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玻姆《狭义相对论》中的一处小错误

已有 4785 次阅读 2014-6-6 12:32 |系统分类:科研笔记



近日读玻姆的《狭义相对论》(David Bohm. The Special Theory of Relativity. Redwood City: Addison-Wesley Publishing Company, Inc.: 1965), 感觉非常受用。 作者不愧为物理学大师,解释相对论,从对物理基本概念和原理的直观理解出发,解释爱因斯坦相对论公式背后的物理意义; 分析相对论之前物理学(亚里士多德物理学、牛顿物理学)中的已经存在的各种程度的相对性原理,说明物理学本质上不是关于客观物体的绝对真理的学问,而是关于物理概念、物理量之间关系的构建,构建的理论与人们与世界接触的特定视角有关。玻姆从经典物理学出发,指出其中的问题,由浅入深,逐步引出狭义相对论的概念。他对科学史的引征,思想实验的构想,对科学哲学问题的思考,读起来引人入胜,感觉物理学大师不仅仅是教授知识,而是教授如何思考。 该书有一个关于“物理学与感知”的附录,利用皮亚杰对儿童心理学的研究成果,探讨物理学对世界认识过程,感觉玻姆的思想视野是非常开阔的。我读这本书,想当年如果在大学学习相对论时就有老师介绍这样的参考书该有多好啊。

不过在阅读过程中,还是发现玻姆这本书有一处小错。玻姆为了说明经典物理学遇到的困难,说明以太的不存在,列举了很多实际的实验和思想的实验,其中包括著名的迈克尔逊-莫雷实验。但是他提到一个关于双星观测的思想实验,目的是为了说明光从光源发出时速度为C,但相对观测者来说速度可变的说法是错误的。但是书中给出的计算,出现了错误,并在为这个错误得出了错误的推论。 假定双星以速度V围绕其同质心在半径为a的圆周上相互绕转。处在圆周同一面上、离质心距离为d的观测者观测双星AB,当恒星离观测者最近时,发出的光要经过TA1=d-a/c到达观测者。当恒星A运行1/4圆周处时,这时发出的光按过去的相对性原理,要经过TA2=d/c-v)到达观测者。两者相减:TA2-TA1 约等于a/c + dv/cc,可是书中写成了a/c – dv/cc (公式5-5),由此他推论,当d足够大时,即dv/c 大于a时,晚发出的光反而先于先发出的光到达观测者(pp. 20-22)。这样的话,就必然有时刻观测者看不到恒星A的光,于是恒星A应该出现奇怪的光度变化。玻姆指出,天文学家没有观测到这样的光度变化,因此前面关于相对光速的假定是错误的。事实上,按上述计算TA2-TA1总是大于0的,不是玻姆所说的那种情况。但是如果把A星运行到圆周3/4时,这时发出的光到达观测者的时间为TA3= d/c+v)。TA3-TA1倒是等于 a/c–dv/cc,所以确实可能小于0,因而出现玻姆所说的情况。但是即便如此,这个思想实验的解释还是不太妥当,因为如果d足够大,意味着观测者已经难以分辨双星中A星和B星了,自然也无法观测到光度的变化了。 

书中的这个小错对玻姆关于经典物理学中的相对论的否定当然没有什么大的影响。我只是觉得他这个思想实验取得不是很恰当,凭着科学史研究的好奇心,做个读书笔记而已。读玻姆的书对思想的启发,才是最大的收获。 

 



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