洛倫茲變換出現巨大問題?t=0時公式不成立?狹義相對論又錯了?

最近有網友提出,洛倫茲變換和逆變換,如果取t=t'=0,就會得出矛盾的結論,所以證明:洛倫茲變換錯了。但是誠如我在之前的文章說的,狹義相對論是基於兩個公設:1是協變性,2是光速真空中不變。由這兩個公設就可以推導出狹義相對論的全部內容,其中一部分就是“洛倫茲變換”,所以如果你說洛倫茲變換錯了,就等效於說兩個公設中有一個錯了,因為由公設推導出洛倫茲變換,這個推理過程是絕對沒錯的,經過了無數科學家和數學家的嚴格論證。那麼當t=t'=0時,洛倫茲變換得出矛盾結論如何解釋呢?下面我來給大家講解下。先給出洛倫茲變換和其逆變換:

洛倫茲變換出現巨大問題?t=0時公式不成立?狹義相對論又錯了?

左邊是逆變換,右邊是正變換,這裡我們只看每個變換的第一個公式(長度變換公式),考慮到部分網友沒有看往期我寫的關於“洛倫茲變換”解析相關文章,先介紹下洛倫茲變換的基礎知識:有兩個參考系S和S',S是靜止參考系,S'是做勻速直線運動的參考系,S'在S參考系t=0時,開始從S參考系的原點出發向S的正方向開始運動,速度是v。

洛倫茲變換出現巨大問題?t=0時公式不成立?狹義相對論又錯了?

有了以上洛倫茲變換的基礎知識,我們就可以繼續分析,首先看洛倫茲正變換,也是上圖右邊的第一個公式,你先要明白,正變換是用來幹啥的?是用靜止參考系測得的物理量來算動參考系的物理量,也就是已知靜止參考系的距離座標,來算運動參考系的距離座標。當然逆變換,其實把剛剛的過程反過來,用運動參考系下的距離做座標,來算靜止參考系下的距離座標。

於是網友提出了,取t=0,t'=0,分別代入洛倫茲正變換和逆變換中,得到下圖所示:

洛倫茲變換出現巨大問題?t=0時公式不成立?狹義相對論又錯了?

X/X'=X'/X=一個定值?所以洛倫茲變換錯了?

其實之所以覺得矛盾了,是因為沒明白洛倫茲變換到底是算啥的,以及什麼情況下用正變換,什麼情況下用逆變換。當你已知S參考系的物理量,去算S'的物理量用正變換,當你已知S'參考系物理量,算S的物理量用逆變換,所以洛倫茲變換使用的前提條件是:S和S'參考系物理量,你必須知道其中一個,而另一個是未知的,然後用已知去算未知,如果你兩個參考系下的參數都知道了,那就不需要再算了。

洛倫茲變換出現巨大問題?t=0時公式不成立?狹義相對論又錯了?

而提出這個問題的網友,取t=0,t'=0,同時帶入洛倫茲正變換和逆變換,這個帶入過程對應的含義是啥呢?就是我已經同時知道S和S'的物理量,然後又去算S和S‘的物理量,相當於壓根就沒搞懂洛倫茲變換的使用條件。

其實當t=0時,按照洛倫茲時間變換公式(也就是圖上的第四個公式)的正變換,可以算出t'的值,你會發現t'壓根就不等於0(這是S已知,S'未知,用已知算未知,所以用正變換)。

再算當t'=0時,按照洛倫茲時間變換公式的逆變換,可以算出t的值,你會發現t值也壓根不等於0(這是S'已知,S未知,用已知算未知,所以用逆變換)。

洛倫茲變換出現巨大問題?t=0時公式不成立?狹義相對論又錯了?

所以明白了吧,網友說的t=0,t'=0,這種情況壓根就不會發生。要麼就是t=0,t'≠0,要麼就是t'=0,t≠0,這兩種情況對應這兩個完全不同的物理過程。

所以把t=0,t'=0,同時帶入洛倫茲正變換和逆變換,其實把兩個不同的物理過程,等同起來了,然後發現矛盾。就好像我們測量一個火車速度,第一過物理過程火車靜止,我們測量出來速度是0,第二個物理過程火車運動,我們測量出來速度是3m/s,然後你再把這兩個物理過程等同起來,就會發現,速度0=速度3,所以矛盾了?其實並不矛盾,只不過是你把兩個物理過程等同而已。

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