引言:在伽利略的年代无电磁场与万有引力场的概念,所以伽利略提出“相对性假设”及其由“相对性假设”推导出的“伽利略变换”就当然只对经典力学了;而后的麦克斯伟与牛顿等物理学家沿用“相对性假设”与“伽利略变换”到电磁场与万有引力场里。
而当电磁场与万有引力场物理与理论被研究地比较深入时,以及“洛伦兹变换”与“M-M实验”等众多实验被提及讨论与理论交流时,爱因斯坦重新提出“相对性假设”同样在电磁场与万有引力场里适用,说经典力学、电磁场与万有引力场等不再对“伽利略变换”协变,而对“爱因斯坦变换”协变。
这样,爱因斯坦就把经典力学、电磁场与万有引力场等理论从“绝对时空”带进了“闵时空”。这是巨大的进步,爱因斯坦似乎把“相对性假设(原理)”、“伽利略变换”、“爱因斯坦变换”、“洛伦兹变换”与“绝对时空”、“闵时空”之间的数理关系、及其与经典力学、电磁场与万有引力场等物理规律之间的关系全都理顺与解决了一样,但是仔细从数理逻辑上分析它们,却错误百出。
一、“(狭义)相对性假设”、“伽利略变换”、“绝对时空”三者数学等价
1.1“(狭义)相对性假设”与“伽利略变换”在数理本质上从来都是等价的
物理界都知道“绝对时空”、“伽利略变换”是脱离物理规律而错误的,而说“(狭义)相对性假设”错误是不可想象的。在他们看来在“相对论”里才有的“相对性假设”其与“绝对时空”、“伽利略变换”数学等价更是不可理喻;而物理的数学逻辑事实却是“(狭义)相对性假设”、“绝对时空”、“伽利略变换”三者在数理本质上等价。不然,难道连“绝对时空”概念都没产生的年代里,伽利略就先见般的提出“相对时空”里的理论?
伽利略提出“相对性假设”,后人根据“相对性假设”推导出一数学变换式就命名为“伽利略变换”,所以,不论“相对性假设”先在经典力学中使用、后在电磁场与万有引力场等理论中使用,还是“相对性假设”是否能在经典力学、电磁场与万有引力场等理论中适用,还是爱因斯坦曾经推广了“相对性假设”的使用范围而使后来的“(狭义)相对性假设”在与伽利略的“相对性假设”在使用范围上有区别,但是这些都从来没有改变“相对性假设”与“伽利略变换”的数学本质。
因此,“(狭义)相对性假设”与“伽利略变换”数学等价、有一样的数学式:
x’=x-vt, y’=y, z’=z, t’=t, (时间t不随速度等物理量变化而变化)
所以,“伽利略变换”就是“(狭义)相对性假设”的数学表达式、“相对性假设”就是“伽利略变换”的理论名称,“相对性假设”与“伽利略变换”数理上等价;所以,爱因斯坦说“(狭义)相对性假设”只属于“相对论”的论断是错的。
“相对性假设”要求时空在速度等各种物理量变化的前提下保持时空的均匀不变性,即要求时空与速度等各种物理量无关而独立存在、要求时空与“物质质量及运动状态”无关;所以,“相对性假设”要求物体运动速度与光速值是无上限的,在数学上表示就是当物体运动速度与光速值无上限时,所在时空在速度等各种物理量变化的前提下保持时空的均匀不变性、时空里的一切惯性系平权、所有无质量点的运动规律在所有惯性系中都具有相同的形式。
就是说“(狭义)相对性假设”在数学上的本质是要求物体运动速度与光速值是无上限的,而“伽利略变换”同样是“绝对时空”里的“无质量点的运动规律在所有惯性系里都有相同的形式”的数学表达式,同样要求时空在速度等各种物理量变化的前提下保持时空的均匀不变性,同样在数理上要求运动速度值与光电磁波速无上限,所以两者等价。
所以,“(狭义)相对性假设”与“伽利略变换”的数学式应该为:
x’=x-vt, v∈(-∞,+∞) y’=y, z’=z, t’=t, (时间t不随速度等物理量变化而变化)
在物理历史上,式中速度v∈(-∞,+∞)书写时老是被省略了,时间久了,反而使人忘记掉了“(狭义)相对性假设”与“伽利略变换”要求运动速度值与光电磁波速无上限的数学本质。
因此,“(狭义)相对性假设”与“伽利略变换”在数理本质上自洽的前提都是要求运动速度值与光电磁波速无上限;但是,现实宇宙中的光电磁波的速度值不是无限大,所以光电磁波的物理本质就证明了“(狭义)相对性假设”与“伽利略变换”的物理错误。
1.2 为什么伽利略会提出错误的经验总结——“相对性假设”与“伽利略变换”
“(狭义)相对性假设”与“伽利略变换”在数理上自洽的前提都是要求运动速度值与光电磁波速无上限,这样一物体相对另一物体无论以多大的速度运动,两物体间的速度差与无穷大速度的比值都是零,这样“相对性假设”与“伽利略变换”就适用它们的速度变换。
不然,当物体运动速度值与光电磁波速有一上限值V时,两物体间的速度差v与V的比值v/V就不是零,“相对性假设”与“伽利略变换”就不适用它们的速度变换;而当这个上限值V越大、运用“相对性假设”与“伽利略变换”计算的结果与物理实际的偏差值就越小、即物体间的相对运动速度用“伽利略变换”进行计算的结论与物理实际值越接近、理论的错误性越难被发现;反之,偏差值就越大、理论的错误性越容易被发现。
因此,“伽利略变换”、类“爱因斯坦变换”、“爱因斯坦变换”有相同的变换式形式,运动坐标表达式分别为:
“伽利略变换”运动坐标表达式,
x’=(x-vt)/F(v,∞),∵F(v,∞)=1,∴x’=(x-vt)/F(v,∞)= x-vt, y’=y, z’=z, t’=(t-xv/∞∞)/ F(v,∞)=t,
类“爱因斯坦变换”运动坐标表达式,
x’=(x-vt)/ F(v,V), y’=y, z’=z, t’=(t-xv/VV)/ F(v,V),
“爱因斯坦变换”运动坐标表达式,
x’=(x-vt)/ F(v,C), y’=y, z’=z, t’=(t-xv/CC)/ F(v,C),
因此,只要把变换式中的运动速度值与光电磁波速上限值分别取∞、V、C,就是“伽利略变换”F(∞)、类“爱因斯坦变换”F(V)、“爱因斯坦变换”F(C);所以,爱因斯坦曾经说过的在“爱因斯坦变换”中我们以无穷大值代换光速C就可以得到“伽利略变换”的话,是对的;同样,“伽利略变换”仅仅是“爱因斯坦变换”在低速情况下的近似,而不是等于低速情况下的“爱因斯坦变换”。
因此,当运动速度值与光电磁波速有上限值V时,“伽利略变换”就不再成立,其就变成了类“爱因斯坦变换”;而当运动速度值与光电磁波速的上限值V等于C时,就是“爱因斯坦变换”了。这样在数理变换上就进一步证明了“相对性假设”与“伽利略变换”等价,因此,能在物理与数学上证明“伽利略变换”是错误的例子,同样能证明“相对性假设”的错误。
宇宙中的光速值相比于人类运动的速度值是非常大的、光在1秒钟可以绕地球赤道7圈多,人类运动的速度值在光速面前是几乎可以忽略不计,所以与地面保持声速以内的“伽利略大船”因速度慢、物体间的相对运动速度用“相对性假设”与“伽利略变换”计算得到的值与物理实际仅存在10的负12~17之间的精度偏差,非常接近而几乎察觉不出来;所以才使伽利略认为“伽利略变换”与“相对性假设”是对的一样而发现不了错误。因此,在伽利略的年代,他提出这样错误的感性认识与“地心说”、“重物先落地说”一样正常。
然而,就是这个非常小的偏差,才使先前所有的物理学家同样都不知道“相对性假设”要求运动速度值与光电磁波速无上限的错误。同样就是这个非常小的偏差,使已经进入“相对时空观”时代的很多人还相信“伽利略变换”是正确的。
至于说什么“伽利略大船”要密闭、或在一望无际的大海中等,都是与物理本质无关的要求描述;而说“伽利略大船”的质量要非常大、大到地球相当的质量,那就又回到万有引力场物理中有特殊参考系的“某一变换”的协变本质了。即使这样,“伽利略变换”还是摆脱不了要求运动速度值与光电磁波速无上限的物理错误。 |