《当今物理学在基础理论中存在的问题》

三百多年前，物理学家牛顿（I，Neuten）发表了他的三大定律和万有引力定律，使人类对自然界的认识的深入，科学的进步和社会的发展做出了光辉不朽的巨大贡献。

牛顿力学的物理基础是惯性系。20世纪初爱因斯坦（A，Einstein）的相对论的物理基础仍然是惯性系。如果自然界不存在惯性运动，只有变速运动存在。那么，这些理论就不可能正确无误的反映自然界的物理真实。因此探索牛顿力学理论，在非惯性参考系中不能成立的原因，对物理学的发展将具有重大意义。

在物理学中，惯性的概念是物体的质量具有保持原有状态不变，抵抗运动状态改变的能力的物理性质。所以，牛顿的惯性定律说：物体在不受外力作用的情况下，将保持静止或做匀速直线运动。所以，匀速直线运动就是惯性运动，做匀速直线运动的坐标系就是惯性系。因此，惯性系就具有下述的物理性质：

第一，任何运动的描述，必须要有在相对静止意义上的参考系才能进行。既然惯性运动与静止的意义是等效的，那么，惯性系就具有定态参考系的物理意义。没有静止也就没有运动。所以运动与静止是不可分割相互联系的，应该严格区分的，相对的物理概念，然而在牛顿第一定律中，惯性运动与静止的意义是等同的，因此说明建立在惯性系基础上的物理规律是静、动状态不分的，不具有相对性的物理规律。

第二，在运动的概念是时、空变化的意义上，表明参考系的性质就是时、空的性质。在牛顿力学中，空间的概念是在欧几里得几何的点和直线意义上，物体在所处位置到坐标原点的直线距离。时间是与空间无关的，表示过程顺序计数的物理量。运动的度量是用空间间隔与时间间隔的比值表示的速度进行的。在物体运动的轨迹上如果用割线的斜率表示的平均速度，与用切线的斜率表示的瞬时速度，在各个运动状态都严格相等。那么物体做的就是匀速直线惯性运动。（包括匀速周围运动）因此，说明惯性系的空间、时间是绝对不变性质的。

第三，在时、空绝对性质的概念上，以惯性系为参考系去检测其他与它静止或作匀速直线运动的坐标系，也必定是惯性系。因此，一切惯性系都具有平权等价的性质。这种平权等价性的物理属性是：

• 1、在一切惯性系中，伽里略（G，Galileo）的坐标变换方程都是相同的。因而表明在以坐标原点计量的空间间隔，时间间隔也是相同的。所以，惯性系的时、空性质是绝对性质的。用任何惯性参考系去检测做加速运动的物体的加速度a（ms²）是相同的，用质量m（kg）乘速度V（ms¹）表示的动量和用二分之一质量乘速度的平方表示的动能是相同的。用运动与动力学本性质量无关的，质量乘加速度表示的力的规律方程：工

F=ma............（1）

也是相同的。于是牛顿就在这些物理量都相同的意义上，把在一切惯性系中力学定律具有相同形式的规律叫做力学相对性原理。

然而，如果K是表静止状态的参考系，K'是相对于K以速度为V做匀速直线运动的坐标系。那么，根据惯性系的平权等价性或时、空的绝对性，则K'系中的时间t'、坐标x'，与K系中的时间t、坐标x是可以进行等同代换的。从伽里略的坐标变换方程可见，x'与x，t'与t进行等同代换的结果是运动速度V=0。即运动并不存在。与物体处于静止状态的意义相同。物体既然静止，又如何具有动量、动能和加速度？这是不可理喻的。由于牛顿力学规律在非惯性参考中是不成立的。因此，要使牛顿力学规律具有物理意义，那么，物体在K'中的运动就必须是变速运动。根据任何变速的直线运动都是一条曲线运动的运动学规律，物体的运动就不是直线运动了。实验表明，物体做加速运动时，将有惯性力的出现。因此说明，牛顿力学规律和力学相对性原理是不能反映客观世界的物理真实的。

2、惯性系的平权等价性是必带来描述物体运动的参考系，可以任意选择都是具有物理意义的结论。即是说可以把描述物体的运动建立在静止意义上的其他别的物体基础上。因而使描述物体的运动规律和所得的结结果，因参考系选择不同而各异。在参考系的性质是时、空性质的意义上，任意选择参考系必然造成运动与物质和时空相互脱离的后果，而违背了自然界因果关系规律的存在。所以参考系是不能任意选择的。只能是唯一的，必须以运动物体自身的相对静止状态为参考系，才能得到符合运动与物质和时空相互联系因果关系的自然规律。

在以物质自身的相对静止状态为参考系的意义上，就必然得出自然界只有相对的变速曲线运动存在。匀速直线运动是不存在的结论。惯性系就只能具有相对静止状态参考系的物理意义。

在运动是时、空的变化，变速运动的发生是力作用结果的物理概念上，那么力就具有使物体运动状态改变产生与时、空变化成反比规律联系的动量，能量变化的意义。在牛顿力的定义中，运动状态的改变是与动力学的本性质量无关的，力的方程中只有动量，时间的变化，而没有能量、空间的变化。所以这种意义上定义的力是不全面的，力的方程不可能是正确无误的。

3、惯性系的平权等价性成立的基础，是以不存在绝对静止参考系为条件的，因为，如果绝对静止参考系成在的话，用它为参考系去检测其他惯性系，就能检测到因运动速度不同在运动状态上差异。惯性系就不具有平权等价的性质。一些物理学家为了证实处于绝对静止状态的，传播光的载体"以太"绝对参考系是否存在，进行了地球的运动是否能带动"以太"的光学实验。最著名的是1881-1887年迈克尔逊（A，A，Mchelson）-莫雷（E，W，MorIey）反复多次进行了光的干涉实验。实验结果证明，绝对静止的"以太"是不存在的。即是证明了时空具有绝对性质的绝对静止的坐标系是不存在的。在对此实验的数学分析所得的方程中，表明空间间隔、时间间隔是相对可变性质的。同时表明光速具有极限常量速度的性质。因在物体的匀速运动的概念上极限速度是没有意义的，只有变速运动才有极限速度的存在。因此就证明了时空具有相对变换的方程，是时空具有相对可变性质的变速系的规律，而不是时、空具有绝对不变性质的惯性系的规律。时空具有绝对性质的惯性运动的坐标系就不存了。也就证明时空具有绝对性质的惯性系是不存在的。所以物理学家汤姆逊把这个实验结果说是经典物理学上空的"一杂乌云。"

在运动与物质和时、空不可分割相互联系的物理概念上，力的全面定义应该是：力是动量P（kgms^-1）对时间t（s）的变化率，力也是能量ε（j）对空间x（w）的变化率，前者是具有矢量性质的动量力Fm（N），后者是具有标量性质的能量力Fe（N）二者是相互联系，在方向上是相互垂直，在数量上是相等的力，所以力的全面定义方程是：

dε/dx=dp/dt........................（2）

力的全面定义方程具有重要的物理意义是：

1、从方程式（2）可以导出一细列对立统一，一分为二的质量、能量、空间、时间具有洛伦兹（E，Lorenz）变换形式的，在静、动状态的相对变换规律。

2、在能量与周期，动量与波长成反比联系规律的意义上，表明静质量不为零的宏观物体和微观粒子，静质量为零的光和幅射都具有波、粒二象性，从而揭示了时、空物理性质的量子性，几何性质的弯曲性：量子性是用频率、波数表示的，弯曲性是用曲率圆的圆周弧长（2πr，2πr/c）表示的，表明时、空相对变换的效应，不是钟、尺实体的快、慢、伸、缩效应，而是以周期、波长表示的能量、动量相对变换的物理效应。从而消除一个世纪以来人们对爱因斯坦（A，Ainstecn）提出的不具有相对性的，片面的"尺缩"，"钟慢"方程所带来的谬误认识。

3、导出了力的规律方程是：

F= ..............................（3）

（1）、式（3）表明：只有在建度变化v（ms^-1）等于零时，F=ma方程才能成立，从而说明牛顿力学只有在运动与物质（质量）无关与时空变化无关的绝对时空的惯性参考系中成立，在运动与物质（质量、能量）有关与时空变化（相对性时空）有关的变速运动的参考系中不能成立的物理原因。

（2）在力的规律方程中：光速C（ms^-1）具有极限速度的意义。从方程可见这种极限性，是在要使物体的加速运动的速度变化V到达光速C，则需要无限大的力的意义上表明的。所以光速的平方就具有限制物体的质量做加速运动阻力的意义。在质量的惯性意义上，光速平方表示的这种阻力就与惯性力等效，因此，光速的极限性就说明了，物体的质量为什么具有惯性和惯性力出现的物理原因。

光速为极限常量性。表明光的运动在任何状态下都是以静质量为零的场的势能零点为参考系的相对运动，所以具有相对的变速运动的意义。光在运动中时刻都有周期、波长表示的时、空的相对变化，并服从具有洛伦兹变换形式的，减速系的时、空相对变换规律。光的多卜勤（J.C.Doppler）效应的红移现象，雷达的回波延迟就是例证。

然而，爱因斯坦在匀速直线运动的概念上，把时空具有相对性质光的非直线运动，与时空具有绝对性质的匀速直线的惯性运动等效起来，把力学相对性原理推广为狭义相对性原理，说时空具有相对性质的洛伦兹变换，是时空具有绝对性质的惯性系的变换。显然这个在时空的相对与绝对性质上相互矛盾的理论是不能成立的。

（3）根据由力的全面定义的方程式（2）导得了质能联系转换守恒规律方程，揭示了惯性场的存在，并证明与引力场全面等效。在对运动电荷相互作用的概念上，证明电场力与能量力、磁场力与动量力等效。因此在规律形式相同的意义上，将电磁场与引力场和惯性场统一起来。所以，惯性力与引力等效是正确无误的。然而，爱因斯在《相对论的意义》一文中，将只能在惯性参考系中成立，而在非惯性参考系中不能成立的牛顿力的方程式（1）与引力方程相等。于是说："K是一个惯性系，K'是相对于K做匀加速的坐标系，关于K和K'两个坐标系在物理上完全等效的假设，我们叫它"等效原理"。"以此原理为基础的广义相对论得出的结论是：不同质量的物体在引力场中的运动都有相同的加速度；物体在引力场中的运动与它的动力学的本性质量无关；引力不是力是时空弯曲的表现，因此，物体在引力场中的运动是不受力的惯性运动。等，由此可见这些结论都符合牛顿定律的结论，如果用真实的惯性力的规律方程式（3）与引力方程相等，得到的数学规律证明上述结论都是不成立的。因此证明广义相对论的物理基础是不能成立的。

根据以上所述可见：牛顿力学和爱因斯坦的狭义和广义相对论都是建立在惯性系存在的物理基础上的物理学理论，迈克尔逊-奠雷的实验证明：时、空具有绝对性质的绝对静止的参考系在自然界中是不存在的。也就否定了绝对时空的惯性运动的存在。因此，建立在惯性系存在为基础的物理学理论又怎能反映自然界的物理真实，这就是当今物理学基础理论中存在问题的关键所在。如果要使物理学的基础理论符合自然哲学的因果规律，能够真实无误的反映客观世界的物理真实，就必须把运动与物质和时空不可分割地相互联系起来，就必须把物理学的基础建立在以物质自身的相对静止状态的为参考系，物理规律都具有相同形式的变速系相对性原理的基础上。这就是变速系相对论的结论。

作者蒋志方私人秘书邓兴军联系电话18049270748

2012年7月于西安