超光速与左性电磁波
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1、摘要:本文阐明了超光速现象与狭义相对论之间并无矛盾。用 Einstein 光速不变(方向可变)原理,仿照 Lorentz 变换推导出: 1. 超光速参照系和静止参照系间的时空坐标变换和速度变换; 2. 超光速物体运动质量和静止质量之间的关系; 3. 超光速物体减速至趋于光速时质量趋于无穷大,所以光速是超光速物体的最低速度; 4. 超光速刚尺的伸缩变化与速度的关系; 5. 超光速时钟走时与速度的关系。 关键词:超光速;超光速变换;狭义相对论 中图分类号中图分类号:O412.1 Superluminal and left-handed electromagnetic wave Zhang lipi
2、ng Abstract: This paper illustrates that there is no contradiction between superluminal phenomena and special relativity. Based on the principle of invariance of Einstein light speed (variable direction), the Lorentz transformation is used to derive: 1. Space time coordinate transformation and veloc
3、ity transformation between the superluminal reference frame and the stationary reference frame. 2. The relationship between the mass and the static mass of a superluminal object. 3. The mass tends to infinity when the superluminal object decelerates to the speed of light, so the speed of light is th
4、e lowest speed of the superluminal object. 4. The relationship between the scale change of the superluminal rigid ruler and the speed. 超光速与左性电磁波 张力平 5. The relationship between the clock walking and the speed. Keywords: superluminal, super velocity of light; superluminal transformation, FTL transfor
5、mation; special relativity. 通常电磁波其电场矢量、磁场矢量以及波矢方向满足右手定则,称为右性电磁波1。但电磁场对称性理论指出电场矢量、磁场矢量以及波矢矢量遵从左手定则的左性电磁波也是存在的。并且这种左性电磁波也符合麦克斯韦方程。2 狭义相对论的一条基本原理是光的速度不变,因为在任一参照系中麦克斯韦电磁定律都正确,则任一参照系中都能推出光速度不变3。但严格来说,如果左性电磁波存在,那么麦克斯韦电磁定律只保证光的速率不变,并没有保证光的方向也不变。如果观察者超过光运动,光应该相对观察者反向传播,方向变了,但速度大小仍不变(还是 c)。如果观察者看到相对自己反向传播的光速
6、度不是 c,(c 为真空中光速),那么在观察者的参照系中麦克斯韦电磁定律对反向传播的光失效。如果麦克斯韦电磁定律在任一参照系都成立,那就应允许有的参照系中光反向传播并且速度大小仍是 c。即光的速率不变。如果在空间一光波即电磁场波动在空间向前传播,如果观察者速度超过这个向前传播的电磁场波动,在观察者看来这个电磁场波动是向后退行了,这个退行的电磁波电场矢量、磁场矢量以及波矢矢量遵从左手定则,就是一个左性电磁波。而向后退行的电磁场波动也应该符合麦克斯韦电磁定律,即这个退行的波也是一个电磁波,并且退行的速度,即向后传播的速度也应该是 c,即速度为-c,这样才能使麦克斯韦电磁定律在观察者那里不失 效。即
7、超光速参照系中光反向传播,且速度大小是 c,速度大小不随参照系运动状态改变而改变,是常数。 目前已有的超光速理论有的与狭义相对论不能自洽,3-6还有的超光速理论导致时光倒流。7-10但超光速的存在并不能否定狭义相对论,因为即使存在超光速,在亚光速参照系中光速不变原理仍成立,而由光速不变原理推出的洛伦兹变换仍成立,所以狭义相对论结论仍成立。狭义相对论只是推导出物体速度不能等于光速,但并没有说物体速度不可能大于(或小于)光速,11所以超光速在这一点与狭义相对论也不矛盾,但超光速会不会导致异地同时性,从而与狭义相对论同时相对性矛盾?这个问题可以这样考虑:时刻是异地同时的,但时间间隔异地不相同。异地间
8、信号超光速性只能保证时刻的异地同时性,不能保证时间间隔的异地相同。而狭义相对论洛伦兹变换只是论证了时间间隔异地不相同。 ttttttttttttttA1A2A3A4A1A2A3B3B4B3B1B1B2B2A地B地 如上图:带箭头线段表示超光速信号将两地瞬时联系起来,tA1,tA2,tA3,tA4 表示 A 地的时刻,tB1,tB2,tB3,tB4表示 B 地时刻, tA1, tA2, tA3表示A 地时间间隔, tB1, tB2, tB3表示 B 地时间间隔。tA1与 tB1同时,tA2与tB2同时,tA3与 tB3同时,tA4与 tB4同时。即使 A 地的点与 B 地的点一一对应同时,但 t
9、A1 tB1, tA2 tB2, tA3 tB3,即时间间隔不同。 洛伦兹变换(包括后文的超光速变换)中的 t,t实际指 S 系和 S中光信号到达的事件与光信号从重合的坐标原点发出事件之间的时间间隔而不是指光信号到达事件的的时刻,不能把两者混淆。洛伦兹变换(包括后文的超光速变换)可以推导出时间间隔异地不相同但没有推导出时刻异地不同时。例如洛伦兹变换(包括后文的超光速变换)推导过程中光的传播距离与时间的关系 x=ct,x=ct,(x=-ct),12这里 t 和 t严格来说应该是 t, t。是时间间隔不是时刻。 t, t不同不能推出时刻不同时。因此如果异地间信号超光速性确定时刻异地同时不能推翻狭义
10、相对论的结论,从这一点来讲超光速现象与狭义相对论并不矛盾。 yyxzooxvt(S系测)zP(x, y, z, t )(x,y,z,t) 如上图示:S 系坐标轴为 x,y,z,坐标原点为 O,S系坐标轴为 x,y,z,坐标原点为 O,对于任意事件 P 在 S 系和 S系中的时空坐标为(x,y,z,t)(x,y,z, t),S相对于 S 以平行 x 轴超过光的速度 v(vc)作匀速运动,显然有y=y,z=z。在 S 系中观察 S 系原点 x=0;在 S系中观察该点 x=-vt(vc), 即 x+vt=0 可以证明:x=k(x+vt) (1 式) (1 式详细证明从略) k 是比例常数。 同样可得
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- 相对论 超光速 洛伦兹变换