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§4.3 新力变换式的证明

4.3.1 新力变换式的证明思路

理论的成立与否,不但要看其合理性或称自洽性,更要看其是否符合实际。对于物理理论,传统的检验方式是设计可行性实验。但由于实验误差的存在,一般规定只要偏差在20%之内,便可以认为理论符合实验,当然这必须是在无主观因素干扰的情况下。可见,实验只能表明对理论的支持与否,而不是证实,证实需要通过若干不同类型实验的检验。

经典理论是在实验基础上而建立起的归纳性理论,是对各种具体规律的总结,是实践的升华。狭义相对论是在两个原理基础上建立起的演绎性理论,目的是推演出各种具体规律,是理论向实践的回归。从理论的建立次序看,归纳性理论是由具体到抽象,而演绎性理论则是由抽象到具体。从物理定律的统一性看,虽然两种理论的推演顺序相反,但应殊途同归,即两种理论是平权的,且可相互印证。对于演绎性理论,当涉及了各种参量的最终结果一旦被证实,便意味着整个理论体系得到了的证实。可见,狭义相对论并不需要像经典理论那样,对每个具体结论都进行实验检验,这也是演绎性理论与归纳性理论,在验证方面的一大区别。

至目前为止,所有支持狭义相对论的实验,皆没有涉及变换式的横向参量(y、z坐标),或说,凡涉及横向参量的实验,从没有过任何符合理论的相关报道。就是说,对于旧狭义相对论,既有符合实验的,也有不符合实验的。新力变换式(4-28)的获取,经历了复杂的推演过程,尤其是横向的新力变换式,所涉及到的参量最为齐全,也是狭义相对论的最终变换式。可见,对这一变换式的肯定,基本上可以认为是对整个新狭义相对论的肯定。

电磁理论中的洛仑兹力公式 ,源于安培力公式 ,这是经过无数工程实践验证的公式。其无论是低速还是近光速情况,至今未发现过存在任何偏差。因此, 完全可以作为自然界中的一条基本定律。狭义相对论的各种变换式,皆与物质的组成无关,所以用新力变换式直接推导出 ,便实现了对整个新狭义相对论的证明。这也是一些资深狭义相对论学者,所一直探求的目标。

4.3.2 洛仑兹力公式 的直接导出

如图4-2,设电荷B与S´系固联,电荷A以速度 平行于xx´轴运行至图示位置( )。当以S系为观察系时,电荷A将受到电荷B的库仑力 ,及其所形成磁场的洛仑兹力 作用,则其合力为 始终反向,参见3.2.3)。而当以S´系为观察系时,因电荷B静止而不产生磁场,则电荷A只受到电荷B的库仑力 作用。

图4-2 由新力变换式推导洛仑力公式

因为只有以S系为观察系,才能体现出洛仑兹力,所以需使用新力逆变换式(4-28)中的横向变换式 ,得:

(4-30)

式(4-30)结合速度变换式(4-3)中的 ,及尺-速关系式 (见式(3-37)),得:

(4-31)

式(4-31)中 ,为电荷B在电荷A处产生的磁感应强度。如此,由新力变换式直接推导出了洛仑兹力公式 。这标志着从第三章至本章,对整个旧狭义相对论的修正,完全正确无疑,也标志着新狭义相对论得到了证明。

当A电荷也与S´系固联时,即 ,则便回到了3.2.3节情况,则由式(4-28)中逆变换式得, (见式(3-39)(3-42))。此也可看作,是对新狭义相对论自洽性的一个初步检验。

洛仑兹力公式的导出,其每一步都是可逆的,这无疑把磁场与光速不变原理紧密联系在了一起。就是说, 没有光速不变原理,就不会有磁场的存在,更不会有电磁理论或当今世界。

当初被认为是肯定旧狭义相对论正确性的最具说服力证据,就是由旧力变换式推导出的,称为全洛仑兹力的公式 [7] ,这也是旧狭义相对论最引以为傲的事件。虽然该式中的每一项,都是电磁学中常见的,但其中却隐藏着一个极不惹人注意,却又极严重的错误。从推导过程看, 是以两同向运动电荷为背景推导出的,但却忽视了一个问题:在电磁理论中,无论两运动电荷的正负如何,库仑力 与洛仑兹力 的方向,总是相反的。就是说,只有 才能符合电磁理论。 这个被人们所熟知的式子,将仅仅因为一个正负号错误而变得毫无意义。旧狭义相对论与电磁理论精确相符的说法,不攻自破,正所谓“失之毫厘,谬以千里”。

由上述可以看到,对物理学的要求,要比数学更为苛刻。物理学不但要同数学一样,做到逻辑上的严密和自洽,还要必须与实际相符,而数学则无此要求。这也是目前过于依靠数学的现代物理学,存在许多奇怪结论的根本原因。 wOlbv/EwwkLU0OTlMbuFHAE31OrZ0NniPsgzs85uN0gJrhwzUnzWpB8/mi0BePff

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