新年说时空:抛弃绝对时空和相对论时空,回到伽利略本意的测量时空 伽利略·伽利雷(1564~1642)是物理学真正的创始人,他的实验求证的精神与实践,使物理学终于从哲学的定性的思辨中分离出来,成为一门独立的定量的实验科学。他毕生坚持真理与强大的教会进行着不屈不挠的斗争。 伽利略本意的时空是用来建立和测量所有物理量的:他用尺和钟测量物体的长度和过程的时间,用测量得到的时间和长度建立了速度、加速度等物理量,由大量的测量结果来研究这些物理量之间的关系。从而首次建立了定量的科学——物理学。他还亲自动手通过两山头间光的传递来测量光速。由此可见,伽利略认为光速是有限的和可测的。 伽利略本意的时间和空间是最为基础的物理量—— 一种建立和测量其它物理量的量纲器具,再加上质量这个量纲器具,就可建立其他的物理量,而且所有物理量(包括光速)都是直接地或间接地可测量的。 不幸的是,限于当时的条件伽利略测得光经过两山头间往返的时间为零,也就是说,他测得的光速为无限大。这本来只是一个测量的误差(很小的光传递时间由于读数误差成为零传递时间),这一有误差的测量结果被夸大並绝对化,成为光传递信号无需时间,或信号传递速度为无限大。基于无限大信号传递速度的时空为绝对时空,绝对时空中各地的钟通过无限大传递速度的信号可校准到绝对同时,绝对时空中所用含时间量纲的物理量有同一时间, 从而用物理量描述的各个地方的物体之间的相互作用是瞬刻发生的超距作用(无需用推迟式)。无论牛顿自己承认与否,牛顿力学三定律和牛顿万有引力定律是超距作用的定律,因为他没有考虑物体之间的相互作用的传递时间,牛顿引力势没有用推迟势。以后拉格朗日等人建立的分析力学,也同样是超距作用的理论。没有无限大信号传递速度的绝对时空,则牛顿力学体系建立不起来。若在牛顿力学体系中扦入有限的信号传递速度则牛顿力学体系不自洽和不可求解(无法计算出结果)。所以牛顿力学与绝对时空不可分,牛顿定律与超距作用是肉体与灵魂的关系,两者分开就是死亡。 由于牛顿力学体系应用的成功与普及,绝对时空也就深深地刻在人们的心中。伽利略本意的时空並不是无限大光速的绝对时空,但是后来人们用伽利略坐标变换的时空来取代伽利略时空,伽利略的本意就被抹杀了,使得伽利略时空成为绝对时空的代名词。 伽利略1607年的测量结果是光速为无限大的,此后1676年丹麦天文学家罗默(1644—1710)用卫星蚀法、1728年英国天文学家布莱德雷(1693—1762)用光行差法、1849年由斐索用旋转齿轮法、1851年傅科用旋转镜法都测得光速为有限值。基于无限大光速的绝对时空受到了直接的挑战。1865年英国物理学家(James Clerk Maxwell了 1831~1879)电磁理论的诞生宣告了绝对时空的伽利略变换退出电磁学领域。牛顿经典理论体系万能的神话也开始被打破了。 基于无限大光速的绝对时空在实验事实面前破产了,这时有三条路可可走: 1, 不承认实验事实或认为即使光速有限的但总有某种未知的信号的传递速度(例如引力的传递速度)是无限大的,从而物体间的相互作用仍可以是超距作用。使得现有牛顿经典理论体系仍可维持不变。即,维持绝对时空。 2, 爱因斯坦的道路,假设真空中光速为不变的值c,且任何粒子的运动速度都不会超过c。由此他建立了相对论,並用罗仑兹变换的时空在电磁学和力学等领域全面取代基于无限大光速的伽利略坐标变换的时空。即,用相对论时空即代绝对时空。 3, 陈绍光的道路是回到伽利略本意的时空,用国际定义的长度单位、时间单位和质量单位作为测量的基本器具组建其他物理量,他不做任何假设,各物理量之间的关系完全由测量结果来决定。他首先用1865年Maxwell理论诞生之前实验技术测量单向光速,再从单向光速的测量结果以及1865年Maxwell理论诞生之前的多普勒效应(1849年)的实验结果推导出罗仑兹变换公式,此时的罗仑兹变换公式不再是相对论时空的坐标变換,而是伽利略测量时空中的测量结果,可称为罗仑兹定律。 |