新牛顿力学时空变换-viXraorg.PDF

新牛顿力学时空变换 —周方变换（广义的伽利略变换） The Transformation of Space-time for the Neo-Newtonian Mechanics 周 方 1 作 者 简 介 周 方 男 湖南省华容县人 1932 年 9 月 28 日生于湖南省长沙市 1949 年以前在湖南华容县南山初级中学（现华容县第二中学）、长沙 雅礼中学读初中、高中；1950 年就读于大连工学院(现大连理工大学) 应用物理系；1951 年秋赴（前）苏联留学；1958 年春毕业于莫斯科 航空学院飞机设计与制造系。先后在国防部第五研究院、航天工业部、 中国社会科学院从事科研工作；研究员、研究生院教授、博士生导师、 享受国务院特殊津贴专家。著述所涉及的专业领域：火箭与导弹工程、 军事运筹学与武器系统工程、数理经济学、数量经济学与经济系统分 析。 2 前 言 开宗明义，牛顿巨著 《自然哲学的数学原理》面世之后创立的仅适应于‘光 速为无限大’（存在物质间超距作用）场合的牛顿力学称为 “古典牛顿力学”或 “经典力学”；适应于‘光速为有限值’（传递物质讯息的光信号之传播速率为 有限值）场合的牛顿力学则可称为 “新牛顿力学”或 “新古典牛顿力学”，它是 牛顿力学的发展。 17世纪，荷兰物理学家惠更斯(Christian Huygens，1629—1695)提出了光 的波动学说。然而，牛顿（Newton I.）与惠更斯不同，提出了光的粒子学说： 根据光的直线传播规律及光的偏振现象，于 1675 年提出假设，认为发光体 发出的光线是作直线运动的微粒子流， 在均匀媒质中以一定的速度传播。18 世纪，光的粒子说是主流学说，而在19世纪，光的粒子说让位于光的波动学说， 后者成为主流。此时以太学说及电磁理论均得到蓬勃发展。麦克斯韦（Maxwell J.C.,1873）提出了电磁理论，完善了光的波动学说。 在麦克斯韦以前，电磁学实验总结出各种经验规律，如库伦定律、法拉第定 律、安培定律等，而麦克斯韦则总合了这些经验定律，建立了统一的电磁场方程 —著名的麦克斯韦电磁场方程组。麦克斯韦、赫兹（Hertz H.,1892）等人对以 太学说及电磁理论都作出了巨大贡献，认为电磁波的传播是：某处电场的变化在 其邻近产生磁场，这个变化的磁场又在其邻近产生电场，这样依次地相互变化， 从而形成电磁波动。此外，麦克斯韦、赫兹等人还将光和电磁现象统一起来，认 为光就是电磁波，是电场与磁场互相感生并向外传播的结果，将光的波动理论与 电磁场理论结合起来。 19 世纪末，经典电磁理论的正确性已被大量的实验证实。根据麦克斯韦 方程组及很多的实验，人们发现在任何场合下光速总是一个恒定值，于是人们认 为可能存在一种传播光的介质 —‘静止以太’，光的速度就是相对以太而言的。 人们猜想如果真的有以太，光速就应当遵循速度合成叠加法则，‘光速不变’就 是错误的。但是，迈克耳孙—莫雷实验（Michelson A.A.,Morley E.W.,1887） 并没有发现以太（实验得到‘零结果’），因而 ‘光速不变’是正确的。科学家 们恰恰也发现无论怎么测量光速都是恒定值。人们发现麦克斯韦方程组不涉及 参考系问题，但在经典力学的伽利略变换下却不具有协变性，而经典力学 3 的伽利略相对性原理却要求一切物理定律在伽利略变换下具有不变性。以 麦克斯韦电磁场方程组为基础的电动力学显然与经典力学相抵触。为了消 除这一矛盾及解释迈克耳孙—莫雷实验的‘零结果’，菲茨杰拉德 （FitzGerald G.F.,1889）提出 了长度收缩假设，认为有质量的物体在以 太中运动时在运动方向上长度将收缩。荷兰物理学家洛伦兹（Lorentz H.A.,1895）也提出了长度收缩假设，他指出在以太中运动的物体，在运动方 向上长度会发生收缩，收缩程度恰好抵消各个方