为何说相对论是错的，错在何处（之二）

宇宙大爆炸只是光学影象，观测到的瞬间速度向观测方向旋转、其方向非物体运动方向，光速为速度最大值只是光学现象，存在超光速是正常状态

【摘  要】观测到的相对速度v是物体速度v’和光速c的合成。v、v’和c组成速度三角形，v’和c是直角边，v是高。v’的值无限止；随着v’不断增加趋于无穷大观测到的v逐渐趋近光速，永远小于光速；因此“光速是速度最大值”的论断，只适用于观测状态，不能用于真实的物体运动；而超光速是正常状态。观测中v产生时空旋转，当观测方向垂直于v’时，随v’从0到无穷大，v的方向从v’逐渐转到接近观测方向；除了沿观测方向而来者外，只要v’足够大v都是在离去。因此遥远的高速天体多在离去只是光学影象，宇宙大爆炸只是推演出的光学影象。v的方向是观测瞬间的方向，不表示观测中观测到的物体按v的方向运动。

【关键词】光学现象 超光速 相对速度 物体速度 速度三角形 时空旋转 观测方向

     “光速是速度的最大值”这一相对论的著名论断可谓影响广泛而深远，被推崇为普适真理。甚至被用于否定天文观察中观察到的超光速小云，中微子超观光速现象的实验也未能幸免，以理论否定了实验结果。其实，这一论断是有条件的，也可以说是错的。“光速是速度的最大值”来自“观测”这个光学过程，适用范围就是光学现象；但是这一论断的应用对象几乎都是真实物体的运动，而又未作适用性证明，所以说是错的。观测到的物体速度的方向是发生时空旋转（其实是空间旋转，向观测方向旋转）后的速度方向，不是真实物体的运动方向；以观测到的速度方向作为真实物体的运动方向，又不作适用性证明，所以也是错的。而遥远的高速天体都在离我们而去，就是一幅光学图象；由此推演出的宇宙大爆炸是解释观测到的遥远天体运动的，即大爆炸解释了观测到的宇宙的光学影象，而“真实的宇宙产生于大爆炸”是需要适用性证明的。

1               观测到的相对速度v是物体速度v’与光速c的合成，

当观察者接收惯性运动物体发出的垂直于运动方向的光，从物体发出光起算已经过观

察者时间t。经过同一个观察者时间t物体走过间隔x’，由于“尺缩”观察者观测到物体以速度v走过间隔x。v=x/t.。此时，x’与x的关系由常用型洛伦兹变换式的过原点形式描述。

                x’=γx                                            (1)

1式中，γ为洛伦兹因子。

                1/γγ＝1-vv/cc                                   （2）

观测到的物体运动间隔x与t的关系为v=x/t，所以把物体的运动间隔x’与t的关系定义为速度v’。v’的方向就是物体的运动方向。

                 v’=x’/t                                           (3)

     在观测中，观察者接收到以速度v’作惯性运动的物体发出的与物体运动方向垂直的光时，观测到的物体速度是v；因此v是v’与光速的合成。以四维闵可夫斯基坐标系描述观测到的物体运动，v’的方向与X’轴相同；观察者接收的是垂直于运动方向的光，所以光速与Z轴平行，也和ict轴平行，所以光速为ic；观察者的观测方向与Z轴相同，与ict轴相反（见图1a）。光速ic的变化率是1/ic，物体速度v’的变化率是1/v’，观测到的速度v的变化率是1/v；那么

                 1/v=1/v’+1/ic                                      (4)

                 1/v=1/v’-i/c                                      （5）

5式等号右边是复数，从复数的模可知

                 1/vv=1/v’v’+1/cc                                      （6）

从6式得1/v’v’ =1/vv-1/cc=1/((1-vv/cc)/vv)

                 v’v’=vv/(1-vv/cc)                                       (7)

结合2式

                 v’=γv                                                (8)

——8式显示：由于洛论兹因子γ是光学现象，所以观测到的相对速度v也是光学现象。是观察者观测到的物体运动的光学图象。

——8式和2式显示：观测到的相对速度v总是小于光速是光学现象。

——1，3，8式显示：与x和x’的关系（文献1）相同，v和v’的关系是由于物体以速度v’运动观察者才观测到相对速度v，因此在观察者观测到相对速度v的同时物体正以速度v’运动。

    v’虽然观测不到，和x’相同，但是可以在观测结束后测量物体沿惯性系位置的变化获得。

——7式显示：以3式表达的物体速度v’不但可以大于光速，而且可以无穷大。

——相对速度v接近光速的含义：在观察者观测到物体速度接近光速时物体正以近似无穷

大的速度运动。

2． 相对速度v的方向并非物体的运动方向，相对速度v、物体速度v’和光速c组成速度三角形

洛伦兹因子γ为

1/γ＝cosβ.                                          （9）

因此8式除了表示v和v’数量的关系为

                 v=v’*cosβ                                          (10)

还表示v的方向是从v’的方向旋转了β角，即v和v’交角β。β角是垂直光波前与-ict（观测方向）间的交角（文献1），这显示垂直光波前这一观测中的第三参考系决定物理量的时空旋转的角度和量值的变化率。观测中物体的速度发生了旋转，所以v的方向并非物体的运动方向。

从2式可知:sinβ*sinβ=1-cosβ*cosβ=1-(1-(vv/cc)).

                 v=c*sinβ                                           （11）

11式和10式显示在观察者接收物体发出的垂直于运动方向的光时，物体的运动速度v’与c垂直；在c和v’为直角边的直角三角形中v为高。5式中光速项的(-i)的含义是：观察者接收物体发出的垂直于运动方向的光观测到物体时在四维闵可夫空间中距物体发出光已过去（-ict）时间，因此观测到的是物体过去的影象，所以(-i)表达离我们而去的事件；另一个含义是，观察到的相对速度v向离我们而去的方向旋转；第三个含意是，v向观测方向旋转，因为观测到的物体是该物体过去的影象，而且观测方向与(-ict)轴同向（见图1a）。因此在需要知道速度间数值的关系外还需要知道速度间方向的关系时，需要以-c和v’和v组成的直角三角形表达。这是表达观测中物体的速度，光速和观测到的相对速度间的数值和方向关系的速度三角形（见图1b）

运动物体发出的垂直于运动方向的光-c和物体的速度v’和观测到的相对速度v组成速度三角形：-c和v’为直角边，v为高。-c和v’和v的空间关系见图1.

                      (a)                                     (b)

                                        图1

    图1采用四维闵可夫斯基坐标是为了便于和相对论比较。-ict轴和观测方向相同，是因为观测到的物体是该物体过去的影象。Z轴和观测方向相同，是因为接收物体发出的垂直于运动方向的光。

    图1（a）表示物体发出的垂直于运动方向的光经过ct时间到达位于S系O点的观察者时，惯性运动物体已沿惯性系S’以速度v’运动了x’间隔到达A’点，垂直光波前位于直线OA’。

    图1（b）是速度三角形。惯察者接收的是与物体垂直的光，而观察者接收到物体发出的光观测到的是物体过去的位置（过去的形象），时间以-ict表示，因此直角边是-c和v’。v’的对角是β。v从v’的位置（物体的运动方向）向过去旋转β角。

3.      物体的速度v’可以趋于无穷大，而“光速是速度最大值”只适用于观测到的光学现象，相对论把之用于真实物体的运动、所以说是错的，超光速是一种正常的运动状态

3.1 存在大于光的速度是正常状态

7式、8式和1式显示：物体速度v’可以无限增加，直至趋向无穷大。在洛伦兹变化式的空间式中，对与v’直接相关的物体的运动间隔x’并无限止，这与7式和8式是一致的；因此超光速运动是一种正常的运动状态。

3.2 v’和x’不属于相对论的“观测”的范围

观察者接收物体在t时间前发出的光观测到物体时，物体已以速度v’走过x’=v’t

间隔，物体已不在发出观察者接收到那一束光时所在的位置了。因此观察者观测到相对速度

v时是观测不到v’和x’的。v’和x’可以从物体与第三参考系间位置的变化获得。

3.3 光速只是观测到的速度的最大值

7式和8式还显示：观测到的相对速度v总是小于光速c，而物体速度v’可以无限增加。因此光速只是观测到的速度的最大值。

3.4 “光速是速度的最大值”的论断不能用于真实物体的运动；相对论用了，所以说是错的；超光速是一种正常的运动状态

由于8式的洛伦兹因子γ是反映光学现象间的关系的参数，因而观测到的最大相对速度v只是描述观测到的物体运动的光学参数。“光速是速度的最大值”的论断源于7式和8式显示的v是有极限的，极限值是光速c；而相对速度v是描述观测到的物体运动的，因而“光速是速度最大值”的论断只适用于观测到的物体的运动；是否适用于非观测的场合，需要另加证明。相对论在未证明的情况下就把之用于真实物体的运动，因此说相对论的“光速是速度最大值”的论断是错的，而超光速是一种正常的运动状态。

4.       相对速度v的时空旋转和空间旋转（图1）

    观测到的物体运动方向向过去旋转，可以理解为：观察者接收到物体发出的垂直于运动方向的光观测到物体时物体已离开发出光时的位置沿惯性系向前走过了间隔x’,观察者观测到的是过去的物体，因此观测到的物体速度v产生时空旋转，向过去旋转β角。由于观察者接收的是垂直于运动方向的光，因此闵可夫斯基坐标的-ict轴和空间轴Z轴的方向相同。见图1。这表示速度v不只是向过去旋转β角，还表示v在空间方面向离观测者而去的Z轴方向旋转β角。Z轴方向和-ict轴方向就是观察者的观测方向，称作时空旋转也好，称作空间旋转也好，其实就是向观测方向旋转！因此速度三角形还表示物体运动速度v’和相对速度v之间的空间位置的关系。

5.  “遥远的高速天体都离我们而去”只是观测到的光学影象，并不表示真实的天体在离去

天文观察中遥远的高速天体都在离我们而去，而银河系的星星和离我们近的河外星系却不是这样，至少是不明显；这是为何？

5.1 离我们而去的是高速天体的光学影象

观测到的物体相对速度v从物体速度v’的方向向着离我们而去的方向旋转β角（图2）。2式和9式和10式显示：一个以极高的速度（v’近似无穷大）从正侧向进入观测方向（视线）的天体，观测到的是该天体以近似c的速度沿近似视线的方向离去。当天体从垂直于视线方向以v’=1.732c进入视线,则观测到天体以旋转β=π/3方向,v=0.866c速度离去。当v’=c,观测到以β=π/4,v=0.7c离去。

当同一惯性系的不同观察者O和O1从不同的观测方向在同一时间观测到同一个惯性运动物体时，观测到的物体运动方向（v的方向）是相同的，即观测到的运动方向是唯一的。设想，如果对同一惯性运动物体从不同的观测方向观测到不同的运动方向，观察者会无法认观测到的是否是同一物体。（从不同方向观测到的v的值是不同的，从垂直于运动方向时的最大值，到平行时的v=0.）

                                       图2

观察者O和O1位于惯性系S。直线P与S平行。观察者O的视线与P垂直交P于O’点。惯性运动物体沿惯性系S1’向着观察者而来。S’与P成β角，S’和P与观察者的视线交于O’点（见图2）。与O观测到物体的同时，位于惯性系S的另一观察者O1接收到物体经过O’时发出的垂直于运动方向（v’）的光,观测到物体以v方向运动（见图2）。v的方向为向O1的观测方向旋转β’角。位于同一惯性系的不同观察者从不同方向、观测到同一惯性运动物体时观测到的物体运动方向（v的方向）是唯一的。否则会无法确定从不同方向观测到的是否同一物体（从不同方向观测到的v的值是不同的，从垂直于运动方向时的最大相对速度，逐渐变为平行时的0）。从2式、9式和10式可知，在v足够大时，O1观测到的β’角将处于β’大于β的区间；已过P线，进入O的离去的区间。因此O将观测到该物体在离去。例如，以π/4角从离去方向进入视线，而v>0.7c的物体，观测到的即时图象是正在离去；以π/3角从离去方向进入视线，而v>0.866c的物体，观测到的即时图象也是正在离去。而以π/2角沿着视线而来的物体是观测不到物体的相对速度v的（洛伦兹变化式的Z式显示此时观测不到空间间隔的变化）；此时只能放弃观测的方法，通过与第三参考系比较不同时刻物体空间位置的变化，测量（不是观测）走过的空间间隔，；当然，顺便确定了物体速度v’。所以存在超光速小云是正常现象，因为超光速不是观测到的而是测量到的，不属于相对论的范围，不受“光速是速度最大值”的限制。）

2式、9式、10式和速度三角形显示了：由于观测到的物体最大相对速度v发生旋转，不管真实物体的运动方向（v’的方向）如何，只要物体的速度足够快，我们观测到的是物体在离我们而去。正沿着观测方向而来者除外。因此，观测到遥远的高速天体都在离我们而去的原因，是观测到的速度发生旋转这种光学现象造成的；观测到的是光学图象。这显示，观测到高速度天体在离去，并不表示真实的高速天体中的大多数在离我们而去。天文观测中沿着观测方向而来的超光速小云从两方面表示出观测的局限性：首先，超光速小云的速度是通过测量小云位置的变化获得的，不是通过观测得到的，而且在天文观察中总能找到第三参考系，因此这已超出了相对论的观测的范围；其次，对于观测到的速度v，不提与观测到的运动间隔x的关系，更不提洛伦兹变化式中还有y’=y和z’=z这两个式子，以至对“超光速小云”问题无法用相对论加以解释，只能依靠爱因斯坦的威望以“观测误差”来搪塞。

6.  相对速度v的方向只表示观测到物体的瞬间，观察者所观测到的物体的运动方向；并不表示运动中的物体的运动方向

惯性运动物体沿平行惯性系中的S’系运动。观察者O位于S系。在O接收物体发出的

垂直于运动方向的光时观测到的v从物体运动方向向观测方向旋转β角。观测到物体正在离去。随着物体沿S系继续运动，位于S系的观察者O1、O2、…相继接收到物体发出的垂直于运动方向的光，每个观察者观测到的速度v都是从物体运动方向向观测方向旋转β；而物体始终沿S’系运动。因此，v并不表示物体的运动方向。v只表示观测到物体的瞬间观察者所观测到的物体速度，因此v是观测到的光学现象，观测到的物体向观测方向（离去方向）旋转β角也是光学现象。

                  v                       v                       v

S’(S) (O1)/β        (O2)/β        (O3)/β  v’

图3

7.        “宇宙大爆炸”是从观测到的光学现象推演出的光学影象

2式、9式、10式和速度三角形（见图1）显示：观测到的物体最大相对速度v向观测

方向旋转，只要物体的速度足够快，观测到的物体就是离去的；因此，观测到的遥远的极高速天体都是离我们而去的（沿着视线而来者除外）。显然，在观察者转一个角度后观测到的仍然是这样；在边旋转边观测的任何一次，观测到的都是遥远的极高速天体在离去。因此，观测到的遥远极高速天体都在离我们而去是光学现象。“宇宙大爆炸”是从这种光学现象解释宇宙演化过程的，尚未经实用性验证，所以说“宇宙大爆炸”是从观测到的光学现象推演出的光学影象。要验证“宇宙大爆炸”有一种既古老又直接的办法：通过连续的观测确定高速天体的位置变化。不知有没有天文学家愿意做这种需要极大耐心的沿续很长时间的观察。

参考文献：

1.        朱海隅。为何说相对论是错的（之一）。西陆论坛，挑战相对论，2014-6-22

2.  J.Terell. Phy. Rev. 116(1959)1041

3.  Victor.F.Weisskopt. Physics in twentieth century. The MIT Press, 1972

4.  Albort Einstein. The Meaning of Relativity. Princeton University Press. 1922

5.  Peter Gabriel Bergmann. Introduction to the theory relativity. S n j. 1947