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相对论的根本问题在何处？ 作者：杨升山 时间2009.8.29 内容提要：相对论断根本问题是思想方法问题，本文从速度表达式，同时性，因果关系老讨论这些问题，相对论因为能在低速时给出的解释基本符合测量结果，它还有一定的市场，在高速时，它给出的结果都是似是而非的。 正文： 这里说的相对论，是指爱因斯坦的相对论（包括狭义相对论与广义相对论），不是文艺界搞的[我爱相对论]指的那个相对论。 我认为是思想方法问题，也可以说的思想体系问题。 相对论是一个思想体系，涉及的方方面面很多，简单的几句话是说明不了问题的，下面我就试着说说。 1.速度表达式中的问题。 爱因斯坦的相对论，对于缓和对经典力学的质疑起到了很大作用，许多当时不能解释的问题得到了解释，认为相对论才是完整的表达方法，又承认牛顿力学是近似的表示方法，这对相信牛顿力学的人是个安慰。由于相对论还是依据实验结果的，只不过用了不同参照系有不同的比较基准，就可以随心所欲的解释现象，但所有解释都是似是而非的。 对于相对论与牛顿力学的关系，我认为，狭义相对论不是牛顿力学的推广形式，只是在处理低速运动时，尚能给出近似正确的结论。但在解释高速运动时，所给的答案误差就太大了。 速度表达式中的问题，关心的人很少，而这是最基本的问题，在牛顿力学中，运动系与静止系使用同样的时间单位与长度单位，不须分清时间与长度是从那个系中来的。而爱因斯坦的相对论不同，他让运动系与静止系有不同的时间读数和长度读数，不能有个时间读数就拿来用吧？事实上，测量都是用测量者所在的参照系中的时间单位与长度单位进行测量的，不需要被测方的时间读数和长度读数 速度是怎样定义的？光速也是速度的一种，他不应该特殊，何况光速的数值也是在首先确定了长度基准与时间基准后，通过测量才计算出来的。 光速为什么会不变？看看爱因斯坦的说法就很有意思。 爱因斯坦自己在《相对论：狭义与广义理论》第76页说：["光速不变"并不是始终正确的。当时间和距离没有绝对的定义的时候，如何确定速度并不是那么清楚的。] 看看来自爱因斯坦文集中文版第二集154页[ 这些钟可以这样来校准，使得真空中任何光线的传播速度--用这些钟来量度--总是等于一个普适常数c.] 可见爱因斯坦的想法了 ，他就没有把速度定为不变，它是用改变时间与长度基准的方法去让速度不变的。照这样的方法，火车与飞机的速度就可以说成是相同的，只是飞机会把它的行程缩短，或说成飞机把它的时间延长了。 按照爱因斯坦的方法，不仅光速可以是不变的，，声速也是可以不变的，甚至人类的步行速度也可以是不变的，因为他让变化的量改为时间与长度了。大家想想，如果从南京到上海去，里程为300公里左右，步行需要（20）天，骑马需要（10）天，乘火车需要（6）小时，乘飞机需要（1）小时，这是在把时间基准与长度基准不变的情况下进行比较的，在速度与时间与长度的关系上，原来变化的量是时间，所有的数学运算公式都是把时间作为自变量的，现在按照爱因斯坦的办法，变化的量不再是速度，而是时间了，就可以说这几种情况下的速度是相同的，只是骑马把骑马人的时间延长了，乘火车延长的更狠。乘飞机时时间就几乎停止了，时间是不是停止了呢？不是，只是把行走完这段路程用的时间与步行用的时间进行比较的结果，仍认为乘飞机也需要步行同样的时间。这是原来的数学运算公式就不能继续应用了。所以他们就首先从空间的度量上做起，不再用欧式空间，而是用了闵氏空间。只是他们没有考虑到，闵氏空间的坐标原点不同了，所有的描述都需要改变。 在牛顿力学中，运动系与静止系使用相同的时空基准，速度表达式中时间与长度取自那个参照系，是不需要说明的。在爱因斯坦的相对论里，因为有了运动系的时空基准与静止系的时空基准，就有了速度表达式中时间与长度取自那个参照系的问题，运动系中的时间会延长，我们又不能到运动系去，因为到了运动系就会与运动的物体相对静止，与在静止系中的数值就会相同了。由此看来，速度表达式中的时间与长度数值只能取自测量者所在的参照系。运动系中的数值只是推算。 2.同时性问题 爱因斯坦创立"狭义相对论"是从 对同时性的讨论开始的。 爱因斯坦在<<狭义相对论的意义>>中写道:为了完成时间的定义，可以使用真空中光速恒定的原理。假定在K系各处放置同样的时计，相对于K保持静止，并按下列安排校准。当某一时计Um指向时刻Tm时，从这只时计发出光线，在真空中通过距离Rmn到时计Un；当光线遇着时计Un的时刻，使时计Un对准到时刻Tn=Tm+Rmn/c。光速恒定原理于是断定这样校准时计不会引起矛盾。 其实这样是不能操作的， [假定在K系各处放置同样的时计，相对于K保持静止]，这里有多少时计？这些时计与光源之间的距离不可能都相等，也就是Rmn不是一个确定的数，从Un返回的光线不可能同时返回到Um时计，Um世纪的起点也就没有办法确定了。 如果是运动系与静止系两个系中的对钟，因为两个时计的距离Rmn是在不断变动的，光线运动时它也在变动，也就不会是一个确定值，也就是不会首先确定这个数值，使时计Un对准到时刻Tn=Tm+Rmn/c也就不能确定了。 爱因斯坦的所谓光速恒定原理，其实是让这些接受到光线的点，都把接收到光线的时刻作为时间的起点，只是没有想到这些时计之间的时间会不会还有差别。 3.因果关系的问题 因为爱因斯坦认为一切物体的运动速度都小于光速，就可以避免因果关系倒置的结果，其实这样做是掩耳盗铃。事实的存在与否并不以人们的意志而转移，在同样的行程情况下，（田径比赛），那位运动员用的时间最少，他就会得冠军，也就是他的速度最快。在同样的时间内，那位运动员能跑较长的行程，同样也说他的速度最快。 用相对论确实也能解释这些现象，不过要说这位运动员的速度是固定的，这是他把这段行程变短了或者说它把他的时间延长了，不过有那个人会相信这样的说法？同样的说法用到高速运动的粒子身上，不知为什么就会有人相信了。 4.对于错的判定问题． 对于一个运动，可以有几种理论来解释，这些理论解释的结果可能不同，那么那个理论正确，那个理论错误，应该有一个评判标准，实验得到的结果与计算出来的结论相符。但是实验是不是有人们没有觉察出来的误差，很长一段时间是不很明白的。这里可以用判断运动的情况来比较。 一个物体是不是运动，在没有比较物体时，是不明确的。在有了比较物体后，可以测量出比较物体的运动速度，从而觉察出自己的运动速度，但是真实的时那个物体运动，还是不明确的。只有经过大量的测量，也就是与很多物体比较后，通过分析，把自己看成运动，其它物体运动的表达式就可以简化，说明自己是在运动着。地球中心说能够存在1千余年，就是把地球看成宇宙的中心，其他天体在围绕着地球运动，也能解释天体运行，只不过天体的运动方程式复杂一些。用太阳中心说来解释，太阳系中的其它行星的运动方程就可以简化，从而说明地球也在运动。用银河系中心学说，是同样的道理。 那么测量物体的速度会不会出错，测量一两个物体也是不会发现的，测出的结果与依据理论预测的数值不符，可能是理论出错，也可能是测量出错，爱因斯坦是不认为测量出错的，因为测量高速运动的仪器都是用已知的电磁理论制造的，这些理论经过了多次考验。那就从改造理论下手了。理论有错，应该修改，这是没有疑问的，但是经过修改，不但修改长度，时间，还要修改质量，那么会不会是测量出的速度数值低了，才造成很多物理量都要变化？也是存在这种可能的。我经过实际计算，发现把洛仑兹变换中的比例因子用到测量出的速度上，就可以让尺与钟不变化，也可以让质量不变化。 考虑到现实中的问题，我们测量一个物体的运动速度，只能是用测量者手中的尺与钟，被测量方使用何种时空基准，是不必关心的，因为他是不参与速度的表达的。大多数物体是没有生命的，他们是不可能与测量方交流的。就算他们也有语言，在没有翻译存在的情况下，交流也是非常困难的。如果是敌人，他们还要千方百计隐藏他们的行踪，要想让他们提供他们的时空基准信息无异于向虎谋皮。 至于仪器出错的原因，还需要详细研究。可能就是电磁场的传递速度是有限的造成的。 |