相对论中的测量研究

光速是相对论中的一个重要问题,相对论中的一个基本原理是光速不变,用光信号作为测量手段导致了相对论的时空有许多新的特性,如同时性的相对性、时间延缓、空间弯曲等.可以说,相对论的时空是由于对光信号的测量而建立的,相对论是一种测量理论.     

相对论和超光速——Ⅰ.运动学部分

本文表明,如果我们认识到狭义相对论不能排斤超光速运动存在的可能性,并按爱因斯坦的方法重新讨论狭义相对论,一个新的运动学将可建立.当物质以亚光速运动时,它将保留狭义相对论运动学的全部意义;而当物质以超光速运动时,则给出了新的内容.     

一种用速度定义验证光速不变原理的方法

以3个相对论效应为基础,用速度定义验证光速不变原理.强调了空间与时间的相对性和统一性.指出计算光脉冲速度时必须用同一个参照系里测量的时空量.     

基于力、能量、动量和作用量框架的物理学基础理论结构统一性探讨

研究表明:如果把作用量视为一个与力、能量和动量平权的物理量,那么经典牛顿力学、量子力学、相对论和狄拉克的相对论电子理论有了统一的数学基础.由此推测"反物质"本质上是超光速物质的亚光速表象,并预言它们在引力场中是受到引力场的排斥的.本文进一步讨论基于芬斯勒时空结构中的相对论的物理特征,特别指出爱因斯坦相对论中的"光锥"作为突变临界面的特殊性质,构成了以光速为相互作用传递速度的"作用力"的"吸引"和"排斥"表象间的相互转换.     

θ—时空论

本文根据时空均匀性、各向同性及相关性的要求,直接证明了爱因斯坦的光速不变假定的合理性;同时指出光速并非一切时空中物质运动可能速度的上限;导出了比爱因斯坦更具有普遍意义的坐标系变换关系及能量动量关系。预言了负能量存在的可能,同时指出了空间“膨胀”、“消失”,时间终止、倒流的可能。在θ=O 时,该理论与爱因斯坦狭义相对论完全一致。     

普遍的质速关系和狭义相对论

依据相对性原理以及动量守恒和能量守恒定律, 无需利用光速不变假设和具体的时空变换关系证明相对论能量必须正比于相对论质量。通过建立和求解质速关系的微分方程, 自动给出极限速度vm, 并得到一种普遍适用的相对论质速关系。该质速关系既适用于具有静质量且运动速度小于极限速度的“慢子”, 又适用于不具有静质量且运动速度大于极限速度的“快子”以及运动速度等于极限速度的“常子”。在此基础上可确定运动学时空变换的广义洛伦兹变换公式以及动力学的质能关系和能量-动量关系, 从而建立一种更为普遍的狭义相对论理论。无论是否存在无静质量的“快子”和“常子”, 无论是否发现超光速现象, 新的相对论理论都是成立并自洽的。极限速度的具体取值可由实验测量确定, 若取vm=c , 就回到传统相对论的公式, 光速不变则成为相对论的一个推论。     

相对性原理_罗_人七_兹变换与不变速度

在相对论前,罗仑兹变换是一个理论,用于解释迈克尔逊、莫莱实验的否定的结果——光速不随惯性系的转换而改变.相对论建立以后,情形反过来,光速不变的实验事实成为导出罗仑兹变换的依据.爱因斯坦的功绩在于,从时空理论的高度着眼,推广伽利略力学相对性原理到包括电磁现象,把光速不变和相对性原理结合起来.可是,它们之间的关系究竟怎样,很少认真考查过.下面的讨论结果表明:仅仅是运动学的相对性原理,加上时空的均匀性、空间的各向同性,就足以导出罗仑兹变换或者伽利略变换,二者必居其一.而在前一场合,有限的、不变速度的存在为必然结论.迈克尔逊、莫莱实验可以看作是一种判定性实验,判定我们的时、空连续体属于罗仑兹变换而不属伽利略变换;同时,证验光速即不变速度.     

孤立波的相对论效应及速度极限

本文给出了在Galileo和Lorentz时空规范下KdV方程的解,讨论了孤立波的相对论效应及物理模型,推出了孤立波不可能以光速传播的结论.     

一种用速度定义验证光速不变原理的方法

以3个相对论效应为基础，用速度定义验证光速不变原理．强调了空间与时间的相对性和统一性．指出计算光脉冲速度时必须用同一个参照系里测量的时空量．     

精细结构常数的测量和光速的变化

简述了精细结构常数(FSC)的定义和测量,介绍了J.Webb等人根据对遥远的类星体观测发现的FSC异常.他们所分析的光是宇宙早期时天体发出的光,发现那时α之值较小,故认为宇宙早期时光速值较大.介绍了P.Davies等于最近提出的理论观点,认为在创世大爆炸时光速非常大,据此容易解释宇宙的大尺度均匀性;如光速可变,就必须重新审查关于时空的理论(狭义相对论SR).为了解释Webb实验,本文提出了一个新观点,即认为在宇宙的早期光子速度较快、能量较大,亦即在那时光速值(c)和Planck常数值(h)均具有高于目前标准值的数据.     

瞬间的奥秘

物理学中空间的点对应于时间中的“瞬间”.相对论,量子论和场论中质点模型的失效,应当自然地导致“瞬间”概念随之失效.真正的瞬间必定是包含“过去———现在———未来”的微小绵延,也就是在当下的现在时刻渗透着过去和未来的小片段.对量子论中时间概念的哲学分析揭露了生命哲学与存在主义等思辨哲学包含的真理,但有待于与具体的物理模型结合起来.玻尔认为,时间只有在测量时才有意义;薛定谔认为,EPR关联是由于经典时空和量子论时空的不协调造成的;彭罗斯认为微观时空是多重复合的.我们认为,在量子论中,瞬间概念和质点模型一样,是忽视物体运动时空形象的理想化结果.     

相对论中相对与绝对的讨论

对相对论教学内容进行了讨论和研究.在教学中常常强调其中的"相对",而忽视了相对论中还有"绝对"的一面,如光速不变原理、狭义相对性原理、广义相对性原理、本征长度、本征时间、闵可夫斯基四维时空等都具有绝对性.指出相对和绝对是对立统一的两个侧面,只有正确地看待相对与绝对的关系,才能很好地理解相对论的本质,从而更好地掌握自然界的规律.     

A strong astrophysical constraint on the violation of special relativity by quantum gravity

Special relativity asserts that physical phenomena appear the same to all unaccelerated observers. This is called Lorentz symmetry and relates long wavelengths to short ones: if the symmetry is exact it implies that space-time must look the same at all length scales. Several approaches to quantum gravity, however, suggest that there may be a microscopic structure of space-time that leads to a violation of Lorentz symmetry. This might arise because of the discreteness or non-commutivity of space-time, or through the action of extra dimensions. Here we determine a very strong constraint on a type of Lorentz violation that produces a maximum electron speed less than the speed of light. We use the observation of 100-MeV synchrotron radiation from the Crab nebula to improve the previous limit by a factor of 40 million, ruling out this type of Lorentz violation, and thereby providing an important constraint on theories of quantum gravity.     

量子力学和相对论的结合、不相容及发展

基于量子力学和相对论的比较,二者既可以结合又存在不相容.由此讨论它们的某些可能的发展方向.特别探讨了3个方面:测不准原理和光速恒定等的矛盾;量子的非局域性显示出纠缠态应该是一种新的作用距离和强度中等的相互作用;由Dirac负能态推导出的负物质可能是一种暗物质.       

关于狭义相对论的本质

在量子力学基础上，根据空间－时间反演等价于正反粒子变换这一基本对称性，导出了狭义相对论的质能关系式和洛伦兹变换，从而说明了高速粒子质量增大和运动钟变慢等相对论运动学效应有其普适的内禀动力学本质。     

广义相对论中的同时性定义

按照广义相对论时-空间隔的特性,同时性定义被严格地推广到广义相对论.同时性定义原是狭义相对论中的重要问题,过去一些文献将它推广到广义相对论时,忽视了广义相对论与狭义相对论在时空特性上的差别,因而在推广的过程中,出现了一些概念上或计算上的混乱和错误,影响了对广义相对论的正确理解.通过严格的论证,指出了这些混乱和错误,并予以了改正.     

直线加速引力场的推导及性质

推导出直线加速引力场的空时度规以及在该时空中粒子的动力学方程和运动学方程;验证了狭义相对论和牛顿力学的规律是该引力场在一定条件下的近似,指出加速度具有极限。     

量子理论和广义相对论的统一

首先简要介绍了量子引力理论中的超引力和环量子引力.其次基于量子理论和广义相对论的基本原理、主要特征等探讨了某些新的统一理论.进而提出广义相对论形式、算符形式和二者的结合等具体的数学方程及6个结果.最后讨论了一些统一的新方案,如量子理论中可能存在的类似宇宙项,各种相互作用粒子的质量关系,标准模型某些可能的发展等.       

量子力学曲率解释与物理学的统一

量子力学的曲率解释在物理学思想层面为谋求相对论与量子力学的统一迈出了一大步。在此结合学者们的一些新的研究,进一步讨论了相对论与量子力学的深层次统一问题,涉及从相对论变换推导量子假说,康普顿物质波与德布罗意物质波的关系,超光速现象在量子层面是否存在以及如何理解等问题。     

The speed of information in a 'fast-light' optical medium

One consequence of the special theory of relativity is that no signal can cause an effect outside the source light cone, the space-time surface on which light rays emanate from the source. Violation of this principle of relativistic causality leads to paradoxes, such as that of an effect preceding its cause. Recent experiments on optical pulse propagation in so-called 'fast-light' media--which are characterized by a wave group velocity upsilon(g) exceeding the vacuum speed of light c or taking on negative values--have led to renewed debate about the definition of the information velocity upsilon(i). One view is that upsilon(i) = upsilon(g) (ref. 4), which would violate causality, while another is that upsilon(i) = c in all situations, which would preserve causality. Here we find that the time to detect information propagating through a fast-light medium is slightly longer than the time required to detect the same information travelling through a vacuum, even though upsilon(g) in the medium vastly exceeds c. Our observations are therefore consistent with relativistic causality and help to resolve the controversies surrounding superluminal pulse propagation.