运动物体观测论

03论著１引言２基本假设３几个时空概念为了解决运动物体的测量问题，爱因斯坦于一个世纪前发表了狭义相对论。

现在，狭义相对论及其作者爱因斯坦已经被世人共知。

在高等学校中，把狭义相对论作为一项必修的内容，但狭义相对论建立过程的合理性及其推论的正确性一直被怀疑和批判。

王志海和徐晖提出了运动物体的观测论的概念和基本运算。

笔者对运动物体的观测论做了进一步整理和完善并建议用运动物体观测论取代狭义相对论来解决运动物体的观测问题。

随着对光的本性和传播机理的研究的深入，发现文献［９－１０］的理论只适用于物体在单纯的空间内运动的观测且视时空中运动方向的坐标推导有误，不适用于物体在介质内运动的观测。

抱歉的是文献［９］存在多处排版错误。

本文介绍运动物体观测论的基本假设，运动参考系时空、视时空和静止参考系时空，光在空间中和介质中的传播速度，分别导出物体在单纯空间和介质中运动时，运动参考系时空与视时空、视时空与静止参考系时空、运动参考系时空与静止参考系时空的转换式。

最后，与狭义相对论做了比较。

（１）一切彼此作匀速直线运动的惯性参照系，对于描写运动的一切规律来说都是等价的。

（２）在空间中光相对光源的传播速度为常数ｃ或在同一介质中光相对介质的传播速度为常数。

在纯粹的空间中，光相对于光源的速度有一个确定的范围；对于某一特定的光子，如不与其它物质发生作用，则其相对于光源的速度是个常数，记为ｃ。

光子如果进入介质，则光子遇到物质后，就会被物质吸收，然后以光子发射或转变为其它粒子发射或保留在物质内部。

重新发射出的光子可以与原来光子的运动方向不同，形成反射、透射、散射等现象。

这时，光子的传播速度，就是光相对于新光源—介质微粒的速度了。

由于光在介质中传播时，不断地被吸收和重新发射，需要时间，所以光在介质中的传播速度比在纯空间中的传播速度慢。

介质的分子量越大、密度越大，光的传播速度越慢，光的穿透深度越浅。

在此，假设介质具有良好的透光性能，并且光相对介质的传播速度为常数。

在这里，有运动参考系内的真实时空，有在静止参考系内观测运动参考系内的时空时获得的视时空，有静止参考系内的真实时空。

（１）绝对时间。

设有一批构造相同的钟都以相同的速率（或曰“时率”）走动，并且都已被校准到在同一时刻其指针都指着相同的位置，则无论把这些钟放置在何种运动状［１］［２］［３－１４］［９］［９－１０］［１５］［１５］运动物体观测论李子丰（燕山大学石油工程研究所，河北秦皇岛０６６００４）摘要：为了解决运动物体的观测问题，文章先论述了光速是光子相对于光源的速度，介绍了光在纯粹的空间中和介质中的传播特性；提出了运动参考系时空、视时空和静止参考系时空的概念；分别导出了物体在纯粹的空间中和移动的介质中运动时，运动参考系时空、视时空与静止参考系时空的相互关系。

运动物体观测论解决了运动物体的观测问题，运动不会产生长度变化、时间变化和质量变化，不存在光障。

关键词：狭义相对论；光速；爱因斯坦；运动物体；观测ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－６３９６．２０１０．１６．００２Observation Theory of Moving ObjectsAbstract:Key words:LI Zi-feng(Y anshan University,Qinhuangdao Hebei ,066004)To observe moving objects,this paper stresses that light speed being the speed of photon relative to its source,introduces the propagation characteristics of light in pure space and in medium.It proposes new concepts called the moving coordinate space time,the visual space time and the static coordinate space time.It derives the relationship among the realistic space time of moving coordinate systems,the visual space time and the realistic space-time of static coordinate systems in pure space and in moving medium.It concludes that the moving objects observation theory has solved the measurement problem of moving objects.Movement cannot cause changes in length,in time or in mass.Also,there does not any light barrier.Special relativity;Light speed;Einstein;Moving object;Observation收稿日期：修回日期：作者简介：２０１０－０４－２２２０１０－０５－１８李子丰（１９６２－），男，河北迁安籍，所长，博士生导师，研究方向为石油工程、哲学和物理学。

态的参考系上和放置在参考系上何处，这些钟都以相同的速率走动并且在同一时刻其指针都指着相同的位置。

（２）运动参考系时间。

随运动参考系一起运动的钟所指示的时间。

注意，时间时包含了两层意思：“时刻”（对应时针位置的时间坐标）和“时间间隔”（两个时间坐标的间隔）。

（３）视时间。

在静止参考系借助光信号对运动参考系上的钟进行观察所得到的时间。

（４）静止参考系时间。

放在静止参考系上的钟所指示的时间。

（５）绝对长度。

在任何参考系的任何位置，都用同一批构造相同的尺子测量的长度。

（６）运动参考系长度。

在运动的参考系上用尺子（固定于运动参考系上）测量的物体（固定于运动参考系上）的长度。

（７）视长度。

在静止参考系，用静止的尺子，借助光信号对运动参考系上的物体进行测量所得到的长度。

（８）静止参考系长度。

在静止的参考系上用尺子（固定于静止参考系上）测量的物体（固定于静止参考系上）的长度。

（９）运动参考系时空。

运动参考系时间和运动参考系长度构成运动参考系时空。

（１０）视时空。

视时间和视长度构成视时空。

（１１）静止参考系时空。

静止参考系时间和静止参考系长度构成静止参考系时空。

将运动参考系和其上面的被测事件和物体都置于静止参考系的ｘ轴的正方向。

在纯空间中，图１中有两个坐标系Ｋ和（ＯＸＹＺ和各对应轴互相平行，彼此作匀速直线运动，坐标系相对于Ｋ的速度为ｖ，方向沿Ｘ轴，以Ｏ和点重合的时刻当作计算时间的起点。

对于图１所示的两个坐标系，若事件静止地发生在Ｋ′坐标系，则从Ｋ坐标系测量有：——（式１）式中，为Ｋ坐标系视坐标，ｔ为Ｋ坐标系视时间，为Ｋ′坐标系实际坐标，为Ｋ′坐标系实际时间，为两个坐标系在ｘ方向的分离速度，若靠近，则取负值。

图２为物体在移动的介质中的运动。

介质相对于静止坐标系以速度ｕ沿ｘ坐标正方向运动，物体（运动坐标系）相对于静止坐标系以速度沿ｘ坐标正方向运动。

光在介质中的传播速度为，则有：——（式２）由式１式导出视时间间隔与运动参考系时间间隔，运动方向视长度与运动参考系长度之间的关系。

——（式３）当观测离去的参考系上发生的事件时，观察到的事件演变所经历的时间间隔比实际经历的时间间隔延长了；例如：观测到的离去的表走了１小时，而观测者手中的表已经走了１小时零１０分钟。

当观测奔来的参考系上发生的事件时，观察到的事件演变所经历的时间间隔比实际经历的时间间隔缩短了；例如：观测到的奔来的表走了１小时，而观测者手中的表却只走了５０分钟。

——（式４）当介质的运动速度为正值时，观察到的事件演变所经历的时间间隔比实际经历的时间间隔延长了；例如：观测到运动参考系的表走了１小时，而观测者手中的表已经走了１小时零１０分钟。

当介质的运动速度为负值时，观察到的事件演变所经历的时间间隔比实际经历的时间间隔缩短了；例如：观测到运动参考系的表走了１小时，而观测者手中的表却只走了５０分钟。

４观测的视时空与运动参考系时空的变换方程４．１空间中４．２运动的介质中５视时空中的视时间间隔和视长度５．１空间中５．２运动的介质中图１纯空间内的坐标变换图２运动介质内的坐标变换ｖ），04中国西部科技２０１０年０６月（上旬）第０９卷第１６期第２１３期总论著６静止参考系时空与观测的视时空的变换方程６．１空间中６．２运动的介质中７静止参考系时空与运动参考系时空变换方程７．１空间中７．２运动的介质中８狭义相对论与运动物体观测论比较９结论由于光传播速度有限而产生的测量效应的作用，测量结果并不就是客观事物的本来面目，只有排除测量效应才能找出客观事物的本来面目。

——（式５）——（式６）式中，（ｘ，ｙ，ｚ）为Ｋ坐标系真实坐标，ｔ为Ｋ坐标系真实时间。

如果观测者用手中的表，记录下离去的运动参考系的某一事件用时１小时零１０分钟，则它的实际用时要比这个值短，可能是１小时。

如果观测者用手中的表，记录下奔来的运动参考系的某一事件用时５０分钟，则它的实际用时要比这个值长，可能是１小时。

——（式７）——（式８）如果介质的运动速度为正值，观测者用手中的表，记录下运动参考系的某一事件用时１小时零１０分钟，则它的实际用时要比这个值短，可能是１小时。

如果介质的运动速度为负值，观测者用手中的表，记录下运动参考系的某一事件用时５０分钟，则它的实际用时要比这个值长，可能是１小时。

将式１代入到式５得：——（式９）将式２代入到式７得：——（式１０）式９与式１０完全相同，就是传统的伽利略变换。

任何参考系上的真实时空与光速无关。

表１是狭义相对论与运动物体观测论的比较，从中可以看出，运动物体观测论既有理论与实践基础，又无谬论。

（１）运动物体观测论解决了运动物体（特别是高速运动物体）的测量问题。

（２）运动不会产生长度变化、时间变化、质量变化。

不存在光障。

参考文献：［１］Ａ．Ｅｉｎｓｔｅｉｎ．Ｏｎｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｄｙｎａｍｉｃｓｏｆｍｏｖｉｎｇｂｏｄｉｅｓ［Ｍ］．ＴｈｅＰｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆＲｅｌａｔｉｖｉｔｙ，ＭｅｔｈｕｅｎａｎｄＣｏｍｐａｎｙＬｔｄ．ｏｆＬｏｎｄｏｎ，１９２３．［２］程守洙，江之永．普通物理学［Ｍ］．北京：人民教育出版社，１９７８．［３］ＬｉＺｉｆｅｎｇ，ＬｉＴｉａｎｊｉａｎｇ，ＷａｎｇＣｈａｎｇｊｉｎ等．Ｔｈｅｅｓｓｅｎｃｅｏｆｓｐｅｃｉａｌｒｅｌａｔｉｖｉｔｙａｎｄｉｔｓｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｓｃｉｅｎｃｅ，ｐｈｉｌｏｓｏｐｈｙ＆ｓｏｃｉｅｔｙ［Ｊ］．ＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｑｕｉｒｙ，２００７，８（２）：２２９～２３６．［４］ＬｉＺｉｆｅｎｇ，ＷａｎｇＺｈａｏｙｕｎ．Ｍａｔｅｒｉａｌｉｓｔｉｃｖｉｅｗｓｏｆｓｐａｃｅ－ｔｉｍｅａｎｄｍａｓｓ－ｅｎｅｒｇｙ［Ｊ］．ＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｑｕｉｒｙ，２００７，８（２）：２３７～２４１．［５］ＬｉＺｉｆｅｎｇ，ＴｉａｎＸｉｎｍｉｎ．Ｍａｇｉｃｗｅａｐｏｎｓｆｏｒｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｒｅｌａｔｉｖｉｔｙ［Ｊ］．ＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｑｕｉｒｙ，２００７，８（２）：２５０～２５５．［６］ＬｉＺｉｆｅｎｇ．Ｔｈｅｅｓｓｅｎｔｉａｌｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｍａｓｓａｎｄｅｎｅｒｇｙ［Ｊ］．ＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｑｕｉｒｙ，２００７，８（２）：２５６～２６２．［７］李子丰．狭义相对论源于与对光速不变原理的错误解释［Ｊ］．科技信息（学术研究），２００７，（１９）：８１～８６．［８］ＬｉＺｉｆｅｎｇ．Ｓｐｅｃｉａｌｒｅｌａｔｉｖｉｔｙａｒｉｓｉｎｇｆｒｏｍａｍｉｓｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｏｎｔｈｅｃｏｎｓｔａｎｔｓｐｅｅｄｏｆｌｉｇｈｔ［Ｊ］．ＰｈｙｓｉｃｓＥｓｓａｙｓ，２００８，２１（２）：９６～１０２．［９］李子丰．关于运动物体观测论取代狭义相对论的理论探讨［Ｊ］．测绘与空间地理信息，２００７，３０（４）：１１～１４．［１０］ＬｉＺｉｆｅｎｇ．Ｍｏｖｉｎｇｏｂｊｅｃｔｓｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｔｈｅｏｒｙｉｎｐｌａｃｅｏｆｓｐｅｃｉａｌｒｅｌａｔｉｖｉｔｙ［Ｊ］．ＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｑｕｉｒｙ，２００７，８（２）：２４２～２４９．表１狭义相对论与运动物体观测论的比较05。