|
观 测 修 正 论
王志海 摘要：由于光的速度是有限的，人类利用光观测高速运动或远距离运动的物体时，观测值与物体的实际运动有较大的差异，这个矛盾是由于人类利用光信号观测产生的，与运动物体无关，解决这个矛盾只有修正观测结果。 关键词：媒介光 观测值失真 修正观测结果 从爱因斯坦相对论的创立，至今已有80多年的历史。在这段历史发展过程中，相对论被视为研究近代物理的基础，并且应用它“解释”了大量的物理现象和物理实验。然而相对论不是客观真理，它创立的基础——光速不变原理是错误的。 那么，为什么由研究低速运动的物体揭示出来的客观规律对于高速（或远距）运动的物体就不适用了呢？是由于物体运动状态的变化造成的吗？不是的。这个矛盾是由于观测值与真实值相差较大而明显暴露出来的。观测值失真是这个矛盾的实质。如果我们把失真很大的观测值强加于客观体物，视为客观事实，那么企图用已知规律解释观测值或以观测值为依据研究运动的物体达到掌握物体运动的客观规律的目的都是不可能的。 我们知道，人们要认识客观世界，揭示物体运动的客观规律，其主要手段是对客观物体进行观察和测量，不论是直接观测，还是通过某种仪器进行间接观测，都离不开光，光是我们观测的媒介。如果我们把对我们观测起作用的那些光叫媒介光，那么媒介光是否能把运动物体的运动状态（指相对观测者的时间和空间）真实的传递给观测者呢？回答是否定的。 一、人们看不到该时刻的世界 当我们环视一下周围的世界时，记下环视的时刻，于是就会说此时刻周围的世界怎样；当观测者看到空间某点发生一闪光事件时，记下看到的时刻，于是观测者就说此时此刻该点发生闪光事件。如果我们假定测定时间的钟都是同步的，且绝对均匀的；测定空间的尺是同一基准的，且绝对钢性的，记时过程不需时间，测量过程没有误差。那么在这种情况下，人们测得事件发生的时刻与事件发生的真实时刻是否一致呢？下面我们就来分析这个问题。 设有一光源在空间A点，相对于A静止的观测者在空间B点，A、B两点的空间距离为X，显然光源沿AB方向发出的光就是B点观测者观测的媒介光。如果媒介光相对于观测者的速率为C，那么媒介光由A点传播到B点所需的时间为X/C，所以若光源t时刻发光，观测者测得光源发光的时间是（t+ ）时刻，或者说若观测者测得光源发生的时间是t时刻，则光源发光的真实时间是（t— ）。由上面的分析不难看出，我们观测任何物体或事件，都与被测物体或事件有一定的空间距离，而媒介光指对于观测者的速率又为有限值，那么媒介光通过这段空间距离就需要时间。于是，观测者在某一时刻观测到物体的情形总是前一段时间某一时刻物体的情形，观测者观测到某一事件发生的时刻总要比事件发生的真实时刻晚，这就是说，人们看不到该时刻的物体，也看不到该时刻发生的事件。 观测者测得事件发生的时刻与事件发生的时刻的差异与观测者和被测事件的相对空间距离及媒介光相对于观测者的速率有关。那么当某一时刻我们看周围的世界时，如果周围各个物体离观测者距离不等，则我们看到各个物体某一时刻的情形，分别是前一段时间，不同时刻各个物体的情形，所以观测者看不到观测时刻周围世界的情形，也看不到前一段时间某一时刻周围世界的情形，人们观测到的世界与客观世界并不是简单的同步映射，因此说人们看不到该时刻的真实世界。 二、观测者测不准相对运动物体的空间位置 物体的运动主要表现在空间位置的变化，而观测者能否准确的测出某一时刻相对运动物体的空间位置呢？ 设一光源以速度V相对于B点的观测者运动，在t时刻观测者测得光源在空间A点那么在媒介光由A点运动到观测者这段时间内，光源已在其运动的方向上发生了一段位移运动到空间A’ 点，这就是说t时刻观测者在B点测得光源在空间A点，而实际光源运动到A’ 点。再比如当人们看到太阳刚要离开地平线上的时刻，实际上此时刻太阳的方位已经离开地平线一定的高度了。因为媒介光从太阳表面运动到地面上是需要时间的。在这段时间内太阳已在以地球为参照系的运动轨道上运动了一段距离。 观测者观测任何相对运动的物体，在媒介光由物体表面运动到观测者这段时间内，物体都要在其运动方向上运动一段位移，观测者在某一时刻测得运动物体的空间位置，实际上总是前一段时间某一时刻物体所在的空间位置，观测者测不准运动物体的所在的空间位置。 三、观测失真与认识观律 时间和空间是物体存在的形式，物体的运动表现在时间和空间中，所谓物体运动的规律就是指物体的空间位置随时间变化的规律。而规律是客观的，是物体运动过程中本身所固有的，与观测者无关，人们只能通过对运动物体的观测、研究来揭示物体的运动规律，但由前面的分析我们看到，观测者即看不到观测时刻的物体，也测不准相对运动物体在观测时刻所在空间位置，这就是说，人们通过观测还不能把运动物体自身的时空属性如实的反映出来，那么是不是由此就得出人们不能通过观测来揭示物体运动的客观规律的结论呢？ 我们来分析一下观测值与真实值这对矛盾，当被测物体与观测者之间的距离不太远，物体相对于观测者的速率远小于媒介光相对于观测者速率情况下，观测值与真实值相差很小，观测运动的物体符合伽略变换——客观真理，或者说在这种情况下，以观测为手段，以观测值依据，研究运动的物体，揭示物体运动的客观规律，是完全可能的，也是可以的，自然科学发展的历史已经证明了这一点。 反之，如果观测者与物体间的距离比较远，物体相对于观测者的速率可以与媒介光相对于观测者的速率相比较，则观测值与真实值相差较大，这个矛盾表现得很明显，观测运动的物体不再遵循伽俐略变换了，那么在这种情况下，是去盲目的创立所谓新的时空理论，修改物体运动的客观规律呢？还是通过修正我们失真的观测值来解决这个矛盾呢？显然前者是没有正确的分析这个矛盾，也就没有找到正确解决矛盾的方法，因为他把人们观测过程中本身存在的不足，观测值失真强加于客观物体，这只能使人们在认识论上走向唯心主义，只有通过对观测结果的修正，才能正确解决这个矛盾，达到认识世界，掌握物体运动的客观规律的目的。 四、观测修正理论 时间和空间是物体运动统一不可分割的基本属性，观测失真实质上就是测得运动物体的时间和空间不能和物体的运动统一起来，表现在认定观测时刻测得空间位置失真，或者认定物体的空间位置观测时刻失真，所以在修正观测时要遵循如下两条原理： 1、观测者测得事件发生的时刻总等于事件发生的真实时刻加上媒介光传播的时间； 2、观测者测得物体的空间位置总是前一段时间（媒介光运动的时间）那个时刻物体的空间位置。 观测修正基本原理适用于任何观测，是人们在观测过程中存在着的客观真理。 若物体在三维空间中的运动规律是r=r（t），观测者观测到物体的运动“规律”为r′=r′(t′)，观测者在空间r0处观测，则 t=t′+tc r(t)=r(t′) Cr0=Vt′+C 又r′(t′)=X′(t′)i+y′(t′)j+z′(t′)k r(t)=x(t)i+y(t)j+z(t)k r0=x0i+yoj+zok 上面的修正关系还可以表示成 t=t′+tc x(t)=x′(t′),y(t)=y′(t′),z(t)=z′(t′) 观测失真是客观存在的，任何观测都可以通过上述修正理论进行修正，但观测值与真实值差异的大小，还要具体观测具体分析。 下面，我们就对匀速直线运动的物体的观测结果进行修正： 1、发光物体对于观测者的速率为V′，方向远离观测者，而媒介光的方向恰好与物体的运动方向相反，若媒介光相对于发光物体的速率为C，则媒介光相对于观测者的速率为（C-V′），观测者能观测到物体的条件是C-V′>O，即V′ x(t)=x′(t′) ∴x′(t′)=x′0+v′t′ ∴x(t)=x0′+v′t′ ∴ 即 上式表示t时刻测得物体所在的空间位置与该位置物体所对应的真实时刻t′的修正关系，可以设想如果发光物体是一个钟，那么观测者观测到这个钟比我们手中与其同步的钟比较要慢。当然这是一种观测失真效应，并不是因为钟的相对运动会变慢。t′=O时， 其物理意义：运动物体开始时刻对应的位置X′.，观测者在 时刻才能观测到，t=0时，t′= 观测开始时刻观测到物体的位置对应的真实时刻是 ，负号表示在开始之前。 若t1.t2是观测者观测过程中不同的两时刻，则： ， 两式相减 另t2-t1=△t，t2′-t1′=△t′ 则 △t= △t′ 上式表示观测者测得物体由X（t1）运动到X（t2）所需的时间间隔与物体实际由X（t1）运动与到X（t2）所需时间间隔的修正关系，显然测得时间间隔较实际间隔长了，这就是观测者观测到失真的时间延缓效应。 由t= + 得t’= 又：x(t)=x0′+v′t′ ∴ 这就是观测者观测到物体的空间位置随时测时间t变化的规律，将上式变成 ∵ 这就是t时刻测得物体的空间位置和t时刻物体实际空间位置的修正关系，测得物体的空间距离较实际近了。 若t1,t2是观测者观测过程的两个不同时刻，则： 令x(t2)-x(t1)= △x x′(t2)-x′(t1)= △x′ 则△x= △x′ 这就是测得物体所通过的空间距离与物体实际所通过空间距离的修正关系，观测者测得物体通过的空间距离较物体通过的空间距离短了，这就是观测者观测到失真的空间收缩效应。 由 可以看出，观测者观测到物体的运动是以 为初始位置，速率为 的匀速直线运动即： 这就是观测者观测到物体运动的速率与物体运动速率的修正关系，测得物体运动的速率较实际物体运动的速率小了。 2、若发光物体以速率v′彼近观测者 媒介光相对于观测者的速率为（c+v′），设物体的运动规律为X′(t′) =X′－Vt′, Y′(t)=O Z′（t）=O Xo.=Yo.=Zo.=0。则由观测修正的基本原理 由上面的修正议程可以得到如下修正关系： …………………（1） △ ………………………… （2） ………（3） ………………… （4） △ ……………………… （5） 这就是观测者观测彼近我们运动的物体观测值与真实值的修正关系，将（1）变形为 因为 是物体到观测者之间的距离，所以 ，则： ，物体离观测者越近，t与t′的差别越小，所以如果发光物体是一个钟，观测者观测到这个钟也慢了，但却越来越准了。 上面讨论的两种情况都是物体本身是发光体，如果物体本身不是发光物体。那么就要具体分析媒介光的速率，具体观测具体分析。 从上面观测值和真实修值正方程中不难看出，如果物体运动的速率远小于媒介光的速率，运动物体距观测者距离较近，也就是媒介光运动的时间很短的情况下，观测值与真实值相差很小，观测值能够反映物体运动的状态，所以在这种情况下观测物体的运动遵循伽列略变换，反之对于高速、远距离运动的物体，观测值与真实值相差较大，如果把观测值代入伽列略变换将出现矛盾，这个矛盾是由观测者利用光信号观测造成的，解决这个矛盾只有通过修正观测来解决。 绝对静止的物体是不存在的，所以以太学说是不可取的；光速不变原理更是荒谬的，相对论必须抛弃。迈克迩逊-莫雷实验，即测不出地球运动的绝对速度，而且这类思想的实验也不能成为光速不变原理的实验基础。相对论把人类认识世界神秘化了，给人们的认识造成了很大的混乱，所以我们必须放弃它，用观测修正论的思想来进行对未知世界的探索。 |