二、物体运动速度值有上限的“相对时空”里必然存在一特殊参考系
2.1 从哥白尼、伽利略、牛顿、爱因斯坦的理论看特殊参考系的物理历史
哥白尼(1473-1543)的“日心说”比伽利略(1564-1642)的“伽利略相对性原理”早诞生几十年,“日心说”就是从宇宙实际运行规律与物理上建立起的承认质量、力与加速度等物理作用的理论学说;现在我们知道主要精神是讲有特殊参考系,就是天体间运动有“特殊质心参考系”的存在。
伽利略不知道“日心说”的内涵为大质量天体的万有引力场就是该区域运动物体的特殊参考系,才提出了要求“物体运动速度值的上限为无穷大”才无特殊参考系的“伽利略相对性原理”。“伽利略变换”由“伽利略相对性原理”推导而来,所以相信运动速度可以无穷大的牛顿(1643-1727)才没有否定“伽利略变换”与“伽利略相对性原理”而持有“绝对时空观”。
而到了爱因斯坦(1879-1955)时代,科学界还是不知道“物体运动速度值的上限为无穷大”才无特殊参考系的关系,导致爱因斯坦的“相对论”是无特殊参考系的理论。
因此,“闵时空”仅仅是“狭义相对性原理”与“相对时空”的矛盾体,犹如“闵时空”里无特殊参考系的“运动规律在所有惯性系里都有相同的形式”仅仅是“狭义相对性原理”与“相对时空”里有特殊参考系的“物理规律在所有参考系里都有相同的形式”的矛盾体一样。
时空要求“速度的上限为无穷大”与“无特殊参考系”一一对应,在物体运动速度值有上限的“相对时空”里,若无特殊参考系就会出现以下错误:
1)在物体运动速度值有上限的“相对时空”里若无特殊参考系,那么不但光电磁波速值就无法测量与定义,还造成一切参考系都是特殊参考系一样、万有引力场就不能在时空里存在。
那么就不需要“洛伦兹变换”的作用使其它参考系保持对电磁波有相同的上限值了,即所有参考系可通过“伽利略变换”保持对电磁波有相同的上限值了;这与前提矛盾。
2)“光速不变原理”的物理内涵为“光在真空中某处的速度值与光源的运动状态无关(不论光源是在匀速运动还是加速运动)”就说明物理事实是在万有引力场特殊参考系里得到的、其它参考系通过“洛伦兹变换”保持对光电磁波协变、“光速不变原理”适用于所有参考系。所以,有特殊参考系的“相对性原理”与“相对时空”才符合物理实际与数学自洽。
因此,不论“(狭义)相对性原理”与“伽利略相对性原理”有什么人为历史关系,只要它们要求无特殊参考系,必然在“相对时空”里错误、不符合物理实际;而不论历史上人为把它与“相对时空”联系在一起、爱因斯坦如何说它比“伽利略相对性原理”先进。那么,建立在“狭义相对性原理”之上、同样要求无特殊参考系的“广义相对性原理”同样物理错误。
2.2 “狭义相对性原理”仅仅是改了名字、错误扩大使用范围了的“伽利略相对性原理”
“伽利略相对性原理”是“绝对时空”里无特殊参考系的“物理规律在所有惯性系里都有相同的形式”,因“绝对时空”要求“物体运动速度值的上限为无穷大”,时空就在速度等各种物理量变化的前提下保持均匀不变性、无特殊参考系,即时空与速度等各种物理量无关而独立存在、无“尺缩钟慢”。
要求“运动速度值的上限为无穷大”,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、就必然无特殊参考系、无“尺缩钟慢”。
因此,“狭义相对性原理”、“伽利略相对性原理”与“伽利略变换”数学等价而都无特殊参考系,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)
所以,“伽利略变换”就是“狭义相对性原理”与“伽利略相对性原理”的数学表达式。
在物理历史上,就是式中速度v∈(-∞,+∞)书写时老是被省略;时间久了,反而使人忘记了“伽利略相对性原理”与“伽利略变换”要求运动速度值的上限为无穷大才无特殊参考系的数学本质。
而当运动速度值有一上限值V时,两物体间的速度差v与V的比值v/V就不是零,就必然有特殊参考系;即运动速度值有上限的“相对时空”里就有特殊参考系“洛伦兹变换”与“尺缩钟慢”。
因此,“伽利略变换”、“洛伦兹变换”有类似的变换式形式,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,
所以,“绝对时空”在速度等各种物理量变化的前提下保持均匀不变性、时空与速度等各种物理量无关而独立存在、无“尺缩钟慢”。
“洛伦兹变换”运动坐标表达式,
x’=(x-vt) F(v,C),F(v,C)=1/√1-(vv/CC) y’=y, z’=z, t’=(t-xv/CC) F(v,C),
所以,时空与速度等各种物理量有关、有“尺缩钟慢”。
所以,只要把变换式中的光电磁波速上限值分别取∞、C,就是“伽利略变换”F(v,∞)、“洛伦兹变换”F(v,C);说明2个时空有本质区别而不能共存、2个变换不能在同一时空中成立。
在“相对时空”里,当这个上限值V越大、相同速度条件下的“尺缩钟慢”越不明显、运用“绝对时空”里的“(狭义)相对性原理”或“伽利略变换”计算的结果与物理实际的偏差值就越小、理论的错误性越难被发现;反之,相同速度条件下的“尺缩钟慢”就越明显、偏差值就越大、理论的错误性越容易被发现。
2.3 宇宙中的“特殊参考系”不是物理学上的“绝对静止系”,并与各种时空的关系
物理学上有“绝对静止参考系”这一概念,而宇宙中是没有“绝对静止参考系”;1965年就发现的“宇宙背景辐射”同样是随着加速膨胀的宇宙运动着,宇宙自身都在膨胀运动、处处在运动,所以宇宙中无“绝对静止参考系”。
但宇宙中处处光速有上限,所以处处有特殊参考系;对于这个特殊参考系,物理上是没有要求它是“绝对静止系”,更无必要一定为宇宙其它区域都适用的“绝对参考系”。因此,光速有上限就是特殊参考系存在与“相对时空”成立的明证。
但现在还有很多人错误地认为只要有“绝对静止参考系”存在,那“相对性原理”与“相对时空”就错误。这个想法还是跟“相对性原理”与“闵时空”要求无特殊参考系、并认为特殊参考系就是“绝对静止参考系”的缘故;物理学上的“绝对静止参考系”与“相对性原理”、“相对时空”没必然的关系,“绝对静止参考系”的有无不是判断“相对性原理”、“相对时空”对错的根据。
所以,物体运动速度有上限就必有特殊参考系的“相对时空”里的参考系不是平权的,更何况“广义相对论”中的万有引力场理论的主要精神就是讲万有引力场特殊参考系的;“双生子悖论”在参考系平权的理论中就是悖论,而在万有引力场中就符合物理。
宇宙上千亿的星系中大多有上千亿的恒星系在运动着,恒星系里又有很多行星系在运动着,所以行星系的万有引力场叠加在恒星系、星系的万有引力场上运动着。因此在运动学上,“地心说”与“日心说”描述运动看似一样,而在动力学上“地心说”就明显错误了,所以宇宙一区域的万有引力场中的占主要地位的大质量天体质心的万有引力场(本征万有引力场系)时空在计算应用上就是特殊参考系、而在理论严格意义上来说物体运动所在处的总万有引力场时空系就是特殊参考系。
地表总万有引力场系=地球万有引力场+太阳系万有引力场+银河系、河外星系的万有引力场
在地表及其附近时空的总万有引力场系中,地球万有引力场就占到90%以上了,太阳系万有引力场几乎小一个数量级别为9%左右,而银河系与河外星系的万有引力场就几乎更小到只有1%左右;所以,在太阳表面附近的特殊参考系就是太阳的本征万有引力场时空、在地球表面附近的特殊参考系就是地球的本征万有引力场时空、在日地之间的特殊参考系就是日地质心的万有引力场时空。
因此,在地表附近、地球万有引力场占绝对主导的区域时空中,地球的本征万有引力场系就是其间一切运动物体、包括电磁波、万有引力波的特殊参考系;麦克斯韦方程组对地面保持有特殊参考系的“洛伦兹变换”协变才合乎物理。
所以,以前在地面静止实验室系里的“M-M(迈克尔孙-莫雷)实验”与“穆斯保尔效应”等实验的原理与方法都错误了,它们在地面静止实验室系里既不能检验“相对性原理”的对错、亦不能测量到“以太风”;在地面静止实验室系里的“M-M(迈克尔逊-莫雷)实验”几乎是得到零结果的、仅有一点微弱的干涉,这与地表静止的光纤陀螺还会一点转动一样。
而在地球异步卫星上做实验,实验效果就非常明显了;地球异步卫星的高度与角速度越大,干涉越明显。所以,迈克尔逊干涉仪是测量一天体附近自身万有引力场在宇宙总万有引力场时空中的比重大小的仪器;干涉越明显就说明天体自身万有引力场越小、其做为附近运动物体的特殊参考系的物理效果就越失真。
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