[论文解读] Unravelling Lorentz Covariance and the Spacetime Formalism

Reginald T. Cahill|ArXiv.org|Jul 11, 2008

Biofield Effects and Biophysics参考文献 11被引用 5

一句话总结

本文提出了一种伽利略坐标与闵可夫斯基时空坐标之间的精确、可逆映射，表明洛伦兹协变性和时空形式体系是非物理坐标下的数学产物，而非基本真理。关键结果是：相对论效应源于相对于真实、动态的三维空间的运动——这一现象此前因依赖退化的闵可夫斯基坐标而被忽视。该发现使洛伦兹原始解释得以恢复，并解决了绝对运动与相对论之间长期存在的矛盾。

ABSTRACT

We report the discovery of an exact mapping from Galilean time and space coordinates to Minkowski spacetime coordinates, showing that Lorentz covariance and the spacetime construct are consistent with the existence of a dynamical 3-space, and "absolute motion". We illustrate this mapping first with the standard theory of sound, as vibrations of a medium, which itself may be undergoing fluid motion, and which is covariant under Galilean coordinate transformations. By introducing a different non-physical class of space and time coordinates it may be cast into a form that is covariant under "Lorentz transformations" wherein the speed of sound is now the "invariant speed". If this latter formalism were taken as fundamental and complete we would be lead to the introduction of a pseudo-Riemannian "spacetime" description of sound, with a metric characterised by an "invariant speed of sound". This analysis is an allegory for the development of 20th century physics, but where the Lorentz covariant Maxwell equations were constructed first, and the Galilean form was later constructed by Hertz, but ignored. It is shown that the Lorentz covariance of the Maxwell equations only occurs because of the use of non-physical space and time coordinates. The use of this class of coordinates has confounded 20th century physics, and resulted in the existence of a "flowing" dynamical 3-space being overlooked. The discovery of the dynamics of this 3-space has lead to the derivation of an extended gravity theory as a quantum effect, and confirmed by numerous experiments and observations.

研究动机与目标

• 解决现代物理学中洛伦兹协变性与存在优选参考系（动态三维空间）之间的表观不相容性。
• 证明闵可夫斯基-爱因斯坦时空形式体系的成功源于使用退化、非物理的空间与时间坐标，而非基本物理真理。
• 表明麦克斯韦方程组的洛伦兹协变性是坐标选择的产物，而非物理不变性的体现。
• 重新确立新伽利略（洛伦兹型）狭义相对论解释为物理上正确的框架，其中时间膨胀与长度收缩是真实的物理效应。
• 认为过去120年未能探测到动态三维空间，是由于历史偶然——麦克斯韦忽略了速度场，迈克耳孫的干涉仪设计有缺陷——而非其本身不存在。

提出的方法

• 推导出从伽利略时间与空间坐标到闵可夫斯基时空坐标的精确、可逆数学映射。
• 以声波在运动流体中的传播为物理类比：声波在伽利略协变框架下成立，但可通过非物理坐标重新表述，从而获得声速不变的洛伦兹协变性。
• 将相同形式体系应用于电磁学，表明麦克斯韦方程组的洛伦兹协变性仅在使用这些非物理坐标时才出现。
• 分析迈克耳孫干涉仪实验在气体模式与真空模式下的表现，表明仅气体模式实验能探测光速的各向异性，而该效应在闵可夫斯基坐标中被抑制。
• 证明闵可夫斯基-爱因斯坦形式体系具有退化性：它抹去了动态三维空间的信息，无法描述探测光速各向异性的实验。
• 应用逆映射恢复伽利略描述，揭示通过相对于三维空间的速度校正局部时间膨胀，可测量绝对运动与宇宙时间。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否在伽利略坐标与闵可夫斯基时空坐标之间建立一致的映射，同时保持物理现实性？
• RQ2 尽管已有超过120年的实验证据，为何动态三维空间（可通过光速各向异性探测）在20世纪物理学中被长期忽视？
• RQ3 麦克斯韦方程组的洛伦兹协变性在多大程度上是非物理坐标系的产物，而非基本对称性？
• RQ4 与闵可夫斯基-爱因斯坦时空解释相比，具有真实物理时间膨胀与长度收缩的新伽利略形式体系，在本体论清晰性与预测能力方面有何优势？
• RQ5 若闵可夫斯基-爱因斯坦形式体系具有退化性——即无法描述绝对运动——这对宇宙时间与引力的理解有何影响？

主要发现

• 伽利略坐标与闵可夫斯基时空坐标之间存在精确、可逆的映射，表明洛伦兹协变性与优选参考系并不矛盾。
• 麦克斯韦方程组的洛伦兹协变性是使用非物理空间与时间坐标的产物；其底层物理本质是伽利略协变的，描述的是相对于动态三维空间的真实运动。
• 迈克耳孫干涉仪在气体模式下的灵敏度约为原假设的2000倍，其观测到的条纹移动表明光速各向异性约为10^{-3}量级，对应三维空间流速约420 km/s。
• 闵可夫斯基-爱因斯坦形式体系具有退化性：它抑制了关于动态三维空间的信息，无法描述探测光速各向异性的实验。
• 由于地球相对于动态三维空间的运动，地球上的时钟每天相对于宇宙时间损失约0.085秒，该效应可通过测量相对于三维空间的局部速度进行校正。
• 新伽利略形式体系在数学清晰性与本体论真实性方面均优于闵可夫斯基-爱因斯坦形式体系，因为它正确识别出时间膨胀与长度收缩为物理效应，而非坐标变换的产物。