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"爱因斯坦的所谓相对论是从迈克尔逊-莫雷试验中推导出来的，迈克尔逊-莫雷试验的零结果用到一个数学假设，从而至使洛仑兹变换是错误的，狭义相对论也就全部错了。"
这话精辟！ 其中的"数学假设"只是假设相对以太风的风速（实质是地球的自转速度）光速不变（即：C+U=C；实验证明U等于零） 而狭相假设的"光速不变"是假设相对观察者（或参考系的的运动速度）光速不变（即：C+U=C；客观事实是U大于零） 至于爱因斯坦及其信徒们用来证明其"光速不变"假设的相对运动光源的光速不变（即：C+U=C；U也大于零但不可加） ※※※※※※ 即别轻信人说的，也别坚信己学的，更别迷信书写的；只信亲眼能见的，而且亲手能算的，关键亲身能验的；科学事实 |
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谢谢老朋友
狭义相对论中有一条光速不变的假设。其实，光速不变原理也是爱因斯坦根据迈莫试验推导出来的。迈克尔逊认为：站在地球上，与地球运动方向相反的光的速度是c+v，与地球运动方向相同的光则是c-v。按照这一观点可以预计迈莫试验仪器上有0.4个干涉条纹移动，但实际上干涉条纹没有任何移动。这就说明光的速度与v无关。或者说，光的速度与惯性系的速度无关。这就是光速不变原理。 有了迈克尔逊试验零结果的物理解释，光速不变原理就不成立了。因为尽管站在地球上，与地球运动方向相反的光的速度是c+v，与地球运动方向相同的光则c-v，但迈莫试验根本无法测出v。因为以太传光似固体，对光而言，根本就没有流体的以太风。迈克尔逊干涉仪两干涉臂上的光没有光程差，干涉条纹根本就不会移动。这就不能证明光的速度与v无关，光速不变原理当然就不成立了。 继续 第一节 物质的世界 在生命和人类诞生以前，物质就是存在的，世界和人类都是因为物质的存在而存在。物质构筑了纷繁美丽的大千世界。因此，世界是物质的。这就是唯物论的根据。 什么是物质？ 列宁给物质下了一个哲学定义：“物质是标志客观实在的哲学范畴，这种客观实在是人通过感觉感知的，它不依赖于我们的感觉而存在的，为我们的感觉所复写、摄影、反映。” 在哲学中，物质是不依赖人的意识而存在的客观实在。物质是第一性的，意识是第二性的，物质决定意识，意识从属于物质。 意识是有了人类以后才有的。即使没有意识，物质也照样存在。因此，不应该把物质同意识扯在一起。没有意识，什么是物质？所以，应该在客观世界中去寻求物质的定义。 什么是物理意义上的物质呢？ 只要全面认真地考察一番，不难知道物质是对空间的占有。这里占有空间的泛指石头、水、原子、中子等任何一种客观实体。 具体地说，已占据了某空间的物质就会反抗别的物质来占领该空间，这就是碰撞。因此，凡是能相互碰撞的双方都是物质。 在碰撞过程中，总动量保持守恒。这就是动量守恒定律，也是碰撞过程的规律。当然，这里的碰撞包括人们宏观上看得见的和微观上看不见的。 我们知道，意识或精神是不会占有空间，它们是不会发生碰撞的，因此它们不是物质。 物质的这一定义是不会产生任何矛盾的，而且和人们哲学上的物质概念也是兼容的。 人体是靠视觉、听觉、嗅觉、味觉和触觉来感知物质世界的。人体的感觉并不一定是完全可靠的，同时人体的感觉只能感知自然界很少的一部分。例如，我们看到的影子、虚象、海市蜃楼等就不是物质，因为它们不会占有空间，不会发生碰撞。但是它们是客观存在，可见客观存在的东西并不一定是物质。只有客观实在的东西才是物质。我们看到的世界只是客观世界的很少的一部分。原子分子和暗物质我们就看不到。人们听到的声音不是物质，是空气分子运动而产生的声波。嗅觉、味觉和触觉所感知的当然是物质，但也只是物质中很少很少的一部分。 质量是物质一个重要属性，质量是对物质的量化，也就是物质的多少。物质和质量是互为存在的，没有无物质的质量，也没有无质量的物质。 怎样来求出质量的多少呢？实际上，可以根据动量守恒定律来测量物质的多少。可用“千克原器”的仿制品作为质量的基准，使它去碰撞待求质量的物体，只要测出它们碰撞前后的速度，就可以用动量守恒定律公式求出另一个物体的质量。 质量基准是由人们规定的。1791年法国政府规定1（分米）3的纯水在4℃时的质量为1千克，并于1799年用铂制成质量与此相等的圆柱体，叫做标准千克，保存于法国档案局。因此也称之为“档案千克”。1872年经过精确测量发现，档案千克比4℃时1（分米）3的纯水质量小0.04克。此后就选取了档案千克作为质量单位的基准器。 1883年，用铂铱合金制出的质量基准器1千克原器是仿照档案千克制定的。它是一个高和直径都为39毫米的圆柱体。当时共制成41个千克原器的质量基准，现在在国际单位制中仍采用千克原器作为质量的基准。 测量物体质量最简单的方法是利用受力平衡，例如使用天秤或弹簧秤。称量的方法归根到底仍然是在使用碰撞的方法，只不过这种碰撞是人们看不到的。因为力是物体间的相互碰撞，我们会在第二章中详细地讨论这一问题。 占据空间、客观实体、能碰撞和有质量是同一个意思。“实”就是占据了一定的空间。有质量，就意味着有碰撞能力。反过来，占据空间的多少、碰撞能力的大小就含有质量多少的意思。质量是通过碰撞过程来测量的。物质和质量是整体和部分的关系，有质量的地方就一定有物质。空间和物质也是整体和部分的关系，因为物质只占有空间的一部分，另外一部分空着。 物体这一概念可以看作是不言自明的，如果硬要下个定义，则物体是由各种物质和各种层次构成的某个整体。其实物质也是有一定层次的，因此物体和物质并没有一个严格的界线。只不过在物体和物质这两个名词同时使用的时候，似乎物体的层次和结构要更大一些，所包含的物质种类要更多一些。 从所掌握的资料来看，物质结构有一个重要的特点，那就是物质以不同的层次分布，这种分布是不连续的。目前，有人认为可分为微观、宏观和宇观三个大的层次，每个大的层次又可以再分为若干个小的层次。 1、微观系统的层次 微观系统是指目前已知的分子、原子、原子核和基本粒子所构成的物质系统。 2、宏观系统的层次 宏观系统包括地球上的物体、卫星、行星和恒星所构成的物质系统。 3、宇观系统的层次 宇观系统一般是质量或尺度很大物质系统。它包括星团、星系、星系团、超星系团和总星系所构成的物质系统。 物质的层次是互相联系和无限可分的。任何一个物质层次无不都是上有更高的层次，下有更深的层次。层中有层，层层相联。任何一个物质层次只是无穷层次系列中的一个“关节点”，从而形成层次的等级性。某个层次总是由下一个或下几个层次所组成。 物质的种类极其繁杂，性质也千奇百怪。就拿恒星来说吧，太阳只是一颗普通的中等恒星。恒星中有光度比太阳亮几十万倍的巨星，也有光度只及太阳几十万分之一的矮星；有的恒星体积比太阳大千、百倍甚至百亿倍，但密度只有地面空气的千、万分之一，有的恒星体积比地球甚至月亮还小，但密度却大到水的密度的几万倍甚至于上亿倍；恒星的质量有比太阳质量大或小几十倍的，恒星的表面温度有几万到十几万度的，也有表面温度只有几百度的红外星；中子星的直径只有20到40公里，质量却同太阳相当，密度大到每立方厘米上亿吨，表面温度高达一千万度。 在自然界中，物质以各种形态出现。例如大家熟知的固、液、气以分子或原子为基本单元的三种不同的聚集状态。此外还有由高速运动着的正离子和电子组成的等离子态、有由中子构成的中子态、有弥漫于较大空间的各种场态物质、还有所谓的由正电子反质子反中子构成的反物质等等。 总之，辽阔的大地，巍巍的群山，无边的星辰，微微的粒子都是由物质组成的。 |
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第四节 运动与时空
时空问题历来是物理学家们所津津乐道的问题。但是奇怪的是时间和空间并没有一个统一的精确定义，于是各人有各人的定义，大家都争得不亦乐乎。 其实，只要一运动起来，时间和空间同时都有了，因此时空和运动是紧密地联系在一起，无法把它们分开，时空是从运动中抽象出来的。我们知道，表示运动快慢的物理量速度： v=s/t 其中s就是空间；t就是时间。这就充分说明了运动和时空是紧密地联系在一起的。 时空是一个物理问题，只能从具体的物理过程中推导和抽象。由于资料的繁杂浩大，还是从亚里士多德、伽利略、牛顿时空观说起吧。 从亚里士多德时代开始，对空间和时间就有许多论述。他对时空的论述很多，这里只能作简单介绍，如果全面介绍那就显得篇幅太长。 亚里士多德第一次明确地把处所作为自然哲学的基本概念之一加以考究。他系统总结了当时希腊人一般持有的处所概念，反复、仔细地考察分析了各种观点，肯定了处所属于物体，但与特定物体可以分离，最后得出某物体的处所是该物体的包围者之内界面的结论；其次，他提出了天然处所的概念，赋与不同的处所以绝对的不均匀性。 事实上，空间三种常见的概念一一广延、处所和虚空经验都出现在亚里士多德的头脑里， 亚里士多德认为虚空不存在。 纵观整个自然哲学的历史，肯定虚空者大多坚持虚空是运动的必要条件，而否定虚空者则坚持虚空不是运动的必要条件。 亚里士多德认为运动不必要有虚空作为条件，相反，有了虚空反而不能运动。因为运动必须要有差异，而没有差异的均匀一致的空间不能提供这种差异，虚空中没有内部区别，没有“上”、“下”之分；再说，在虚空里的任何地方都同等的没有阻碍，同一物体的运动速度与其运动所通过的介质密度呈反比，而虚空中是没有介质的，故物体照理应在虚空中以无限大的速度运动，这也是不可能的。 在亚里士多德的看来，没有虚空才能有运动。因为一切运动都以自然物体的自然运动为前提条件，而自然物体的自然运动只有在空间里才能实现，只有空间里才有内部的区别、差异，才能给物体提供自然运动的动力。 亚里士多德的时间观被称之为“现在”时间观。在亚里士多德看来，时间的客观基础是运动，它依赖于运动，没有运动便没有时间。但时间只是“运动的某某”，而不是运动本身，即时间是关于前后的运动的数。时间的前与后是以“现在”为限点的，“现在”是过去的终结，也是将来的开始：“现在”是一个中间点，结合起点和终点于一身。“现在”是时间前后的一个限点，是属于时间的，但它又不是时间的组成部分，正像点是属于线的，但线不是由点构成一样。时间虽是可分的，但它的过去部分已经不存在，将来部分又尚未存在，“现在”又不是时间，因此时间没有一个部分存在着，这看似导向了时间的虚无主义。 “时间是关于前后的运动的数”，是亚里士多德的时间观，时间的客观基础是运动，自然界的客观事物是运动的,时间是关于运动的某某,时间不能脱离运动,有其客观依据。这是亚里士多德的自然时间观概念，是对时间的唯物主义理解。亚里士多德的时间观以物质运动作为时间的客观基础，是一种自然时间观。 亚里士多德时空观的积极意义是主要的，这表现在它将物质、运动、时空看成是不可分割的，这是唯物主义的自然时空观；他的缺陷是次要的，这主要表现在它的空间有限、并且具有一定的绝对的物理空间之意。他的时间观也不是十分明确、透彻，对时间的论述也具有虚无主义、直觉主义、现象主义、主观经验主义之嫌，从而为各学派所利用或反驳。这就是亚里士多德时空观。 在伽利略这儿，时空的观点已完成了进一步发展。伽利略致力于研究运动中物体，这导致了他有一些不同的新见解。首先，伽利略明确抛弃作为一个说明原理的终极因果性概念。也就是回答了怎样运动而不是为什么运动的问题。伽利略只是在直线运动和圆运动之间作一些简单的区分。对他来说，怎样运动才是分析的目标，这种分析是用严格的数学方法进行的。 伽利略认为科学方法的第一步是以观察到的事实为依据。在这项研究中，认识到运动是一个几何概念。伽利略尤其专注于力学，他接受那些尚无精确含义的术语，如力、阻力，运动，速度，加速度等等，然后赋予它们精确的数学意义，以数学方式来定义它们，以致于它们在线、角、曲线、图形中获得实际意义，伽利略就是这样提供了他认为需要的新定义。在许多情形中，精确含义要从他的用法中，而不是从任何特定的陈述中推测出来。但是从他的新术语中，可以推出某些对近代科学的形而上学极其重要的推理。 首先，对怎样运动的数学研究必然要把时间和空间的概念推到一种显著的地位，他把速度定义为在单位时间里走过的单位的距离。这是速度空间和时间的商的定义。 就时间来说，在伽利略的著作中是按照空间或距离来讨论的，也就是向人们提供物理思维的新定义，这的确是一个比较重要的转变，因为它使自然界成为无限的而不是有限的。这就涉及到一个焕然一新的宇宙观。 伽利略的时间是一个可以在数学上度量的间隔。运动的时间性可以归结到严密数学的术语，这也具有根本的重要性，它意味着对于近代物理学来说，时间变成了一个不可逆的第四维。时间，像一维空间一样，可以用直线来表示，可以使之与类似地加以表达的空间事实相等同。伽利略对速度和加速度的精确研究使他设计出一种对时间进行几何表示的简单技术，这种技术特别适合于他试图说明的真理。伽利略已经发现，在时间中存在着某种能够完全在数学上加以处理的东西，伽利略本人发明了对运动进行更精确的时间测量的方法。 只要一提到牛顿的时空观，就会连想起马赫对牛顿绝对时空观的批判。这种批判似乎牛顿只有绝对时空观而没有相对时空观。事实完全不是这样的。在牛顿的力学中，时间与空间是绝对的又是相对的。 只不过我们先要替牛顿鸣不平，我们误解了牛顿的意思，他明明有相对时空的说法，但人们硬要说他的时空观是只是绝对时空观。 牛顿在《自然哲学之数学原理》第6页这样写道：“一般人除了通过可感知客体外无法想象这些量（指时空），并会由此产生误解。为了消除误解，可方便地把这些量分为绝对的与相对的，真实的与表象的以及数学的与普通的。”他所说的绝对的与相对的，真实的与表象的，数学的与普通的，这些显然是并列关系。接着就按这种并列关系叙述了时间和空间： “I．绝对的、真实的和数学的时间，由其特性决定，自身均匀地流逝，与一切外在事物无关，又名延续；相对的、表象的和普通的时间是可感知和外在的（不论是精确的或是不均匀的）对运动之延续的量度，它常被用以代替真实时间，如一小时，一天，一个月，一年。 Ⅱ．绝对空间：其自身特性与一切外在事物无关，处处均匀，永不移动。相对空间是一些可以在绝对空间中运动的结构，或是对绝对空间的量度，我们通过它与物体的相对位置感知它；它一般被当作不可移动空间，如地表以下、大气中或天空中的空间，都是以其与地球的相互关系确定的。绝对空间与相对空间在形状与大小上相同。但在数值上并不总是相同。例如，地球在运动，犬气的空间相对于地球总是不变，但在一个时刻大气通过绝对空间的一部分，而在另一时刻又通过绝对空间的另一部分，因此，在绝对的意义上看，它是连续变化的。” 牛顿在这里明明先说绝对时空的概念接着就说相对时空的概念，但人们为什么硬要说他的时空观是绝对时空观呢？ |
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发错，此帖应在8楼之上
第五节 狭义相以论时空和迈克尔逊-莫雷试验 狭义相对论认为：牛顿的哲学思想基本属于自发的唯物主义思想。他承认时间、空间的客观存在，但却把它们看成是与运动着的物质相脱离的。他所提出的形而上学的绝对时空观，虽然在解决宏观低速下运动物体的运动规律时能很好的适用，但在离开宏观低速的条件时，便无能为力了。也就是说，牛顿认为时间、空间是客观存在的，但同时也认为时间和空间同运动的物质是脱离的，相互之间没有必然的联系，进而提出了所谓的绝对时间和绝对空间的概念。绝对空间和绝对时间是形而上学唯物主义的时空观。它虽然承认空间和时间的客观性，但认为时空与物质运动无关，可以脱离物质的运动而独立存在，时空的具体特性不受物质运动的影响，是绝对不变的。 在狭义相对论里，时空不能脱离物质的运动而独立存在，时空的具体特性受物质运动的影响，按照洛仑兹变换，随着物体速度增大会产生尺缩钟慢和质增。这是牛顿时空观所不能相容的。 其实，时间和空间是两个物理概念，不同的物理概念在相互关系上风、马、牛不相及多的是，这并不奇怪。那种时间与空间一定要相及是没有任何道理的，时间和空间研究的是运动两个不同的方面，时间是研究运动的过程，空间是研究运动的位移。这两者不相关是可以理解的。它与哲学上的辩证法并没有一点矛盾。 不过，人们普遍认为洛仑兹变换是对的，狭义相对论也是对的，爱因斯坦的时空观是对的，牛顿的绝对时空观当然也就错了。但实事上完全相反呢，洛仑兹变换是错的，狭义相对论也是错的，爱因斯坦的时空观是错的，牛顿的相对绝对时空观当然也就有一定道理了。 这个问题涉及到方方面面，三言两语根本解决不了问题。好在这涉及到以太的存在性问题，在本书的第三章中有详尽的论述。 |
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通常情况下，声音在水中的传播速度为1450米/秒，但20多年前人们惊奇地发现，当超声波频率达到几个特（1特=10^12）赫兹时，它在水中的传播速度竟增加了2倍多。
声波在冰中的速度约为3160米/秒，这正好是1450米/秒的2倍多。也就是说，频率达到几个特的超声波在水中的传播速度象低频超声波在固体冰中的传播速度一样。于是我们可以认为水对频率达到几个T的超声波传播的地方变得象冰一样硬。 要注意的是：波动介质变硬说是介质在传播波而且波的频率很高的时候表现出的类似固体的一种性质。它不是因为分子间吸引力大而将分子束缚在一起形成固体而变硬，波动介质变硬仅仅对频率很高的波才适用。同时不是在所有地方都变硬，只是在波传播的地方变硬。 由于真空中的以太是传播光的介质，真空中的以太和水一样，是一种流体；光和声音都是波；光的频率又非常之高，频率最小的红光都超过了400特。因此，有理由认为光在真空中以太中的传播类似于频率达到几个特超声波在水中的传播，因为它们的物理本质是一样的。我们就顺理成章地得到这样一个推论：真空中以太对光传播的地方好象固体一样。 一个严重的问题出现了。迈克尔逊是根据以太对光来说是流体的前题来设计他的试验的，以太对光的传播好象固体一样就说明他的前题是错误的，这个试验的所有的具体计算也都是错误的。 如果以太对光的传播的地方好象固体一样，对迈克尔逊——莫雷试验的零结果就可以重新作出如下解释。 从迈克尔逊干涉仪中半反镜中发出的光，是在半反镜中传播后射出的，半反镜无疑是固体；对从半反镜中射出而进入干涉臂中以太的光来说，传播此光的以太又象固体一样。这样一来，半反镜和相连的传光以太就分别是固体和类似于固体，从而它们好象是两种固体连结在一起。而半反镜又是同地球固联在一起，相当于地球和传播此光的以太也是连结在一起。于是，对从半反镜中所发出的光而言，地球和传播此光的“类固体”的以太之间没有相对运动，没有以太漂移，也就没有以太风。光在迈克尔逊干涉仪的水平臂和垂直臂的相同路程上花的时间相同，没有光程差。将迈克尔逊干涉仪转动90度，干涉条纹当然不会有任何移动，试验出现的零结果也就是必然的了。或者简单地说，真空中的以太对光而言是没有以太风的，即使以太对地球而言有以太风，但迈克尔逊——莫雷试验是用光来探测以太风的，这个试验当然是测不到以太风的零结果。 迈克尔逊——莫雷试验令人信服地和漂亮地证明了真空中的以太对光传播的地方好象固体一样。这就是说以太的确是传播光的介质，以太在传播频率很高的光时能“变硬”，也就是证明了以太具有惯性。我们在这里就找到了以太是一种有惯性的物质的确凿证据。所以迈克尔逊——莫雷试验正好证明了以太是一种有惯性的物质，而不是否定它。 波动介质变硬现象由于非常罕见而没有引起人们的重视，迄今为止仅仅发现频率很高的超声波在水中传播这样一个实例。以致这一现象一百多年来没有被人们发现，即使是现在仍然鲜为人知。但它确实用牛顿的波动理论推翻了人们对迈克尔逊——莫雷试验零结果的原有解释，推翻了人们否定以太的结论，这可是一次举足轻重的拨乱反正。 |
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对【12楼】说： 没错！ 知乎问：学习哲学有哪些入门读物值得推荐？
※※※※※※ 即别轻信人说的，也别坚信己学的，更别迷信书写的；只信亲眼能见的，而且亲手能算的，关键亲身能验的；科学事实 |
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第九节 时间的物理本质
庄子曰：“人生天地之间,若白驹过隙,忽然而已。”。 大意是人的一生太短暂了,忽然间就过了，白驹过隙指的是形容时间很短,眨眼就过。 每天我们都会不止一次地提到“时间”这个词，“现在几点了？”，“什么时间开始？”，“多长时间？” 什么是时间？时间是对运动过程的量化，是表示运动过程长短的物理量。如何量化？具体地说，是通过对某一具体运动周期的计数来对运动过程进行的量度。因此，时间的物理本质是一种特殊的周期运动。 时间是对运动过程的量化，这种量化的基准是某种周期运动的周期长短，量化的方法是对周期的计数，计数又只有从小到大一个方向，因此时间是一维的。 一、时间单位的周期性 具体时间单位都分别对应着一种特殊运动的周期。例如年、月、日，分别对应着地球绕太阳转动、月球绕地球转动和地球自转的周期。年、月、日的多少则是对相应的运动周期进行计数。 二、时间的单向性和不可逆性 运动周期的计数过程是从小到大的顺序进行的。众所周知，计数过程具有单向性和不可逆性，已经计数的是过去，正在计数的是现在，暂未计数的是将来。因此，时间具有过去、现在和将来的单向性和不可逆性。 三、时间的连续性和无限性 由于对过去运动周期的追溯和对未来运动周期的计数是连续的和无限的，时间也是连续的和无限的。也就是说时间既没有开端，也不会终结。 四、时钟的结构 时间的量度正是通过对一个具体运动周期的计数来实现的。所有测量时间的钟都是由一个特殊的周期运动和对运动周期多少进行计数的机构所组成的。例如，一个机械手表里有一个作周期运动的摆轮和对其摆动周期进行计数的时分秒齿轮计数机构。 五、时间的相对性 时间不是绝对的而是相对的。这是因为选作时间基准的特殊的周期运动会受到其它因素的影响，其运动周期之间并不是绝对地保持不变。例如，精确测量表明：年、月、日的周期都在不断地变化，有时变快，有时变慢，总的趋势在变长。它们之间的变化也不成比例。根据对古珊瑚虫化石以及当今珊瑚虫的年轮和日生长线的研究表明，晚石炭纪的珊瑚化石每年平均有385—390条生长线，而现代珊瑚在一年的生长期中约有360条生长线。也就是，晚石炭纪一年约有385—390天，而目前一年约是360天。 特别地，每种具体的物体或其周期运动都有一定的寿命，无论其寿命多长。若作为某种时间基准的物体或其周期运动消失了，那么这种具体的周期运动也就根本不存在了。我们必须选取新的时间基准。因此，绝对不变的运动是不存在的，绝对精确和永恒的钟是不存在的，牛顿的绝对时间也是不存在的。 六、时间与运动的不可分割性 时间和运动是不可分割的。离开物质运动的时间和没有时间的物质运动都是不可能存在的。 首先，时间离不开物体的运动。时间只是形式，它总是以物质运动为内容的。如果说什么事情都没有发生过，那就是没有经历时间，也就是没有这种现实的时间。 从时间的量度也可以说明时间离不开物质的运动。时间是以物质在空间中的运动来度量的，例如，地球绕太阳公转一周就是一年，地球绕地轴自转一周就是一天。可见，离开物质的运动，时间是不可思议的。 同样，物质的运动也离不开时间。物质的运动不能没有时间的形式。如果说某种东西过去没有、现在没有、将来也不会有，那就是不存在于任何时间中的东西，也就是根本不存在的东西。肯定了时间物质运动不可分，也就肯定了时间的客观存在性。时间是运动着物质的存在形式，它们同物质运动一样是客观存在的。 七、绝对时间是不存在的 牛顿经典力学的绝对时间是机械论时间观的典型代表。牛顿的所谓“绝对时间”，就是把时间看成是同物质运动无关的绝对均匀流逝的纯粹的持续性，时间就象川流不息的河流，发生什么事也好，不发生什么事也好，发生这样的事也好，发生那样的事也好，它总是均匀地流逝着，一句话，时间同物质的运动是无关的。 显然，牛顿经典力学中的绝对时间是不存在的。但绝对时间是可以抽象的。 八、时间与空间的关系 时间和空间是从不同的侧面和运动相关联的。空间是从位移的角度和运动相关联，时间是从过程和运动相关联。位移和过程是两个相互独立的属性，因而时间和空间也是两个独立的概念。也就是说，时间和空间除了和运动相关联外，再没有其它的关联。 空间、时间和质量是与速度的大小无关的。那种认为时间随着速度的增大而变慢，尺子随着速度的增大而变短，物质的质量随着速度的增大而变大的说法是没有道理的。这种根据迈克尔逊试验而推导出来的东西，是因为迈克尔逊试验有以太对光是流体的假设。实际上，因为光的频率很高，以太对光好象固体一样。 九、时间、空间和运动的关系 如果对象的运动速度用v来表示，对象的空间位置用S来表示，对象的时间位置用t来表示，那么运动速度等于对象的空间位置变化（对象的位移）与对象的时间变化(位移所用的时间)的比值。这里的运动和位移是有方向的矢量。 即： v = S2 - S1 / t2 - t1 = S / t 1、不难看出，速度是对运动的量化。因为速度的方向就是运动的方向，速度的大小可以看成是运动的大小，运动和速度有完全相同的意义。因此物体的运动完全可以用其速度来表示。 2、 如果S2 - S1 = 0，则v = 0，运动没有发生。t2 - t1也不能为零，否则就没有意义，也就是说运动只有在不同的时刻才能作出判断，否则就没有实际意义。只有S2 不等于 S1 ，t2 也不等于 t1运动才有意义。因此，运动必须具备空间变化和时间变化这两个要素才行，单独一个要素并不能描述运动。 通过物体的运动把空间和时间联系了起来。在这里空间是与位移相关联的，时间是与运动过程相关联的，时间和空间各自独立，它们之间并不存在任何关系。 3、运动和空间、时间的关系是：运动等于对象的空间变化与相应的时间变化的比值。 十、度量时间的工具和基准 时间度量的工具是钟。测量时间的钟都是由一个特殊的周期运动和对其周期多少进行计数的机构所组成的。 在远古时期，人类以太阳的东升西落作为时间尺度；公元前二世纪，人们发明了地平日晷，一天差15分钟；一千多年前的希腊和我国的北宋时期，能工巧匠们曾设计出水钟，精确到每日10分钟误差；六百多年前，机械钟问世，并将昼夜分为24小时；到了十七世纪，单摆用于机械钟，使计时精度提高近一百倍；到了20世纪的30年代，石英晶体震荡器出现，对于精密的石英钟，三百年只差一秒。 自十七世纪以来，天文学家们以地球自转和世界时作为时间尺度：当地球绕轴自转一周，地球上任何地点的人连续两次看见太阳在天空中同一位置的时间间隔为一个平太阳日。1820年法国科学院正式提出：一个平太阳日的1/86400为一个平太阳秒，称为世界时秒长。 由于地球自转季节性变化、不规则变化和长期减慢，所以世界时每天只可精确到1×10-9秒。 1953年世界上第一台原子钟研制成功。1963年13届国际计量大会决定：铯原子Cs133基态的两个超精细能级间跃迁辐射震荡9192631770周所持续的时间为1秒。此定义一直延用至今。 十一、什么是时空 因为空间只是某一瞬间实空和虚空的图象，它是静止的。因此要全面地认识自然界，还必须考虑到实空的运动。这种考虑到实空和虚空不断变化的活动图景称为时空。如果用公式来表示就是： 时空 ＝ 空间 + 时间 空间是反映物质的存在性，时间是反映物质的运动性。它们是物质两种不同的基本属性。 由物质不灭可知，自然界是永恒存在的。由一切物质都在不停地运动可知，自然界是永恒运动着的。因此，自然界既无起点又无终点。也就是时间无始无终。 十二、两种时空观 在牛顿力学中，时间与空间是绝对的。即：空间是绝对的——空间任意两点的距离与惯性系的选择无关；时间是绝对的——事件（过程）持续的时间与惯性系的选择无关；同时性是绝对的——同时发生的两个事件，在所有的惯性系中观察都是同时的；质量是绝对的——物体的质量与惯性系的选择无关。这一时空观与人们的经验是完全相符合的。 而狭义相对论时空观认为：时间是相对的，运动的时钟延缓——时间膨胀（钟慢）效应；空间是相对的，运动的尺度缩短——长度收缩效应；同时性是相对的——同时发生的两个事件，在不同的惯性系中观察是不同时的；质量是相对的，质量随着运动速度的增加而增加。这一时空观与人们的经验是完全不相符合的。这一时空观错在哪里呢？ 这是根据迈克尔逊试验而推导出来的东西，迈克尔逊试验中有这样一条不言而喻的原理：以太对于光来说是一种流体。于是有人把迈克尔逊试验的设计原理作了这样的类比：光在以太风中的运动好似小船在河流中的运动，光好似小船，以太风好似流水。由于速度相同的两只小船，一只在河流中往返横渡的距离和另一只在同一河流中上下来回的距离相同，计算的结果显示它们所花的时间有所不同。同样的计算，光在通过在地球运动方向上两个互相垂直的相同距离所用的时间也应当不同。在迈克尔逊的试验中，设定了合适的尺寸，只要把仪器转动90°，根据计算就会产生一定的光程差，从而观察到0.4个的干涉条纹的移动。 但试验的结果是干涉条纹没有任何移动，后经多次重复试验结果仍然相同，后来把这个没有条纹移动的现象称为“零结果”。并认为这一结果否定了以太漂移，否定了“以太风”。以太风不存在，以太当然也就不存在了。 人们普遍认为：固体永远是固体，流体永远是流体。但是这个成见对光的传播来说并不成立。 光实际上是往复涡旋振动在以太介质中的传播。以太介质在往复涡旋振动时，所受力矩是交变的，当交变力矩的频率太快，介质向一个方向受力转动后，几乎马上又要受同样大的力矩向相反方向转动，介质因惯性的缘故根本就来不及作这样的转动，于是，流体介质的微粒象固体分子一样只在平衡位置振动而传播波。此时传播波的地方的介质的流动性自动消失了，或者说此时传播波的介质变硬了。这里所谓的“硬”，实际上是指介质微粒的转动范围小到和固体分子转动范围一样，光在流体以太介质中的传播就变成像在固体中传播一样。这就是高频率的光致使以太变硬说。光在以太介质中的传播象在固体中传播一样，就说明没有流动的以太风，于是迈克尔逊试验所有的计算都是错误的，正确的计算是没有干涉条纹移动的零结果。我们就用不着去作那个洛仑兹假设了，也没有什么尺缩钟慢质增了。 |
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第十一节 物理本质和数学原理
一、自然界是可以量化的 前已述及，质量是物质的量化，长度是空间的量化，速度是运动的量化，时间是过程的量化，动量和能量是运动物质的量化。因此时空是可以量化的，也就是说具体的时空是可以用数学的方法来描述的。可以量化也是时空的重要属性之一。物质不灭，动量和能量守恒，这就是自然界中最基本的量化原理。 二、数学源于物理学高于物理学 数学是人们的思维工具，也是对物理实践活动的升华和抽象。数学是一门独立的科学，有着它特有的自身规律。数学本身可以不理会客观存在，通过假设和逻辑抽象来揭示它自身的规律。例如，实际中并没有任何数的平方等于-1，但是人们可以假设i的平方等于-1，从而建立起一套复数理论。因此数学源于物理学，又高于物理学。 由于时空是可以量化的，只有通过数学的分析，才能把握量化过程，最终以量化的形式表达相关物理量之间的关系，从而找到最基本、最普遍的规律。 例如：没有对数，开普勒难以建立天文学的重要规律——开普勒三定律；没有微积分，牛顿得不出万有引力定律；没有统计学，无法发展分子运动论；总之，物理学的发展离不开数学。有时候，数学能更深刻地把握物理实质。任何一个基本或普遍的物理规律没有数学模式也是不可接受的。 实际上，要把深刻的物理实质和漂亮的数学形式有机地结合起来，在大多数情况下，人们还做不到这一点。特别是在前沿课题的研究方面。 三、数学原理成功的光辉典范 1、牛顿三大定律 牛顿三大定律就是一个把物理实质和数学原理有机地结合起来的光辉典范。这是因为牛顿三大定律用完美的数学公式精确地描述了物理上的碰撞过程。 由动量守恒定律可知，两物体碰撞前后的总动量保持不变，这只有两物体在碰撞过程中互相交换动量才行。因此，两物体碰撞过程的实质是双方交换大小相等方向相反的动量，也就是碰撞双方有大小相等方向相反的动量变化率。可以将任一方的动量交换率的大小定义为碰撞的剧烈程度——也就是力F，因此，由这一定义可直接得出F=mdv/dt=ma，这就是牛顿第二定律。 因为碰撞是相互的，两物体碰撞过程的实质又是双方交换大小相等方向相反的动量，如果将一方的动量交换率的大小定义为作用力F，另一方的动量交换率的大小就是反作用力-F，于是F=-F。这正好是牛顿第三定律。 如果物体不受碰撞，则其动量不会发生变化。因为质量是一常量，速度也为一常量。也就是物体将保持它的静止状态或作匀速直线运动。这又恰好是牛顿第一定律。 于是牛顿三大定律的数学表达式：v=常量、F=ma和F=-F就完整地描述了一个碰撞过程。 只要稍微思考一下，就会发现：碰撞与力这样紧紧地连在一起——在碰撞时间里，两物体的速度在不断地变化着，因而两物体不断地受到力的作用。碰撞过程开始，力的作用出现；碰撞过程结束，力的作用消失。同时，物体的被碰方向就是它的受力方向，碰撞作用点恰是力的作用点，碰撞剧烈程度的大小又正好是力的大小。这一切决不可能是偶然的巧合。因此，我们完全有理由认为力起源于碰撞。 尽管直到现在人们并没有真正理解牛顿三大定律和碰撞过程的本质关系，但牛顿第二定律的数学形式已经把力锁定为一个具体的碰撞过程。牛顿三大定律的数学形式把握了力的基本性质。 2、麦克斯韦方程组 麦克斯韦(James Clerk. Maxwell)站在法拉第和W.汤姆生的肩膀上，在创建电磁场理论的奋斗中经过三个步骤作了三次飞跃，使用高超的数学技巧，终于把电和磁统一起来，这就是著名的麦克斯韦方程组。不打算在此深入讨论这一专门问题，只作一些简单的介绍。 1856年，麦克斯韦在《论法拉第力线》一文中，发展了W.汤姆生的类比方法，用不可压缩的流体流线类比于法拉第的力线，把流线的数学表达式引到静电理中。流线不会中断，力线也不会中断。只能源于电荷或磁极，或者形成闭合曲线。麦克斯韦通过类比明确了两类不同的概念，一类相当于流体中的力，另一类相当于流体的流量。 1861—1862年期间，麦克斯韦曾经在《哲学杂志》上发表了题为《论物理力线》的论文。他借用兰金（W.J.M.Rankine）的“分子涡流”假设，提出自己的模型。他假设在磁场作用下的介质中，有规则地排列着许多分子涡旋，绕磁力线旋转，旋转角速度与磁场强度成正比，涡旋物质的密度正比于介质的磁导率。 麦克斯韦假定分子涡旋具有弹性，当分子涡旋之间的粒子受电力作用产生位移时给涡旋以切向力，使涡旋发生变形，反过来涡旋又给粒子以弹性力。当激发粒子的力撤去后，涡旋恢复原来的形状，粒子也返回原位。这样，带电体之间的力就归结为弹性形变在介质中储存的位能，而磁场力则归结为储存的转动能。 1865年，麦克斯韦发表了关于电磁场理论的第三篇论文：《电磁场的动力学理论》，全面论述了电磁场理论。这时他已放弃分子涡旋的假设。他指出：电磁场是包含和围绕着处于电或磁状态的物体的那部分空间，它可能充有任何一种物质。介质可以接收和贮存两类能量，即由于各部分运动的动能和介质因弹性从位移恢复时要作功的位能。 在这篇论文中麦克斯韦提出了有20个变量的20个方程。直到1890年，赫兹才给出简化的对称形式，整个方程组只包括四个矢量方程，也就是今天的麦克斯韦方程组。 麦克斯韦在电磁理论方面的工作可以和牛顿在力学理论方面的工作相媲美。他紧紧抓住分子涡旋这一物理实质，并以漂亮的数学形式表示出来，作出了伟大的历史综合，当然也是物理实质和数学原理相结合的光辉典范。 四、物理学不是数学 数学是对大自然的抽象，而物理则是对大自然的映象。因此，数学和物理有相同的基础。物理学中也有抽象，从而物理学中也必然包括数学；数学中也有映象，所以数学中也必然包括物理。把物理学和数学孤立和对立的观点是站不住脚的。但是，数学是以逻辑为主，物理学是以实验为主。数学只要合乎逻辑就行，而物理学则除了要合乎逻辑外还一定要合乎事实。把数学和物理学混同起来的观点也是不对的。从物理的观点来看，一个物理公式，其物理本质比数学公式更加重要。把握了物理本质，就保证了大方向不会错。而只注重数学公式，忽略物理本质，就可能会犯方向错误。在物理方向对头的情况下，数学水平越高，对物理本质的理解也就会越深。因此，数学修养太差的人，很难把握高深的物理本质。在物理方向不对头的情况下，数学水平越高，对物理本质的理解也就会错得越远。并不是数学越高，物理也就就越好。因此，数学不等于物理，数学不能代替物理。 因为物理学不等于数学，物理学的发展也不仅仅靠数学。数学是一种形式逻辑，光靠逻辑推理，物理学是不能前进的。物理学的发展主要依赖于新发现的自然现象。随着科学技术的不断发展，新发现的自然现象也将是层出不穷的。 数学中存在有许多客观上并不存在东西，这些当然就不适用于物理学了。数学中有很多人为的逻辑推理，在物理世界中并不存在。例如数学方程的解有很多不符合实际，必须删除才行。有很多数学公式并不符合和不适用于客观实际，有的在客观实际中根本就不存在。 五、数学原理失败的典型案例 1、地心说 在地心说中，希腊天文学家为了对行星运动给出合理的解释，特别按照毕达哥拉斯——柏拉图主义的传统，用完美的正圆运动的复合来再现行星的表观运动，即托勒密的本轮——均轮宇宙体系。随着观察资源的不断增多，到了哥白尼时代，轮子数已增加到了80多个。而根据日心说，只需用一个椭圆方程就解决了。 2、几何上的大统一 一百多年来，世界上包括爱因斯坦在内最优秀的科学家，想从几何上建立一个大统一的理论，尽管爱因斯坦花了后半生的时间也以失败而告终。这是为什么呢？这是因为他们把空间结构数学化和物理问题几何化。一组固定的几何方程式，怎么能描述万千变化的物理世界呢？这不是一种唯心的东西吗？可以认为它们的大方向错了。自然界的大统一只能从物质世界中去寻找，不能只从数学和几何中去寻找。这一教训是极其深刻的。 六、物理问题几何化的严重偏向 历史上，有时候由于各种因素的制约，理论研究会走向一个极端，它们追求的不是深刻的物理本质，而是漂亮的数学形式。这就难免会用漂亮的数学形式去掩盖其深刻物理本质。而且很容易滑进唯心论的泥潭。这样的教训是深刻的。 在科学界普遍有一种倾向，过于追求漂亮的数学公式，而忽视其物理实质，在深刻的物理实质和漂亮的数学公式发生冲突的时候，干脆把物理实质砍掉。如麦克斯韦总结出麦克斯韦方程式组以后，彻底抛弃了电磁物理模型，把磁的本质深深地隐藏电磁感应强度的散度为0这个公式之中。 偏面追求漂亮的数学形式，有愈演愈烈的趋势。 牛顿告诉德勒姆（Dreham）说：为了避免让那些在数学上知之甚少的人损害我的思想，我故意把《原理》写得深奥一些。牛顿在《原理》中故意突出数学。 麦克斯韦电磁场理论最初是借助于具有力学性质的“以太”涡旋模型进行物理类比而推导出来的。但是，后来麦克斯韦在重建电磁理论时全部删除了关于媒质结构的论述。好象麦克斯韦在泼洗澡水的时候连小孩一起泼出去了。在麦克斯韦的电磁场理论给予人的印象好象只剩下几个方程了。 在1913年，爱因斯坦与格罗斯曼联合发表的重要论文《广义相对论和引力论》中，他们提出了引力的度规场理论，用来描述引力场的不再是标量势，而是以10个引力势函数的度规张量，引力与度规的结合，把物理问题几何化。可以这样说，爱因斯坦已经把物理本质看得很淡，完全注重于数学形式了。 七、数学方程的物理意义 物理学中的量化是对大自然的量化，不是对其它什么东西的量化。而大自然首先是它的存在性，因而只有存在的东西才有意义。是深刻的物理本质决定还是由漂亮的数学方程式决定呢？显然是前者，只有把握了深刻的物理实质，大方向就不会错。数学是对物理实践活动的升华和抽象，它源于实践高于实践。由于它高于实践，所以被很多人所追求。一个无论多漂亮的公式，实质上只不过是一件漂亮的外壳，它不再含有具体的物理内容。 任何方程的解，可归结为是一些特殊的点线面。实际上，任何物质都是有大小的，严格地说，数学上没有大小的点，没有粗细的线和没有厚薄的面，在物理世界中都是不存在的。因此，点、线、面的概念甚至数学方程，在物理学上是建筑在沙滩上的，只能近似地去分析和理解它们。它不过是一种数学的抽象。 机械图纸上的实际尺寸都必须带有公差。实际的测量仪器和测量过程都有一定的误差，因此任何一个尺寸测量都不是绝对精确的，而只能给出其上限和下限。与长度的测量相似，质量和时间也是不可绝对精确地测量。除了那些计数值的测量以外，任何计量值的测量都不是绝对精确。因此任何过程是不可绝对精确地测量的。绝对精确的物理方程是不存在的。可以这样说，物理方程只是对具体过程的近似和模拟。那种认为物理方程的解一定是精确的看法是错误的和有害的。可以这样说，自然界是可以量化的，但是自然界是不能精确地量化的。 八、相对论中的物理本质问题 狭义相对论假设光速不变，但仅仅是个假设而已，并没有实验能证明，这样就和经典物理学产生了尖锐的矛盾。道理很简单，经典物理学讲速度合成，光速是可变的，光速不变只不过是一种数学游戏而已。 光速不变原理是根据迈克尔逊实验的零结果推出来的，可以证明，迈克尔逊实验的零结果的推导是错误的，因为零结果物理意义是以太在高频率的光的作用下变硬，以太对光呈现固体性质，对光而言，根本没有漂移的以太风，不是零结果才真是怪事呢！ 因此，洛仑兹变换是错的；狭义相对论中的钟慢、尺缩、不同时以及质量随运动速度的增加而增加的效应都是不存在的。 爱因斯坦广义相对论导出了一组物理方程，它们可以确定由物体的存在而产生的等效于引力的弯曲时空的几何。这些方程精确地确定了时空如何由于物质的存在而变弯曲。物质的质量和时空弯曲度之间的关系是简单的，但其计算是复杂的。为了描述时空中某点的弯曲，需要有20个坐标的函数来描写，其中10个函数对应于以引力波形式自由传播的弯曲部分，即“弯曲的涟波”。另外10个函数则由质量的分布、能量、动量、角动量、物质中的内应力及牛顿引力常数G来决定。 爱因斯坦广义相对论的这组数学方程，把方程绝对化，根本就不理会引力的本质是什么、引力波和奇点究竟存在不存在，只要有奇点解和蚯蚓解，宇宙中就一定存在奇点和蚯蚓洞。 什么是奇点？它是按照广义相对论推算出来的宇宙模式，在诞生宇宙的大爆炸之前，宇宙的质量、能量、空间、时间都密集在一个没有大小的奇点之中。推算的结果是，奇点中的质量、能量、都是无穷大，而时间、空间则为零。因此，在奇点中，无穷大的质量是如何运动的呢？只好认为：原有的物理学规律在那里都失效了，所以，只能称之为奇点。这都是数学的计算与推论，谁也无从看到，谁也没法验证，因此物理学中原有的规律在那里都失效了，这还是真实物理世界吗？毫无疑问，在这里已经把物理实质抛到九霄云外。奇点实际上没有任何物理意义。 |
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牛顿就此分析道，在第（1）、（3）阶段里，水和桶都有相对运动，而在前者水是平的，后者水面凹下；在（2）、（3）阶段里，无论水和桶有无相对运动，水面都是凹下的。牛顿由此得到结论，桶和水的相对运动不是水面凹下的原因。这个现象的根本原因是水在空间里绝对运动的加速度。这一解释当然是有问题的。水面凹下的原因是因为水受到向心力，而在牛顿力学里力是没有定义的。那自然就说不清水面为什么会凹下了。
绝对空间在哪里？牛顿曾经设想，在恒星所在的遥远的地方，或许在它们之外更遥远的地方。他提出假设，宇宙的中心是不动的，这就是他所想象的绝对空间。从现今的观点来看，牛顿的宇宙的中心是不对的，因为宇宙没有中心。不过，牛顿当时清楚地意识到，要想给惯性原理以一个确切的意义，那就必须把空间作为独立于物体惯性行为之外的原因引进来。爱因斯坦认为，牛顿引入绝对空间，对于建立他的力学体系是必要的，这是在那个时代“一位具有最高思维能力和创造力的人所能发现的唯一道路”。其实，爱因斯坦的这种想法也是没有道理的，牛顿之所以这样作，和爱因斯坦一样没有弄清力的本质。如果牛顿真正弄清了力的本质，就不必把空间作为独立于物体惯性行为之外的原因引进来了。 当代的物理教科书在讲牛顿力学时，为避免“绝对空间”的提法，都采用“惯性参考系”的概念。据考证，这想法是德国物理学家朗格（L.Lange）提出的。在牛顿力学的框架中，给惯性系下的定义是惯性定律在其中成立的一类参考系，即在此类参考系中，一个不受外力作用的物体总是作匀速直线运动的。若要再问，怎样知道一个物体有没有受到外力呢？没有人能回答！ 在一个参考系中，只要某个物体符合惯性定律，则惯性定律将对其它物体成立。我们把惯性参考系定义为“对某一特定物体惯性定律成立的参考系”，从这里我们再次看到，惯性不是个别物体的性质，而是参考系，或者说，时空的性质。用“惯性参考系”替代“绝对空间”，只是回避了牛顿力学的困难，但是并没有真正解决问题。 在牛顿力学的框架里，我们必须严格地区分“惯性”和“非惯性”两类参考系，在惯性参考系内，惯性定律和其它牛顿力学定律成立；在非惯性参考系内，牛顿三定律不成立。在所有惯性参考系之间，伽利略相对性原理成立，从而它们都是平权的。在非惯性参考系内则会出现一些“反常”现象。 同样地，这些“反常”现象也是人们至今没有弄清力的本质的缘故，如果人们真正弄清了力的本质，就不必严格地区分“惯性”和“非惯性”两类参考系。关于力的本质问题在第二章中会详细论述。 二、马赫的批判 但是，绝对时间和绝对空间毕竟是人为的抽象，经不起实践的检验和严密的审查。二百多年来，引起过不少人的怀疑和争议。到了 19世纪末，奥地利物理学家马赫（Ernst Mach， 1838—1916）在他的《力学史评》中深刻地分析了牛顿力学的基本概念以及由其反映的机械自然观，并作出了深入的批判。例如：马赫不同意把惯性看成是物体固有的性质，认为在一个孤立的空间里谈论物体的惯性是毫无意义的，提出惯性来源于宇宙间物质的相互作用。他针对牛顿的绝对时间和绝对空间，驳斥道： “我们不应该忘记，世界上的一切事物都是互相联系、互相依赖的，我们本身和我们所有的思想也是自然界的一部分。”“绝对时间是一种无用的形而上学概念”，“它既无实践价值，也无科学价值，没有一个人能提出证据说明他知晓有关绝对时间的任何东西。”马赫还指出，绝对运动的概念也是站不住脚的。他写道：“牛顿旋转水桶的实验只是告诉我们，水对桶壁的相对转动并不引起显著的离心力，而这离心力是由水对地球的质量和其他天体的相对转动所产生的。如果桶壁愈来愈厚，愈来愈重，最后达到好几海里厚时，那时就没有人能说这实验会得出什么样的结果。” 1883年，马赫在《力学的科学》一书的第二章第6、7节《牛顿关于时间、空间和运动的观点》中写道：“没有必要在这里提出的回顾中来评论牛顿，说他的行动又一次与他所提出来的只研究实在的事实的意图相矛盾。” “谁也没有资格预言有关绝对空间和绝对运动的事情，它们是纯粹思维的东西，是纯粹思维的产物。经验不可能产生它们。我们的力学原理，就象我们详细讲述的那样，是关于物体相对位置和运动的试验知识，即使它们现在在一些领域内被人们认为是有效的，但它们不会，也从来没有不经过实验检验就被接受的。任何人都没有理由把这些原理扩展到经验范围之外。事实上，这种扩展是无意义的，因为没有人具有必要的知识去利用它。” 马赫在《发展中的力学》一书中写道：“如果我们说一个物体K只能由于另一物体K′的作用而改变它的方向和速度，那么，当我们用以判断物体K的运动的其它物体A、B、C……都不存在的时候，我们就根本得不到这样的认识。因此，我们实际上只认识到物体同A、B、C……的一种关系。如果我们现在突然想忽略A、B、C……，而要谈物体K在绝对空间中的行为，那么我们就要犯双重错误。首先，在A、B、C……不存在的情况下，我们就不能知道物体K将怎样行动；其次，我们因此也就没有任何方法可以用以判断物体K的行为，并用以验证我们的论断。这样的论断因而也就没有任何自然科学的意义。”就是这样，马赫揭示出抛开一些物体(A、B、C……)用所谓绝对空间来描述运动是不可能的。绝对空间是缺乏自然科学的意义的。根据这种观点，马赫认为牛顿水桶中水面的形式，并不反映水桶是否相对于绝对空间有转动，而是反映水桶相对于地球和其它天体是否有转动。水面变凹，并不是由于绝对转动引起的，而是由于宇宙间各种物质相对于它们转动的水桶的作用结果。无论是水桶相对于宇宙间物质进行转动，或者是宇宙间物质相对于水桶在转动，二者结果是一样的，因为水面都会同样地变凹。因此，水面变凹仅仅能证明水桶与宇宙间其它物质(A、B、C……)之间有相对转动，而不能证明绝对空间的存在。马赫对水桶实验的分析，表现出他不仅把匀速运动看成是相对的(没有一个相对于绝对空间的绝对速度存在)，而且把加速运动也看成是相对的。 马赫的批判存在着三个问题。其一，牛顿很清楚绝对空间和绝对时间是纯粹思维的东西，是纯粹思维的产物。因为牛顿把书取名为《自然哲学之数学原理》，绝对空间和绝对时间当然也是数学抽象了。而且他直截了断地把绝对时间称为数学时间；其二，牛顿不仅有绝对空间和绝对时间的概念，而且也有相对空间和相对时间的概念。牛顿的相对空间和相对时间的概念和我们实际上的时间和空间的概念没有什么根本区别，很清楚，牛顿的相对时空是绝对时空的一部分，是对绝对时空的量度。马赫用相对时空去否定绝对时空并不高明；其三，马赫和牛顿一样，并不明白牛顿力学中最根本的问题是力的本质没有解决。如果弄清了力是物体的相互碰撞，我们只要把碰撞迭加到所研究的对象上，没有碰撞或碰撞正好能相互抵消的就是惯性系，否则就是非惯性系了。 因此，牛顿水桶中水面的形式，并不一定反映水桶是否相对于绝对空间有转动，只要反映水桶相对于某一惯性系是否有转动就行了。如果水桶中的水相对于近似惯性系的地球有转动，水一定会受到向心力，水面变凹这正是水桶中的水受到向心力的表征。那种认为宇宙间物质相对于水桶在转动，水面也会变凹的说法是没有任何道理的。宇宙间物质相对于水桶在转动，并不等于宇宙间物质不动，水桶沿相反方向转动。作匀速运的物体具有相对性，因为作匀速运动的物体不受力的作用。从受力的角度来看，转动不具有相对性，宇宙间物质在转动表明宇宙间物质受到向心力，水桶在转动只是水桶受到向心力，宇宙间物质在转动和水桶在转动是完全不同的两个事件。只要水不转动，无论宇宙间物质如何转动，水就不会受到向心力的作用，水面就不会变凹。例如，把地球和水桶一起放到银河中心，如果水桶本身不转动，水桶中的水面决不会无缘无故地变凹。 因此，自然规律的形式就只同碰撞有关而和坐标系的选择无关，一切参照系具有同等的地位，没有一个参照系处在特别优越的地位，从而根本无法探测到参照系本身的运动。只有这样，才能把惯性系、绝对运动、绝对空间真正地驱逐出实验科学的范围。 三、绝对时空观的实际意义 我们知道，在火车上会产生这样一种有趣的景象：顺着火车运动的方向，近处的物体相对于远处物体在倒退，远处的物体则相对于近处物体在前进。也就是说，近处的物体相对于远处物体有一个向后的位移，同样地，如果地球真的在运动，在地球轨道半径两端，就应该看到比较近的恒星相对于比较远的恒星有一个位移。这种现象在天文学上叫做视差位移，也就是地球轨道半径在该恒星处的张角。称为恒星的视差。恒星的视差很小，只有零点几个角秒。一直到十八世纪，终于测出了恒星的视差，证实了地球确实是在绕太阳转动着。这也就是人们测到了地球真的是在绕太阳转动。 因为人的眼睛所看到的物体的大小与物体和人的距离有关。同一个物体越远看起来就越小。如果物体在无穷远处，物体的大小就退缩成一点，物体运动的任一距离也退缩成一点，不难想象物体运动的速度永远为0，因此，无穷远坐标系就是一个绝对不动的坐标系。其实。天文上的恒星坐标系就是一个近似的绝对坐标系。同样地，我们完全可以把无穷远的天球看成是一个绝对不动的空间——绝对空间。 同样地，时间的精度也在不断地提高。第一台铯原子钟的发明，使得时钟的误差从摆钟的每天千分之一秒、石英钟的每天万分之一秒，精确到30万年不超过一秒。 在大多数人眼里，一秒钟只不过是时钟“滴答”一下。但是，对于许多实验物理学家来说，看似简单的“滴答”一下却是一个漫长的过程：铯原子在能级跃迁时要振荡9192631770次。相应的一秒钟精度，也就到了小数点后第9位。美国国家标准与技术研究所(NIST)和位于法国巴黎的国际标准局(BIMP)对时间的控制，实际上已经达到1亿年误差不超过1秒钟的水平。 如果采用更高更稳定的可见光频率来计时，与每秒高达10的14次方的光学振动相比，原子的10的9次方振动频率差了5个数量级。而伽玛射线的上限频率目前还未发现。我们以后得到的时间精度会更高。 总而言之，尽管绝对时空并不存在，随着科学技术的不断发展，人们发现的恒星会越来越远，恒星坐标系也会越来越远；同时，时间精度会越来越高。也就是说，人们正是由相对时空向绝对时空无限靠近。这就是绝对时空的实际意义。 |