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质速关系式与相对论无关
按照严格的数学分析原理，在程守珠、江之永先生主编的高校教材《普通物理学》第1册（1978年9月第三版）第240页上，式（1）中的x、x′与式（2）中的x、x′并不对应同一个量值，更不与（3）式中的x、x′对应为同一个变量。把空间任一静止点A、空间另一个任一静止点B，和光信号到达点（非静止点）G的坐标当成同一个参量来求坐标变换，这就如同李映华先生所写出的比喻式子一样：“鸡＋鸭＋鹅＝3只鸡＝3只鸭＝3只鹅＝3只鸟”。李映华先生的用语固然过分了一些，但他指出的情况完全属实。以爱因斯坦如此糟糕的数学基础研究物理学可以被称为世界“巨星”，李映华先生自己授予自己科学家的封号也就当之无愧了。与爱因斯坦相比，李映华先生只不过是小巫见大巫。 大家知道，爱因斯坦并不是因为建立相对论而获得若贝尔物理学奖的。事实上，爱因斯坦是因为提出光电方程：E2-E1＝hγ，在1921年获得了若贝尔物理学奖。人们可能也已经感到奇怪，在爱因斯坦提出的光电方程中，为什么h是普朗克常数，而不是爱因斯坦常数？这就是一个秘密！实际上，是普朗克首先发现能量是以一份一份的非连续方式进行转换。由于这个发现与过去的连续分布概念发生冲突，普朗克在已经使用量子概念进行计算的情况下，还是很谨慎，不感冒然地公开提出光量子概念。爱因斯坦替普朗克出头，说出了普朗克难以明言的光量子，别人原本想用实验否定爱因斯坦替普朗克写出的光电方程，结果是证明了这个方程正确。普朗克因此对爱因斯坦大为赏识，把他介绍到大学里去做挂名教授。爱因斯坦也才有了机会，采取“谬论重复一千遍就可能成为真理的方式”到处去做演讲。相对论便在这样的历史背景之下登上了大雅之堂。对于爱因斯坦提出的光电方程，既然普朗克和历史上的物理学家都却认那是爱因斯坦的功劳，我们当然没有理由表示怀疑。但是可以看得出来，爱因斯坦的思考方式有很明显的瞎打误碰迹象。 在国内，了解相对论的人不多。知道爱因斯坦提出的光电方程的人也很少。大多数人只知道，爱因斯坦的伟大功绩是推导出了质能关系和给出了质速关系式。在爱因斯坦的画像上面，就写着式子E＝mC2。在一些与读书有关的场合，E＝mC2被当成知识的象征。我现在就来给大家揭开事实的真相： 请大家翻开程守珠、江之永先生主编的高校教材《普通物理学》第1册（1978年9月第三版）第253页，就会看到如下叙述： 质量和能量都是物质的重要属性，质量可以通过物体的惯性和万有引力现象而显现出来，能量则通过物质系统状态变化时对外作功、传递热量等形式而显现出来。质能关系式揭示了质量和能量是不可分割的，这个公式建立了这两个属性在量值上的关系，它表示具有一定质量的物体客体也必具有和这质量相当的能量。 自从质能关系发现以后，有些物理学家错误地解释了这个公式的本质。他们把物质和质量混为一谈，把能量和物质分开，从而认为质量会转变为能量，也就表示物质会变成能量。结果是物质消灭了，流下来的只是转化着的能量。其实，这些论点是完全站不住脚的。因为第一，质量仅仅是物质的属性之一，决不能把物质和它们的属性等同起来；第二， 质量和能量在量值上的联系，决不等同于这两个量可以相互转变。事实上，在一切过程中，这两个量是分别守恒的，能量转化和守恒定律是一条普遍规律，质量守恒定律也是一条普遍规律，并没有发生什么能量向质量转变或质量向能量转变的情况。 我们从上述这段话中应该理解知晓：质量和能量都是物质的属性，质量和能量不可分割，具有一定质量的物体必具有和这质量相当的能量，反过来具有某种能量的物体也必具有和这能量相当的质量。由于质量和能量是完全对应的关系，人们只要引入一个换算系数K，即可将质量M与能量E之间的关系表示成：E＝KM 。 于是，质量的增减和能量的增减就有着相应的关系：dE ＝ d(KM) ＝ KdM 。 由于： dE ＝ F·ds ， 而： F·ds ＝ F·Vdt ＝ V·(Fdt) ； 根据牛顿第二定律的微分公式： Fdt ＝ d(MV) = VdM + MdV 因此有： KdM ＝ F·ds ＝ V·(VdM+MdV) ＝ VVdM+VMdV 进一步得： (K-VV)dM ＝ VMdV 进一步得： dm/M＝ VdV /(K-VV) 对两边同时求定积分得：（因不好显示积分公式，某些步骤省略。） lnM - lnM0 ＝ - （1/2）[ln(K- VV ) - ln(K- V0V0)] 进一步得： M＝M0 Squar[(K- V0V0)/ (K- VV )] ＝M0 Squar[(1- V0V0/K )/(1- VV/K)] 当V0 ＝ 0时，M0 ＝ m , 故此可得到： M ＝ m Squar[1/(1- VV/K)] 这就是物质在不同的运动速度之时，对应具有的瞬态质量M与其在静止状态时的静质量m之间所存在的关系。必须说明的是，该式子中的待定系数K是由Rogers等人通过实验测试得出来的数值，它非常接近真空中的光速C的平方值。有了：K≈CC ，就有：E ＝ KM ≈ CCM 。由于M不可能无穷大，1-VV/K 必须大于0，所以：VV＜ K ≈ CC。即：静质量不等于零的实物体，根据质速关系式子可以在数学上推测出它们的最高速度必须小于光速C 。在V ＜＜ C时，物体获得的动能P可从如下式子计算得到： P ＝ KM ― Km ＝ Km[Squar [1/(1- VV/K)] ―1] ＝ （1/2）mVV + （3/8）VVVV/KK + …… ≈（1/2）mVV 当物质的运动速度V已接近于光速，例如V在〔0.999999C , 0.999999999C〕范围中进行变化，取V0 = 0.999999999C，此时将有：dV ≈ ( V－C )。我们根据牛顿第二定律的微分式子和质能换算关系可推导出： CC dM ＝VVdM + VMdV ð (C + V )(C－V ) dM＝VMdV (C + V ) dM ≈ －VM ð dM ≈－VM / (C + V ) ≈ －0.5M 。 从此式子来看，V0越接近于C，速度改变得越少，质量减少一半的推测越准确。这显然是错误的结论！它表明牛顿第二定律在物质的运动速度接近光速时已不再保持成立。人们不能继续使用根据牛顿第二定律推导得出的质速关系式子计算光子在速度小于C时对应具有的质量是多少。事实上，光在水和玻璃等光传播媒介中传播的速度都小于光在真空气中的传播速度C，但光子在水和玻璃等光传播媒介中传播时仍然具有能量E＝hν和相应的瞬态质量M＝hν/ （CC）。鉴于质能换算系数K≈CC属于某种巧合，也就意味着在特殊条件下，光子的运动速度可以超过通常情况下的真空光速C。鉴于具有能量为hν的光子具有相应的惯性质量或引力质量为M＝hν/（CC）。从原理上不难分析发现：以初速度为C的运动光子垂直于某个星球表面向外发射，当星球的半径R与其质量M满足关系：R＝2GM/C2之时，光子在离开星球到达无穷远处时速度将减为零。实际上只要到达足够远之后，该光子的速度将降低到足够小。一旦光子具有的能量减小到已不足以使它还能以光子的形式存在之时，该光子就会被转换成其它的物质存在形式。于是，人们将观察不到从距地球遥远的此类星球表面发出来的光线。虽然它们可以将周围临近的物体吸引到自己上面去，外面射向它的光线也会被它们所接受，但是它们发出的具有能量的任何射线却不能被足够远处的观察者观测到。这类星球也就是所谓的“黑洞”，并构成一种类型的“暗物质”。不过，这只是理论上忽略了诸多未确定因素进行的推导，实际在宇宙中是否存在“黑洞”星体，迄今仍然还是一个迷！在人们弄清楚了质量与能量之间的关系后，光子在强引力场中运动所发生的光线偏转，完全可以用大家早已熟悉的经典力学公式去进行分析，它不再是困扰人们思想的问题。 诸位在此已经看到，我只用了大家非常熟悉的几个数学物理公式，就把曾经令人们感到十分神秘的质速关系式子推导出来了。事实上，在相对论还没有问世之前，就已经有汤母孙（J.J.Thomson）、考夫曼（W.Kaufmann）等人在质速关系的实验和理论研究方面做出了大量有成效的工作。1904年，奥地利物理学家哈孙隆耳（F.Hasenöhrl）通过实验证实质量增大与辐射能量成正比，并导出E ∝ MCC。同一年，洛伦兹根据电子的质量起源于电磁和电子运动时其大小沿速度方向发生收缩的假说，推导出电子质量随速度变化的关系式子为：M＝ m Squar[1/(1- VV/K)]。爱因斯坦在1905年提出相对论后，即把洛伦兹给出的质速关系作为已知式子来推导出质能换算关系：E＝MCC。这实际上是犯了一个严重的逻辑错误！要知道，在牛顿第二定律的微分公式Fdt＝d(MV)与质能换算关系E＝KM 里面，已经隐含着M＝ m Squar[1/(1- VV/K)]的列立方程解。当把K代换成CC后，就等同于是把E＝CCM作为了方程解M＝ m Squar[1/(1- VV/K)]的前提。爱因斯坦并没有发现质速关系本应来源于牛顿第二定律和质能换算关系的列立方程解，他不过是先用自己发明的“相对论”去赋予洛伦兹给出的质速关系式子以新的意义，然后再把洛伦兹给出的质速关系式子和违背数学规则逆推出来的质能换算关系E＝MCC认为是根据相对论推导出来的“成果” ！而在相对论与质速关系式子之间，能够把它们联系起来的理由，仅仅不过是在狭义相对论给出的时间膨胀公式和长度缩短公式中，有一个与洛伦兹推导得出的质速关系式子相同的分母部分： Squar[1/(1- VV/K)]。 为了进一步证实我的分析，诸位可以打开爱因斯坦在1938年亲自写出的《物理学的进化》一书第145页（该书由上海科学出版社出版，书号为：13119·450），其中写道： 经典物理学介绍了两种物质：质与能。第一种有重量，而第二种是没有重量的。在经典物理学中我们有两个守恒定律：一个是对于质的，另一个是对于能的。我们已经问过。现代物理学是否还保持着两种物质和两个守恒定律的观点。答案是：否。根据相对论，在质与能之间没有重要的区别。能具有质量而质量代表着能量。现在只用一个守恒定律。即质量-能量守恒定律，而不再用两个守恒定律了。…… 我们从爱因斯坦写出的上述这段话中已经明明白白地看到：爱因斯坦对于质量和能量的理解，在根本上就是稀里糊涂的混乱概念。是谁把物质和质量、能量混为一谈，从而认为质量会转变为能量？这个人就是爱因斯坦。面对如此铁一般的事实，人们完全有充分的理由判定：质能换算关系和质速关系公式，决不是爱因斯坦那样的混淆不清思想所能分析得出来的成就。因此，质能换算关系E＝MCC和质速关系公式M＝ m Squar[1/(1- VV/K)]这两顶不应该戴在爱因斯坦头上的“桂冠”必须摘下来。在失去了这两顶桂冠后，“相对论”也就黯然失色了。人们不必为此感到遗憾，实际上，“相对论”不过是爱因斯坦给现代物理学制作的一件“皇帝的新装”而已。 物理学界的主流派人士之所以没有马上把“相对论”铲除掉，并不是不知道它有许多自相矛盾之处，而是因为在经典的物理学理论系统中，还存在着若干自身没有解决好的地方。例如前面已经展示出来的质量与能量之间存在的关系式子，它的推导过程本来很简单，但是给爱因斯坦插进来胡搅一通后，就被人们搁置了近1个世纪的时间。 譬如光速问题，在早先时候，人们以为在宇宙空间充满着一种称之为“以太”的特殊粒子，这种“以太”粒子与物质粒子之间没有任何相互作用，因而不会阻碍物质的运动。“以太”粒子与绝对空间保持着绝对静止的状态，光线就在这种“以太”海中以恒定不变的速度进行传播。人们只要将与绝对空间保持静止状态的“以太”海改成可以与地面保持作任意匀速运动的“真空”物质海，光线在与绝对空间保持静止状态的“以太”海中以恒定不变的速度进行传播，就变成了光相对于不受实际条件限制的任何一个惯性参照系都具有完全相同的真空传播速度。这即是爱因斯坦提出的“光速不变原理”，它虽然能够把与麦克尔逊干涉仪器保持静止状态的地面参照系中出现的光程差计算困难消除掉，但是却会引来更为严重的恶果！那就是替代“以太” 粒子构成真空的“非实物粒子”是比“以太”粒子更让人们难以理解的特殊物质，它怎么可能同时与任意两个相互作匀速直线运动的坐标系都处于静止状态呢？如果确有其事，在与光速有关的物体相对运动观察中，人们就将得出违背数学基本规则的速度叠加计算式子：C＝C＋V1＝C＋V2＝C＋V3＝… ，这显然不可能成立。 正确的情况应该是：光在没有实物粒子的空间中，光源向任何方向发出的光线相对于光源周围的非实物传播媒介物质都具有完全相同的传播速度。无论是相对于建立在地球表面某个点上好用的惯性参照系，还是相对于建立在太阳或其它星球表面某个点上好用的惯性参照系，光相对于这其中的任何一个惯性参照系都具有完全相同的真空传播速度。光在真空中的传播速度与光源的运动状态无关，也与接受者的运动状态无关。注意，光在真空中的传播速度与接受者的运动状态无关，只是意味着光在遭到镜面等物体反射时，反射光在非实物真空中的传播速度仍然等于入射光在非实物真空中的传播速度，但反射光的波长和频率会随着镜面相对于非实物真空中的光传播媒介物质所作的相对运动进行改变。 那么究竟是什么原因，会使得人们能够容忍爱因斯坦提出的这个明显荒谬的“光速不变原理”呢？根子就在于人们对伽利略提出的“相对性变换原理”存在着历史性的误解。要知道，在伽利略时代还没有“微积分”高等数学，在牛顿时代还没有“能量”概念。人们在当时对自然定律的认识，还仅仅局限在对“开普勒三大定律”和“牛顿三大定律”的范围内。譬如：相对性变换原理对能量守恒定律就不成立。能量守恒定律是自然界中最基本的运动规律，无论人们是否建立起了物理学理论，它都不会受到影响。一个物体实际具有多少能量，不会因为人们在空间选择了不同的参照系来做观察基准而发生改变！人们在空间选择的各个参照系，有的可能正确反映出被观察物体实际具有的可进行交换的动能值，但更多的情况是不能够正确反映出被观察物体实际具有的可进行交换的动能值。相对不变性原理之所以能够对牛顿第二定律保持不变，是因为加速度乃是速度对时间的1阶导数，作为初速度的常数项已经在求导的过程中被微分变成了0常数。人们只要对加速度再求一次导数，就能够得出另外一个新的力学定律：作用力的变化率等于被作用物体的质量乘上该物体的加速度变化率。这个所谓的新力学定律对彼此保持做相对匀加速运动的参照系具有完全相同的数学表达式子，人们是否需要将此理解为对相互保持作匀加速运动的参照系也成立的另一个相对不变性原理呢？至于在涉及光的干涉现象时，由相干光束产生的干涉景象在实际空间中都有自己对应的分布状况，不管人们是否借用光线接受屏去进行观察，干涉条纹在空间的分布位置都已经确定。换句话说，相对于其它与麦克尔逊干涉仪不保持静止状态的任何参照系，在麦克尔逊干涉仪器光线接受屏上呈现出来的干涉条纹都不是处于静止状态中的“不移动空间线”。人们在与干涉仪器不保持静止状态的运动参照系中，用矢量合成法则变换出来的相对于该运动参照系的光速计算得出的两路相干光之间出现的光程差，与建立在地面静止点上的参照系中用相对于该静止参照系的光速计算得出的光程差不再保持相等，它本身已经明明白白地告诉人们：相对性变换原理对光的干涉现象完全失效。只是由于人们在研究麦克尔逊干涉实验的很长一段时期中，都把“干涉条纹在接受屏上未发生移动”这个乃是相对于建立在与干涉仪器保持静止状态的参照系中才能做出的判断，误当成了在其它与干涉仪器不保持静止状态的参照系中也可以做出的判断，才使得人们未能把相对性变换原理扩大化的错误及时予以纠正。严格地说：相对性变换原理对“动量守恒定律” 也不成立。大家知道，对于速率不等的每一个惯性参照系，被观察物体系统的动量总和在该物体系统未受到外部作用力作用时将对应保持为不同数值的常数。如果这种描述也算是符合相对性变换原理的话，人们完全可以如法炮制，将牛顿第二定律改成另外一种描述方式：即任意每个物体相对于理想的匀加速参照系具有的加速度乘以该物体质量与作用在该物体上的力之差恒等于某个常数。我们不需要引入莫须有的假想“引力场”，就已经完成了爱因斯坦建立的广义相对论所要实现的期望目标。然而，进行这种描述上的改变并没有解决任何实质性问题，人们只是把无法寻找理想的惯性参照系这个难题，变成了无法寻找理想的匀加速参照系难题！事实上，理想的匀加速参照系和理想的惯性参照系都不是应用牛顿力学定律的必要条件。 牛顿曾经用水桶转动实验来证明物质进行的运动是绝对运动。水桶开始转动时，水桶中的水还没有被带动旋转起来，水面曾平面形状。当水桶中的水被转动的水桶带动旋转起来后，水面曾现凹陷形状。此时让水桶停止转动，水桶中的水还将继续转动下去，水面也继续曾凹陷形状。实验证明，水面是否出现凹陷只与水自身是否转动相关。从另一个意义上说，水桶转动、水静止和水桶静止、水转动，水桶与水之间具有可以等同的相对运动，但它们却对应着不同的物理效应。再举一个简单的例子：“头不动、扇子动”与“头动、扇子不动”是可以相互等价替换的相对运动，但二者所产生的物理效果截然不同。人们在用扇子给自己扇风吹凉时，都是让扇子动，而让自己的头不动。并没有谁为了维护爱因斯坦建立的相对论而将之改为把扇子固定，让自己的头来摆动。人们可能会指出在扇子与人之间存在着第三者空气，所以不能用相对论来进行解释。非常正确，在涉及物理世界中的具体现象时，人们必须根据“具体问题，具体分析”的原则来进行思考，决不能把在特定意义下得出的数学方程当成放之四海而皆准的教条，唯它是从。自然界中的任何物质作的运动都是绝对运动，但人们只能通过比较观察到物质间呈现出来的相对运动。物质的运动状态发生改变时表现出来的运动规律，与物质之间进行相互作用所表现出来的各种不同方式的作用规律，并不是同一个物理现象。爱因斯坦建立的相对论，从根本上混淆了这些基本概念，他也就只能在错误的思想指导下，把物理学引向更大的误区之中去。可幸的是，在付出了近百年时间和巨大的经济损失代价后的今天，人们已经开始在纠正爱因斯坦给物理学制造的众多奇谈怪论。 “相对论”── 这个曾经寄生在物理学肌体上的毒瘤，将会被人们彻底切除割掉。 CCXDL 2000-12-06 |