《必须破除对伽利略相对性原理的迷信》节选

二、伽利略相对性原理得到过严格的论证吗？
那么，伽利略相对性原理成立的依据是什么？其物理本质又是什么？其实我们一点都不清楚！在每一本相关教材上所能查证的，也就仅仅是伽利略所描述的大船上的这些粗略的力学现象。虽然没有经过任何的论证，但我们每一个人都凭着曾经有过的“舟行不觉”的亲身感受，非常自然地认可了这一原理。
然而，在科学史上，人类单凭直觉经验而走过的弯路，难道大家都忘了？
 
三、坐标系相互之间如何运动，并不决定力学定律在其中是否有效
首先，力学定律在固定于地球的坐标系中是非常有效的，不然，伽利略、牛顿等科学家，怎么可能在地球实验室中，归纳、总结出力学定律呢？
…………
可见，坐标系本身如何运动，坐标系相互之间如何运动，都不是决定力学定律在其中是否有效的根本原因。
因此，主张不要迷信伽利略相对性原理，并非无稽之谈。
 
四、牛顿熟知伽利略相对性原理，为何仍提出绝对空间和绝对时间？
......可惜，牛顿本人终身未能找到绝对空间，其后的科学家们也一直没找到绝对空间，......
笔者认为，牛顿当初为这个绝对参考系选取了一个特别不好的名称，非常容易让人产生误解，误以为“绝对空间”就是空无一物的虚空。不过，我们也必须谅解牛顿，在他那个年代，这个绝对参考系只能是“空无一物”。
如今，电磁场、引力场这一类非分子原子构成的、无形的特殊物质，就和我们“所坐的椅子一样的实在”（爱因斯坦语），我们寻找“绝对空间”应该比牛顿有更广阔的视野。
 
五、牛顿力学赖以成立的“绝对空间”能通过水桶实验找到吗？
......有人会说且慢：既然“水桶周边的这个引力场是全宇宙物质所产生的引力场叠加而成的”，那么为什么z=ωωrr / 2g等式中仅含地球的引力场强度g，而不含太阳和其他远域物质的引力场强度呢？问题非常深刻且重大。但答案却非常简单：因为太阳对地球的引力，已被地球绕日转动而消耗殆尽；其他远域物质对太阳的引力，已被太阳绕银河中心的转动而消耗殆尽。这就是“远域的物质似乎与本域的惯性没什么牵连”的原因。
笔者从此以后，将把“决定本域物体惯性的引力场”称为“本征引力场”。“本征引力场”就是牛顿梦寐以求的“绝对空间”，也就是牛顿力学的绝对参考系。“惯性”正是起源于物体相对于“本征引力场”的加速。
你看，“本征引力场”居然把牛顿和马赫对于水桶实验的对立观点协调、统一起来了，重大的“惯性起源”问题竟然如此简单地解决了，牛顿力学从此也有了一个可靠的绝对参考系，再也不是“悬在半空中”、“筑在沙堆上”的学说了。若牛顿地下有灵，一定会感到非常的欣慰。
 
六、“绝对空间”与引力理论和宇宙图像有矛盾吗？
目前主流物理学界普遍认为“牛顿的绝对空间与引力理论和宇宙图像矛盾：夜黑（奥伯斯）佯谬和引力（纽曼-希林格）佯谬。”[11] 
所谓引力佯谬是指：宇宙中任一有限区域的物质（质量有限）将被区域外的物质（质量总和为无限大）所吸引，有限区域内的物质无法依靠自身的引力收缩成星体。——豆丁网。
其实，上一章笔者解释“为什么z=ωωrr / 2g等式中仅含地球的引力场强度g”的理由同样可以解释引力佯谬：尽管宇宙中无数颗恒星的引力之和为无限大，但是，各天体的运行已把它消耗掉了，其“综合影响”不是无限大，决不会把某一星体撕得四分五裂。
笔者还要提醒，宇宙空间各处的引力场强度一般是不均等的，因此，全宇宙不存在统一、均匀、平直的绝对空间，所有的绝对参考系都是局域的。
所谓夜黑佯谬是指：如果宇宙是无限静止的和均匀的，那么观察者每一道视线的终点必将会终结在一颗恒星上。那么不难想象，整个天空即使是在夜晚也会象太阳一样明亮。——360百科。
以往普遍认为“绝对空间”无法解释夜黑佯谬，那是因为大家把绝对空间看成是统一、均匀、平直的了，一旦认识到“绝对空间”不统一，不均匀，且始终在运动，那么夜黑佯谬的前提还存在吗？
真想不到，“绝对空间”与引力理论和宇宙图像竟然没有矛盾。
现在，让我们趁胜前进，扩大战果。
 
七、找到的“绝对空间”，竟然还能简明地解决其他悬疑问题！
1、惯性力有没有反作用力？
几乎每一本物理教科书都断言：惯性力是虚拟力，其特点是“不起源于物质之间的相互作用，因而没有反作用力”，但是，一些思想深刻的学者，如北师大物理教授赵峥、刘文彪等人则认为，这个“特点至今仍然使人感到迷惑”。[12]
根据上一章“惯性正是起源于物体相对于本征引力场的加速”这个结论，当然就有：惯性力是本征引力场对加速物体施加的力，其反作用力必然是加速物体对本征引力场施加的力。由于引力场这种物质是无形的，所以我们很难表述其受力点在哪里，这有待进一步的研究。
这符合牛顿第三定律和马赫的惯性力起源于物质间的相互作用思想。[13]
2、“光以太“存在吗？
尽管爱因斯坦否定光以太的存在，但我们都坚信，每一个关于运动的陈述都必然包含着一个物理的参考系，我们只能相对于其他物体来量度位移和速度。根据上一章的论述，既然本征引力场是牛顿力学的绝对空间、绝对参考系，那么光波作为一种运动，引力场为什么不可以是光波的绝对参考系呢？换言之，引力场为什么不可以是光以太呢？现在就让我们看看，用引力场就是光以太的观点，能否驱散那朵“物理学上空的乌云”。
关于迈克尔孙-莫雷实验：既然引力场就是光以太，那么地球当然是完全裹携着自己的本征引力场在公转轨道上运行的，而迈-莫实验则是在地球本征引力场内进行的，所以不管在哪个季节，不管是白天黑夜，也不管实验装置的方向如何转动，不同方向的光速都是相对于地球本征以太而言的，都是“相等的”，测试不到预期的“以太风”是当然的。
关于斐佐流水实验：斐佐实验中的流水，无论是正向流，还是反向流，都不会改变光路中的引力场，因为质量分布没发生变化，所以，光路中的以太完全没有被流水拖动。“部分拖动”实质上是由于折射介质的运动所致，与以太并无关系。
关于洛奇转盘实验：该实验中的钢锯圆盘，无论多重，也无论怎样高速旋转，因为其质量中心并没移动，高速旋转不会造成引力场发生变化，所以根本不会带动以太，这与地球公转会带动以太并无矛盾（地球公转时质心发生移动）。
关于布拉德雷光行差观测：英国物理学家斯托克斯认为，“紧挨着地球的以太应当整个地同地球一起运行，围绕地球的以太云在地球沿轨道运动时为地球所完全裹携走。不过，这云的各层是以不同的速度在运行的：云层离开地球越远，它的速度就越小。”[14] 根据上一章“全宇宙不存在统一、均匀、平直的绝对空间，所有的绝对参考系都是局域的”观点，斯托克斯对光行差的解释完全说得通，与其他相关实验的解释毫无矛盾。
物理学上空的这朵乌云，竟然被引力场就是以太的观点，驱散得无影无踪。
且慢，一定有人已经看出了问题：既然圆盘旋转不能带动以太，那么，地球自转时其质量中心也几乎没变动，应该也不会带动以太，迈-莫实验就应该测出以太风，而不应该是零结果。目光果然犀利。
其实，迈-莫实验并非真正零结果，“Jaseja等（1964）用氦-氖气体激光器做了迈克尔孙-莫雷实验……‘以太漂移’的上限是0.95公里/秒，在所有已完成的迈克尔孙-莫雷型的实验中这个上限是最小的。”[15] 也就是说，迈-莫实验只能否定大于0.95公里/秒的以太风，地球公转的以太风确实能被明确否定。但地球自转的最大线速度（赤道处）只有0.464公里/秒，高纬度的地方，线速度将更小，所以迈-莫实验无法否定地球的自转不产生以太风。
可以预言，如果能设计出更高精度的实验，终将会测出地球自转的以太风。
一定立即有人指出，1972年Cialdea做的两莱塞实验给出的“以太漂移”上限只有0.0009公里/秒，难道不能否定地球自转的以太风吗？其实，这是对该实验结果的误解：两莱塞实验只是“观察干涉条纹的周日和周年变化”[16]，仅仅能证实以太风昼夜变化的差异不大于0.0009公里/秒，而非以太风的绝对值不大于0.0009公里/秒，所以其并不能证明地球的自转不产生以太风。还有转动圆盘的穆斯堡尔效应等实验，也属同一类型。
3、为什么对于行星运动的描述，太阳坐标系比地球的要好得多？
这是因为，绝对参考系都是局部的，力学定律只有在各天体自己的本征引力场内才有效，行星是在太阳本征引力场内运行，只有参照太阳坐标系，行星的运动才遵循牛顿定律，对于行星运动的描述，当然参照太阳坐标系最好。而地面物体的运动，是在地球本征引力场内，当然参照地球坐标系最好。
4、为什么自由落体的升降机上，力学定律很有效？
这是因为，地球引力场对升降机的引力，已完全用来产生了升降机的自由落体运动，可以认为这一引力已消耗殆尽，所以，自由落体升降机的本征引力场，主要是由升降机本身的质量产生的。升降机上的物体，在升降机的本征引力场内运动，也就是在升降机的绝对参考系内运动，当然遵循力学定律。而且因为升降机的质量太小，本征引力场太弱，所以升降机内的物体几乎完全失重（相对于升降机）。
不仅仅在自由落体的升降机上和地球上，其实，在月球上，在一切自由飞行的天体（包括人造的飞行器）上，力学定律都非常有效，自转速度越慢，越有效。
有人一定会问，为什么“自转速度越慢，越有效”呢？
根据洛奇转盘实验可知，物体自转时，其质量中心并没移动，自转不会造成引力场发生变化，所以根本不会带动本身的绝对参考系。固定于自转天体上的坐标系，其本身并不是绝对参考系，天体自转的速度越慢，该坐标系与绝对参考系的误差就越小，其中的力学定律当然越有效。只有固定于无自转天体上的坐标系，才是绝对参考系，其中的力学定律才绝对完全有效。
地球是有自转的，地球实验室就不是绝对参考系，力学定律不是严格有效的。可以预言，在月球实验室内，力学定律将比地球上有效得多，因为月球自转比地球自转慢得多（地球自转是每天一周，而月球自转约每27.3天一周）。
上述这些悬疑问题能得到如此自然、简明、圆满的解答，让笔者越来越相信“引力场就是绝对参考系，就是绝对空间”这个观点是能够成立的。
 
八、牛顿第一定律的缺陷，支撑着伽利略相对性原理
伽利略相对性原理排除了相对于绝对空间的绝对速度，也就排除了绝对空间在理论中的地位。相对性原理与牛顿的绝对时空观是根本对立的。
现今找到了本征引力场就是绝对空间，相对于本征引力场的运动就是绝对运动，这让牛顿的绝对时空观得到了完整的体现，应该说，这就意味着必须放弃相对性原理。
然而，令人疑惑的是，伽利略相对性原理竟然得到牛顿第一定律（按理应该属绝对时空理论）的支撑，“惯性定律说明静止与匀速直线运动都是物体在不受外力作用下，能不断维持下去的状态；相对性原理则说明在静止与匀速直线运动这两种状态中，力学定律是相同的。……这就揭示了力学中的静止状态与匀速直线运动状态的等价性。” [17] 可见伽利略相对性原理和牛顿第一定律是相互支撑的，难道为了放弃相对性原理还要否定牛顿第一定律吗？
当然不是否定，而是必须对牛顿第一定律中的缺陷进行修正。
牛顿在第一定律中，改变了伽利略提出的“物体会沿着水平方向永不停止地一直运动下去”的惯性运动的表述，但牛顿并未给出任何理由。如今找到了绝对空间，惯性运动应该是物体相对于引力场而言的，那么，惯性运动的状态就应该与引力场的分布有关。在地球本征引力场中，水平面就是一个等势面，物体在只受到平衡力的情况下，只能是保持静止，或沿等势面匀速运动，唯有这样，牛顿第一定律才符合机械能守恒定律。
据此，应把牛顿第一定律修正为：相对于其所处的引力场，每个物体都保持其静止或按原方向并沿等势面作等速运动的状态，除非有外力作用于它迫使它改变那个状态。
对牛顿第一定律进行这样的修正，其优越性是明显的：
A、明确了牛顿第一定律的参考系是物体所处的引力场，而不同于原先那样没有明示，牛顿力学就不再是“悬在半空中”、“筑在沙堆上”的学说了；
B、修正后的牛顿第一定律不再与机械能守恒定律相抵触；
C、修正后的牛顿第一定律与伽利略的惯性思想保持一致。伽利略早就指出：“地球的惯性运动是圆周运动……。因此，伽利略的惯性原理，与笛卡尔的惯性原理或牛顿的惯性原理不同，必须把它称作为‘圆周惯性’原理。”[18]
D、保持了牛顿的绝对时空观在牛顿力学中的一致性、完整性。
如此修正之后，在牛顿力学中，静止状态与匀速直线运动状态不再具有等价性，伽利略相对性原理就完全失去了支撑。
 
九、为什么笔者在以上的全部论述中，始终回避“惯性系”这个名词？
可能已经有人发觉，在笔者以上的全部论述中，始终回避着“惯性系”这个名词。情况确实如此，因为笔者认为“惯性系”这个概念有进一步厘清的必要。
牛顿本人从来没有提出过“惯性系”这一概念。牛顿认为，力学定律得以成立的坐标系是“绝对空间”，“绝对空间”才是力学定律的绝对参考系。
然而，牛顿及之后的物理学家，始终没能找到“绝对空间”，而叙述牛顿力学又无法不牵涉其参考系，因此，近代的物理教科书在讲述牛顿力学时，为避免“绝对空间”的提法，大都采用德国物理学家朗格在1885年（牛顿去世150多年之后）提出的惯性系概念。朗格定义：惯性定律在其中成立的参考系称为惯性系。[19] 这一定义非常明确和实用，“一给定参考系是否惯性系的问题就成为观察和实验的事情了。”[20] 惯性系概念从此被普遍认可和广泛使用。
然而，爱因斯坦为了给相对论铺平道路，把惯性系概念搞得越来越复杂，越来越玄虚，什么“惯性系定义存在逻辑循环”，什么“只有当某一粒子离开其他物体非常遥远时，它才有资格充当惯性系”，等等，不一而足。以致一方面，朗格的惯性系定义被否定（但爱因斯坦仍经常会借用这一定义），另一方面，虽然“狭义相对论的整个理论都建立在惯性系的基础上，但是我们却无法定义或找到一个惯性系。” [21] 真可谓“怎一个乱字了得”。
既然“惯性系”仅仅是“绝对空间”的替身，那如今找到了“绝对空间”（绝对参考系），大可不必非要还用“惯性系”这个名词。
因此，笔者在以上的论述中，始终回避惯性系这个概念，以免引起歧义和无谓的争论。
 
十、总论
综上所述，我们可以看到，修正了牛顿第一定律的缺陷之后，静止状态与匀速直线运动状态不再具有等价性，这就意味着，如果力学定律在一个坐标系中是有效的，那么在其他相对于这个坐标系作匀速直线运动的坐标系中并不是肯定有效的，伽利略相对性原理显然不能成立。
固定在地球上的坐标系也好，固定在伽利略大船上的坐标系也好，都只是地球绝对参考系（本征引力场）很好的近似。它们既不等价，也不平权。
伽利略变换，仅仅是这些近似的绝对参考系之间精度很高、很实用的坐标变换方法而已。
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（来源：必须破除对伽利略相对性原理的迷信 2014-05-22 上海金标软件有限公司 费邦镜）