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挑战相对论，从完善牛顿力学着手 费邦镜 2016/07/26
摘要：本文指出了对相对论屡攻不下的原因——相对论以“惯性”相关概念为基础，而几乎全部与“惯性”相关的问题都是悬疑问题。因此，惯性定律（第一定律）本身必然存在瑕疵。本文致力于探寻第一定律的瑕疵并修正之。1、明确了第一定律的实验基础是伽利略斜面实验，根据该实验，惯性运动是沿水平面的，而不是沿直线；2、论证了第一定律所适用的参考系是引力场，而不是绝对空间或惯性系；3、论证了惯性就是万有引力，物体在恒定大小引力作用下所作的运动才是惯性运动；4、对第一定律进行了修正。这个修正，优越性明显，使得牛顿力学更加完善；5、揭示了相对性原理明显违反事实，而修正后的第一定律，则为否定相对性原理提供了理论依据。
引言 狭义相对论自1905年创建后，曾受到许多著名物理学家的怀疑甚至反对。如洛伦兹、迈克尔逊、J.J.汤姆逊、庞加莱等等，他们直到去世，都不肯放弃“以太”观念，不赞同相对论；被爱因斯坦尊称为相对论先驱者的马赫，更是断然否认自己的思想与相对论一致，明确反对相对论。长期不接受相对论的并非仅此几位，1921年爱因斯坦获得了诺贝尔物理奖，评委会特别申明，此奖并不是由于相对论。 一般都说，这是由于人们的思想长期受到传统观念的束缚，一时难以接受崭新的时空观所致。然而，经过100多年的宣教，崭新的时空观早就不再崭新，相对论早就应该易于被人接受了。然而很不幸，目前的局面正如北师大赵峥先生说的那样：“老师和同学往往觉得理解上非常困难。对于同学提出的五花八门的问题，老师感到难以招架。许多中学老师干脆略去相对论部分……大学老师无法略去不讲，于是下了很大工夫去钻研，但许多人仍感到底气不足”。这种局面，不是“一时难以接受崭新的时空观”所能解释的，也不符合“大道至简”这个普遍理念。 一百多年来，人们对相对论的质疑从来没有停息过，不少具有独立人格的思想者，确实已经从不同角度发现了相对论的一些破绽，然而，他们的挑战如同洛伦兹、马赫这些大物理学家的反对一样，不见成效，相对论依然坚如磐石。 这是为什么呢？我逐渐领悟到，这与牛顿力学本身还不够完善有关！ 郭汉英先生早就指出：“作为一个理论体系，牛顿理论并没有完成”。几乎全部与“惯性”相关的问题都是悬疑问题。如：惯性运动为什么是沿直线的？惯性的起源是什么？为什么无法找到一个真正的惯性系？等等，而相对论恰恰就是以“惯性”相关概念为基础的。赵峥先生指出：“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”。 不先破解这些悬疑问题，就无法辨析相对论的基础，挑战当然难见成效。 既然与“惯性”相关的问题都是悬疑问题，那么，第一定律（惯性定律）本身就必然存在瑕疵。 物理学是实验为王的科学，就让我们先探究清楚第一定律的实验基础。
一、斜面实验是第一定律的实验基础，根据该实验，惯性运动是沿水平面的 第一定律的原型是惯性律，对于惯性律的探讨，从古希腊中期至牛顿就有2100多年的历史，然而，“伽利略才是科学史上第一个用严格的科学论证提出惯性律的科学家。”[1] 伽利略通过斜面实验发现，当一个球沿斜面向下滚时，其速度增大，而向上滚时，其速度减小，由此推断，当球沿水平面滚动时，其速度应不增不减，球将永远滚动下去。在另一个斜面实验中，伽利略相对地安置两个斜面，当球从一个斜面的顶端滚下后，即沿对面的斜面向上滚，达到原来的高度……于是他推断：若将后一斜面安置成水平，显然球要永远滚下去。 伽利略把上述斜面实验的结论概括为惯性律：物体沿水平面运动，没有受到任何阻力时，那么它的运动是均匀和永无止境的，任何物体都不能自己变换运动状态。[2] 显然，根据斜面实验，惯性运动是沿水平面的！ 斜面实验意义重大，爱因斯坦对此高度赞扬：“伽利略的发现以及他所用的科学的推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正的开端。”[3] “物理学的真正开端始于斜面实验”已成为物理学界的共识。 笛卡尔也提出过自己的惯性律，他的惯性运动却是沿直线的，不过，他“完全是从哲学的角度考虑问题，把这一切都归因于上帝的安排。”[4] 在惯性律方面对牛顿产生直接的和主要影响的，正是伽利略和笛卡尔。 面对伽利略和笛卡尔不一致的惯性运动方式，最终，“牛顿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，明确提出惯性的运动是直线运动而不是水平运动”。[5] 但是，未见牛顿给出理由。 要判断这个改变是否恰当，理应先搞清楚第一定律所适用的参考系是什么。 参考文献一 [1] 阎康年，牛顿的科学发现与科学思想，湖南教育出版社，1989，P140、138 [2] 林德宏，科学思想史，江苏科学技术出版社，2004,P87 [3] A.爱因斯坦，物理学的进化，上海科学技术出版社，1979，P4 [4] 郭奕玲 等，物理学史（第2版），清华大学出版社，2009，P12 [5] 朱鋐雄，物理学思想概论，清华大学出版社，2009，P17
二、第一定律所适用的参考系是引力场，而不是绝对空间或惯性系 我们都坚信，研究运动问题的第一步是先确定参考系，然而，普遍认为牛顿并没有明确给出牛顿定律所适用的参考系。于是： 爱因斯坦分析说：“牛顿引入绝对空间，对于建立他的力学体系是必要的。”[1] “如果给古典的惯性原理以确切的意义，就必须把空间作为物体惯性行为的独立原因引进来。”[2] 赵凯华先生的《力学》剖析：“牛顿力学的理论框架本身并不能明确给出什么是惯性参考系。牛顿完全了解自己理论中存在的这一薄弱环节，他的解决办法是引入一个客观标准——绝对空间，用以判断各物体是处于静止、匀速运动，还是加速运动状态。” [1] 郑永令先生的《力学》直接指出：“牛顿声称自己研究的运动是在‘绝对空间’和‘绝对时间’中进行的‘绝对运动’，因而在他看来，第一定律应在‘绝对空间’成立。”[3] 物理权威们几乎一致推断牛顿定律所适用的参考系就是“绝对空间”。 这些推断显然都是传承于马赫对水桶实验的那个天大误解——水桶实验是为了论证“绝对空间”的存在！ 何以见得这是误解？因为牛顿说得很清楚：水桶实验只是论证了“绝对运动”的存在，所谓“绝对运动”则是指相对于“绝对处所”的运动，而“处所是空间的一部分，为物体占据着”，[4] 或“处所为某种东西均匀填充的一部分空间”。[2] 可见牛顿的本意是：“绝对处所”并非“绝对空间”，水桶实验中的水是在相对于“绝对处所”作绝对运动。遗憾的是，受时代的限制，牛顿终生没能找到“绝对处所”，以致马赫把“绝对处所”和“绝对空间”混为一谈，误认为水桶实验是为了证明“绝对空间”的存在。 物理权威们在马赫这个误解的影响下所作出的错误推断，使得牛顿力学处境尴尬，因为谁也无法参照“绝对空间”确立什么参考系。 为了掩盖这个尴尬，在马赫批判“绝对空间”之后两年，德国物理学家朗奇1885年“用惯性系取代绝对空间，将牛顿力学体系建立在惯性系的基础上，从而使牛顿的力学定律在‘消除’绝对空间的条件下，仍能保持其全部物理意义”。[2] 朗奇定义：第一定律在其中成立的参考系称为惯性系。但是，判断第一定律是否成立又必须在惯性系中进行，因此爱因斯坦指出，惯性系概念是逻辑循环。[5] 况且，力学教科书中有定义：“作为研究物体运动时所参照的物体，称为参考系”，[1] 可见参考系首先得是“物”，但是，谁也不知道惯性系是什么“物”。 爱因斯坦也不得不承认：“究竟是否存在一个惯性系的问题，直到现在还无法决定”。[5] 他还认为：惯性系概念的逻辑循环“显示出经典物理学中的一个严重的困难，……整个物理学都好像是筑在沙堆上一样。”[5] 然而，若不采用“惯性系”，则又势必回到采用“绝对空间”的尴尬，物理权威们进退两难。于是，现在的力学教科书上既写着“第一定律应在绝对空间成立”，而更普遍的则写着：第一定律只在“惯性系”中成立。 其实，牛顿力学本来并没有这些尴尬，这些尴尬只是始于马赫对水桶实验的误解。只要能把水桶实验的“绝对处所”指认出来，牛顿力学所适用的参考系自然就水落石出了。 教科书上有一道关于水桶实验的例题：“一水桶绕自身的竖直轴以角速度ω旋转，当水与桶一起转动时，求水面的形状。”答案是：水面为旋转抛物面，方程为：z=ω2r2 /(2g)。[3] 该方程显示，水呈抛物面的唯一外因是地球引力场强度g，这似乎可以理解为是由于水相对于地球引力场发生了旋转。 如果把地球引力场看成是水桶实验的“绝对处所”，那是何等的简单、明快！这也不是没有理由：因为我们知道，引力场也是一种物质，当然可以被填充在绝对空间中而成为绝对处所。牛顿当年想用托里拆利真空实验寻找这种物质，当然以失败告终。 马赫批判牛顿的理由是：“物体的运动是指物体之间的关系而言，如果忽略其他物体A、B、C……而企图谈论绝对空间中物体K的运动，则是错误的”，[2] “根本不存在绝对空间；转动不是绝对的，而是相对的，产生惯性离心力是水相对于全宇宙物质（遥远星系）转动的结果。”[6] 如果引力场就是绝对处所，那么，“水”相对于“地球引力场这种物质”的转动，难道不正是相对的吗？“全宇宙物质”是通过什么作用于水的呢？难道不就是“引力场”吗？牛顿只不过是一时说不出这个“绝对处所”是什么东西罢了。如果当年牛顿能指出水是在相对于引力场这种物质转动，那么，马赫还有什么理由批判牛顿呢？“引力场就是绝对处所”这个观点，居然可以把马赫与牛顿对水桶实验的认识协调统一起来，太和谐了。 有人质疑：既然水是相对于全宇宙物质发生转动，那么为什么水面方程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？ 其实，答案非常简单：我们不能用静力学理论来分析动力学问题。通俗地说，由于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，太阳对地球的引力，已被地球绕日转动而消耗殆尽，所以桶中的水所能感知的只是地球的引力。可以说，地球的引力场强度g，正是全宇宙物质所产生的引力“综合影响”的结果。 所谓“引力被消耗殆尽”，与赵凯华先生所说的“失重是因为惯性力刚好与重力相抵消”，[1] 是同一个意思 ——以太阳为参考系，桶中的水受太阳引力作用而随同地球一起绕日公转；而以地球为参考系，水受到的太阳引力，与水绕日公转的惯性离心力相抵消，因此，水对太阳“失重”了，水所能感受的只是地球的引力。这与地球同步卫星中的物体对地球失重是一样的道理，卫星中的物体只能感受卫星对它的引力。 这个理由也可以用来解释引力佯谬（纽曼-希林格）。（该佯谬说：宇宙中存在无数颗恒星，根据万有引力定律，每一颗星体在各个方向上受到其他恒星引力都无限大，它必然会被撕得四分五裂，因此宇宙中不可能存在一颗颗独立的星体。） 还有人质疑，为了定量描述运动，需要在参考系上建立合适的坐标系，而引力场是无形物质，似乎无法在其上选定不动的参照物而建立坐标系。换言之，引力场作为参考系没有可操作性。 其实，牛顿在《原理》中已经给了我们示范，他在研究天体运动时，首先就明确地给出了一个不动的参照物——【第三篇、宇宙体系】中有“定理11：地球、太阳以及所有行星的公共重心是不动的。”牛顿正是依赖这个不动的重心，研究行星的运动，建起了气势磅礴、美轮美奂的宇宙体系。这个静止不动的公共重心，难道不正是太阳系引力场的中心吗？因此，这个不动的引力场的中心，正是坐标系原点的最佳选择。 根据这个重心不动思想，地球系公共重心也是不动的，研究地球引力范围内物体的运动时，坐标系的原点就应该是设在地球系引力场的中心。 物理学家们在实践中，研究行星的运动时，常用“日心-恒星参考系”；研究人造卫星的运动时，常用“地心-恒星参考系”，[7] 实质上，这些都是把坐标原点建立在引力场中心的近似方法，非常简便、实用。 可见，引力场作为参考系的可操作性非常强。 既然第一定律所适用的参考系是引力场，而引力场是有心场，那么，在斜面实验中，小球的匀速运动唯有“沿水平面”，才不会违反机械能守恒定律。而牛顿的惯性运动却是“沿直线”的，这既偏离了斜面实验的结论，也违反了机械能守恒定律。显然，第一定律是有瑕疵的。 为了充分认识第一定律的瑕疵，我们还必须进一步搞清楚：惯性的起源究竟是什么？什么样的运动称为惯性运动？ 参考文献二 [1] 赵凯华 等，力学（第二版），高等教育出版社，2004，P86、85、8、77 [2] 阎康年，牛顿的科学发现与科学思想，湖南教育出版社，1989，P363、381、378、389 [3] 郑永令 等，力学（第二版），高等教育出版社，2002，P56、94 [4] 牛顿，自然哲学之数学原理，北京大学出版社，王克迪译，2006，P4～7 [5] A.爱因斯坦，物理学的进化，上海科学技术出版社，1979，P154、114、155 [6] 赵峥 等，广义相对论基础，清华大学出版社，2012，P11 [7] 漆安慎 等，力学（第二版），高等教育出版社，2005，P18
三、惯性就是万有引力，惯性运动是在恒定大小引力作用下的运动 几百年来，人们对惯性的起源进行了不懈的探索。牛顿认为：惯性是“物质固有的力”，它使物体“保持其现有的状态，或静止，或是匀速直线运动”；[1] 而“马赫不同意把惯性看成是物质固有的性质，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”；[2] 物理学家们众说纷纭，而费恩曼说：没有人找到为什么物体会按惯性而行的原因。 在我看来，破解惯性的起源问题应该从研究“自然运动”着手。 古代的“自然运动”，是一个被广泛注意并做了很多研究的课题。亚里士多德在《物理学》中，把一切运动分为自然运动和强制运动两种，他定义：被自身推动的运动者是自然地运动的。[3] “重物下落是自然运动，天上星辰围绕地心做圆周运动也是自然运动。”[2] 受亚里士多德的启发，我认为，可以把仅仅在万有引力作用下的运动定义为自然运动。依此，自然运动一般包括下列五类： 1）静止；2）绕引力中心的匀速率运动——圆；3）开普勒运动——椭圆；4）抛体运动——抛物线；5）落体运动——直线。 那么，在牛顿发现万有引力“之前”（注意，是之前），这些自然运动当然都只能被认为是“被自身推动的”，这个“自身推动力”应该就是牛顿所谓的“物质固有的力”——“惯性”。 我推断：在万有引力被发现之后，“惯性”则成为“化石”被保留了下来。因此，惯性实质上就是万有引力！ 这个推断具有非常厚实的实验基础——至今的一切实验都证明了惯性质量等于引力质量，精度已高达10-12。[4] 马赫认为：“惯性来源于宇宙间物质的相互作用”，这个“相互作用”难道不正是万有引力吗？ 爱因斯坦指出：“等效原理与惯性质量等价于引力质量这个定律是密切相关的，……正是通过这一概念，我们实现了惯性与引力本质的统一。”[5] 可见，“惯性就是万有引力”这个观点，与爱因斯坦的“惯性与引力本质统一”观点，是殊途同归！ 那么，究竟什么样的运动称为惯性运动呢？ 尽管所有的自然运动都是由万有引力——“惯性”推动的，但是，根据斜面实验，惯性运动既要匀速率又要沿水平面，因此，只有“静止”和“绕引力中心的匀速率运动”这两种自然运动才是“惯性运动”。 理想的地球同步卫星，仅受恒定大小的地心引力作用，此引力恰等于卫星绕地心作匀速率圆周运动的向心力，因此，同步卫星的运动是惯性运动。这与《西方科学史》的研究结论相一致：“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。”[6] 深入分析斜面实验中小球的受力情况可知：水平面上作惯性运动的小球所受的引力大小始终不变，此引力与平板对小球支撑力的合力，恰等于小球绕地心作匀速率圆周运动的向心力（尽管此向心力非常非常微弱）。这个向心力实质上是被支撑力抵消后所剩余的引力，其大小恒定不变。 由上可归纳出：物体作惯性运动的条件是：并非不受力，也不是所受合力为零，而是受到恒定大小的引力作用。因此可定义：物体在恒定大小引力作用下所作的运动，称为惯性运动。其本质是等势面上的匀速率运动。 开普勒运动、抛体运动、落体运动，由于物体与引力中心的距离在不断变化，引力当然也随之变化，所以都不是惯性运动。 在明确了第一定律的实验基础、第一定律所适用的参考系以及惯性的起源、惯性运动的定义之后，第一定律的物理机制就非常明确了。 参考文献三 [1] 牛顿，自然哲学之数学原理，北京大学出版社，王克迪译，2006，P1 [2] 郭奕玲 等，物理学史（第2版），清华大学出版社，2009，P37、13 [3] 亚里士多德，物理学，商务印书馆，张竹明 译，1982，P229 [4] 赵峥 等，广义相对论基础，清华大学出版社，2012，P12 [5] A.爱因斯坦，相对论的意义，上海科技教育出版社，郝建纲 等译，2005，P62 [6] 安东尼.M.阿里奥托，西方科学史（第2版），商务印书馆，鲁旭东译，2011，P340
四、应该为第一定律打个补丁，让牛顿力学更完善 根据第一定律的物理机制，我认为应该把第一定律修正为： 相对于其所处的引力场，任何物体都保持静止的或沿等势面向前作匀速率运动的状态，除非作用于它的引力大小发生了变化，或有其他的力作用于它，迫使它改变那个状态。 所谓“沿等势面向前”，在地球上，就是沿水平面向前，即沿地球大圆。 第一定律打了这样的补丁，其优越性是明显的： 1）明确了第一定律所适用的参考系是物体所处的引力场，牛顿力学不再是爱因斯坦所说的那样是“筑在沙堆上”的学说了； 2）第一定律与斜面实验的结论完全一致了； 3）明确了惯性运动的本质是等势面上的匀速率运动，第一定律不再与机械能守恒定律相抵触了； 4）单从“沿直线”改为“沿等势面”这一点来看，可以认为，原第一定律相当于补丁后第一定律的微分形式。这是因为，“局部用切线段（直线）近似代替曲线段，这在数学上称为非线性函数的局部线性化，这是微分学的基本思想方法之一。”[1] 另一方面，我们通常所研究的惯性运动，物体所受引力与支撑力的合力极其微小，可视为零。因此“只要我们所讨论的问题不是像大气或海洋环流那类牵涉空间范围较大、时间间隔较长的过程”，[2] 原第一定律几乎都仍然有效！甚至比补丁后的更实用。这也正是对第一定律只是打补丁，而不是完全否定的原因。 正统的学者可能无法容忍对于牛顿定律的修正，其实，不仅第一定律需要修正，第二定律已早就被修正过了：“对于第二定律，牛顿当时指出了力（F）的作用同动量（mv）的变化成正比。这是不完全的。直至1750年，欧拉才指出应该是动量的时间变化率与外力成正比，即F∝ d(mv) / dt。”[3] 补丁后的第一定律，如同补丁后的第二定律一样，都使得牛顿力学更加完善。 然而，第一定律的这个补丁，使得牛顿定律拥有了一个从尤的、特定的参考系——引力场，这就与相对性原理发生了严重抵触。除非能够令人信服地否定相对性原理，否则，第一定律的这个补丁仍然是不能成立的。 参考文献四 [1] 同济大学数学系，高等数学（第七版）上册，P113 [2] 赵凯华 等，力学（第二版），高等教育出版社，2004，P43 [3] 郭奕玲 等，物理学史（第2版），清华大学出版社，2009，P27
五、相对性原理违反事实，补丁后的第一定律也不再支撑相对性原理 哈佛教科书《力学引论》评价：“在古典力学的发展过程中，相对性原理所起的作用不大；爱因斯坦却把它誉之为动力学的根本原理。”[1] 爱因斯坦坦言：“许多著名的理论物理学家比较倾向于舍弃相对性原理”。[2]但爱因斯坦坚信：“有两个普遍事实在一开始就给予相对性原理的正确性以很有力的支撑。” [2] 爱因斯坦认定的【第一个普遍事实】： 他认为：伽利略相对性原理在力学领域中高度有效，把它扩展到其他物理领域中不可能无效。 [2] 那么，伽利略相对性原理在力学领域中真的普遍有效吗？ 为了避免歧义，让我们先确认一下爱因斯坦所表述的伽利略相对性原理：“假使力学定律在一个坐标系中是有效的，那么在任何其他相对于这个坐标系作匀速直线运动的坐标系中也是有效的。假使有两个坐标系，相互作不等速运动，则力学定律不会在两者之中都是有效的。”[3] 很可惜，伽利略相对性原理并没有“可靠”的实验依据，所能查证的，仅仅就是伽利略所描述的大船上的那些极其粗略的力学现象。 而大家熟知的事实是： 1）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、牛顿他们，怎么可能在地球实验室中，归纳、总结出力学定律呢？ 2）爱因斯坦认为：力学定律在关联于太阳的坐标系上，比在关联于地球的坐标系上更有效。[3] 3）爱因斯坦还认为：力学定律在自由落体的电梯上和在地面上一样有效。[3] 4）地球同步卫星中，宇航员们证明了力学定律非常有效。 上述这四个坐标系，它们相互之间绝对不是在作匀速直线运动，但是，力学定律居然在它们之中都非常有效！ 显然，伽利略相对性原理违反事实，即使在力学领域中也并非普遍有效！ 爱因斯坦认定的【第二个普遍事实】： 他说：“由于我们的地球是在环绕太阳的轨道上运行，因而我们可以把地球比作以每秒大约30公里的速度行驶的火车车厢。如果相对性原理是不正确的，我们就应该预料到，地球在任一时刻的运动方向将会在自然界定律中表现出来，而且物理系统的行为将与其相对于地球的空间取向有关……但是，最仔细的观察也从来没有显示出地球物理空间的这种各向异性（即不同方向的物理不等效性）。这是一个支持相对性原理的十分强有力的论据。”[2] 爱因斯坦的这段话逻辑非常清晰：如果能找到地球物理空间各向异性的证据，就可以证明相对性原理是不正确的。 很不幸，居然被我找到了两个地球物理空间各向异性的证据。 第一个各向异性：【1728年，布拉德雷发现光行差现象：为了能看到天顶的恒星，不能将望远镜绝对竖直地放置，而必须将望远镜轴线调整到偏向地球的公转运动方向，向前倾斜20.5’’ 角度。】[4] 这当然意味着地球物理空间是各向异性的！各向同性的话还需要总是向一个方向倾斜吗？ 第二个各向异性：【1971年，Hafele和Keating……将四只铯原子钟放到飞机上，飞机在赤道平面附近高速度向东及向西绕地球航行一周后回到地面，然后将飞机上的四只铯原子钟与一直静止在地面上的铯原子钟的读数进行比较，发现向东飞行时四只原子钟的读数比地球上的原子钟读数平均慢了59×10-9秒；而向西飞行时四只原子钟的读数比地球上的原子钟读数平均快了273×10-9秒。】[5] 也就是说：向东飞行的原子钟会变慢，而向西飞行的会变快。这当然也意味着各向异性！ 既然光行差现象和原子钟环球航行实验都证明了地球物理空间是各向异性的，那么，爱因斯坦自认为“十分强有力的论据”当然也不成立。 显然，爱因斯坦认定的这两个普遍事实统统不支撑相对性原理。 而且，复旦大学朱永强先生有一个相对性原理的判决性实验：让一个磁场检测仪跟随带电电容板同步运动，用来检测运动电荷产生磁场是否具有相对性？实验结果是：地球上运动电荷产生磁场，是以地球为绝对参考系的，实验结果并不遵从相对性原理。这是直接否定相对性原理的有力证据。[6] 普遍认为，相对性原理体现了物理规律在“各个惯性系中”的不变性。 其实不然，物理规律的不变性应该体现在“各引力场中”，也就是说，在各个引力场中物理规律才是真正不变的。如若不然，在地球上依据各种物理规律制造的力学仪器、机械装置、电光设备等等，搬到其他星球上就不能正常工作了，因为没有一个星球与地球保持匀速直线运动，但事实是都运行正常。 地球只是宇宙中极其普通的星球，可以推断，如果其他星球上也有高等动物的话，他们那里的“牛顿”和“麦克斯韦”，一定也会发现与地球上一样的“牛顿定律”和“麦克斯韦方程”。这与坐标系之间是否匀速直线运动怎么会相关呢？ 因此，物理规律的不变性只能体现在“各引力场中”。 普遍认为，“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。” [7] 可见伽利略相对性原理得到了原第一定律的支撑。 但是，对第一定律打了补丁之后，惯性运动不再是沿直线的，静止与匀速直线运动不再具有等价性，因此，相对性原理就失去了补丁后第一定律的支撑。 可见，补丁后的第一定律，为否定相对性原理提供了理论依据。 参考文献五 [1] D.KLEPPNER 等，力学引论，人民教育出版社，宁远源 等译，1980，541 [2] A.爱因斯坦，狭义与广义相对论浅说，上海科学技术出版社，杨润殷 译，1964，P17、12、13 [3] A.爱因斯坦，物理学的进化，上海科学技术出版社，周肇威 译，1979，P114、156、159 [4] R.瑞斯尼克，相对论和早期量子论中的基本概念，上海科学技术出版社，上海师范大学物理系译，1978，P26 [5] 张元仲，狭义相对论实验基础，科学出版社，1994，64 [6] 朱永强，和狭义相对论矛盾的试验，科学人网站，2005 [7] 林德宏，科学思想史，江苏科学技术出版社，2004，P87
总论 补丁后的第一定律，使得牛顿力学更加完善，但是，通常情况下原第一定律仍然是有效的。换言之，这个补丁不会引起牛顿力学的“地震”。 然而，这个补丁否定了牛顿力学对于惯性系的需要，这就为否定相对性原理提供了理论依据。因此，这个补丁对于狭义相对论必然会带来致命的打击。 所以说，挑战相对论，应该从完善牛顿力学着手！
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