界规律对于所有惯性系都是相同的)为相对性原理之通俗物理表述.两种表述放在一起有深入浅出之效,无标准不标准之分,更无矛盾,更不能认为表述A为协变性要求,而表述B为相对性原理.参考文献1Ck学物理>编辑部.编者的话

6、J.大学物理,2002,21(3):l8.2郭硕鸿.电动力学M.北京:高等教育出版社,1985.3李复.广义相对论和宇宙学的物理基础M.北京:气象出版社,20004金万修.广义相对论基础EMJ.长春:东北师范大学出版社,1987.5冯膀保等.广义相对论IN.长春:吉林科学技术出版社,1995.6赵景员,王淑贤.力学M.北京:人民教育出版社,1979.RelativityPrincipleandCovarianceRequirementLUZengxian,YANGDazoei,LJUMing-cheng(CollegeofPhysics,HebeiNormalUniversity,Shijia

7、zhuang050016,China)Abstract:Inthispaperitisexplainedthatrelativityprincipleandcovariancerequirementwereoneandthesameidea.Ifalawobeysrelaivityprincipleitissaidtohavehadcovariance.Thereisnocontradictionbetweenthetwostatementsofrelativityprinciple.Keywords:relativityprinciple;covariancerequirement;cova

8、rianceprinciple;invarianceprinciple.(上接第81页)TheDiscussiontheEvaluationoftheCharactersinModernPhysicalHistoryXUJing(societyandIllstoryinstitute,FujianTeachersUniversity,Fuzhou350007,China)AbstI.alct:Thisartic1ediscusShowtoevaluatethecharactersinmodernphysicalhistory,inhistoricobjectiveandpmcticalway.andsaythemeaningofthediscussion.ThepurpOseoftheviewsandopinionsofthecharactersinroodernphysicalhi