相对论理论基础的两个低级错误 

一、相对运动的错误 

爱因斯坦在《狭义与广义相对论浅说》中有如下陈述：

“从我们由狭义相对性原理所接受的观念来看，每一种运动都只能被认为是相对运动，这一点一直是很清楚的。回到我们经常引用的路基和车厢的例子，我们可以用下列两种方式来表述这里所发生的运动，这两种表述方式是同样合理的。（1） 车厢相对于路基而言是运动的。（2） 路基相对于车厢而言是运动的。我们在表述所发生的运动时，在（1）中是把路基当作参考物体；在（2）中是把车厢当作参考物体。如果问题仅仅是要探测或者描述这个运动而已，那么我们相对于哪一个参考物体来考察这一运动在原则上是无关重要的。……我们所引用的原理不仅认为我们可以选取车厢也可以选取路基作为我们的参考物体来描述任何事件（因为这也是自明的）。我们的原理所断言的乃是：如果我们表述从经验得来的普遍的自然界定律时引用（1）       路基作为参考物体，（2）       车厢作为参考物体，那么这个普遍的自然界定律（例如力学诸定律或真空中光的传播定律）在这两种情况中的形式完全一样。……” 

爱因斯坦这段陈述表达的意思是：以路基为参照物，车厢是运动的；以车厢为参照物，路基是运动。他认为两种表述都是合理的，以哪一个为参照物来考察另一个运动都是可以的。这种说法显然是一种低级错误。车厢在东西走向的路基上向东运动，说路基相对于车厢而言是运动的，那可麻烦了，路基相对地面是静止的，路基运动地面同样运动，整个地球表面都向西运动，这是人们没有看到的事实吧。车厢的动与路基的动，是两种不同性质不可划等号的动。对于地面而言，车厢是运动的，路基还是运动的吗？其实，这不是爱因斯坦自己的创意，而是在牛顿力学中长期存在的一种通常的公众的认识。对于这个由来已久的错误理论，现在已经考证不出何人何时发明的，大家一直人云亦云不知有错。 

车厢行驶时车内人看到的路基在动动，车厢停下后车内人看到路基不运动，路基上人看到路基始终没有运动，我们以谁看到的现象为准呢？以车厢为参照物，路基是运动的，在实践中是说不通的。其实，人们在运动的车内看见路及路边的景物在向后运动，并不是真实的运动，只有车厢动才是真实的运动。车内人看见的路基运动是一种视觉效应，若称为运动也得叫虚动（虚幻的运动）。 

自从有参照物概念以来，关于参照物的说法是：参照物是假定不运动的物体。地面上的物体或动或不动是不难判断的，没有必要随便找一个物体假定它不动来比较别物体是否运动。这种假定是不合理的也是不需要的。持此观点的理由是：不好判定一个物体是运动还是静止所以先假设其不动。我们生活在地球上，地面上的物体动还是不动一目了然，明眼人怎么不知道所见的物体是静止还是运动的呢。我们坐在匀速直线运动的交通工具里，眼观内部不知道是行驶还是停下，你看外部还不知道是行驶还是停下吗？你把一个运动的物体假设不动来比较考察运动的物体，不可能达到目的还可能得到相反的结果。 

用运动的物体作参照而把不动的物体当作运动的错误是显而易见的，从北京发出的火车在运动，你能说火车没运动，是北京在运动吗？火车由北京开到天津，你说火车在天津没动，是天津的路基跑到北京了，这样说可以吗？公路上并排行驶的两辆同速度汽车，你以一辆车为参照物考察另一辆车的运动状况，显然得不到期望的结果。公路上同向行驶的一快一慢两汽车，你选快车为参照物判断慢车运动，还是选慢车为参照物判断快车的运动，显然都不合适，因为已知车在运动还判断啥呀。相对运动的判定所以导致荒谬的结论出现，源于“参照物可以任意的选取”这个参照物定义的解释。 

静止的参照物可以任意选取，是指地面上的运动物体附近的任一可区别于别物体的静止物，如一棵树、一块石头、一座楼等都可当作参照物。反之则不然，你不能将运动物体当作参照物，以此为据说一棵树或一块石头或一座楼运动了。不但不可任取运动的物体作参照物，而是不可取运动物体作参照物。判断轮船在大海上的运动，你可以取小岛为参照物，不可以取海中的漂浮物作参照物。判断飞机在空中的运动，你不可取天上的某块白云或某个飞鸟为参照物。判断公路上汽车的运动，你不可以取附近行驶的汽车或路边的行人为参照物。因此，选取参照物，首先要判定参照物相对地面是静止的，然后以它为标准判断别物体是运动还是静止。 

引文中的“每种运动都只能是相对运动”，但若理解为运动物体旁的静止物体也在作相对运动就错了。说物体的运动是相对运动的“相对”，有物体运动是相对于谁运动的意思，也有说物体的运动是绝对的又是相对的意思。人们通常说的相对运动，均指甲乙两物体之间，甲物体相对乙物体运动，反过来可说乙物体相对甲物体运动。实际上这样说是错误的，相对运动只有单向的谁对谁运动，不可反过来说。因为两物体中有一个物体运动，这两物体必然是一静一动，两物体都动可能因速度相同而相互相对静止，你用运动的作参照说静止和相对静止关系中的一个作相对运动都不正确。 

公路上行驶的汽车，对于路基是运动的，对于与它同速的另一汽车，就是静止的而不是运动的。这种静止是两运动物体之间的相对静止。如何判定静止？地面上的物体相对地面不发生位置变化就是静止的，我们不要以地球自转产生的地面运动来否认物体的静止。当我们考虑地球自转时地面上物体的运动，是研究这个运动相对太阳的位置变化，以太阳为参考系了。相对静止概念是对不同层次的参考系而言的，物体对一个简单参照物的静止是确定的而不要说是相对静止。 

相对论把车厢内的人看到的路基虚动当作真实运动，并作为原理在洛仑兹变换中做了具体的应用。这个相对论专用的不是原版的洛仑兹变换，就是凭空设想的两个没有实物作依托的数学坐标系作相对运动，再加上后发的一束光与坐标系中的所谓事件汇合，导出几个公式。由此构建起没有实际的物理意义和事实依据的狭义相对论理论，再往现实的物理问题上生搬硬套，其合理性和正确性可想而知。路基的虚动当作真实运动的观念，还产生另一种不良后果：双生子佯谬。对于双生子佯谬，相对论者全凭想象煞有介事的解释，令人莫名其妙难辨真伪。其实，双生子佯谬及其它关于相对论的佯谬都不成立。 

二、时间变慢的错误 

爱因斯坦在《相对论》一书中，关于时间变慢作了如下论证：

“凡是能测量时间的工具，都是一种‘钟’。利用光速不变性，我们也可以设计一种雷达钟。它的结构如下面的图所示。其中有一部雷达和一块反射板，板与雷达天线之间的距离是d。雷达达发出的信号，受到板的反射后，可以再被雷达接收到。一个来回的距离是2d，如果信号速度是c,那么一个来回所用掉的时间就是T=2d/c。怎样用雷达钟来测量时间呢？如果一个过程从开始到结束，雷达信号来回走了5次，这个过程所需的时间就是5T。如果信号走了3个来回，所需的时间就是3T。这就是说，以信号来回一次作为度量时间的单位（如上图）。有甲、乙两个人，他们各自有一个雷达钟。在甲乙两人相对静止时，校准两个钟，使它们走得同样快慢。然后让甲、乙各自会看到什么现象呢？先来谈谈甲。站在甲的立场上，甲是静止的，甲钟相对于他也是静止的。他看到自己的钟仍与以前一样，没有变化——就像我们前面说的如同他在奔驰的火车里面看到的一样。这时，甲看到乙和乙钟正向右运动。在乙钟的发射—反射—接收的过程中，天线的反射板都不断地在运动，信号走的是斜线，如上图所示。因此，在甲看来，乙钟信号一个来回走的距离大于2d。可是，由于光速不变，无论甲钟或乙钟二者信号速度都是c。所以，甲看到的现象是：当甲钟走过一个单位时间时，乙钟还没有来得及走完一个来回。甲的结论是：乙钟比我的钟慢了。相反，如果站在乙的立场，一切又都反过来了。乙认为自己是静止的，而甲钟向左边。乙钟信号一个来回走的距离是2d。而甲钟信号走的是斜线，一个来回走的距离大于2d。因此，乙的结论是：甲钟比乙钟慢了。甲和乙到底谁对呢？都对。他们的结论表面上相反其实并不矛盾。是一致的。这个结论就是，运动的钟要变慢，在甲看来乙在运动，在乙看来甲在运动，所以他们都是看到对方的钟变慢了。” 

爱因斯坦的雷达钟设计简单明了却弄巧成拙，非但不能证明时间变慢，反而颠覆了自己的理论基础。这段论述有两个错误：一是将雷达信号的运动与物体的运动做了合成；二是应用了本来错误的相对运动理论。 先分析第一个错误。《相对论》中用雷达信号，本文解释用光，光与雷达信号等效。众所周知，光的运动与物体的运动各行其是，光速与物体的运动速度不能叠加与合成。一个光源，不管以多大的速度运动，都不能对自己发的光产生任何影响。这就是说，静止的光源与运动的光源发出的相同指向的光，光路都是相同的。 

设火车的路基上A处有一向上发射光束的光源，火车内也有一个同样的光源。当火车通过时路基A处的光源发光，光源附近地面上的观察者看到光竖直向空中射去，而车上的人看见这束光也是竖直射向空中但整条光束与车同速向后退去。再设行驶的火车上的光源到A点处向上发光，车内的人看见光斜向后方射向车顶棚且光束不发生移动，地面上的观察者也看到光斜向后方射向车顶棚但整条光束随车前进。地面光源发射的光，地面上人与车内人看到光束都是竖直向上的，车上人看到光束向后运动是车向前运动所致。车内光源发射的光，地面与车内的人看到相同的向后倾斜光束，地面上人看到光束移动是光源随车运动所致。人们看见光束向后倾斜，是车向前运动使观察者产生的视觉效应，不是光沿倾斜方向射出。因此，倘若画出向后上方的斜线光射简图，只是示意而不是实际的光路。 

雷达钟试验中，乙的信号走的仍是竖直（图2的阶梯竖直段之和）向上的直线，不是向前上方的斜线，因而甲看到乙钟信号一个来回走的距离还是2d，根本不存在乙钟信号一个来回走的距离大于2d的情况。所以不存在甲的结论：乙钟比我的钟慢了。至于乙自认静止看甲为运动，就算没有相对运动的错误，其中的斜线2d也不存在，也就不成立乙的结论：甲钟比乙钟慢了。原著中图示斜向前上方的直线，就是把光的运动与乙向前运动两种无关联互不影响的运动合成了，真实的光路不是那样。那条斜线，只有实物的运动才能产生，只有乙边走边竖直上抛一物体，在甲看来才有斜向前上方的物体运动轨迹。 

帖子附图的简图代替《相对论》中的雷达光路图，图1即《相对论》中甲所看见的运动的乙雷达的发射和反射光路图，图2是本文判定《相对论》雷达图的错误后提供的乙雷达的发射和反射光路图。《相对论》中的光路图是竖直的光与光源向右运动两种不同性质运动的合成运动图，所作的图是错误的，光线根本不像图1那样传播。与光源运动方向垂直发射的光如图2所示（图中圆点代表箭头），假设光源发射的是脉冲光（光速与光源运动速度差不多），脉冲光线段之和等于光源到车顶的距离d，两光脉冲之间的连线表示脉冲间隔时光源运动的距离。 

第二个错误还是在相对运动上，雷达钟事例中甲站立不动，甲看见乙在运动，不可反过来说运动的乙没动，是站立的甲在运动。雷达钟试验中的甲相对地面是静止是真实的静止，不可用运动的乙或某一运动物体作参照说甲是运动的；同理乙相对地面运动是真实的运动，不可再设自己不动作参照表现甲在运动。甲乙二人都地面上，二人相对地面的谁动谁不动是明确的。放弃明确的事实，舍近求远地用甲乙二人的不同行为互为参照，现在只能理解为相对论者对传统的观念没做仔细的分析设想，专注于标新立异地创立理论，因而也就对自己的理论基础及理论产生的谬误浑然不觉。 

关于相对运动的认识，不单是爱因斯坦个人的认识，而且是几个世纪以来人们对物体运动问题共同的认识。事实上，在牛顿力学范畴内，大家说的相对运动，仅是有时言而及之，并没有谁真的用一个在地面上运动的物体当参照物而将一个相对地面静止的物体当作运动的物体来对待和研究，因而没有产生不良的后果及影响，人们也就没有把相对运动产生虚动当作一个问题。相对论是关于光与惯性系的理论，它是以参考系及其运动为理论基础和内容的。相对论既用动惯性系的运动，同时也将动惯性系设为不动，当真来表现静惯性系的运动，由此产生错误的理论是必然的。 

结束语

就是这样一个基础上存在着低级错误而站不住脚的理论，竟然傲世百年而不倒，真是奇了怪了。本文指出相对论理论基础的错误，对事不对人，认为是爱因斯坦当年的疏忽大意导致理论的缺陷，并无非议相对论创立者之意。作者大段引用中文本爱因斯坦著作的原话，相信译文不会错，自信没有误解更没有断章取义。有意了解参考系理论的网友，请搜索作者的《惯性系的理论重建及相对论的错误》一文。 

参考文献

1.爱因斯坦著《狭义与广义相对论浅说》

2.爱因斯坦著《相对论》 

作者：郭连成

2011年2月16日 于哈尔滨