新狭义相对论

狭义相对论的研究作者：周东海（手摘要：应该重视光速不变原理下的“同空性的相对性”，这关联着光速的矢量性质，不仅仅速度绝对值不变、速度的方向也不变。因此推理出了相对论效应与传统理解略有不同，比如时间效应与空间效应的交互性，垂直于相对速度的方向的尺不缩存在漏洞。由此揭示了狭义相对论还有深入拓展的潜能。关键词：同空性的相对性，时空相对论效应的交互性，1，前言狭义相对论的钟慢推理中，火车作例，火车箱中，垂直向列车天花板反射镜射出光束，车箱高l，来回双程用时2t；地面看，因为车速，光发出的时间内，发射点与天花板反射点都向车速方向走出了一段距离，所以看到这光束走的是斜边，L比l大，因为各速度参考系下光速不变，2t︐=2L/c，比较于2t=2l/c，t︐比t相对要大。因此显示钟慢效应。以上推理--简称M理解，常见于多种网文与视频讲课的表述中，经ai搜索认为符合狭义相对论。但本文认为它有矛盾而不够完备。把这例子重复：O，静止于原点O的火车；A，速度为v的火车。我们假定两车经原点时同时向火车天花板射出激光光子。为了讲解更直观，想象火车上的激光枪竖直朝上。请看以下讲解：1，假相对论理解（简称N）：既然光速与光源的运动状态无关，所以O和A两光子在O点脱离各自激光枪后，因为光枪向上就按光速向原点O顶端天花板按移动；经时间t后双双击中O的上方天花板；而t时间后A火车移动到了vt位置，H点无缘光子。问题点：出射光子为何随O不随H，O有啥特别特权，难道特权是静止，但静止是相对的，于是特权是自参考系，即与运动状态有关。你动了，为啥你发出的光子还会追随你动？揭示出：光速不变的理解需要加补丁N。叙述该理解的目的是为出台同空性的相对性作铺垫。2，伽利略描述（J）此描述也作为铺垫，主要关注β角。O看到自身光子向上射出，t时间后击中O上天花板；A看到O光子射出，并往后往上以斜线方向移动，t时间后与同步往后移到的O天花板遭遇。同样，A看到A光子在A车箱内按光速c向上移动，t时间后击中A天花板H；O看到A光子从原点射出，c速向上并v速向前以斜上方向移动，t时间后击中A天花板H。车箱静止高度为l，静止看，即A看A光，射中天花板时间为t，l=ct，A看A光枪的方向与车速方向夹角α，此处α=90度，0时刻O车与A车的位置重叠于O点，车速为v，t时刻A车位置于A点，AO=vt，t时刻A车天花板位置H点，AH=l=ct，O看到：A光子脱离激光枪后按光速c向上运动，并在A车的作用下获得车速方向的v速度，因此表现出两速度之矢量和，即方向斜上速度值按矢量和，其绝对值为：u=√(c²+v²)，因此O看到的光的方向是斜的，始终点为O→H，假令其夹角∠HOA为β，O看到光子运行路程为OH=√(AH²+AO²)=t*√(c²+v²)，运行时间仍然为t，车箱高度仍然为l。如果激光枪相对于自家底不是垂直朝上而是与车底即车速方向的夹角为α，则tanβ=c*sinα/(v+c*cosα)，sinα=(v/c+cosα)*tanβ。注意：光的方向，A看A的光向角为α，O看A光向角为β。3，相对论描述M在光速不变的原理性特征下，A看到A光子从A到H是光速运行，O也看到A光子从O到H︐的光速运行，即β︐角度方向，即斜线不再是伽利略的c与v的矢量和u，而就是爱因斯坦的原理性的不变c，对比伽利略，因此而发生的相对论效应是：u︐=c，v︐=v，OA=vt，OH=ct，那么，因光速不变原理而引发的必然变化该如何处理？首当其冲的需要处理的是速度加和或分析法则，如果仍然要维持矢量法，O看到的AH的速度分量是多少，假设A看到为w，那么w︐=？，O看到的AH=？这将产生数种理解方案：也是矛盾点3.1，M1理解以O看H，既然斜向即OH向的速度u︐已经是原理化了的不变光速c，那么c在垂直即AH向的速度分量就是，w︐=√(c²-v²)，这时如果H︐与H是重叠的，AH︐=AH，即l=w︐t︐=t︐*√(c²-v²)，这是最符合主流相对论的理解，特点是静止参考系看运动参考系的钟慢、但垂直方向尺不缩；可是这理解会出现矛盾点：在光速不变原理下当v无限接近于c时，矢量分析下的β︐无限接近于0即光速方向无限接近火车方向，但路线分析下β值无限接近45度角即tanβ=AH/OA=ct/vt（=w︐t︐/vt），意思是无论火车多快，地面看它的天花板高度一直是AH即l，即使火车速度接近光速，也只能达到接近45度角；但火车速度接近光速时，按光速不变原理，光速方向与火车方向的速度接近，近似水平角度了，这是矛盾。即O看到的A车天花板位置H︐和A车看到的H不重叠，即AH≠AH︐,β≠β︐，主流描述的“垂直方向尺不缩”存在矛盾，需要补丁。3.2，M2理解O看H，w︐=√(c²-v²)，这时，允许与M1理解不同，即允许H︐和H不重叠，AH︐≠AH，w︐*t︐≠w*t，也≠AH即l，也能允许t︐=t这里，sinβ︐=sinβ*√(1-(v/c)⁴)，cosβ︐=cosβ*√(1+(v²/c²)),tanβ︐=tanβ*√(1-(v²/c²))，这个理解里采纳了垂直方向的尺缩效应，同理无需钟慢也能满足速度加成法则；这个理解的重要特点引入“同空性的相对性”，β︐≠β的特点揭示出了“同空性的相对性”，对应于常说的“同时性的相对性”。同空性的相对性，即所谓光子枪垂直于v的发射，其方向性在不同的参考系里是不同的，这特性应该不冲突相对论诸观点；关于不同参考系对于光向不变的理解，J理解（伽利略）采取的是光向由“枪向+车向的矢量和”决定的方案；M1理解采取的是光向由枪向决定但枪向在车向中变化保持了“光速不变”性，不仅仅是速度的绝对值不变，光的方向也不变-永远是枪向即光向，方向是空间概念，所以显示了“同空性的相对性”。该理解的可疑点是：车箱的高度，无论它有多高，在车速接近光速时都缩成接近0，若真能车速等于光速则发生了车箱高度等于0的不可思议现象。所以只能加上无法超光速的限制。我注意到有主流知识在叙述狭义相对论采纳了闵可夫斯基空间似乎能消除这样的矛盾。但我没有相应知识，无法确认是否是同样的矛盾。3.3，M3理解O看Hw︐=√(c²-v²)，与M1的“钟慢而垂尺不缩”不同，也与M2的“垂尺缩而钟不慢”不同，没有逻辑上的理由认为M1与M2哪个选择有特权，所以也可以采纳“同时垂尺缩而钟慢”方案，即AH︐≠AH，t︐≠t，M1与M2的折中，钟慢与尺缩的折中；该理解的问题点，没找到折中的规则。从M1和M2的理解中，可以获得一个认识：钟慢与尺缩，不能同时用于同一计算中。比如计算车箱里垂直运动物体的速度，假如静止系的车箱看，w=l/t，那么相对于它在运动着的地基看到的w︐，令二者之间以γ为系数关联，即w︐=γw，代入w︐和w值可算出γ，于是：w︐=γ*(l/t），γ=√(1-(v²/c²)。γ作用于t上就是钟慢垂尺不缩，M1；γ作用于l上就是垂尺缩但钟不慢，M2。单独作用于时或空并没有找到有逻辑的特权，M3起源于特权质疑。该式的母式写成，w︐=γw即变换因子作用于速度，在无法确认作用于空间、时间、速度中哪一项为准时，想起光速不变原理，自然延伸出先确认作用于速度的优先权。在这个理解中，尺缩与钟慢是交互的，取决于变换因子对空间和时间的作用量，全作用于空间时就表现出尺缩但钟不慢，全作用于时间时就表现出钟慢但尺不缩，分身作用于时间空间时，分出的量符合交互规则，用数学表示为kγ¤1/k=γ，符号¤是数值上的乘法运算但意义上强调互乘二者的一一对应变化法则，即w︐=w*γ=(l/t)*γ=(l*γ)/t=l/(t/γ)=(l*kγ)/(t*k)其中k取值（1~1/γ）主流认识中的垂直向kγ=1，这样的取值属于假设性的，在垂直于车速v的方向的分析里，主流界多了一个假设，光速不变之外，多出了位置不变优先于速度分量不变或时间不变的假设，物理与数学上暂时未发现其优先特权的所在。在M1M2M3理解中，之前假定α=90度，如果是任意角度，其变换因子仍为，w︐=w*√(1-(v²/c²))即变换因子是γ=√(1-(v²/c²))或是γ=1/√(1-(v²/c²))其中隐含的关系：tanβ︐=tanβ*√(1-(v²/c²))，3.4，M4理解同理，没有逻辑理由一定要w︐遵循矢量运算规则。在M1和M2和M3中，实则都在为了维持三角形运算法则，思路贯穿的是按几何规则，先由光速不变推算出O看A时垂直方向的速度分量，再以该分量与A看A时的垂直方向对比，即w︐=l︐/t︐对比w=l/t。速度、时间、空间，三个物理量，倘若均在协变，则数学处理更加难。M1，速度分量变，采纳空间量不变；M2，速度分量变，采纳时间量不变；M3，速度分量变，采纳空间时间量交互变，但交互规则下的变化规律还得深入探讨；M4，速度分量与光速不变原理的关系不按矢量分解规则，期待深入探讨。4，本文观点鉴于思维难度，先声明一下，a，我不能保证之上的理解没有漏洞或描述够清晰，欢迎指出；b，我没足够查新保证之上所说的“同空性的同时性”、“垂向尺不缩”、“垂向尺缩”是否已经是主流理解或已有学者同样研究并公开过。新狭义相对论与大众理论的区别的起源：同是根据光速不变原理，为什么本文会推理出不一样的观点呢？a，起点不同，大众推理先推导出时间空间的变换法，以此为起头然后根据空间除以时间得出速度变换法；本文推理先推导出速度的变换法，然后由速度分解到时间和空间。b，变换因子作用范围不同，大众推理把变换因子作用到物理量的全域；本文认为，两相对参考系建立速度v差别的这一部分由两参考系共享对等，没在相对论变换的范围，变换因子仅作用在各参考系非共享的部分。M5理解--小结或修正理解在之上的诸理解中，相对论的光速不变原理没有得到充分的尊重。a，“同空性的相对性”。虽然尺缩钟慢成了狭义相对论的基本认识，但用在处理与相对运动惯性系的与速度方向不平行的运动场景时并没有坚持。--主流观点未足够重视。b，“同空性的相对性”与“同时性的相对性”要符合交互规则。--未见主流明确提过。c，速度更具有本原性，体现在相对论效应里具有优先特权，因此空间与时间的相对论效应需要在确认交互取值时对应确定。--主流在特殊情景中的取值没有说明原理。因此，提出如下观点：考虑两个相对速度为v的惯性系，静止系O和运动系A，A系某物体由A至H按w速度运行t时间与距离l，AH与v方向夹角α，则在O看来：A，用伽利略合成法，看到w方向与v方向的夹角为β，sinα=(v/w+cosα)*tanβ；而本文（狭义相对论修订）合成法，看到w︐方向与v方向的夹角为β︐，tanβ︐=tanβ*√(1-(v²/c²))，再次提示，w︐是O看到的w在t时间后由A点指向H︐点的速度；B，看到w︐=w*γ*ξ，其中γ=√(1-(v²/c²))是速度变换因子，ξ是修正因子的总和，比如其中速度分解因子当符合矢量几何法则时等于1，比如绝对时空的修订。C，看到的时空t︐与l︐的相对论效应要遵从交互规则，具体而言：w︐=wγξ=ξ*γ*(l/t)=ξ*(lγk)/(tk)即交互规则为：(γk)¤(1/k)=恒值，k值取(1~1/γ)，k的具体取值规律另需要研究，其在狭义相对论里的意义是，速度变换因子并非同等作用于时间与空间，比如全作用于时间时，空间的变换因子为1，k=1/γ，反之亦然，或者选择交互规则支持的两个分解份量同时作用于时间与空间，分解分量总是一一对应的。D，看到的w相对于O的速度是由v与w︐合成的，假设为u︐，具体是由O点指向H︐点的速度，u︐=√(v²+w︐²+2vw︐cosα)。E，空间和时间的相对论效应由u︐汇同交互规则确认，当全作用于空间时，l︐=l*γ，¤t︐=t*；当全作用于时间时，l︐=l*，¤t︐=t*(1/γ)；选择交互规则支持的两个分解份量同时作用于时间与空间时，l︐=l*(kγ)¤t︐=t*k。如按三维空间坐标处理，另行分解。注：符号加︐代表由O看到的与A看到的同一物理量的值，即A看A时的量不加右上角标、而对应的O看到A的同一量加上︐。重复新狭义相对论的观点（即与旧狭义相对论的不同点）：1，光速不变原理，包括了光速的方向不变。2