第六章  光速不变与同时性的相对性

摘要：相对论的理论基础是光速不变假设（狭义相对论的两个基本原理），然而，这两个基本原理，对于客观空间是不能成立的。本文设计一个完全按相对论规则的理想实验，证伪光速对所有惯性参考系不变，爱因斯坦知道别人会发现这个问题、就臆造了同时性的相对性。可是，只要分析爱因斯坦用以说明同时性的相对性的那个理想实验、就足以证明爱因斯坦的同时性的相对性是错误的，相对论的光速不变在客观事实上是不成立的。

证明光速不变假设是悖论的理想实验

    实验1：设定地球和月亮相对静止，距离30万公里，有一飞船以0.1c的速度从地球向月球方向运动，在与月球重合时，校准月球和飞船的时钟起点同为0，月球与地球可以依据光速不变随时校准时间同步。

    飞船与月球重合的瞬时，地球发出一个光脉冲，在月球参考系的观察者看来，光速对他是c，用自己手中的尺测定地球（光源）与月球的距离为30万公里，在月球钟0点0分1秒的时刻，光脉冲到达月球。在飞船与月球重合的时刻，飞船参考系的观察者用自己手中的尺，测定地球与飞船的距离为30万公里（各参考系的固有空间长度和固有时间快慢是等价的，因而地-月30万公里=地-飞30万公里），他与月球观察者不同的是，看到光源在作离开的运动（光速与光源的运动无关），光速对飞船也是c，那个光脉冲在飞船钟0点0分1秒到飞船。可是，飞船在这1秒的时间里，以0.1c的速度飞离了月球3万公里，一个光脉冲在同一时刻，既在月球的空间点、又在与月球相距3万公里的飞船所在的空间点呢。

    实验2：如果将飞船0.1c以相对月球的速度、从太空沿月-地连线飞向地球，在飞船与月球的重合时刻、相互对准为0时，也是月球、飞船都是在1秒钟收到地球发出的那个光脉冲，也是同样是一个光脉冲、同一时刻在相距3万公里的两个空间点，与实验1不同的是，实验2的这个距离月球3万公里的空间点在月球内侧。

实验3：在飞船与月球重合时（记为0），从月球或飞船向前发出一个光脉冲。月球参考系在1秒钟后按光速不变认定这个光脉冲已经到了距离月球30万公里的A点；飞船参考系在1秒钟后按光速不变认定这个光脉冲已经到了距离飞船30万公里的B点。可是在那1秒的时间，飞船已离开月球3万公里——月球系认定脉冲所到的A点和飞船认定的脉冲所到的B点、差距3万公里。

 证明：光速不变假设是荒谬的，一个光脉冲、不可能同时在相距的两个空间点。 这3个实验是完全遵从相对论的两条基本原理及对钟原则设计的，月球、飞船两个参考系都是各自用固有的时间速率和固有的空间长度标准，实验结果的荒谬是不可能用两个参考系的时间相对膨胀和空间相对收缩解决的。

    如果有人要了解这个实验的时间相对膨胀和空间相对收缩，则将相对速度0.1c代入，

        √1－υ＾2/c＾2＝√1－0.1×0.1＝0.995 ，

计算结果是飞船参考系观察者看月球与地球的距离为29.85万公里，月球参考系看飞船与地球的距离为32.84万公里（飞船接收到光脉冲时的地-飞距离）。月球看飞船的1秒为0.995秒，飞船看月球的1秒为0.995秒——无论如何也不能敷衍到、两个参考系看到在某瞬时那个唯一光脉冲是在唯一的一个空间点的结论。

爱因斯坦违背了速度（包括光速和一切物体的运动速度）是矢量的原则，匆忙的提出了光速不变假设，所以导致了我的实验所指出的荒谬。后来他发现，他的光速不变假设（即所谓两条基本原理）会导致这样的荒谬结果，于是就臆造了一个同时性的相对性。

同时性的相对性的妙用在于：在实验1，飞船参考系的观察者认为地球发出光脉冲的时刻在0点0分0.1秒（就是以飞船与月球重合后，在1秒钟内所离开月球的距离3万公里计算光程，光通过这光程需时0.1秒），飞船收到脉冲的时刻应在0点0分1.1秒；在实验2，飞船参考系的观察者认为地球发出光脉冲的时刻在0点0分-0.1秒，飞船收到脉冲的时刻在0点0分0.9秒；在实验3，B点的观察者认为月球的光脉冲是在0点0分0.1秒发出的，B点收到光脉冲的时刻在0点0分1.1秒。下文揭露，同时性的相对性更是荒唐的。

证伪爱因斯坦同时性的相对性的理想实验   

     下面只作简略说明，因为我对这个课题早已经有了专题论文。

    爱因斯坦的说明同时性的相对性的那个理想实验是这样的：车头A到车中C的距离等于车尾B到中点C的距离，火车向左行驶。当地面的A'、C'、B'三点与车上的A、C、B三点重合的瞬时，在A'A和B'B发生雷击闪光。

    爱因斯坦说：如果两个闪光的波前在火车的中点C相遇，则火车参考系判断两个闪光是同时发生的；那么，对于地面参考系，A'A的闪光要通过车的C以后走一段距离才能到达地面的C'，B'B的闪光在到达车的C之前就到达地面的C’了，所以地面参考系判断A'A的闪光后发生,B'B的闪光先发生。反之，如果两个闪光的波前同时到达地面参考系的中点C’，则地面参考系判断两个闪光是同时发生的；那么，A'A的闪光在到达地面的C’之前就到达车上的C了，B'B的闪光要通过地面的C’以后走一段距离才能到达车上的C，所以火车参考系判断A'A的闪光先发生, B'B的闪光后发生——这就是同时性的相对性。

    这是欲盖弥彰：

（一）、他在这里为什么不用他的光速不变假设？车上A-C=B-C，地面A'-C'=B'-C'，按光速不变假设，光速对地面参考系是不变的，光速对火车参考系也是不变的，在火车参考系看，两个闪光的波前如果同时到达火车的中点C；则在地面参考系看，两个闪光的波前也是同时到达地面的中点C'。车上的C点、地面的C'都是同时接收到两个闪光，这两个参考系都是判断两个闪光是同时发生的。

    但是，在闪光前进的同时，车向左运动，车上的C点与地面的C'点已经错开了一段距离，两个闪光的波前不可能既是在C点相遇、又是在C'点相遇的。对于这个理想实验，爱因斯坦自己就不敢用光速不变假设。

（二）、地面参考系A'点、B'点、C'点的钟，可以利用现在公认的光速对地面参考系不变校准同步；车厢参考系车头A点、车尾B点，车中C点的钟，可以校准同步——即使不先验的认为光速对运动的火车参考系不变，还可以在车停在地面时预先校准（即使认为火车运动、钟会变慢，也是A、C、B三个钟同步变慢）。既然在一个参考系置于两个雷击地点的两个钟记载两个雷击闪光是同时发生的，另一个参考系的两个雷击地点的两个钟在那一刻与这个系的钟是重合的，必然也是记载两个雷击闪光是同时发生的，C点或C’点的观察者说不是同时发生的哪能算数。

（三）、爱因斯坦回避了上面两种方法都可以证明的绝对同时，用非光速不变观点和经典时空观、捏造了同时性的相对性——

    如前所述，如果两个闪光的波前在火车的中点C相遇，则火车参考系判断两个闪光是同时发生的。那么，在地面参考系看来，车头A'A的闪光要通过车上的C以后走一段距离才能到达地面的C'，车尾B'B的闪光在到达车上的C之前就到达地面的C’了，所以地面参考系判断A'A的闪光后发生、B'B的闪光先发生。反之，如果两个闪光的波前在地面的C’相遇，则地面参考系判断两个闪光是同时发生的，那么，在火车参考系看来，车前A’A的闪光在未到达地面C’以前就到达车上的C了，车尾B’B的闪光，要通过地面的C’以后走一段距离才能到达火车的C，所以火车参考系判断A’A的闪光先发生、B’B的闪光后发生。

    他所说的“先到”和“后到”，明确的是后到闪光的“光程”比先到闪光的“光程”长，将两个闪光的光程不同的用时不同计算进去、就两个闪光是同时发生的了。

 证明：用他这个理想实验就可证明，无论按光速不变或非光速不变分析，同时性都是绝对的。

 结论：同时性的相对性是不成立的，用同时性的相对性、掩盖本文的理想实验所证明的光速不变假设的荒谬性是不可能的，洛仑兹变换的相对时空是没有理论基础的。 

第十二章  惯性系的定义

摘要：牛顿惯性定律——任何物体都保持其静止或沿直线作匀速运动的状态，除非有力加于其上迫使它改变这种状态。

    有人说，根据惯性定律，在实际生活中真正的惯性系是不存在的，因为没有绝对的直线匀速运动或绝对静止。恰恰相反，在实际生活中，惯性系是无处不在的。狭义相对论就是从假设光速对所有惯性系不变开始的；广义相对论又是从狭义相对论的光速对惯性系不变、通过等效原理协变到光速对非惯性系也不变。

    如何定义惯性系呢？惯性系是纯力学相对性的问题。

1   在地球引力场中一些惯性系

    没有力加于其上而沿直线作匀速运动的惯性系的确很难找到。封闭在匀速上升和匀速下降的电梯里的人，不知道电梯是在上升还是在下降或是静止在地面，可能认为电梯是惯性系。但电梯时刻受到了地球的引力和控制电梯作匀速运动的作用力。假如电梯里的人手中握有铁球之类的重物，重物在手中的时候、它受到了作用力，和电梯一起作匀速直线运动。一旦铁球脱手、就无论是上升的电梯还是下降的电梯，松开手中的铁球的重力加速度9.8米/秒²就都是相对地面的、而不是相对电梯地板的。

    在水面上直线行驶（地球引力场的等势面）的船和地面上直线行驶的车辆，它们靠发动机动力的作用作匀速直线运动，在船舱或车厢里的人感觉是惯性系。在动力给船舱、车厢加速或减速时，里面的人就感觉不是惯性系了。

    在地球引力场中匀速直线运动的惯性系的确是没有的，但如果有外力施加于该系统的所有物质单元，使之保持匀速直线运动也就成了惯性系。

    爱因斯坦在表述等效原理时说：“在无引力的空间的升降机作匀速运动或“静止”时，升降机内的人感觉是惯性系，如果有一个魔鬼推动一下升降机使其加速，升降机内的人就感觉不是惯性系了；在地球的引力场中，砍断升降机的绳索、使升降机以重力加速度自由下落，升降机内的人的感觉与无引力空间的匀速运动时的感觉相同（失重状态），——这不奇怪，在“无引力”空间，魔鬼所推动的是升降机的外壳，并未直接施力于壳内失重而悬空的人，升降机壳受到了推力而升降机内的人未受到推力，人和升降机壳有相对运动的趋势，——这和汽车的引擎突然加速，加速推动的是车厢，车厢内的人与车厢有相对运动的趋势一样，都会感觉是非惯性系，没有什么引力空间与无引力空间的区别。在地球的引力场中自由下降的升降机，升降机壳和壳内的人和所有其他物体都以9.8米/秒²的加速度下降，即升降机系统的所有物质没有相对运动的趋势，升降机内的人当然就感觉升降机是惯性系了，自己失重了难道人还有大于或小于9.8米/秒²的加速度？这实质就是惯性系，因为该系统的所有物质单元的重力加速度都是9.8米/秒²。

    傅科摆的摆球来回运动，运动的轨迹不是直线，速度也不均匀，但摆动平面既不随地球的自转而转动，也不随地球的公转而改变方向。这摆球是惯性系，因为摆球的原子或分子是受等价的地球引力而震荡的。

    从地面以44.27米/秒的速度竖直向上发射一钢球，经过约4.5秒时间，钢球上升到约100米高度，由于负重力加速度，此时钢球速度为0（不计空气阻力等其它因素）。此后，钢球自由下落，又经过4.5秒的时间，钢球回到地面，到达地面时的即时速度又为44.27米/秒。如果地板的刚性和钢球的弹性特别理想，这44.27米/秒的下落速度可以完全转化为上弹速度，则钢球能在100米高度和地板之间往复振动。这钢球除落地弹回那一瞬间情况有些复杂外，其余时间都是惯性系，因为钢球的原子的初始速度及以后的负重力加速度或重力加速度都是相同的。

    上述惯性系只描述系统内物体的组成部分所受到的力等价，在它们的系统内做力学实验，物理定律是相同的，声和光的速度规律是不会追随这些惯性系的。如声波的速度，除非是将声波的媒质强制性的密封在上述惯性系内与之一起运动。

2   圆周运动的非惯性系与惯性系

    用绳子系住水壶作圆周运动，水不会从壶口倒出来，但如果壶底突然穿孔，水会从孔中沿切线方向飞出去；这是因为绳子直接拉住的是水壶而不是水分子，绳子拴住重物作圆周运动要时刻对重物施加作用力，是向心加速度运动，这是非惯性系。

    地球绕太阳作圆周运动，太阳直接拉住的是组成地球的所有物质（包括水和空气）。地球上的水无须“水壶”挡住、不会“飞出去”。地球绕太阳的圆周运动是不需要不断施加作用力的，而只是保持地球切线方向的原始运动力与太阳和地球之间的引力按平行四边形法则合成，也就是保持离心力和向心力的平衡——地球绕太阳这样的圆周运动不是向心加速度运动、而是惯性系。

    行星、彗星的椭圆轨道：假如行星、彗星的初始速度（俘获时的速度或星云形成星体时分配的角速度或灾变时产生的速度）及与太阳的距离这两个条件刚好构成正圆轨道，则它们将在太阳引力场的等势面上作圆周运动。如果初始速度大于形成正圆轨道所需的速度，这大出的速度υ″（为叙述方便，将初始速度υ分为保持为正圆轨道所需的速度为υ′和大出保持正圆轨道的速度为υ″）将行星、彗星从正圆轨道向上抛（如上节中以速度υ将钢球向上抛那样），在上抛过程中，因负重力加速度而向上运动的速度υ″越来越小，当这个速度υ″为0的时候，就是行星或彗星的远日点了，此时就只有那个保持正圆轨道的速度υ′了，这个速度υ′就按近日点时的半径作圆周运动，这就是椭圆轨道的第二个焦点。此时星体在椭圆轨道上的运行速度最小，便开始在引力场中“下落”，由于重力加速度，下落的速度越来越快，到了近日点速度υ″回到初始值，星体运行速度最大（开普勒第二定律：在单位时间里，扫过的径向面积相等），于是又开始上升，这是真正的无阻尼振动，如此形成了椭圆轨道，卫星、人造卫星的椭圆轨道也是这样形成的。

    虽然这些星体的运动速度的大小和所受引力的大小时刻在变化，但这两个时刻变化的力对星体的所有物质单元的作用是平等的，所以，这些非匀速、而且是以椭圆轨道运动的星体也是惯性系，在这种非匀速且作椭圆轨道运动的地球上的人或人造卫星内的人，不会因为所乘坐的地球或所乘坐的人造卫星的速度时刻变化，而会发生后仰或前俯，地球上的人或人造卫星上的人，都感觉所在系统是惯性系。这是因为地球系统的所有物质单元、或者人造卫星系统的所有物质单元受力是等价的。

    按照惯性定律，匀速直线运动的物体是惯性运动，没有力加于其上、它会保持这种运动状态——这只是物体运动的属性，有力加于其上，只要所加的力对该物体的所有单元等价，即使改变了运动状态，该物体仍然是惯性运动、仍然是惯性系。比如，从地球发射的绕月卫星，当校准方向准备与月球对接，以后这段距离可以说是匀速直线运动（实际也不是，因该卫星在地球引力场中上升，有负重力加速度，速度会逐步减小），靠近月球时，月球引力将其俘获成为绕月卫星，其轨道平面的方向由俘获时月球引力的方位确定，轨道平面方向确定以后就不变了（不随月球的自转和公转而改变方向），月球引力对绕月卫星的所有物质单元是等价的，绕月卫星就成了相对于月球惯性系的惯性系了。

定义

    一个物质系统内的所有单元，只要所受到的力或外力的作用相同就是惯性系——无论它是否匀速运动或静止，也无论它是圆周运动还是直线运动。