后相对论——光速是常量的第4次解释

中国水利水电出版社

【作者】张长太著

【I S B N 】978-7-5084-9077-9

【责任编辑】宋俊娥

【适用读者群】科技

【出版时间】2011-11-24

【开本】16开

【装帧信息】平装（光膜）

【版次】第1版第1次印刷

【页数】192

【千字数】212

【印张】12

【定价】￥24.8

【丛书】暂无分类

【备注信息】

图书详情

简介

本书特色

前言

章节列表

精彩阅读

下载资源

相关图书

自序

二十世纪初，物理学发生了两场革命：量子力学和相对论。普朗克为了建立一个和实验吻合的黑体辐射公式（后被称为普朗克公式），不得不作了一个和经典相矛盾的假设：能量量子化假设。正是这个非同寻常的假设，才使他推导出了正确结论，物理学才终于拥有了经得起检验的黑体辐射公式，普朗克也因此被尊为量子之父。然而，普朗克是个性格保守的人，随后15年，他一直在“不应背离经典”的自责中寻求这个公式的经典途径。一般地说，判断一个公式的正确与否要经过以下的检验：一、推导过程是否符合逻辑，二、结论是否和实验吻合，三、假设是否具有基础性。除此之外，本书作者还建议考量第四项，即：假设是否具有唯一性或不可替代性(相当于充分必要性中的必要性)。要确定是否唯一，排他性检验就成为必要。普朗克之后十五年的工作实际上就是排他性检验。这项检验最终没有发现足以取代量子的其它假设，也就是说，普朗克公式的量子假设不可替代，舍此别无它途。至此，量子理论才正式粉墨登场，这就是近代物理的第一场革命。另一场革命就是爱因斯坦的相对论。与普朗克相反，爱因斯坦是改革型性格，这种性格往往和自信甚至是自负如影随形，所以爱因斯坦在标新立异、独树一帜地提出相对论后，尤其是在得到质能公式和能动公式后，他就不再考虑（起码没有任何记载他这样做过）是否还有其它途径，譬如经典途径，也能得到质能公式和能动公式，这就为本书的问世埋下了“伏笔”。

前之不明，后之何清？为了将本书作者对相对论排他性检验的独特见解，即本书后半部的光速是常量的第四次解释表述清楚，以推理的方式首先将相对论阐述出来是必要的。毫不夸张地说，本书前半部分可以使任何受过高中以上教育的读者在最短的时间甚至在一两天内弄懂相对论。其实，相对论的本质就是“质能等效”一句话这么简单。质能等效的含义是：能量能够称出重量（质量），反过来，重量（质量）也是能量的一种，是能量的一种特殊形式。爱因斯坦之所以伟大，正是因为这个了不起的发现。说了不起是因为整个牛顿力学都是基于质量和能量不等效假设的。如果再想学的全面一点，补充五个字“时空私有化”或“一人一世界”就完全够了。专业人员只要抓住这九个字，并能说出来龙去脉及其相关的数学表达式，就全面掌握了相对论。

爱因斯坦说，“相对论即使是个错误，也会留下美好的回忆。”我认为不仅是回忆，而且一定是科学史、思想史和方法论上的大事件。然而，相对论诞生已有一个世纪，居然许多人不能正确理解，尤其是它的优美的逻辑推理，许多书把它写得佶屈聱牙，不知所云；相对论所蕴含的思想——比相对论更珍贵的东西却几乎无影无踪。这诚然是因为原创者爱因斯坦的原因，他一开始不经意定下了基调。一百年来，除了费恩曼稍有创意外，几乎所有版本都没有突破爱因斯坦原始相对论的“窠臼”。爱因斯坦写相对论的时候，许多背景是不言自明的。然而，时过境迁，如果还要依样画葫芦不敢稍有突破，势必令人感到晦涩难懂。当我在懵懂中终于明白这一点的时候，一条清晰的线索逐渐展现出来：相对论的前世今生，原来就是麦克斯韦第一次对光速是常量做出解释，洛伦兹与庞加莱等人对光速是常量做出第二次解释，相对论就是对光速是常量的第三次解释。那么，本书第一部分就是重新表述相对论，第二部分、第三部分就是对相对论的排他性检验，也是“光速是常量的第四次解释”。作者认为，即使把第一部分表述清晰，也只是综述了前人的观点而已；只有将这三部分有机地融合在一起，相对论才能算完整。

鱼渔同授是我的一个梦想：不但要把相对论的内容写得清晰，而且要把爱因斯坦的思想和方法演绎出来。这个26岁依旧书剑两蹉跎的本科毕业生为什么能够建立如此完美的理论体系呢？

本书边思考边推导，对相对论进行了精细演绎、深入剖析和充分欣赏。而后，仍然沿用爱因斯坦的思想和方法，调换角色，站在反对者的角度，给相对论提出了诸多悖论，最有代表性的就是弹簧悖论和质量悖论。最终，奇迹般给出了光速是常量的第四次解释。值得深思的是，这个解释从“质能不等效”（这是和相对论截然相反的）出发同样得出了“质能公式”、“能动公式”和“光子的能动公式”，从而在实用上能够完全取代相对论。排他性检验结出了迷人的硕果。顷刻间风云突变，相对论是否正确，立即成了一个必须重新面对的问题。但是，由于作者既不想片言折狱地反对相对论，也不想人云亦云地迷迷糊糊拥护相对论，而是只想弄清真相，因此，维护相对论时作者不遗余力，质疑相对论时作者则绞尽脑汁。但是，究竟鹿死谁手，本书则给出了一个具有可操作性的判决性实验——本书把它称为 “Ballping实验”，即“光散射收敛效应”，让实验来决定胜负。

“光散射收敛效应”是这样的：由于相对论认为质能等效，能量有质量效应，因此运动物体所携带的动能，会使其质量变得更大。当速度接近于光速时，运动物体的质量就会接近于无限大。因此，一个本来比乒乓球轻的钢球，如果高速运动，质量就会十倍百倍于乒乓球，当这种如此之重的特殊钢球高速撞击乒乓球时，钢球却有可能被乒乓球反撞回去。你一定会感觉到奇怪，因为，乒乓球被撞飞时的速度越大，就表示动能越大，动能越大就表示其质量越大，直至质量变得远远超过钢球，使本来的重碰轻变成了轻碰重（当然轻碰重这一点是从碰后分析的）。如果用大光子代替钢球（光速可以达到我们所说的足够快），用电子代替乒乓球，那么，按照相对论就能看到质量大的光子被质量小的电子反撞回去的奇观了——这个现象叫做光散射角发散。与之相反，如果质能并不等效，那么，这种比乒乓球重的特殊钢球就永远不会被乒乓球反撞回去，即大光子永远不会被小电子反撞回去（表现为光散射角收敛）。光散射角就是光子碰撞电子之前与之后的运动方向的夹角。光散射收敛，就是说夹角趋于零。

如果这个收敛效应存在，伟大的相对论时代将从此结束，本书的光速是常量的第四次解释将闪亮登场，这将是物理学的十级地震！甚至全世界都将为之瞠目。如果这个收敛效应不存在，这不仅实现了物理学家“在电磁场外检验相对论质速公式”的百年梦想，而且无可争辩地证明相对论经受住了这场最严峻的排他性检验，被相对论困惑因而对相对论耿耿于怀的人们将从此释然。

因此，本书是一个里程碑。

牛顿力学没有进行排他性检验，所以，200年后意外地被相对论覆盖了。相对论没有进行排他性检验，它是否会被本书的后相对论覆盖呢？让我们拭目以待！

在写作方面，鉴于相对论的特殊性——看似简单却极其难以表述（我用时近10年才弄清相对论在说些什么），因此，本书虽是专著，但语言上却是解读性的，以说的清楚为唯一标准，敬请各位读者海涵。

期待以书会友，期待您的支持，期待实验物理学家们的检验。

张长太2009年9月于北京

后相对论——光速是常量的第四次解释目录目录
第一部分相对论的前世今生
第一章相对论诞生记
11为什么会诞生相对论？
12相对论先驱者的思想
121洛仑兹的收缩假说
122庞加莱的观点
13爱因斯坦的狭义相对论
131相对论之前的爱因斯坦（1905年之前）
132爱因斯坦狭义相对论的探索过程
133相对论的重要推论：长度收缩、时钟变慢
134同时的相对性
135质能关系及质量与能量守恒的统一
136质速关系的推导
137爱因斯坦速度变换式
138相对论被世人接受的历程
139相对论诞生的意义
14广义相对论概述
141广义相对论基本原理的提出
15爱因斯坦生平
151早期的爱因斯坦（1905年之前）
152爱因斯坦发明的第一个高峰——狭义相对论的建立
153爱因斯坦发明的第二个高峰——广义相对论的建立
1541916年在辐射量子方面提出引力波理论
1551917年又开创了现代宇宙学
156统一场论的探索
第二章爱因斯坦自述相对论
第三章霍金之相对论简史
第四章为什么会诞生相对论
41为什么会诞生相对论？
——麦克斯韦方程还是迈克尔逊莫雷实验？
42为什么会是民科？
421麦克斯韦错失发现相对论
422洛伦兹和庞加莱错失发现相对论
423只要敢于想象，你也可以发现相对论
43天才是如何造就的？——爱因斯坦的利器
431勇敢——几乎就是成功的代名词
432苦思——天下无敌的利器
433接受力——领先的法宝
44爱因斯坦理论的特色——演绎胜于归纳
第五章相对论的实质内容——究竟什么是相对论
51费恩曼讲相对论
52理论物理学中的相对论
521狭义相对论的基本原理
521（1）经典物理的危机——第一次对光速是常量解释的破产
521（2）经典物理的危机——第二次对光速是常量解释的破产
521（3）狭义相对论的基本原理——第三次对光速是常量的解释
522狭义相对论时空变换公式及其推论
522（1）狭义相对论的时空变换公式
522（2）相对论的推论之一：动尺收缩和动钟变慢（尺短时长）
522（3）相对论的推论之二：速度变换公式（速度不再遵守加减法）
522（4）相对论的推论之三：加速度变换公式
523狭义相对论时间度量的相对性
524狭义相对论动力学
524（1）麦氏方程组在洛伦兹变换中的协变——力的定义和力的变换
524（2）狭义相对论动力学——牛顿力学定律在洛伦兹变换中的协变
1牛顿三定律的相对论修正；2动量及能量的变换式；3质量m的变换式；4质能关系；5相对论实用公式大全——质速公式及其衍生公式；6在相对论时空变换下，让电荷q发生变化而不让质量变化是不自洽的；7四个实验验证
53相对论不止以上内容——本书对相对论的深度理解
531能量具有质量效应是能量的内禀性质
532“倒讲”相对论
533是否存在第三坐标变换系？
534相对论的革命性革在哪里？
——相对论和牛顿力学的根本区别
第六章相对论的意义
第二部分相对论是否已是铁论？
第七章质能公式真的通过实验检验了吗？
——大隐于阳光之下的秘密
第八章在电磁场外可以验证质速公式吗？
布雪莱实验的解释可能存在漏洞
第九章这台光钟表能代替时间吗？
——在教科书中隐藏百年的无效推导
第十章孪生子悖论——180°旋转对称飞行
第十一章弹簧悖论（还是弹劾悖论？）——尺子真的会缩短吗？
第十二章钢球能被乒乓球反撞回去吗？——Ballping悖论
第十三章金生金及其它
131超光速的存在性——相对论与量子力学的深刻矛盾
132金生金实验——取之不竭的“克隆黄金”
133能动等效吗？——相对论无法解释光子动量的来源
134拔河悖论
135明灯不亮悖论
第三部分后相对论——光速是常量的第四次解释
第十四章新的质能转换因子的发现
第十五章新的质能转换因子的推导暨光速是常量的第四次解释
151新的转换因子是质量能公式的唯一来源
152从本书的基本假设推导转换因子
153光速是常量的第四次解释
第十六章理论上的检验——原子弹之父究竟是谁？
第十七章两种理论的巅峰对决：实验
——α粒子的速度和光散射收敛效应
171第一个实验——α粒子的速度
172第二个实验——Ballping实验和光散射收敛效应
第十八章为什么要重新检验相对论
181黑洞存在吗？——力对光子的作用
182洛伦兹力的猜测
183为什么要重新检验相对论
附录一一个新的质能转换因子与光的起源
附录二光速是常量的第四次解释
——质能公式在经典条件下的推导暨光散射收敛效应
附录三“光速是常量的第四次解释——质能公式在经典条件下的
推导暨光散射收敛效应”一文的评审与作者的答复
附录四力对光的作用（之一）
后记

关闭

打印