根据洛伦兹理论，洛伦兹变换中的速度v 是相对于以太的（绝对）速度，洛伦兹效应是动力学效应，即运动物体与以太的相互作用的结果。根据爱因斯坦的“革命性”时空观，洛伦兹变换中的速度v是被观察物体（参照系）相对于观察者的相对速度，相对论效应是运动学效应，没有物质间的相互作用，因此被称为观察效应或测量效应
【相对论讲座】相对论“时间膨胀”现象浅说（二）
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【在科学网对相对论问题的讨论中，感到不少自认为很懂相对论的相对论拥护者实际上对相对论有不少错误认识，而很多怀疑、反对相对论者也有不少错误认识。因此，打算写一组介绍相对论基本知识的博文，本博文算是这一系列的第二篇。第一篇介绍了洛伦兹的时间膨胀（http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=279604&do=blog&id=791240）。希望这些博文能普及相对论知识，相对论拥护者和怀疑者与反对者都能从这些博文中得到有用的信息，从而对在科学网更好地讨论相对论有关问题有所帮助】
三、爱因斯坦的“时间膨胀”
洛伦兹以太理论使用不证自明的公设“长度收缩”和“时间膨胀”不仅成功地解释了迈克尔孙-莫雷实验的阴性结果，也解释了随后的Trouton-Noble实验、Rayleigh和Brace的实验、Trouton-Rankine实验、Kennedy-Thorndike实验。洛伦兹使用“长度收缩”和“时间膨胀”在1904年还成功地推导出了带电体的纵质量
和横质量公式,
洛伦兹的横质量公式实际上蕴含了爱因斯坦后来推导的质能关系式。只要将横质量公式做泰勒级数展开，实际上就是爱因斯坦质能关系式推导的最后步骤,
方程（4）中Ek表示动能。
洛伦兹变换最初让以太系（静止系）和运动系使用同一原点，即
庞加莱将其表示为运动系原点相对于以太系（静止系）原点运动、与伽利略变换类似的形式。
洛伦兹以太理论在各方面非常成功，直到目前，在实验可以验证的范围内洛伦兹以太理论和爱因斯坦的相对论是等价的，并且洛伦兹以太理论没有任何paradoxes（“佯谬”）。洛伦兹以太理论的基本假设是空间存在绝对静止的光传播媒介（以太），但是在二十世纪初很多物理学家已经对绝对静止的以太产生怀疑。
1905年爱因斯坦从半路杀了出来，把经典洛伦兹变换的结果----相对光速不变---当作不证自明的公理（公设），声称他可以从这一公理“相对光速不变原理”和相对性原理推导出洛伦兹变换，并由洛伦兹变换推导出洛伦兹理论中不证自明的公设“长度收缩”和“时间膨胀”。当然，爱因斯坦并没有提到洛伦兹和庞加莱的名字或他们的工作，爱因斯坦后来的解释是他没看过洛伦兹和庞加莱的相关著作。爱因斯坦也没提到迈克尔孙-莫雷实验，只提了半句话“the unsuccessful attempts to discover any motion of the earth relatively to the ‘light medium’”(为发现地球相对于光媒介运动而做的不成功努力)。爱因斯坦后来也多次强调迈克尔孙-莫雷实验对他建立狭义相对论没有什么直接影响。
爱因斯坦认为光传播不需要媒介。既然光传播媒介不存在，麦克斯韦方程就应该在所有惯性系有相同形式，麦克斯韦方程中电磁波传播速度就应该在所有惯性系相同，即光速不变。爱因斯坦在其第一篇相对论论文中和《狭义相对论和广义相对论浅说》中各给出一个洛伦兹变换的推导。有关爱因斯坦能否从相对性原理和光速不变原理推导出洛伦兹变换，参见博文《相对论：庞加莱变换及其推导》（http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=279604&do=blog&id=783563）、《怎样推导洛伦兹变换？洛伦兹变换的正确推导》（http://blog.sciencenet.cn/blog-279604-779864.html）、《从光速不变原理与相对性原理推导时空变换普遍方程和洛伦兹变换》（http://blog.sciencenet.cn/blog-279604-779581.html）、《爱因斯坦之“智者千虑”》（http://blog.sciencenet.cn/blog-279604-777216.html）。爱因斯坦得到的时间空间变换方程与庞加莱建议的洛伦兹变换形式完全相同，由不带撇系到带撇系的变换方程为
由带撇系到不带撇系的变换方程为
虽然爱因斯坦得到的时间空间变换方程与庞加莱建议的洛伦兹变换形式完全相同，但是两者在物理学上有本质区别。首先，根据洛伦兹理论，洛伦兹变换中的速度v 是相对于以太的（绝对）速度，洛伦兹效应是动力学效应，即运动物体与以太的相互作用的结果。根据爱因斯坦的“革命性”时空观，洛伦兹变换中的速度v是被观察物体（参照系）相对于观察者的相对速度，相对论效应是运动学效应，没有物质间的相互作用，因此被称为观察效应或测量效应。其次，洛伦兹理论中，洛伦兹变换方程等式两边的t,t',x,x'的物理意义是相同的；狭义相对论中，洛伦兹变换方程两边的t,t',x,x'的物理意义是否相同却是不明确的，在等式左边的t'是否真是带撇系自己的时钟读数这个问题上缺乏明确结论。我在《相对论逻辑自洽性探疑》和The theory of relativity: principles, logic and experimental foundation两书中对此作了讨论。
在洛伦兹以太理论中，“长度收缩”和“时间膨胀”是不证自明的公设。爱因斯坦在“推导”出洛伦兹变换后，需要从洛伦兹变换中推导出“时间膨胀”。爱因斯坦的推导考虑在运动系（被观察系）原点静止的时钟，如果t0=t0′=0时，两系原点重合，在t时刻被观察系原点在观察系的坐标为x=vt。因此，
因为t>t’,所以运动系（被观察系）时钟变慢，即“时间膨胀”(时间单位膨胀)。爱因斯坦的推导有两个疑点：一是按爱因斯坦的推导方法，被观察系不在原点的时钟因距原点距离不同和速度不同既可能“时间膨胀”，也可能“时间收缩”，还可能“时间不变”；二是爱因斯坦没说明（被观察系）原点时钟变慢是和哪个时钟比较的；如果是和观察系原点的时钟比较，那么相对性原理就不成立了。第二个疑点有明显的答案，即（被观察系）原点时钟是在时间t后与坐标x=vt处的观察系时钟比较（图1）。第一个疑点可以通过两个观察系时钟与同一被观察系时钟的比较解决；不在原点的两系时钟由两系内部分别对钟造成的读数差别，可以被两个观察系时钟之间的比较消除。
图1 观察系两时钟测定被观察系时间膨胀
上面的时钟比较是由不同时、不同地点的两个观察系时钟来判断运动对被观察系同一时钟读数的影响。理想的情况应该是用同一地点的同一观察系时钟来判断运动对被观察系时钟读数的影响。如果观察系用同一个时钟的计时与同一期间被观察系（运动系）的两个时钟的读数比较（图2），观察系就会发现被观察系（运动系）的时钟变快，
很明显，方程（9）中，t2-t1<t'2-t'1，即“时间收缩”。《伯克利物理教程》力学分卷用方程（9）“推导”时间膨胀，就是通过错误地把带撇系当成静止系、把不带撇系当成运动系得到的。使用洛伦兹变换，应该明确的是：等式右边是观察系数据，等式左边是被观察系数据，时间膨胀是被观察系时间膨胀。《伯克利物理教程》力学分卷的处理显然是错误的，其正确结论应该是“时间收缩”。
图2 观察系一时钟测定被观察系两时钟读数之差时得到时间收缩
哪一种现象是相对论的运动时钟效应，“时间膨胀”还是“时间收缩”？一部分相对论学者认为，通过两个观察系时钟与同一被观察系时钟的比较产生的“时间膨胀”是正确的相对论运动时钟效应。这一观点的理由是，因为观察系用同一个时钟的计时与同一期间被观察系（运动系）的两个时钟的读数比较时，观察系认为被观察系（运动系）的两个时钟并未对准，所以（对观察系来说）被观察系（运动系）的两个时钟在先后经过观察系同一地点时的读数之差并不代表被观察系这一期间流逝的时间。这种解释也有一定问题，这就是观察系也同意，被观察系自己认为所有时钟在被观察系内部是对准的，被观察系内部认为两时钟读数之差反映了自己参照系的时间流逝。既然这样，为什么不可以用被观察系自己认为正确的时间流逝与观察系同一时钟记录的时间流逝作比较，而非要用观察系认为正确的被观察系的时间流逝与观察系的时间流逝作比较不可？这个问题也涉及洛伦兹变换等式左边的x',t',x,t的物理意义是什么，我在以后的博文会更详细地讨论这一点。
前面说的这一部分观点使用爱因斯坦的推导方式，其物理解释为通过两个观察系时钟与同一被观察系时钟的比较产生“时间膨胀”。不过不是所有教科书和相对论学者都采用两个观察系时钟与同一被观察系时钟比较的方法。另一部分相对论学者主张观察系用同一时钟观察比较被观察系的时钟，他们通过随意指定静止系和运动系把“时间收缩”的结果说成是“时间膨胀”（《伯克利物理教程》力学分卷的做法）。不难看出方程（8）的推导和方程（9）的推导在物理意义上是矛盾的。因此，应该在狭义相对论中取消静止系和运动系这两个术语，以免出现《伯克利物理教程》力学分卷那样的概念混淆。
在洛伦兹以太理论中，静止系（以太系）和运动系的地位与观察者在哪无关，谁的时钟相对慢（或相对快）与观察者在哪个参照系无关。静止系（以太系）和运动系是洛伦兹理论的概念。爱因斯坦狭义相对论用的是相对速度，实际上不应该使用这些概念。我在《相对论逻辑自洽性探疑》一书中提出，狭义相对论应该用观察系和被观察系代替静止系和运动系这两个术语。
狭义相对论的洛伦兹变换只是给了我们观察系与被观察系时钟读数比较的结果，但是没有说明出现这些结果的物理过程。狭义相对论是以观察/测量中产生这些结果来说明相对论运动时钟效应的物理机制。下一篇博文将介绍狭义相对论是怎样以观察/测量中产生这些结果来说明相对论运动时钟效应的。
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精选
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每一们理论学科都有其“魂魄”在。而只有掌握了其“魂魄”，才能说进入了这们学科的大门。
何为狭义相对论的“魂魄”? 结论只有一个：同时相对性！
一
2005年在香港中文大学，曾听过杨振宁先生的演讲。他提到，彭加莱至死也没有懂得同时相对性。在杨振宁先生的著作《曙光集》(翁帆编译，三联书店，2008)中收录了他的一篇文章《爱因斯坦：机遇与眼光》。文章中还提到，洛伦兹看到爱因斯坦的文章后，很快认识到他错失了领会同时相对性的最佳时机。对此，杨先生有一个尖锐的批评如下：
爱因斯坦研读相对论时，所有的数学公式都有了。爱因斯坦读了几天后，嘟囔了一句非常温柔的话：
“Time is dubious!”
然后笔走龙蛇，著雄文一篇《论动体的电动力学》。投往德国刊物Z.Phys. 刊物主编普朗克教授读完文章，惊诧不已，拍桌而起：“谁是爱因斯坦? 其人何在?”
二
一个世纪过去了，同时相对性已经是大学理工科学生一二年级学生必学的物理学内容之一。当然，不是说把一门科学知识中的关键概念背诵得滚瓜烂熟，就表明已经较好地掌握这门学科。更何况在中国大学中讲授狭义相对论的教师中，至少有80%没有深入思考过这一问题。估计大学物理系的学生中，有一半以上没有认真对待同时相对性这一狭义相对论的“魂魄”。
有一条快速理解同时相对性，进而掌握狭义相对论的捷径。就是掌握双生子佯谬的参照系转换法。这是双生子佯谬的标准解法之一。土著“自创”这个解法的时候，还是在自学期间。那个时候，除了郭硕鸿先生的《电动力学》教材本身，参考资料稀少，完全不知道这原来是标准解法。后来读到北大钱尚武先生的介绍文章；特别是我的老师之一，郑州大学孟广达先生的著作，才学到这原来是所谓的标准解法。
首先列出洛伦兹变换公式如下：
卢德馨先生《大学物理学》(P.166)有如下一个“佯谬”。
在S’中有一个静止的尺子，同时测量之，长度为L0。 利用洛伦兹变换式，即上图中第二个框内的第一个公式，这一事件对在S中的结果是：L=gL0> L0。咦，运动的长度变长了。
不是运动的长度会变短吗? 为什么变长了呢? 这是怎么回事?
如果能翻来覆去把这个问题想清楚，一直问到心里不发虚为止，否则就说明还没有掌握了同时相对性这个基本原理。
三
如果有一列假象的“火车”，车厢特长，能从北京排到广州。假设坐标原点在郑州，而北京和广州等到郑州距离相等。开始，火车静止，火车上的客人和月台上的送客，手表时间都指向北京时间零点整。
同时相对性的一个表现是：如果火车立即具有速度u(北京指向广州)，而且火车上的时间同为北京时间零点整。这时，广州站月台上的送客们的表，比广州车厢中的客人的表突然快了! 例如跳到了0.15； 而北京站月台上的送客们的表，比广州车厢中的客人突然慢了，跳到了-0.15. 参见图一。
如果此时，火车的速度方向立即反向变为-u. 情况会立即戏剧化。火车上的时间还是同为北京时间零点整。不过，广州站月台上的送客们的表，比广州车厢中的客人的表突然慢了，跳到了-0.15； 而北京站月台上的送客们的表，比广州车厢中的客人突然快了，跳到了0.15。参见图二。
同时相对性之图一：洛伦兹变换
同时相对性之图二：时间跳变
本文的最后另外给出三张ppt，介绍了双生子佯谬的解答。
四：郭汉英先生的观点
2007年的博文《关于狭义相对论的几则小故事》，老师郭汉英先生曾留言给予指点。在广义相对论中，彭加莱的观点其实有所价值。我这里将郭汉英的观点贴在这里。郭先生就这个问题，和我在博客内外，进行过简单的交流。
先生是一位德行高尚的长者。他不是我的导师，但凡有所问，即耐心解答，而且要言不烦。后来我们渐渐熟识，即使问起一些郭老先生的往事，他也不以为杵。
现在先生已经驾鹤西去，无限的怀念，不尽言表。
Dear QH,
For the CMB, is there still relative simultaneity? Not at all!
The relative simultaneity is w.r.t. Lorentz frame. In cosmology, however, we have to refer the comoving frame, in which the CMB is almost of black body. Thus, even in Einstein's theory of relativity, there are `local' time in Lorentz frame and cosmic time for the comoving frame. In fact, this is a paradox on the principle of relativity and cosmology proposed by Bondi, Bergmann and Rosen. In Einstein's theory, this paradox cannot be settled. In this sense, Poincare wasn't completely wrong.
Best wishes,
HY
For the CMB, is there still relative simultaneity? Not at all!
The relative simultaneity is w.r.t. Lorentz frame. In cosmology, however, we have to refer the comoving frame, in which the CMB is almost of black body. Thus, even in Einstein's theory of relativity, there are `local' time in Lorentz frame and cosmic time for the comoving frame. In fact, this is a paradox on the principle of relativity and cosmology proposed by Bondi, Bergmann and Rosen. In Einstein's theory, this paradox cannot be settled. In this sense, Poincare wasn't completely wrong.
Best wishes,
HY
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附录1：双生子佯谬解答
双生子佯谬解答之图一
双生子佯谬解答之图二
双生子佯谬解答之图三
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附录2：对一个反相对论博友所提问题的回答
感谢您码这么多字!
我首先作一个一般性的评论。1，赞同相对论的人，对相对论的理解都是一样的；而反对相对论的人，各自的观点不同。
2，相对论不是不可以反对，历史上发展相对论的人很多，都是发展检验理论！任何从内部的逻辑上去攻击它的尝试，是不可能成功。
3，注意日常用语和专业用语的区别，在相对论中，"观测者"，"看"，"钟慢"等有特定的含义。学习新理论的时候，遇到疑问，你要反过来从逻辑上思考：为什么一定要按你的思维定势来理解?
除了65楼的问题涉及一点“高等狭义相对论”外，所有的回答中只是抄写初等教科书(例如郭硕鸿)！我打字速度很慢，觉得着这种搬运工的工作意义有限。有一位香港IP的人士给我留言，大意说我码了这么多字，其实是浪费时间。我也是这样认为。
下面，我只回答您一个问题(最后，可以思考一个更简单的问题。...我想相对论不能回答这个问题)。 今后的问题恕不作答。
注意到“同时相对性之图一”中，坐标原点在郑州O和O'的钟是对准的，可以认为是发布“北京时间”的地点。这个时候，火车S'系对准所有表，站台S系也对准所有表。没有这个动作，对表就没有标准。依照这个标准，在火车中广州的车厢钟在0.00时，广州站台上的客人表指向0.15分，快了。这就是“初等狭义相对论”中的标准答案，郭硕鸿的书上就有。但是为什么?
给一种入门水平的理解
，如果连这也理解不了，我就没有招了。
，如果连这也理解不了，我就没有招了。
时空中发生了一个"事件对"，火车和站台分别记录之。火车S'上的记录是同时发生的"事件对"：[(x',t')=] (0,0)和(L',0)；站台S上的记录的"事件对"是：[(x,t)=](0,0)和(L,uL/c2)。
为了检验是否真的理解了，请回答如下三个问题：
1，L'=?
2，如果站台S上的记录的"事件对"是同时的：[(x,t)=](0,0)和(L,0)，火车S'上的记录的"事件对"是多少[(x',t')=]?
3，站台上记录的事件"事件对"：[(x,t)=](0,0)和(L,uL/c2)，火车上O'点的“观测者”是如何得知的?
开卷而不能在十分钟之内正确回答这三个问题者，算不上相对论已经入门！
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6 黄德民 马德义 黄兴滨 杨正瓴 徐晓 ybtr3929
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- [28]danuoyi
- 博主回复(2014-5-24 21:46)：其实科学史家早已做出结论，庞加莱已经得到相对论中爱因斯坦后来得到的几乎所有东西，唯一缺乏的就是相对论时空观。爱因斯坦的贡献主要就是相对论时空观。
您对科学史不太了解，才会认为相对论时空观不是爱因斯坦在相对论上最有意义的主要贡献。
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相对时空观，我承认是爱因斯坦的的创见，这个我没有否认啊。
我也知道很多人，包括你，认为这个是狭义相对论最大的价值。
仔细看我下面表达的，我表达的意思是，创见未必就真的对物理学的发展带来价值。
相反，我倒是感觉，相对时空观是很具有吸引人的唬头的，但是恰恰可能是对物理学的整体发展，可能带来负面的影响的。
其实，狭义相对论里面，最缺乏清晰逻辑的部分，恰恰就是涉及到时间的部分。因为时空都是相对的了，没有绝对统一的标准，必然会带来逻辑问题。
现在不好定论，再过几百年，回过头来再来看物理学的发展，才知道哪些是真正经得起历史考验的成果。
这个就纯粹是每个人观点的不同了。
这个只是我个人的观点，其他人可以反对我的这个观点。
- [27]danuoyi
- 伏尔泰说历史是大家同意的童话。不看原始文献，只能相信童话。有人愿意相信童话，有人不愿意相信童话。地球还是在转。
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这个我是不同意的。
包括你在内，难道你真的看过你的所有知识来源的所有原始文献？
这不可能。
人类知识本来就是文明成果的积累，每一步都是建立在前人成果基础上的。难道你真的能把所有前任的成果的原始文献都看过？这根本不可能。包括你在内，每个人的绝大部分知识都是没有自己看过原始文献的，都是从别的渠道（老师、著作、书籍、别人的口头叙述）获得的。
我们应该保证知识来源的可靠性，得到的不是错误的知识，这个没错。
但我们每个人其实是无法保证这个的。
我承认没有看过原始文献，之前在大学得到的知识也不完全符合事实，之前看过的书籍也不完全符合事实。
但也没有必要说，没有看过原始文献的，知道的都是童话故事，这个就太极端了。
- [26]danuoyi
- 从狭义相对论之前的相关学术成果的全面了解来看，
我们之前对狭义相对论产生的看法，确实需要做很大的改变。
之前我们对狭义相对论的看法，以为是爱因斯坦的一个很大的原始创见，以为爱因斯坦跨出了很大的一步，以为是一场物理学革命。
但现在来看，狭义相对论不能算是一场物理学的革命，相关的研究，已经普遍触及，学术铺垫已经很充分。爱因斯坦只能算是最后的集大成者。
难怪爱因斯坦自己都认为，他不提出狭义相对论，5年内也有人提出来。
看来爱因斯坦自己是很清楚的，也是很坦诚的，只是后来人过分把他拨高，中国甚至把他视为神人。 - 博主回复(2014-5-24 21:46)：其实科学史家早已做出结论，庞加莱已经得到相对论中爱因斯坦后来得到的几乎所有东西，唯一缺乏的就是相对论时空观。爱因斯坦的贡献主要就是相对论时空观。
您对科学史不太了解，才会认为相对论时空观不是爱因斯坦在相对论上最有意义的主要贡献。
- [25]danuoyi
- http://en.wikipedia.org/wiki/Olinto_De_Pretto
http://en.wikipedia.org/wiki/Mass%E2%80%93energy_equivalence#History
不是每个人都必须看原始文献才能做研究、下结论。
wiki是全球公开的的一个平台，里面的评述有错误，肯定会有人去指出改正。
参与wiki上条目编撰的人，肯定有人看过原始文献，并且比我们这里每个人看过的原始文献都还要多。
为什么不相信wiki的论述呢？
每个人都是在前人的基础上前进，但这个不是等同于每个人必须去了解前人的原始文献。
做物理的，脑筋不要那么死，思维不要那么固化，物理的思维应该很灵活。
从wiki对DePretto成果的介绍看，DePretto已经接近于质能等价的最终概念和形式，是距离最近的人。
DePretto成果，确实和狭义相对论的质能等价概念和公式，不能算是相同，也不能说是等效，还有一定距离。
狭义相对论对测量和时空的论述和推理，确实是有点逻辑不清，这一点我也这样认为。
但是其质能等价，无论是概念还是公式，都是很明确的，没有什么含混不清之处。
从wiki的介绍看，很多人都对质能等价的最终结果，作出过贡献，可以看出这个概念并非爱因斯坦的凭空猜想。
但这又有什么呢？不能就此否定爱因斯坦在质能等价成果上的伟大成就，爱因斯坦是质能等价这一物理成果的最终集大成者，综合了前面所有人的成果，得到一个最终确立的质能等价概念和公式。
牛顿的力学成果，也是建立在前人的成果基础之上的，也不是牛顿自己一己之力，就得到牛顿力学。但这也不能就此认为牛顿就不是原创，牛顿力学也还是牛顿的原创成果。
原创不是要完全从零开始。比前人有跨越，就是原创。 - 博主回复(2014-5-24 21:40)：伏尔泰说历史是大家同意的童话。不看原始文献，只能相信童话。有人愿意相信童话，有人不愿意相信童话。地球还是在转。
- [24]danuoyi
- 狭义相对论的质能关系，明确指出静止质量和能量等效的质量，m0和m的差别。
这一步看起来简单，其实在理论上，其实是很关键的一步。 - 博主回复(2014-5-22 17:07)：建议您找到一篇证明静止质量等效为能量E=m0c^2的相对论文章后，再作此结论。
您试试能找到不？
和您理解的恰恰相反，爱因斯坦证明的是近似，而De Pretto推导的结论是精确值（虽然他的前提是错误的）。
爱因斯坦从相对论框架内推导的质能关系式是（泰勒级数展开后的）近似值。
具有讽刺意味的是，在经典物理框架内推导（包括爱因斯坦自己的经典物理学框架内的推导）的质能关系式（基本上）都是精确值 。（不过，我并不认可爱因斯坦和其他人的这些证明，包括爱因斯坦的相对论近似推导质能关系式）
您好好想想，这说明什么问题？
- [23]danuoyi
- [22]徐晓 2014-5-21 22:04 De Pretto，http://en.wikipedia.org/wiki/Olinto_De_Pretto，给21楼。
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感谢您的答复。
http://en.wikipedia.org/wiki/Mass%E2%80%93energy_equivalence#History
看了，wiki介绍了De_Pretto的成果，和狭义相对论得到的质能关系，完全概念不同。
De_Pretto的成果，无疑有着接近的成分，但不能说和狭义相对论的质能关系是一样的。
De_Pretto的成果，只能说有点启发意义，但很难被普遍接受为物理标准。
质能关系是在狭义相对论中才得到确立，这个结论是成立的。
仔细看这一段。
Preston and De Pretto, following Le Sage, imagined that the universe was filled with an ether of tiny particles which are always moving at speed c. Each of these particles have a kinetic energy of mc2 up to a small numerical factor. The nonrelativistic kinetic energy formula did not always include the traditional factor of 1/2, since Leibniz introduced kinetic energy without it, and the 1/2 is largely conventional in prerelativistic physics.[67] By assuming that every particle has a mass which is the sum of the masses of the ether particles, the authors would conclude that all matter contains an amount of kinetic energy either given by E = mc2 or 2E = mc2 depending on the convention. A particle ether was usually considered unacceptably speculative science at the time,[68] and since these authors did not formulate relativity, their reasoning is completely different from that of Einstein, who used relativity to change frames. - 博主回复(2014-5-22 16:47)：建议您读一下“相对论证明质能关系”的原始文献后再作结论。
- [22]徐晓
- De Pretto，http://en.wikipedia.org/wiki/Olinto_De_Pretto，给21楼。
- [21]danuoyi
- 在我看来，洛伦兹以太理论，唯一缺少的，就是得出质能关系的结果。
如果洛伦兹以太理论，能够得出质能关系，能够得到普遍意义上的质能等价概念（不限于电磁能），那么，狭义相对论在物理学中的地位和价值，将大为下降。虽然也有其价值，但是将变成纯粹的洛伦兹以太理论的再描述，带不来新的有实质意义的物理学新概念和新公式。
但可惜的就是，洛伦兹以太理论，没有能够得到质能等价概念。
要知道，整个量子力学，都建立在质能关系基础之上。
例子的波动性，E=hf，这个能量是总能量，不是经典物理的动能量。
没有狭义相对论的质能等价概念基础上总能量概念，连量子力学都建立不起来。 - 博主回复(2014-5-20 17:04)：爱因斯坦没有证明普遍成立的质能关系，他只是声称光波包所带能量对应质量的质能关系式普遍成立。
Lewis当时就在经典物理的框架内推导了质能关系。
从洛伦兹以太理论得出爱因斯坦的质能关系推导，容易得不能再容易，爱因斯坦的质能关系实际上就是用洛伦兹变换推导的。
您没读过有关原始文献，才会有现在这种想法。
- [20]danuoyi
- 博主回复(2014-5-19 21:16)：您可能不太熟悉狭义相对论与洛伦兹以太理论的关系。
一个理论最关键的价值应该是其独有的东西，质能关系和洛仑兹对称性不是狭义相对论独有的东西。狭义相对论的时空观为狭义相对论所独有。没有相对论时空观，质能关系和洛仑兹对称性照样可以在洛伦兹以太理论中存在。
没有相对论时空观的狭义相对论，就是洛伦兹以太理论。
没有相对论时空观的狭义相对论，就不是狭义相对论。
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这个涉及到怎么来看待一个理论的价值所在的问题。
我和你对理论的看待角度，显然不同。
一个理论观点再独到，再创新，再能引起人们关注，但是从它的观点出发，带不来新发展，新成果，那么，这个理论对物理学的价值，其实是不大的。
这个又得说到量子场论的例子，施温格和朝永两人的理论都很创新，都很独特，但是这两人的理论对物理学的发展，其实没有产生多大价值。只有费曼的理论，继续对物理学的发展发挥着作用。
你说的De Pretto在爱因斯坦之前就声称E=mc^2对所有物质成立，为啥20世纪的物理学界，都没有人提及？我不相信所有的物理学家，都是有意偏袒爱因斯坦。我估计这种可能性不是说没有（我自己没有证据，所以我不敢绝对否定），但估计这种可能性也极其微小。
据本人的所知，普遍成立的质能关系，确实是爱因斯坦的狭义相对论出来后，才被确立和认可。 - 博主回复(2014-5-20 17:01)："普遍成立的质能关系，确实是爱因斯坦的狭义相对论出来后，才被确立和认可。"与“只有爱因斯坦的狭义相对论才能证明普遍成立的质能关系”完全是两个概念。您把这两个概念混淆了。
首先，爱因斯坦没有证明普遍成立的质能关系，他只是声称光波包所带能量对应质量的质能关系式普遍成立。其次，Lewis和很多人当时就在经典物理的框架内推导了质能关系。第三，从洛伦兹以太理论得出爱因斯坦的质能关系推导，容易得不能再容易，爱因斯坦的质能关系实际上就是用洛伦兹变换推导的。您没读过有关原始文献，才会有现在这种想法。
“De Pretto在爱因斯坦之前就声称E=mc^2对所有物质成立，为啥20世纪的物理学界，都没有人提及”，您没听说，不等于没有 。
- [19]danuoyi
- 狭义相对论最关键的东西不是您说的质能关系和洛仑兹对称，这两项都不是爱因斯坦原创。狭义相对论最关键的贡献是爱因斯坦的“革命性”时空观，这是哲学界和物理学界的主流意见。当然您可以有您自己的观点。
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这是你的理解。
但是，我的理解，确实与你的理解不同。
狭义相对论的时空观，是最搏人眼球，最能吸引人的注意力的部分，这个我不否认。
但其实于物理本身而言，狭义相对论的时空观，对物理到底有多大重大意义呢？
除了不能定论的宇宙学（无法重复试验的东西，其科学性是值得怀疑的，当然我只是怀疑，也并不否定它），
后来的哪一项重大物理学的成果，是基于狭义相对论的时空观的？我印象中还没有。
相反，在质能关系和洛仑兹对称性基础上，发展起来的重要物理学成果，却很多。
所以，我才说，质能关系和洛仑兹对称性，是狭义相对论的两个最关键的价值。 - 博主回复(2014-5-19 21:16)：您可能不太熟悉狭义相对论与洛伦兹以太理论的关系。
一个理论最关键的价值应该是其独有的东西，质能关系和洛仑兹对称性不是狭义相对论独有的东西。狭义相对论的时空观为狭义相对论所独有。没有相对论时空观，质能关系和洛仑兹对称性照样可以在洛伦兹以太理论中存在。
没有相对论时空观的狭义相对论，就是洛伦兹以太理论。
没有相对论时空观的狭义相对论，就不是狭义相对论。
- [18]王国文
- 爱因斯坦在《论运动物体的电动力学》中讲的动钟走慢比在“相对性原理及其在近代物理中的影响”中讲的更含混不清。看来，以洛伦兹变换为核心的狭义相对论必须捍卫，而爱因斯坦的狭义相对论需要重写。
- 博主回复(2014-5-19 08:35)：同意王老师的观点，爱因斯坦的狭义相对论需要重写
- [17]徐晓
- 这很正常，Lorentz的工作必然引起一大堆人的关注。谢谢澄清这段历史。
- 博主回复(2014-5-19 08:33)：
- [16]danuoyi
- 所以，个人的观点是，对狭义相对论感觉不爽的人，试图把其否定的人，可以去仔细了解下原始文献，到底普遍成立的质能关系的成果，到底是不是出现在狭义相对论发表之前。
如果你能找到这个原始文献证明，那你就可以就此否定狭义相对论，并且我也支持你。
相反，如果你不能找到这个原始文献证明，那么，你就不能否定狭义相对论。但是，你仍然可以指出狭义相对论的概念错误和逻辑推理的错误，重新进行概念的构建和推理，进行理论重建，这也是很有价值的。
如果你能把狭义相对论的概念和逻辑推理重新建立，能够概念清晰，逻辑推理清晰，重新构建狭义相对论。那么，恭喜你，你也做出了重要的物理成果。 - 博主回复(2014-5-18 17:34)：谢谢发表您自己的观点！质能关系的成果是不是出现在狭义相对论发表之前与是否可以就此否定狭义相对论，这两者没有丝毫关系。
- [15]danuoyi
- 本人只是一个业余的物理学爱好者，确实不了解很多理论的原始发表过程，对理论产生的原始历史过程，不是很清楚，没有时间这样去了解清楚。
洛仑兹当时的理论，到底得到质能关系公式没有？如果洛仑兹当时的理论，得到过质能关系公式，是普遍的结论，还是仅仅是局限在电磁能的质能关系？
这个是关键问题。
狭义相对论的最关键的价值，其实就两个方面，就是质能关系和洛仑兹对称。
洛仑兹对称不是狭义相对论的原创成果。
如果有原始资料可以证明，不是局限在电磁能的质能关系，而是普遍意义上的质能关系，也出现在狭义相对论出现之前。如果是这样，那么，狭义相对论作为一个完全独立原创理论的地位，就可以终结了。狭义相对论就最多只能算是把前人的理论再重新综合，重新论述。比如，量子场论中，戴逊对费曼理论的重新整理论述，就是属于这种情况。
如果前人得到的质能关系，仅仅局限在电磁能的范围内才能推理成立，那么，和狭义相对论的质能关系还不是一个成果。因为狭义相对论的质能关系是普遍有效的，不局限于电磁能领域，在核能领域也有效。
如果证明，普遍成立的质能关系，确实属于狭义相对论的原创结果，那么，狭义相对论还是一个原创的重要理论。即使其逻辑推理有问题，哪怕其逻辑推理就算是错误的，也还是不能否定其理论地位和价值。
如果是这样，后人即使找出其逻辑推理的错误，也只能算是再次完善狭义相对论的理论，重新完善其逻辑推理，不能就此否定其理论。
因为狭义相对论得到的质能关系的结果是正确的，并且这个结果是很重要的，对物理学的进步，产生过重要的推动作用。
物理学的很多理论，在其提出和发展的初期阶段，都存在逻辑的错误性，这个是多次出现的现象。在量子力学的发展过程中，也产生过很多的错误概念和错误逻辑。
但是，物理学毕竟是一门实证科学，一切以实际物理结果为准。
只要得到的物理结果正确，即使理论的概念和推理存在缺陷，哪怕是缺陷很大，这个理论也是有价值的，只能说这个理论还不完善。
如果一个前人的理论是这样，当然后人对其逻辑推理的再完善，也是有重要价值的，但不能就此说前人的理论是错误的。 - 博主回复(2014-5-18 17:28)：爱因斯坦质能关系式的推导是错误的。即便推导是错误的，爱因斯坦只能得到近似值，而质能关系式是精确的。
如果不考虑推导是否正确，De Pretto在爱因斯坦之前就声称E=mc^2对所有物质成立。
狭义相对论最关键的东西不是您说的质能关系和洛仑兹对称，这两项都不是爱因斯坦原创。狭义相对论最关键的贡献是爱因斯坦的“革命性”时空观，这是哲学界和物理学界的主流意见。当然您可以有您自己的观点。
- [14]王国文
- 还要与相对论专家讨论。在教科书和文献中，包括在爱因斯坦的1905年的论文中，我未见到过从洛伦兹变换如何导出动钟走慢逻辑上清晰的论述。在爱因斯坦的1911年的论文“相对性原理及其在近代物理中的影响”中，讲得稍微详细一点，他用嘀嗒数计时“相对时间”的定义出发，稀里糊涂地推导出动钟走慢的结论，结果带来“时钟佯谬”和“孪生子佯谬”。如果仔细读读爱因斯坦在该文中（文集第三卷，124页上）的每一字，每一句话，每一个公式，其间的逻辑关系，也许会有同我一样的看法——实际上，他并没有从洛伦兹变换公式导出动钟走慢的结论。从洛伦兹变换倒能导出动钟走快的结论，因为动钟的“相对周期”缩短，即在同一地点，tau的间隔比t的间隔小了。这与横向多普勒效应为蓝移的结论一致。动钟走慢与红移结论一致。可以直观想象，一个原子的速度越高（能量越大），它横向发射的光波的频率越高，即蓝移。
- 博主回复(2014-5-18 17:54)：王老师，爱因斯坦在其第一篇相对论论文《论运动物体的电动力学》中第一部分第四节中讲到时钟变慢，
"Further, we imagine one of the clocks which are qualified to mark the time t when at rest relatively to the stationary system, and the time tau when at rest relatively to the moving system, to be located at the origin of the co-ordinates of k, and so adjusted that it marks the time tau. What is the rate of this clock, when viewed from the stationary system?
Between the quantities x, t, and tau, which refer to the position of the clock, we have, evidently,x=vt and
tau=(t-vx/c^2)/(1-v^2/c^2)^(1/2)
Therefore,
tau=t (1-v^2/c^2)^(1/2)=t-[1-(1-v^2/c^2)^(1/2)]t
whence it follows that the time marked by the clock (viewed in the stationary system) is slow by 1-(1-v^2/c^2)^(1/2) seconds per second, or—neglecting magnitudes of fourth and higher order—by tv^2/(2c^2) .
From this there ensues the following peculiar consequence. If at the points A and B of K there are stationary clocks which, viewed in the stationary system, are synchronous; and if the clock at A is moved with the velocity v along the line AB to B, then on its arrival at B the two clocks no longer synchronize, but the clock moved from A to B lags behind the other which has remained at B by tv^2/(2c^2) (up to magnitudes of fourth and higher order), t being the time occupied in the journey from A to B."
当然，爱因斯坦的表达经常含混不清，什么是“when viewed from the stationary system”？从静止系怎样看（view)运动系的时钟？这些问题都没有说明。
- [13]徐晓
- http://en.wikisource.org/wiki/Translation:Two_Papers_of_Henri_Poincar%C3%A9_on_Mathematical_Physics，
我搞错时间，是1914 - 博主回复(2014-5-18 16:07)：那篇文章是洛伦兹纪念庞加莱的文章（庞加莱1912年去世），洛伦兹赞扬庞加莱1905年的工作（给出公式（6）并纠正了洛伦兹文章中电荷密度和电流密度变换的错误）。洛伦兹1905年就接受了庞加莱对自己工作的修正，在1914年并未改变自己的观点，只是高度评价了庞加莱的工作和人格。
洛伦兹提到的庞加莱文章有长短两种版本，短版发表于1905年6月5日的法国科学院通报Comptes Rendus 140: 1504–1508。Annalen der Physik在1905年6月30日收到爱因斯坦的第一篇相对论文章的稿件，1905年9月26日出版。这种时间关系常常激起人们的联想。庞加莱文章长版发表于1906年1月的Rendiconti del Circolo matematico di Palermo 21: 129–176，该杂志于1905年7月23日收到稿件。
- [12]王国文
- 应该说，从洛伦兹变换能推导出，在同一时刻，在动系中不同地点的两个事件，“动尺测得的空间距离增加”。这与时间膨胀的概念相对应。就注意到这二者的对应性而言，我们是一致的，好像以前无人（？）提出过这个对应性。不过，把涉及同地两个事件的时间膨胀与动钟走慢作为同义语是教科书和文献中出现的普遍错误。拉莫尔最早提出动钟走快概念，1897年，在他的文章“关于电的和光的媒质的动力学理论（第三部分）”中提出，在以太中，运动分子中电子轨道运动的周期会收缩。他写道：“个别电子描绘它们轨道对应的部分，因后一体系[静止以太体系]，在时间[周期]上，要短一个因子\epsilon^{-1/2}[=\sqrt{1-v^2/c^2}]或(1-\frac{1}{2}v^2/c^2)。”
Larmor, J., On a dynamical theory of the electric and luminiferous medium, Part III, Relations with material media, Phil. Trans. Roy. Soc. 190, 205-300 (1897).
我注意到，用动钟的嘀哒数来度量“相对时间”是爱因斯坦的莫大错误。他的同学Adler曾在寄给他的一篇文稿中提出过修改钟的表盘[测量相对时间]，他不予接受。未能找到Adler的原稿，不知Adler建议的细节。 - 博主回复(2014-5-18 11:55)：是的，在爱因斯坦相对论的框架内，没有人讨论空间距离与动尺两个刻度间收缩的关系。因为狭义相对论的洛伦兹变换使用相对速度，所以分析空间距离与动尺两个刻度间收缩的关系会带来很多狭义相对论难以回答的问题，人们可能是有意回避了这个话题。
- [11]徐晓
- 确实，在1904年的文章中，Lorentz真是这么写的，但是，到了1924年，Lorentz可是另一个说法，我现在正在看是怎么回事。
- 博主回复(2014-5-18 11:39)：洛伦兹在1905年后接受了庞加莱的表达形式，公式（6），应该没有就此改变过观点。1924年他在Nature发表过The radiation of light，没有特别讲洛伦兹变换。您提到的“到了1924年，Lorentz可是另一个说法”是他的哪篇文章或著作中提出的，具体说法是什么？
- [10]danuoyi
- [6]文克玲 2014-5-16 20:39 5楼说：“费曼、施温格、朝永振一郎，这3个人的理论，差别很大，但是都能得到同样的结果。
但是，现在基本都只用费曼的理论了。”
戴逊证明了，三个人的理论实质上是等价的。
费曼的理论最容易懂，而费曼图是最好的计算工具。
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能够得到同样的结果，肯定理论是等价的，这个是毫无疑问的，要不然不会得到同样的结果。
但是理论的形式和推导过程、计算过程，并不相同。
我说这个例子，只是想表达，相对论的结果无疑是正确的，但得到相对论的结果，未必只有相对论这样一种理论形式。
也许未来会有其它形式的理论表述，容易被大家所接受，也能得到和相对论一样的结果。
说白了，物理学提出那么多的概念，最后还不是都要转化成一个数学方程来计算，根据其数学方程计算的结果，才能最终评判这个物理学理论是对还是错。
所以，物理学中的那么多概念，不是都是必须的。
所以，概念不是关键，关键是那个数学方程。
所以，我才感觉，物理学本质上不过是一种对客观物理世界的数学建模。 - 博主回复(2014-5-17 22:19)：结果重要，推导是否符合逻辑也重要。相对论的结果被验证的与洛伦兹理论的结果相同（洛伦兹的结果在先），与洛伦兹理论不同的结论目前还无法验证。洛伦兹理论的逻辑没有问题，目前需要做的是检查爱因斯坦相对论的逻辑是否有问题。下一讲中介绍狭义相对论是怎样以观察/测量中产生这些结果来说明相对论运动时钟效应，就会遇到相对论的逻辑问题，欢迎到时参与讨论。
- [9]杨正瓴
- 博主瞎说。
- 博主回复(2014-5-17 22:09)：
- [8]李铭
- 你这标题误导读者，因为你讲的不是正统的相对论，而是你自己的相对论。
- 博主回复(2014-5-17 22:07)：标题没有误导读者，因为我讲的是100%正统的相对论。不但讲了相对论与洛伦兹以太理论的关系，还讲了正统相对论内部的矛盾，即爱因斯坦的“时间膨胀”推导与《伯克利物理教程》力学分卷（作者C. Kittel, WD Knight, MA Ruderman)“时间膨胀”推导的矛盾。我点评了一下两种推导的矛盾，在两者之间支持爱因斯坦的推导。支持爱因斯坦怎么能算是讲我自己的相对论呢？
下一讲中介绍狭义相对论是怎样以观察/测量中产生这些结果来说明相对论运动时钟效应。我的点评可能动摇狭义相对论的基础，希望您来深入讨论。
- [7]徐晓
- （1）公式（5）是不是错了？
（2）讲得有点绕，时钟部分将我看晕了。 - 博主回复(2014-5-17 21:54)：（1）公式（5）没有错，是洛伦兹在1904年的论文Electromagnetic phenomena in a system moving with any velocity less than that of light中的表达式。用x-vt代替x就得到常用的洛伦兹变换。
（2）相对论就是绕人的 既要能绕得进，也要能绕得出 。
- [6]文克玲
- 5楼说：“费曼、施温格、朝永振一郎，这3个人的理论，差别很大，但是都能得到同样的结果。
但是，现在基本都只用费曼的理论了。”
戴逊证明了，三个人的理论实质上是等价的。
费曼的理论最容易懂，而费曼图是最好的计算工具。 - 博主回复(2014-5-17 21:45)：谢谢！
- [5]danuoyi
- 相对论里面这些概念，确实很绕，很含混不清。
但是，相对论得到的质能关系和洛仑兹对称性的结果，无疑又是正确的。
这里其实只是一个取舍的问题。
量子电动力学，得到同样的结果，当时有费曼、施温格、朝永振一郎，这3个人的理论，差别很大，但是都能得到同样的结果。
但是，现在基本都只用费曼的理论了。
施温格和朝永振一郎的理论，现在的人，没几个再去关心。
提出一个问题，相对论会不会是同样的结局呢？ - 博主回复(2014-5-17 21:44)：费曼、施温格、朝永振一郎3人的理论在物理本质上是相同的。洛伦兹理论和爱因斯坦相对论在物理本质上差别很大，结局可能会不同。
- [4]ybtr3929
- 经过上一轮对相对论的讨论，科学网的老师大多数应该明白相对论错了，只是不敢明言而已，相对论现在的功能除了骗钱与误导外，再无其它用处，相对论不倒，严重阻碍了科学的发展，因此，现在讨论应该着重向论述相对论的误导性极大，要求将相对论从教课书删除入手，论述相对论不倒，将会阻碍新的、更加正确的理论的出现，将反相进一步推向高潮
- 博主回复(2014-5-17 21:40)：谢谢！
- [3]王国文
- 请问相对论专家们，爱因斯坦在哪篇文章里提到过“时间膨胀”。我手头有他的1－8卷文集，粗粗查过，未查到。9－10卷待购。洛伦兹变换推论的长度收缩是指：动尺两个刻度间的长度收缩，与此对应，动钟的两个嘀哒间的“相对时间”会收缩，即“动钟走块”。真实情况是：洛伦兹变换推论，经过同一地点的两个事件的时间间隔相对于其“相对时间”间隔来有一个膨胀，即所谓的“时间膨胀”。
- 博主回复(2014-5-17 21:40)：王老师，洛伦兹和爱因斯坦的早期文章都没用过“时间膨胀”一词。爱因斯坦在其第一篇相对论论文《论运动物体的电动力学》中第一部分第四节中讲到时钟变慢，方程（8）就来自该处。
洛伦兹的假设是运动物体（包括量尺）收缩，因此，动尺测得的空间距离增加；动钟的两个嘀哒间的“相对时间”会增加，因此时钟走慢。
爱因斯坦相对论的洛伦兹变换的逻辑结论如您所说，应该是动尺两个刻度间的长度收缩，与此对应，动钟的两个嘀哒间的“相对时间”会收缩，即“动钟走块”。爱因斯坦得到"时间膨胀”，说明他一定知道洛伦兹的结果。
- [2]马德义
- 这是我见到的最成熟的思想。一定要推荐
- 博主回复(2014-5-17 21:11)：谢谢！
- [1]鲁学星
- 一旦相信牛顿应该被抛弃，相对论怎么都能推出来
- 博主回复(2014-5-17 21:11)：谢谢评论！
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