论超光速力学研究中存在的问题

论超光速力学研究中存在的问题

拜建军

（北京相对论研究联谊会会员，807018814bai@sina.com）

摘要：本文指出了洛伦兹变换（EL）与曹氏变换（FC）在物理学的应用，力学方面仅限于有关稳定矢量场动力学规律的研究与表述，在描述非场动力学形势下的相互作用关系方面并不适用;质点在所有速度区域与状态下所遵循的规律，是广义动力学同牛顿力学组成的力学体系。

关键词：超光速 力学 洛伦兹变换 曹氏变换 广义动力学 牛顿力学 1引言

1933年爱因斯坦在谈到创立广义相对论的感受时说：“创立的基本原理蕴藏于数学之中。因此，在某种意义上，我认为纯粹推理可以掌握客观现实，这正是古人所梦想的。”实质上大多数学者坚信，这种数学诠释物理世界的认识方法论是正确有效的主要途径！如史蒂芬·霍金从奇点定理推导出大爆炸理论，黑洞理论等。爱因斯坦的这种感受也同样体现在狭义相对论的创作过程中。他认识到要使相对性原理与光速不变原理同时成立，不同惯性系坐标间的变换将不再是伽利略变换，而数学形式只能是洛伦兹在1904年提出来的变换。人们所接受EL变换的物理意义，是爱因斯坦的一种抛弃以太概念的两个坐标间转换关系，并从中与洛伦兹同样推得一致结果，长度与时间包括质量已经不再是恒定不变的了。虽然这种认识在本文看来，只是他的一厢情愿！

正如伽利略变换不适用于高速或近光速质点运动规律那样，EL变换亦不能适用于质点超光速运动规律的描述。超光速理论的研究由来已久，在突破“声障”（sonic barrier）后，部分理论与技术人员对超光速航行情有独钟。然而相对论运动质量概念在理论上就成为了超

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光速理论的主要瓶颈以及必须跨越的鸿沟！作者在《论相对论动力学不能成立的理由》.

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《用减速电压法验证m（v)函数的实验建议》.以及《超光速理论与实验基础》三篇论文中，系统性的提出了解决光速瓶颈的理论与实验两方面的整体方案，其正确性尚待最终的实验数据链证实。著名数学家陈省身生前认为，芬斯勒几何是黎曼几何发展的新方向。这就引发一个基本问题：爱因斯坦的相对论能依据芬斯勒几何而得到进一步拓展吗？曹盛林教授做了系统性的理论性回答，在学术界独树一帜。其所著《芬斯勒时空中的相对论及宇宙论》一[4]4

书，首次在国际上利用ds形式的芬斯勒几何结构探索并对爱因斯坦相对论重新定位，并最先推导出了在逻辑自洽基础上包容爱因斯坦狭义相对论的时空变换即曹氏变换。证明相对论在芬斯勒几何的时空框架下可以得到合理的发展，试图在此基础理论方面为建立起物理学的几何统一性指明前进道路。

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狭义相对论（SR）中所谓的Minkovski时空，即ds=x+y+z-ct，利用光速不变原理

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可证明其具有不变性。曹盛林教授利用Finsler时空ds，用这个新的时空不变量替代Minkovski时空而得到新的变换，从而狭义相对论（SR）中的

4241??2项变为

v1?2?vc???c?。这样就用不着否定超光速运动，就可以涵盖狭义相对论的全部结论了！新的时空变换是一个完整的群结构，Lorentz群就是其独有的子群。因此认为EL变换推导的结论可以整体反映在新的时空变换体系中。作者认为这种协变性是有待重新定位的，因为至少所谓的洛伦兹收缩只是一个数学逻辑上的推导结果，在实验中并没有得到证实。而狭义相对论（SR）运动质量概念被认为是一种等效质量，因而在物理概念上具有模糊性！这也体现在1948年6月19日爱因斯坦在给Barnet的一封信中说：“运动物体的质量是不正确的，

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因为对“质量”没有给出明确的定义。无论是从牛顿到伽利略，还是从洛伦兹到爱因斯坦，动力学的发展无不是围绕在这两个变换中演绎的。伽利略变换与EL变换是人们对时空与物质运动规律的不同数学表述，而这种表述方法不知不觉中使人们陷入数学逻辑的漩涡中不能自拔。学术方向上的迷失源于惯性定律与相对性作用原理的碰撞，最直接的证据来自

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A.sommerfeId，其在狭义相对论发表前的一两年间发表了论文讨论了超光速问题，之后由于狭义相对论的出现而修改了自己的观点。其影响力体现在晚近相关研究者包括曹盛林教授，都自觉与不自觉的推导出与之“相一致”的理论结果---增加能量时快子将减速，减少能量时快子将加速！

费恩曼的物理学讲义这样表述：“对于那些只想学一点能够解释问题就行了的人来说，这个式子就是全部的相对论了---它只是对质量引入一个修正因子来改变一下牛顿定律。不同于相对论引入的那个对质量的修正因子，曹氏变换（FC）中的速度因子的物理意义，能不能诠释与延续全部的动力学理论体系？ 2.此函数非彼函数 2—1问题的提出

理论探讨源泉来自函数F(v)与M（v)的冲突，从而导致超光速动力学的成立必须抛弃狭义相对论（SR）中的一些主要成分。因为这些成分在超光速动力学的数学表述中已经被习惯性沿袭，可能继续像级数在极限论未发明前一样导致一些荒谬的结果！

对于曹氏变换（FC）的评述：1.有的物理学家评论曹盛林教授在数学上无错，物理上很难说。ds作为不变量物理意义明确，而ds作为不变量在物理意义上尚不明确；其次在t求两次偏导数，会不会引起波方程中的问题？2.浙江大学信息资源管理研究所的叶鹰教授，在“中国科技论文在线”（http://www.paper.edu.cn）发表的文章《Finsler几何统一场与

422信息物理学》中指出：“曹盛林教授已经研究过d??c?v2

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??2dt4?ds4形式的Fisler度

规，并提出包容狭义相对论的如下曹氏变换（FC）。Fisler-Cao时空可以容纳超光速运动，由此可对王力军激光脉冲反常色散实验中存在的超光速现象进行解释，这是在Finsler时空中对狭义相对论（SR）的逻辑拓展。同时曹盛林教授发展的几何统一理论将Finsler几何与突变理论以及分形理论有机结合起来，无疑指出了未来物理学的一个重要发展方向”。那么如何综合以上认识来定位洛伦兹变换（EL）与曹氏变换（FC）在物理学中的意义所在，无疑会成为本文探讨的核心问题所在。分析论证表明其两则变换不具备广义的性质，而只在有关稳定矢量场或相对性作用条件下成立，而在惯性系或非相对性作用条件下并不适用。

EL变换 FC变换

x??vt??x??2441?2????x??(x'?ut')??'?y?y'?y?y? ? ?''z?zz?z??v?t??(t'?ux'/c2)??t?x?c2??t?4?1?2?2??4?

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（其中β=v/c） （2-1-1）

曹盛林教授推论出质量.能量与动量的表述为

vm?m0/41?2?vc???c?224v E?m0c2/41?2?vc???c?vp?m0v/41?2?vc???c?244 （2-1-2） 由于1-2β+β=（β-1）=（1-β），在β<1条件下从式（2-1-2）中可以得出与 SR

一样的结果。当β>1时推论则有

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2

2

2

2

m?m0/?2?1E?m0c2/?2?1

p?m0v/?2?1[6]

（2-1-3）

我们注意到曹盛林教授在《相对性与有效力》一文中，对近光速有关电场力（有效力）提出经验公式

F(v)?f01??224 （2-1-4）

采用芬斯勒时空表述物理时空式（2-1-4）可改写为

v F41?2?vc???c??d（2-1-5） ?mv?

dt式（2-1-5）对表述超光速与亚光速是同等的，写成平方根的形式

?F1?v2?d/dtmv??v?c?c???v?c ?0?d/dt?mv??v?cv2??F?1?d/dtmv???c?? （2-1-6）

显然上式与式（2-1-2）以及式（2-1-3）是不相容的！既然在式（2-1-6）支持运动质量概念应改为有效力的表述，那么式（2-1-2）与式（2-1-3）的结果就不能成立，因为其依然保留了运动质量的物理概念！在作者看来曹盛林教授同爱因斯坦的数学推导都没有错，偏颇源自物理概念上---在平衡数学与哲学二个逻辑关系方面出现了判断性问题，从而导致了两种

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概念上的冲突局面！继而引发的问题是，根据相对性作用原理与惯性质量不变原理，质量与速度的变化无关，那么显然必须要抛弃式（2-1-2）与式（2-1-3）的数学表述。这种境地突出的问题是，狭义相对论质能关系又如何定位？ 2—2广义动力学的表述

作者在《用减速电压法验证m（v)函数的实验建议》一文中，提出了这样的预言：相对论性电子在减速到经典电子的整个过程中，力速效应是不存在的！而狭义相对论却预言---相对论性电子在减速到经典电子的过程中，质速效应是随电子速度的减小而递减为静止质量的。SR理论中定义函数m（v)在任何条件下成立，而根据广义动力学相对性作用原理：

任何运动状态下两个相互作用的物体，在趋于相对静止或相对速度为零的过程中，其

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相互作用的合力趋于或等于零。

其表述的参照系处于惯性系之外与惯性系构成加速系，因而在纯粹的惯性系中力速效应是不存在的。加速系与惯性系是互为相反的运动系，也就是说惯性定律与相对性作用原理是不相容的。理想的惯性系是不存在的，量子力学不确定原理指出真空的量子涨落是一种普遍现象，真空不空。所以伽利略的相对性原理中，参照系处于惯性系之内，是惯性系的一部分的认识是相对的，是忽略量子力学涨落效应的一种近似。相对性作用原理表述相互作用中的具有作用力性质稳定矢量场，当与稳恒场同向运动的质点发生力学效应时，推论出广义动力学或关于稳定矢量场动力学基本方程

?f1??v2/v2??m?dv/dt?cv?vc?0?F(v)??f0?0??m?dv/dt?v?vc

??F(v2/vc2)?1?m?dv/dt?v?vc?? （2-2-1） 此式限于以稳恒场为动力的质点加速运动规律的表述，其中场速度vc值可以为任意速度值，包括声速.光速.超光速等---

相对性作用原理与惯性质量不变原理以及荷质比实验结果要求，在F(V)与M（V)两函数中只能选择其一。如果用减速电压法验证了函数m（v)不成立，那么用广义力速概念来取代狭义相对论运动质量，以及运动质点的动能与动量就成为理论的方向。提议达成这样的共识：EL变换以及曹氏变换（FC）只对于有关稳定矢量场动力学规律的研究与表述方面成立，而对于描述非场动力学形势下的质点运动规律并不适用。质点在所有速度区域与状态下所遵循的规律，是广义动力学同牛顿力学组成的力学体系。这样我们就满怀信心的在非场加速形势下回到并遵循伟大的牛顿力学体系中来

F?mE?dvdt12mv2 p?mv （2-2-2）

式（2-2-1)与（2-2-2）可以联立成为质点在不同运动状态下动力学数学表述的基础，式（2-2-1）用于表述关于稳恒场形势下的质点运动力学；而式（2-2-2）做为著名的经典动力学基础，用于非场形势下质点力，以及质点初速度远小于稳定加速场场速度时力的表述。亦适用于超光速领域---

质能关系式是狭义相对论的重要成就与应用之一，在核武器.能源以及核物理研究方面具有指导性意义。质能关系式的数学形式

E?mc2Ek?

m0c21?v2/c2?m0c2 （2-2-3）

作者认为式（2-2-3）的表述是不妥当的！1946年，Einstein在纽约《技术杂志》上发表《质

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能相当性初探》一文。该文中，Einstein根据麦克斯韦理论推导出：m-m0=Δm=ΔE/c 。因

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而ΔE=Δmc是麦克斯韦理论体系推演的结果，与空虚空间光速不变原理无关。能否将ΔE=

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Δmc换成E=mc的形式，按照Einstein的观点只要假定空虚空间光速不变原理就迎刃而解

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