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An Analysis of the Basic Principles of Relativity and the Elaboration and Demonstration of Different Space-Time Concepts
DOI: 10.12677/MP.2024.141003, PDF, HTML, XML, 下载: 433  浏览: 1,226

Abstract: Through a brief analysis of the basic principle of relativity, it is found that there is a contradiction in principle between general relativity and special relativity in solving the specific problem of the clock moving around the earth, and one of them must be wrong. Through comparative analysis of five physical phenomena and experiments, it is proved that there are serious problems in the space concept of relativity theory and classical physics. At the same time, the different concept of absolute airspace is further expounded and demonstrated, and the related space-time physical phenomena and experiments are perfectly explained by this concept. According to this idea, a new time trans-formation relation is deduced and its correctness is demonstrated. It is proved that the principle of special relativity and special relativity are wrong, and a series of physical laws and physical explanations generated by special relativity may also be wrong, and a series of amendments or new interpretations need to be made.

1. 时空观念及相对论基本原理

1.1. 狭义相对论时间变换效应的基本原理

$dt=d{t}_{0}{\left(1-{v}^{2}/{C}^{2}\right)}^{1/2}$ (01)

1.2. 广义相对论时间变换效应的基本原理

${t}_{1}=t{\left(1-2GM/{C}^{2}R-{R}^{2}{\omega }^{2}/{C}^{2}\right)}^{1/2}$ (02)

${t}_{2}=t{\left[1-GM/{C}^{2}R+gh/{C}^{2}-{R}^{2}{\omega }^{2}/2{C}^{2}-{R}^{2}{\omega }^{2}h/{C}^{2}R+v\left(v+2\left(R+h\right)\omega \right)/2{C}^{2}\right]}^{1/2}$ (03)

1.3. 狭义相对论与广义相对论的时间变换效应在基本原理上的区别

2. 关于时空问题的物理现象和实验

2.1. 恒星光行差现象

2.2. 迈克尔逊–莫雷实验

2.3. 电磁感应现象

2.4. 地球同步静止轨道卫星问题 [3]

2.5. 哈菲勒–基廷实验 [4] [5]

1971年，美国的J.C.哈菲勒(J. C. Hafele)和R.E.基廷(R. E. Keating)，用四个铯原子钟在定期商业航班上绕世界飞行两次，一次向东，一次向西。根据每次飞行的实际路径，该理论预测，与美国海军天文台的参考时钟相比，飞行时钟在向东飞行行程应该慢40 ± 23纳秒(ns)，在向西飞行行程应该快275 ± 21 ns。实验实际结果，飞行时钟在向东飞行行程慢了59 ± 10 ns，在向西飞行行程快了273 ± 7 ns。以下将该实验简称为哈菲勒–基廷实验(Hafele-Keating experiment)。

3. 不同空间观念的阐述

4. 几个物理现象和实验的解释

4.1. 关于恒星光行差现象的解释

4.2. 关于对迈克尔逊–莫雷实验的解释

4.3. 关于电磁感应现象的解释

5. 对狭义相对论时间变换关系式的调整与分析

5.1. 狭义相对论时间变换关系式的调整

$d{t}_{0}/d{t}_{s}={\left(1-{v}_{0}{}^{2}/{C}^{2}\right)}^{1/2}$

$dt/d{t}_{s}={\left(1-{v}^{2}/{C}^{2}\right)}^{1/2}$

$dt/d{t}_{0}={\left[\left({C}^{2}-{v}^{2}\right)/\left({C}^{2}-{v}_{0}{}^{2}\right)\right]}^{1/2}$ (04)

${v}_{0}=\omega R\mathrm{cos}\theta$ (05)

ω为地球自转的角速度；R为相对静止时钟所处的地球半径；θ为相对静止时钟所处的地球纬度。

$v={v}_{r}+{v}_{r0}$ (06)

vr为运动时钟的相对速度矢量；vr0为运动时钟所处位置的地球自转线速度矢量。

5.2. 调整后的时间变换关系(04)式与原(01)式的主要区别

5.3. (04)式与(01)式的对比论证

6. 总结

1) 通过对相对论基本原理的分析，发现在绕地球赤道运动的时钟问题上，广义相对论与狭义相对论存在原则性的矛盾。说明两者之间必有一个是错误的。

2) 通过五个物理现象和实验的分析，证明了相对论空间观念的物理和实验依据不足，并且无法解释五个物理现象和实验之间的矛盾，必然存在严重的问题。

3) 对笔者提出的不同的绝对空域的空间观念作了进一步阐述。绝对空域的空间观念既不同于经典物理，也不同于相对论的空间观念，并能对五个物理现象和实验做出完美的解释和消除它们之间的矛盾。说明绝对空域的空间观念更加科学和合理，也应该是正确的。

4) 按照绝对空域的观念，对狭义相对论的时间变换关系进行了推导调整，得出了新的时间变换关系；并多角度论证了它的正确性。

5) 论证了狭义相对性原理和狭义相对论是错误的，并可能导致由狭义相对论所产生的一系列物理规律和物理解释也会相应地存在错误。

NOTES

*通讯作者、第一作者。

 [1] 段一士. 2020广义相对论与引力规范理论[M]. 北京: 科学出版社, 2020: 67-69. [2] 爱因斯坦, 等. 1980相对论原理(狭义相对论和广义相对论经典论文集) [M]. 赵志田, 等, 译. 北京: 科学出版社, 1980: 31. [3] Zhao, S.D. (2023) Discussion on Physical Space Issues (IEEE Xplore). https://doi.org/10.1109/PIERS59004.2023.10221422 [4] Hafele, J.C. and Keating, R.E. (1972) Around-the-World Atomic Clocks. Predicted Relativistic Time Gains Science, 177, 166-167. [5] Hafele, J.C. and Keating, R.E. (1972) Around-the-World Atomic Clocks. Observed Relativistic Time Gains Science, 177, 167-170. [6] 爱因斯坦. 2020相对论(第十五版) [M]. 李精益, 译. 广州: 广东科技出版社, 2020.