先说说相对论产生和发展的背景问题。一、理论背景:1、绝对静止系没有找到,2、Maxwell 方程希望上升为物理定律,3、物理定律的坐标变换不变性思想。实际上这三个理论问题均为理论误区。二、实验背景:很多实验支持相对性原理。当时学院派物理学家的以太运动模型太刻板,解决不了一些新的实验问题。三、发迹背景:新的数学原理 Lorentz 变换需要哲学解释,爱氏给出了相对性解释。另外广义相对论利用水星超常进动预言太阳光线的超常弯曲得到了证实。四、存在背景:相对论的数学能够得出很多有用的结果。实用方面保持了一个世纪的领先地位也是事实。结合其它理论产生了很庞大的次级理论群体。利用主流地位巩固了舆论阵地。营造了物理学中的数学风格氛围。超越相对论的集大成著作毕竟没有问世。
有艾力江尔肯先生给相对论总结了几个特点-难以置信的相对论之四种特色。特色一:让人很难理解。特别是光速度以任何物体为参照物都不变!特色二:对事实的过程不适用,对结果却是适用的。特色三:把简单的东西变复杂。特色四:没有根据的进行纯数学的计算。我赞成物理和数学统一不离的研究。
什么是相对论?Einstein 当时考虑的两个物理问题,Maxwell 方程是不是物理规律,磁场是不是客观实在?Marx 认为,磁场是不依赖于人的意识的客观存在,物理规律是人对于磁场的认识,即磁场是绝对的,磁场的规律是相对的。Einstein 作为 Marx 的犹太兄弟,他的认识恰好是相反,他认为磁场是相对的,磁场的规律是绝对的。认为物质和物质的作用是相对的,物质作用的规律是绝对的,这是相对论的思想特色。什么事情,如果很有用,即使是错的,也会找到很多辩护的理由。比如牺牲环境发展经济,应该不对,但是能说这种思想没有一套辩护理论呢?!这方面的道理大家都懂,我也就不说了。
如果面临死亡的威胁,那么一根稻草也是好的,所以可以相信科学界面对困惑,科学界会接受任何观念。相对论也许就是这样一根稻草,因为与其它理论相比,连根稻草也不是整根的,比如 Lorentz 理论,科学自然选择了整根的稻草-相对论。人类有一个天性的缺陷,面对困惑的问题总是容易走向唯心主义,不求甚解。相对论忽略世界的物质原因,为非常的物象世界归结为一个数学运动学的原因。什么相对性原理?我们考虑 Galileo 那个大船领悟,如果 Galileo 是正确的,那么有一个推论,Galileo 坐在他的大船里,不仅是不知道船的运动,也不知道船的朝向方向。那么 Galileo 坐在他的大船里,是不是不知道船的朝向方向?显然不是,一个小小指南针就可以说明 Galileo 大船领悟的错误!相对性原理最初的意思是,人坐在船里不知船动。Galileo 当初的出发点是试图以此来说明我们认为不运动的东西实际上可能是运动的。后来人们将这个意思反过来,认为运动的东西在方法意义上也可以认为是不运动的,可以当作完全静止的参照系来应用,为参照系的任意选择提供了理论基础。当然这话越来越抽象,所以相对性原理同时也有一个实验语言的说法,即,不能根据地球上的实验来发现地球的运动。那么我们能不能根据地球上的实验来发现地球的运动呢。如果这样的说法成立,我们能不能根据地球上的实验来发现地球的运动,试想,Corpernicus 站在地球上是如何发现地球的运动的?他的眼睛观察算不算地球上的实验行为?
相对论的产生有一个关键的光速问题,下面是就这个问题和叶波先生所作的讨论。我说,先生搞错了。光不能被地面带动,更不能被火车带动,但是光应该能够被地球带动。Michelson 实验表明,光能够被地球带动。光纤陀螺实验结果表明,光不能被地面带动。火车飞机上的 Michelson 实验做不出来,卫星上的 Michelson 实验没有做过。但是根据光纤陀螺实验结果,地面如果带不动引力场的旋转,火车飞机更没有这个力量。大家在这里可能有一个问题,同是地球,既然地球公转能够带动光波,而自转又为什么又不能呢?一个理想光滑的乒乓球,放在水面上,乒乓球的平动能够影响水的流动,乒乓球的旋转则不能影响水的旋转。你也许认为,地球并不理想光滑,但是在这里引力场可以理解为是理想光滑的。你也许觉得引力场既然理想光滑,那么地球应该不能带动地球的引力场,但是万有引力定律不允许我们这样理解,地球的引力场和地球应该是一个整体。地球的引力场跟着地球跑,不随地面转,所以地球作为物体有一个相对性问题,地球的公转质量大于自转质量。我认为 Michelson 做他的实验的目的用来监测引力风的。但是正像树里的猴子躲在树里,没有受到风的袭击,由于地球可能也是这样一棵大树,那个实验也没有检测到太阳的引力风。
什么事情都有人喜欢有人反对。很多相对论迷信者也知道相对论遭到了很多批评,但是他们相信一个理论总有合理的地方。我总是觉得,未必见得如此吧,那个辉煌了上千年的 Ptolemy 理论,现在又有几个人知道?当然相对论的结局不会像 Ptolemy 理论那么悲惨,但是也许同样悲惨,相对论会留下几个算式,但是狭义相对论的很多算式要回归于 Lorentz 或者 Poincare 的功绩,Einstein 不过是给 Lorentz 的相对论数学工作提供了一根完整的思想主线。广义相对论的算式应该属于 Einstein ,但是是否会被说成一种数学凑合,即使是一种数学技巧,但是由于退出了基本思想的地位,这一领域自然滑入冷门。
迷恋旧科学的人只知道旧科学的力量,却没有发现新科学的力量。92 年科学出版社初版《Einstein文集》你猜印数是多少,500 本。科学如果评选最不得人心的物理思想,我想相对论无疑是首选,因为即使是太阳绕地球转动的错误思想也曾经深入人心过,伟大的相对论思想,你 100 年了,深入了地球人大众学者的人心了吗?你们是否知道,有本反相对论的书,刚写好没有出版,大家愿意花钱在那里从网络打印下来,然后制作复印版阅读。要知道复印一本书的价钱比买一本书要数倍的价钱那。
从实用方面说,比较公认的广义相对论困难有微波背景辐射各向异性,双星难题,GPS。微波背景辐射对于动体各向异性,这个问题比较简单,我不想多说。后两个问题比较专业。因为比较专业,我只介绍结论,双星实际的进动程度是广义相对论理论计算值的 4 倍, DI . Herculis 双星进动 84 年累计进动角度为 0.64 度。广义相对论的理论计算数据 2.4 度。关于 GPS ,这样的技术我可以说绝对不是相对论学者提出的,各个卫星如果有各自不能统一的时间,怎么搞动体定位动体的系统,这种技术肯定是基于时钟可以快慢,时间可以统一的思想基础,一定是那些飞机工程师们、雷达工程们、航天工程师们想出的技术灵感。
相对论的问题大家都知道,绝对论肯定也是有一些问题的。科学的历史说明,绝对地绝对和绝对地相对都是不满意的。地球只在月下天范围,可以作为一个局部行政区域的绝对参考系。超出这个范围,但不超出太阳系的彗星远点,太阳可以作为一个绝对的参考系。这种分级质心系理论,即不是绝对地绝对,也不是绝对地相对,而是相对地绝对。科学的事情也许有点困难,那么如何才能够搞清楚科学的问题?有句话叫做,不识庐山真面目,只缘身在此山中,也许有点借鉴意义。所以,要了解今天的科学,不能纠缠于今天的科学,总是纠缠于相对论发展出的思想、方法和问题,是无法认清相对论问题的。那么相对论到底是什么问题?我做个比喻,实际上人的命运与人的个性有点关系,而个性与出生时候的气候经历有点关系,但是在算命先生那里,就是出生日子决定祸福命运。我们的科学现在也是在开这样的数学直通车,撇开物质的原因,让几何关系与实验室的结果直接联系。数学家在物理学门庭给物理学家算命,这实在是物理学的又一个悲剧时代。
不知大家是否读过老 Newton 的著作或者 Einstein 的著作?老 Newton 的著作我也不曾读,可能 Einstein 的著作我更加不想读下去。不过,相对论不管伟大与否,Einstein 的书是不成书的,一生的论文凑成,所以叫《Einstein 文集》。92 年在北京中关村科学书店发现《Einstein 文集》,印数 500 ,看了看几行字,但是最后我为 Einstein 感到遗憾,因为我的心没有被他的书打动。当时的感觉这样的书即使作为批评的对象也不值得研究。多少年来,也想看看牛顿的著作,一次在杭州的书店有幸碰到了,觉得更像一本数学书,所以也没有买下。物理学有着许多值得骄傲的科学家,遗憾的是好像没有留下一本引人入胜的哲学诗篇。
回流水落花女士,我觉得网络时代大大缩小了业余物理研究在实验资料方面的弱势处境。业余研究绝对不会仅是朋友茶座,古有孔子周游列国,今有学子周游学院。而今网络时代,足不出户,手巧键盘,云游天下。科学需要的灵感光顾和闲暇的时间。这两点物理职业和合资公司的职员一般都不具备。抑或是公司萧条时期能够给公司职员提供一段闲暇的时间。政府的一些技术部门有可能为其技术人员留下大量的个人精力和时间。比如水利、林业、气象这些传统技术职业,技术更新换代很慢,技术人员适应几年技术工作以后,技术业务上就进入养兵千日、用力一时的状态。这方面的事情说不清楚,或许很多人不能想象,即使会有新的 Newton ,怎么可能会在科学的角落国度-中国产生!认识过去已经不易,预测未来当然更难。
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‘形象的世界’讨论些什么东西?这是一个讨论自然哲学、基础物理的地方。 http://thales.bbs.xilu.com/ 。
‘形象的世界’是一本‘和天地宇宙对话’的书,以相对论为背景讨论科普物理问题的书,让大家走近二十世纪以来的现代物理