《 直面狭义相对论——光速原来是变化的 》
本文张贴申明:1、笔者所著《直面狭义相对论》一文,在投稿有关学术杂志后,按照当代物理领域对学术论文发表的惯例性方案——于投稿后张贴公布于网络,便于在学术界交流,促进科技发展。2、欢迎广大学者和网友参与谈论或批评指正,谢谢。
作者:王达水
二○○五年五月二十九日
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
《直面狭义相对论——光速原来是变化的》 王达水/著
见发展论坛: http://forum.xinhuanet.com/detail.jsp?id=18961147>
见北京相对论联谊会网站:http://www.xdlbj.com/bbs/dispbbs.asp?boardID=1&RootID=30977&ID=30977&page=1>
[ 摘录:狭义相对论以“光速不变原理”为论证前提,但论证中对最高速度的光速的描述却同时出现了“V ,V- v ,V+ v,(VV-vv)**1/2”四种不同情况,当这种公然的理论谬误今天终于被揭露之际,相对论的其它重重谬误将更加暴露无疑,相对论因此随之而来的坍塌将是历史的必然。]
[ 关键词:相对论、时间、空间、坐标系、运动、速度、光速、谬误 ]
狭义相对论(原名:论动体的电动力学)于今年9月26日就诞生整整一百周年了,它是号称20世纪人类最伟大的科学理论。然而,它自1905年诞生时起,不赞同的学术观点和反对之声从来就此起彼伏,尤其是在20世纪80年代,全球科学界“质疑、挑战、否定、超越”相对论的学术研究工作再次掀起高潮。当年,爱因斯坦也说:“不需要一百个人联合签名出书来反对相对论,只要一个人反对的理由是正确的则足以。”今天,当我们真正地面对狭义相对论理论体系本身,发现并揭露其理论中种种公然的矛盾与谬误之际,特别是揭露爱因斯坦自己在论证中就不遵守他的“光速不变”原理的谬误之际,因此,这个争议了整整一百年的理论,将从此画上句号。
由于相对论是20世纪至高无上的科学理论,因此,笔者在直面该理论并进行驳论时,不得不把原著按章节进行原文摘录(汉语版),随之归纳出所涉及的要素与研究对象及其物理特征,然后针对系列问题点进行逐项剖析与驳斥,进而实现其论证依据的详实与充分和驳论逻辑的严密与完备之目的。
本驳论进行前需要事先说明两点:
1、光及其速度在狭义相对论原文的论证中,是用大写字母“ V ”来表示的,是现在理论上通用的字母“ c ”来表示光及其速度常数的原版。
2、文中对“狭义相对论”以“狭相”简称。
0. 狭义相对论序言部分理论剖析
0.1 狭义相对论发表和出版情况
0.1.1 发表情况:
原名:《论动体的电动力学》。作者:[ Einstein 1905r ]。日期:伯尔尼 ,1905 年 6 月。1905 年 6 月 30 日收到。1905 年 9 月 26 日发表。发表在:Annalen der physik 17(1905):891-921。重新发表在Blumenthal 1913,pp.27-52
0.1.2 《论动体的电动力学》的汉语版信息:《爱因斯坦全集》第二卷,第244—271页,湖南科学技术出版社,2002-12 出版。
0.2 狭相序言原文 摘录
……
0.3 狭相序言部分中涉及的物理要素及其特征
狭相序言部分中涉及的物理要素有二:一是磁体,二是导体。
狭相序言部分中涉及的物理要素的物理特征有二:一是磁体与导体相互运动,产生电流或磁场。
爱因斯坦从磁体与导体的相互运动之基本物理(自然)规律的研究出发,得出的初步结论是:相对性运动存在,物理效果一样,即:无论是磁体运动还是导体运动,其效果都产生电流。进一步的结论是:“绝对静止的概念,不仅在力学中,而且在电动力学中也不符合现象的特性”,因此,探索相对运动的规律是顺理成章的事情。同时,以“以太”的被否定,进而提出“相对性原理”和“光速不变原理”两条假设,且作为公理并为后续论证提供理论支持。他接着说:“由这两条公设,根据静体的 Maxwell 理论,就足以得到一个简单而又不自相矛盾的动体电动力学。”可见,如果我们今天恰好发现相对论的理论体系中的矛盾与谬误点,甚至是一系列的,随之而来,从前人们对相对论论的所有质疑都是应该的。……
0.4 狭相序言部分中存在的问题点
0.4.1 并没有提出一切物体(物质)的运动一定与“光”及其运动构成必然关系的概念。
0.4.2 既然“无论是磁体运动还是导体运动,其效果都产生电流。”,也就肯定了相对运动并不改变物理运动的本质特性。同时也肯定了物体的运动及其相对运动,与观察与否没有关系,与如何观察与否也没有关系,与观察方法和观察工具没有关系,与光的介入与否也没有关系。
0.4.3 序言中肯定了相对性原理,是从前理论证明了的。肯定了光速不变原理是从 Maxwell 理论而来,因此是正确的。强调所有理论都是“关于刚体 ( 坐标系 ) 、时钟和电磁过程之间的关系。”可是,这往往不能说明以刚体为研究对象的纯运动学理论是这样的,因为纯运动学的研究中无磁场要素。可见,爱因斯坦是在先入为主地强行定义的,因为从狭义相对论的五个基本结论中(系数、相对的时间、相对的空间、质量关系式、质能定理)不难看出,都是与电磁场的特性无关的,是与狭义相对论的序言部分中强调的内容不符合的。
0.4.4 时钟是什么呢?爱因斯坦的意思是时钟就是时间。可是,没有发明时钟之前,特别是在天文学没有定义“时、分、秒”之前,难道自然界就没有时间?可见,以时钟来强行等于时间是显然地谬误的。
时钟的本质意义在于,它仅仅是人类制造的用于揭示地球时间的工具。而地球时间的“时分秒”之天文物理意义,是指地表上的任意一地,在地球自转过程中相对于太阳的方位。地球自转一周为一天,天文学规定一天分为24小时,一小时等于60分钟,一分钟等于60秒钟。或者说是:地球每转动15度圆周角(360度圆周角的1/24)就定义为一个小时。一小时又分为60分钟(地球每一分钟自转0.25度圆周角,也为15分角);一分钟又细分为60秒钟(地球每秒钟自转0.25分圆周角,也为15秒角)。显然,天及其中的时分秒的本质意义,是对地球自转运动这个过程本身的整体性和局部性规律的准确揭示、科学定义与描述和记录方式。由于地球的转动是整体性的,因此地球上万事万物的时间必是地球时间。
1. 狭相第一节理论剖析
1.1 狭相第一节原文 摘录
§ 1. 同时性的定义
设有一个 Newton 力学方程在其中有效 [8] 的坐标系。为了使我们的陈述比较严谨,并且便于将这坐标系同以后要引进来的别的坐标系在字面上加以区别,我们叫它“静系”。
如果一个质点相对于这个坐标系是静止的,那么它相对于后者的位置就能够用刚性的量杆按照 Euclid 几何的方法来定出 ,并且能用笛卡尔坐标来表示。
如果我们要描述一个质点的运动 ,我们就以时间的函数来给出它的坐标值。现在我们必须记住,这样的数学描述,只有在我们十分清楚地懂得“时间” 在这里指的是什么之后才有物理意义。我们应当考虑到:凡是时间在里面起作用的我们的一切判断,总是关于同时的事件的判断。比如我说 ,“那列火车 7 点钟到达这里”,这大概是说:“ 我的钟的短针指到 7 同火车的到达是同时的事件。”① (① 注: 这里,我们不去讨论那种隐伏在 ( 近乎 ) 同一地点发生的两个事件的同时性这一概念里的不精确性 ,这种不精确性同样必须用一种抽象法把它消除。)
1.2 狭相第一节涉及的物理要素及其运动特征
1.2 .1 狭相第一节涉及的物理要素有四:一是一个确定的笛卡尔直角坐标系。二是坐标系所描写的空间里的两个点A、B。三是两只同样的钟。四是一束光。
1.2 .2 狭相第一节涉及的物理要素的运动特征
一是A、B是空间里固定的两个点。二是一只钟放置于A处,进而揭示A点的时间;一只钟放置于B处,进而揭示B点的时间。三是一束光在A、B两点间往返运行一次。四是“如果在 A 处的钟既同 B 处的钟,又同 C 处的钟同步的”,进而肯定了位于A、B两点的钟与母钟C是同步的。也就是说,肯定了母钟应该是可以描述整个坐标系的时间的。
狭相第一节涉及的物理要素及其运动特征如图1所示(图1:静止坐标系上的空间两个点)。
1.2 .3 狭相第一节所得出的结论
一是“用‘我的钟的短针的位置’来代替‘时间’”,“如果问题只是在于为这只钟所在的地点来定义一种时间,那么这样一种定义就已经足够了。但是,如果问题是要把发生在不同地点的一系列事件在时间上联系起来,或者说一一其结果依然一样一一要定出那些在远离这只钟的地点所发生的事件的时间,那么这样的定义就不够了。”
二是“只有当我们通过定义,把光从A 到 B 所需要的“时间”规定为等于它从 B 至A 所需要的‘时间’,我们才能够定义 A 和 B 的公共‘ 时间’。”
三是得出了同时性和时间的定义:“一个事件的‘时间’,就是在这事件发生地点静止的一只钟同该事件同时的一种指示,而这只钟是与某一只特定的静止的钟同步的,而且对于一切的时间测定,也都是同这只特定的静止的钟同步的。”显然,是在以钟表等于时间本身。
1.3 狭相第一节中存在的理论问题点
1.3.1 研究对象是空间的两个点,研究课题是这两个点彼此独立的时间。研究方法是两个点彼此独立的时间通过一束光在其中往返一次所耗的时间作为桥梁,肯定了钟表就是时间,位于A、B上的钟表,揭示A、B上各自的时间。
其理论公然的谬误在于:一只钟只能测量一地的时间,一个地点必然有它独立的时间,且与别处时间不同。对于一个坐标系上的两个点而言,A时间不等于B时间;A、B 时间的比较,恰恰要以在A、B间往返一次运行的“光”所消耗的时间来揭示,这是什么逻辑?
而光从A到B所经历的时间与光从B到A 所经历的时间是相等的:tB- tA = t'A- tB ,显然,是在同一个坐标系下的运算。可是,A、B上的公共时间,被定义为是光A从到B等于从B到A所经历的时间。然而,光在运动中所经历的时间(秒)是什么时间?显然,爱因斯坦不知道时分秒的真正物理意义,不知道钟是揭示地球时间的工具,不知道地球时间的本质是地球上一点与太阳的夹角及其变化的进程,特别是与钟表及其运转无关的本质特性。
光线运动中的时间是什么时间?光从A到B、再从B到A,是连续运动的,因此,A与B处的时间如果有什么不同且需要光的运动和传播来联系的话,那么,这种联系不是正好说明A、B的时间是共同的吗?然而,2AB/(t'A - tA)= V 和 tB- tA = t'A- tB 的目的在于把物体(或空间)的时间必然地与光联系起来,但却公然地违背了地球时间的本质。可是光速中的时间恰好是地球时间的秒单位,是地球的一个自转角度的快慢程度呀,与钟表及其转动是独立的两个事件。
1.3.2 狭相认为“如果一个质点相对于这个坐标系是静止的,那么它相对于后者的位置就能够用刚性的量杆按照 Euclid 几何的方法来定出,并且能用笛卡尔坐标来表示。”可是,量杆是刚性的(永不变形),爱因斯坦肯定笛卡尔坐标也是刚性的,然而,刚性的笛卡尔坐标系上的时间是否是整体性的时间呢?爱因斯坦没有明确回答与肯定,但在应用中却往往强调空间各点有各自独立的时间,且是用位于各点上的钟来测量的,但又强调空间某两点上的钟与第三只钟(母钟)是相同的。
1.3.3 狭相认为“凡是时间在里面起作用的我们的一切判断,总是关于同时的事件的判断。比如我说,‘那列火车 7 点钟到达这里’,这大概是说:‘ 我的钟的短针指到 7 同火车的到达是同时的事件。’”可是,时间对于事件的发生起什么样的作用呢?进一步的问题是。即使空间上的某一点不发生什么事情,难道该点就没有时间,特别是用狭相“位于该点上的钟”的观点来判定,难道该点上的钟就不走吗?
然而,一是钟表与火车是彼此独立的事件;二是时间的自然流失并不能决定火车的运行,因为火车是人为事件,火车的运行是以事前编排好的运行图(时刻表)为时间参照的人为控制的事件,受到人员操作、设备质量、环境因素的共同影响,尽管某一次火车每天的运行都是准时的,但并不能因此而以火车作为时间的标准或替代物。
另一方面,钟表仅仅是人造的计量或测量时间的工具,特别是仅仅用于计量或测量地球时间的工具。500年前制造第一只现代时钟之前,天文学就规定一天的时间(地球自转一周的运动进程)是24小时,其中一小时等于60分钟,一分等于60秒,……。可见,钟表与地球的运转是彼此独立的事件,仅仅是在运转的周期规律上保持一致,这种一致越好,则表明钟表的计量精度越高。结合地球绕太阳的公转特性(公转一周为一年,一年大约等于365.4天),可见时间的本质是与地球的空间位置及其运动进程相关的,与钟表发明或制造与否无关,与钟表用于计时与否无关,与钟表放置于什么地方无关,与甚至是砸碎钟表与否都无关。
再一方面,地表上以经度线划分为24个时区,每15度经度线所夹区域为一个时区,每个时区相差整整一个小时。地球时间的标准是格林尼治天文台时间。因此,同时性问题的本质,就是地表上的某一地点与太阳的夹角在什么确定的位置时,其它地点与太阳的夹角也是对应地存在并确定的,是可以通过格林尼治天文台时间进行换算的。或者说是,当地表上某一地点在太空中某个空间位置发生什么事情(发光、或者是发声、或者是某物在该地运动或静止)之际,地表上的其它各地必然在自己的空间位置上与之对应地发生别的事情(事件)。可见,同时性问题,与发光与否无关,与光束在空间运动与否无关。
爱因斯坦用钟表来测量和揭示时间,但却不知道钟表是揭示地球时间的,更不知道时间的本质是天体在宇宙空间的位置及其运动进程本身。时间包含着三大要素:一是主体,二是空间位置,三是主体的运动。地球上万事万物必然参与地球的运动,进而其时间必然是地球时间。同时,空间两个点或事件的同时性问题,显然与“光”无关。同时性的本质,是指两个主体(事件)在确定的空间位置上的对应关系,是天然地存在的。也即,当A位于X处并发生什么事件之际,与之对应的主体B必然在Y处发生自己的什么事件。比如,某人于北京的早上六点进早餐之际,位于纽约的某人正在晚七点进晚餐,尽管这两个进餐事件同时发生在不同的空间位置,但其发生及其同时性问题肯定都与第三者的观察与否无关。
爱因斯坦既然用钟表来测量和揭示时间,那么,他就应该遵循钟表的科学性和所指时间的本质性——揭示地球时间,深刻了解并懂得其它任何主体的时间,都是与之这个地球时间的比较特性。否则,离开钟的功能特性而以钟来研究时间,特别是还要强行以时钟指针的运行来等于时间本身,其理论研究必将谬误并走向歧途。
1.3.4 狭相认为“不同的地点有不同的时间,不同地点的钟测量不同地点的时间。”然而,这些不同的地点都在同一个刚性的坐标系上,难道坐标系原点上的钟没有或者是不能揭示整个坐标系的时间?
1.3.5 光速中的时间(秒)是什么时间?然而,光速贯穿整个狭相的论证及结论中,可是狭相始终没有回答。尤其是光速中本身就包含时间要素(秒),因此,在狭相的论证中,光速凭什么理由而成为计量时间,特别是揭示公共时间的纽带?况且,任一事件的发生与“光”的介入与否本来就无关;公共时间的存在本来就与一束光的存在与否无关,更与一束光的参与与否无关。难道没有一束光在A、B中往返运行一次,就不能揭示公共时间?
1.3.6 狭相认为,不同的地点存在不同的时间,进而以不同的钟表位于不同的位置来揭示,然而,这不同的地点却都位于同一个坐标系上。可见,同一个坐标系上存在异地异时的概念有误。
1.3.7 狭相认为,测量异地的同时性问题,应该以光在其中运动往返一周的时间来进行。然而,每一事件都是以光信号作为发生的一种特征吗?物体运动时必然要发出光信号吗?物体运动的速度与光速是必然联系的吗?显然,客观事实是任意事件的存在与否、发生与否,都与光及其速度无关。因此,以光信号来作为两个基本点事件的同时性的联系方式是不符合自然规律与科学原则的,是相对论公然地偷换概念的行径。
1.3.8 狭相认为,AB两地的同时性以一束光在这两地的往返行进来揭示,可是,光的往返运行一次恰恰是需要时间的呀,也是狭相肯定的呀,可见,狭相中的同时性就是时间差的不为零情况。可见,以光的运动为契机的时间差的不为零情况,就是物理学上的同时性,这是同时性吗?然而,这是与天文学的时间及其同时性的本质公然地相违背的呀。
1.3.9 公共时间,既然可以以光在其中的往返运行而定义与揭示,难道不可以按照这个原则而让一只蚂蚁在AB间的往返运行一次而揭示?可见,以光的往返运行而定义定义同时性问题是显然地谬误的。
1.3.10 既然狭相对时间的定义是“一个事件的‘时间’就是这个实践发生地静止的一只钟同该事件同时的一种揭示,而这只钟与某一只特定的钟(母钟,笔者加注)是同步的,而且对于一切的时间测定也是同这只特定的静止的钟(母钟)同步的,”因此,异地的异钟都应该与这只母钟同步而揭示公共的时间和异地的同时性呀,且是与光信号的往返运行无关的呀,这是狭相论证中本应认识到的,但论者却视而不见,反而偏偏要以光的运行往返来强行等同是同时性。
1.3.11 光信号中的时间(秒)是什么时间,与母钟的关系如何?这个问题狭相没有解决,因而,以光的介入而揭示同时性问题的演义和论证(推论),是站不住脚的。
1.3.12 时刻与时间间隔也称之为时间,关系如何?即:t 不是 t2-t1 ,t 是时刻,可以是t1,也可以是t2,是时间的一个中间状态,Δt 才应该代表时段,是我们常说的需要(经过)多少时间的时间概念,即使用 t 来代表时段,但也不能与时刻的概念混淆。可是,狭相的论证中,对于时刻和时间(时段)的概念是模糊的。尤其在以光来揭示同时性的问题表达上表现出来的,以时差不为零的时间间隔来揭示所谓的同时性,也就是在强行以时差不为零的情况(时段),来揭示时差为零(时刻)的同时性之自然规律的本质,这是公然的谬误之处。
2. 狭相第二节理论剖析
2.1 狭相第二节原文 摘录
§2. 关于长度和时间的相对性
下面的考虑是以相对性原理和光速不变原理为依据的 ,[11] 这两条原理我们定义如下:
1、物理体系的状态据以变化的定律,同描述这些状态变化时所参照的坐标系究竟是用两个在互相匀速移动着的坐标系中的哪一个并无关系。 [12]
2、 任何光线在“ 静止的” 坐标系中都是以确定的速度 V 运动着,不管这道光线是由静止的还是运动的物体发射出来的。 [13] 由此 ,得:速度 = 光的路程/ 时间间隔 ……
2.2.3 狭相第二节所得的结论:一是“我们不能给予同时性这概念以任何绝对的意义;两个事件,从一个坐标系看来是同时的,而从另一个相对于这个坐标系运动着的坐标系看来,它们就不能再被认为是同时的事件了。”目的在于为后续的时空相对性的论证做好理论铺垫。二是公式 tB- tA = rAB/(V-v) 中的(V-v) ,是动杆上发出的光,在空间与动杆同向运行时对动杆的速度。三是公式 t'A- tB= rAB/(V+v) 中的(V+v) ,是动杆上发出的光,在空间与动杆反向运行时对动杆的速度。
2.3 狭相第二节存在的理论问题点
2.3.1 既然可以用静止的量杆来量空间(静止的杆长),又可以用运动的量杆来量空间(运动的杆长),那么就可以用动钟来量动杆的时间。而原论证中,却让静止与运动的钟的同时性以光来测量与转换的,进而就把运动的量杆测量运动的杆的长度问题,转化为以光速替换了运动的量杆和动钟来测量运动的杆长问题。显然,无论站在哪个坐标系上来观测的,与“光”无关的杆长(空间尺度)问题,就被“光”及其速度所强行替换。
2.3.2 原证中的 tB- tA = rAB/(V-v) 公式,其中的V是动杆上发出的光对静止的坐标系的速度,v 是动杆对静系的速度,公式的物理意义是站在动系的角度,观看到动系上发出的一束光在动杆A、B两端往返所耗时间,是杆长 rAB除以光对动杆的速度(V-v)。显然,动系上观看动杆上发出的光,在去程(光速与动杆的运动方向相同时)时,光对于动杆的速度是(V-v),因而与论证前提提出的“光速不变原理”矛盾。
原证中公式 t'A- tB= rAB/(V+v),表示动杆的长度 rAB不变,(V+v)是光速对动杆的速度比V大,进而耗时比在静杆时少。其物理意义是站在动系的角度观看到动系(动杆)上发出的一束光在动杆两端的B、A间运行所耗时间,是杆长除以此时光对动杆的速度。显然,动系上观看的动杆上发出的光(光速与动杆方向相反),对于动杆的速度是(V+v),因而也与论证前提提出的“光速不变原理”矛盾。
可见,公式 tB- tA = rAB/(V-v) 与 t'A- tB= rAB/(V+v) ,实际上是以杆长仍然不变,是动杆发出的光的速度,对于动杆的速度比在静杆时更慢或更快,即: rAB/(V-v)是从动杆的A端到B端所耗时间,比从静杆的A端到B端所耗时间多,显然与光速不变原理矛盾; rAB/(V+v)是从动杆的B端到A端所耗时间,比从静杆的B端到A端所耗时间少,显然与光速不变原理也是矛盾的。
2.3.3 “光速不变原理”之理论假设前提,要求 (V+v) = V ,(V-v) = V , (V+ nv) = V ,(V+vv) = V 。然而,就在狭义相对论的第二节论证中,著者自己就公然地违背自己提出的理论依据。
2.3.4 狭义相对论认为:“同一个坐标系空间上的两点,各有自己的时间,用相同的两只钟来分别测量”,可是,对于一个刚性杆上的两点,凭什么就不具备同时性,它们可是联成一体的呀,又凭什么还要以其上发出的光在杆外的空间的往返运行一次之后,来求证这个刚体上两点的同时性问题?可见,这种思维方式具有严重的不完全充分性,是不科学的。
2.3.5 动杆上发出的光对静系是光速(V),却对动杆自己是 (V+v)或(V-v)之速度,论证至此,光速究竟变还是不变?光速究竟还是不是最高速度?显然,论者是在自己否定自己,但是整整一百年来,人们能把他怎样,科学能把他怎样?
2.3.6 公式 (V+v) 和 (V-v)表明,光速与动杆的速度是矢量合关系,因此,光速尽管在真空中保持恒定速度,但与发出它的光源的速度无关,而且发出之后与光源体进一步的继续运动是矢量合关系,因此,狭义相对论的第二节就证明了光速对于一切动体的速度是变化的,光速不是最高速度。
2.3.7 狭相强调“两只同静系同步的钟,位于杆上的A、B处。”,这就充分说明用一只钟是能够揭示一个坐标系的整体时间的。因此,用两只同样的钟来揭示一个坐标系上的两点的时间,是谬误的。进一步的意义表明,一个坐标系上的两地时间的同时性,本来就是一样的,是可以通过一只钟表来揭示的,是一个坐标系的时间体系本身就决定了的。可见,著者总是以某种思路为某种后续的目的性而做理论准备,但却难免不暴露出矛盾性(尽管很隐蔽)。
2.3.8 狭相在第二节的论证中,通过公式tB- tA = rAB/(V-v) 与 t'A- tB= rAB/(V+v) 进而得出了并不存在绝对的同时性的概念,即:“我们不能给予同时性这概念以任何绝对的意义;两个事件,从一个坐标系看来是同时的,而从另一个相对于这个坐标系运动着的坐标系看来,它们就不能再被认为是同时的事件了。”那么,通过 tB- tA = rAB/(V-v) 与 t'A- tB= rAB/(V+v) ,实际上正好说明了如狭义相对论所说的那种非绝对的“同时性”问题的不成立,因为式中的V包含的时间是什么时间呢?难道可以用包含有时间基本要素的一个量,来肯定“同时性”无绝对的意义?
当与光速不变原理公然地矛盾的两个公式 (V-v)和(V+v) 不能成立,那么,狭义相对论在第一和第二节论证中,通过所谓的观察确定的,对一个事件的非同时性概念与理论则不能成立。
2.3.9 (V-v)和(V+v) 是运动的光源发出的光在空间运行时对运动的光源(动杆)的速度,当V- v = 0 时(光源以光速与所发出的光同向运动),则光源发出的光在空间对运动的光源(动杆)的速度为零。也即,此光速运动的光源发不出对光源同方向运动的光,进而有光源发出的光对光源的速度是V=0的情况,也即,次光对光源本身而言的光速是静止为零的,因此,“光速不变原理”再次展示了它自己理论体系内部的矛盾。
2.3.10 狭相在第二节的论证中,通过公式 tB- tA = rAB/(V-v) 与 t'A- tB= rAB/(V+v) 进而得出了并不存在绝对的同时性的概念。然而,结合狭相的论证前提的光速不变原理,显然有:(V-v) = V,(V+v) = V 的结果,进一步地让其代入 tB- tA = rAB/(V-v) 与 t'A- tB= rAB/(V+v) 公式中,则有 tB- tA = rAB/V 与 t'A- tB= rAB/V ,因此, tB- tA = rAB/V = t'A- tB= rAB/V,即,tB - tA = t'A - tB 。可见,根据光速不变原理和光在空间上两点的往返运行,得到的结论恰恰应该是绝对的同时性必然成立,因而,第二节关于“并不存在绝对的同时性”之结论显然是谬误的,随之而来的后续论证必然进一步谬误。
3. 狭相第三节理论剖析
3. 1 狭相第三节原文 摘录
§ 3. 从静系到另一个相对于它做匀速移动的坐标系的坐标和时间的变换理论
设在“静止的”空间中有两个坐标系,每一个都是由三条从一点发出并且互相垂直的刚性物质直线所组成。设想这两个坐标系的X 轴是叠合在一起的,而它们的 Y 轴和 Z 轴则各自互相平行着② ( 注: ②本文中用大写的拉丁字母 XYZ 和希腊字母ΞHZ 分别表示这两个坐标系 (K系和k系 ) 的轴 ,而用 相应的小写拉丁字母x,y,z 和小写的希腊字母ξ,η,ζ 分别表示它们的坐标值一一译者注。)设每一系都备有一根刚性量杆和若干只钟,而且这两根量杆和两坐标系的所有的钟彼此都是完全相同的。……
3.2 狭相序言部分中涉及的物理要素及其运动运动特征
3.2.1 狭相第三节中涉及的物理要素及其运动特征:
一是静止的坐标系K,二是运动的坐标系k 。“在‘静止的’空间中的这两个坐标系,每一个都是由三条从一点发出并且互相垂直的刚性物质直线所组成。设想这两个坐标系的X 轴是叠合在一起的,而它们的 Y 轴和 Z 轴则各自互相平行着”,坐标系 ( k ) 的原点 ,在朝着另一个静止的坐标系 (K) 的χ增加方向上以 ( 恒定 ) 速度v 运动。三是空间中的一个点,坐标在K系上是(x,y,z),在k系上是(ξ,η,ζ)。四是一束光,从k系的原点在时间 τ。发射一道光线,沿着X 轴射向x',在 τ1 时从那里 反射回坐标系的原点 ,而在τ2 时到达k系的原点。狭相第三节涉及的物理要素及其运动特征如图3 所示。
3.2.2 狭相第三节中的初步结论是:
一是“做类似的考察——用在 H 轴和 Z 轴上——并且注意到,从静系看来,光沿着这些轴传播的速度始终是(VV-vv)**1/2”二是“不难确定ξ,η,ζ这些量,用方程来表示的话,光 ( 像光速不变原理和相对性原理所共同要求的 ) 在动系中量度起来也是以速度 V 在传播的。对于在时间τ=0 向ξ增加的方向发射出去的一道光线 ,其方程是:ξ= Vτ ”
3.3 狭相第三节中的问题点
3.3.1 狭相第三节在开头部分认为“设在“静止的”空间中有两个坐标系,每一个都是由三条从一点发出并且互相垂直的刚性物质直线所组成。设想这两个坐标系的X 轴是叠合在一起的,而它们的 Y 轴和 Z 轴则各自互相平行着。设每一系都备有一根刚性量杆和若干只钟,而且这两根量杆和两坐标系的所有的钟彼此都是完全相同的。”显然,狭相认为:一方面,刚性的坐标系它没有自己的整体的时间体系,空间(或是用刚性的坐标系来描述描写的空间)上各点有各自的时间,且是可以用钟表来记录或揭示的;另一方面,两个以坐标轴重合的刚性坐标系,尽管可以进行坐标的变换,但却不能进行共同的时间变换(换算),如果要进行时间的变换的话,狭相的论证中却要让与之无关的光速介入其中。可是,光速中包含着时间的最基本要素——秒,也是钟表的基本时间要素。并且,光的介入还要在空间的两点间往复运行一次,这个运行恰恰又是需要时间的(秒时间)。可见,时间原本是一体化的,只是被人为地误解和曲解了而已。可见,狭相的论证就是在这样的概念混乱的思想之下进行的,因而出现矛盾与谬误是必然的。
3.3.2 既然“对于完全地确定静系中一个事件的位置和时间的每一组值x,y,z ,t ,对应有一组值 ξ,η,ζ,τ ,它们确定了那一事件对于坐标系是的关系,现在要解决的问题是求出联系这些量的方程组。”那么,根据伽俐略坐标变换就可直接换算出这个事件(空间上的一个点)在运动的坐标系k上的坐标位置(坐标值)。
3.3.3 对于空间的一个点,无论用几个坐标来度量,难道这个空间上的点的时间就不存在同时性,特别是它的同时性问题是以别的坐标系来观察而确定的?狭相的观点也就是在说:如果没有别的坐标系来观察,该点则不存在同时性问题,甚至连时间的延续也没有。进一步地,这就与狭相前面的论证中,用一只钟表来测量一个地点的时间之理论观点和方法矛盾。
既然两个坐标系的特性是以速度v而确定的,那么,这两个点的坐标变换问题,通过伽俐略坐标变换就可实现,且不存在什么时间的相对性问题,因为两个坐标原本是重合的,是以X轴重合而运动的。
3.3.4 结论一中的光速“从静系看来,光沿着这些轴传播的速度始终是(VV-vv)**1/2”,显然与“光速不变原理”的论证前提矛盾,况且结论二正好又在肯定并重申“光 ( 像光 速不变原理和相对性原理所共同要求的 ) 在动系中量度起来也是以速度 V 在传播的。”
3.3.5 狭相在对于以空间的一个点作为研究对象的本节论证中,“从k系的原点在时间 τ。发射一道光线,沿着X 轴射向x',在 τ1 时从那里 反射回坐标系的原点 ,而在τ2 时到达;”显然是在以光的运动特性强行替换研究对象的空间位置(x,y,z ,t ,)或( ξ,η,ζ,τ )及其运动的特性,同时,并未回答静系上的t 与动系上的τ的本质关系问题。
3.3.6 β= 1/(1- vv/VV)**1/2 没有说明其详细的论证论证过程或来源,尤其这恰好是针对空间中的一个确定的点的研究的课题部分。同时,VV本身也是与光速不变原理矛盾的,因为光速不变原理表明:V+ v = V, V+ nv = V ,VV = V ,狭义相对论的结论中出现VV是与它的论证前提的光速不变原理矛盾的。
3.3.7 狭相的论证至第三节时,显然是在研究一束光的往返运动,因为有论证:“从k系的原点在时间 τ。发射一道光线,沿着X 轴射向x',在 τ1 时从那里 反射回坐标系的原点 ,而在τ2 时到达;由此必定有下列关系:( τ0 +τ2 ) / 2 =τ1 ”。随之而来的结论却同时性地出现了用公式表达光速的三种特征情况:一是光速不变原理的“V+ v = V, V+ nv = V ,VV = V”情况;二是“:(V- v),(V+ v )”的矢量合大于或小于 V 的情况;三是“从静系看来,光沿着这些轴传播的速度始终是(VV-vv)**1/2”的情况。可见,狭义相对论的论证过程中,在关于光速的问题上,是公然地谬误并强盗逻辑的,论者想怎样论就怎样论,根本不顾科学的基本原理和基本原则 ——“协调性、连续性、严密性、完备性”的要求,而是一味地为他的某种目的进行理论上的强行论述,且不达目的绝不罢休。因此,当光速在狭义相对论的论证中,存在显然地矛盾与谬误之际,随之而来的后续一切论证必将进一步谬误无疑。
3.3.8 狭相的论证中,让两个刚性的坐标系相溶(重合),可是,这两个坐标系的时间却不相溶(不重合),这是什么科学逻辑?关于两个坐标系的时间相溶问题的天文学理论,有两个典型的以地球时间为换算标准的实例:一是地球与火星的时间换算问题,是以二者的空间轨道位置为换算依据的,充分揭示了“时间是天体在宇宙空间的位置及其运动变化的进程”之本质,特别是地球与火星的“大冲”、“小冲”时间,就是典型的以两个主体的空间位置表现出来的时间概念。二是哈雷慧星绕太阳运行的周期是76年(地球年),最近一次出现是于1986年,其运行周期恰恰体现出“时间是天体在宇宙空间的位置及变化进程”的时间本质。可见,狭义相对论中让“两个坐标系相溶,但是这两个坐标系的时间却不相溶”的理论,是没有科学依据的,是著者个人的臆测之举。
3.3.9 狭相第三节的论证中有“从k系的原点在时间 τ。发射一道光线,沿着 X 轴射向x',在 τ1 时从那里 反射回坐标系的原点 ,而在τ2 时到达;由此必定有下列关系:( τ0 +τ2 ) / 2 =τ1 ,或者,当我们引进函数τ的自变数,并且应用在静系中的光速不变的原理”显然,这是在研究一束光在空间两点间的运动,恰恰不是研究一个确定的点在静止的坐标系和运动的坐标系上的位置问题,是公然地偷换研究对象之主体及其运动特性的谬误。
3.3.10 狭相第三节的论证中有“不难确定ξ,η,ζ这些量,用方程来表示的话,光 ( 像光速不变原理和相对性原理所共同要求的 ) 在动系中量度起来也是以速度 V 在传播的。对于在时间τ=0 向 E 增加的方向发射出去的一道光线,其方程是:ξ= Vτ ,或者:ξ= aV( t - vx'/VV-vv ) ,但在静系中量度,这道光线以速度 (V-v)相对于k的原点运动着,因此得到:x'/(V- v)= t”,可见,以“光速不变原理”为论证前提的狭义相对论,在其论证中,对光速的认识与描述总是层出不穷地矛盾显然的。
3.3.11 狭相第三节的论证中肯定了“xx+yy+zz =VVtt 与ξξ+ηη+ζζ= VVττ”关系式的成立,然而,时间 t 与τ究竟是空间上某个点的时间呢,还是这两个方程描写的球面波的球面时间,还是这个不断扩张的球面所包容的球体的时间?尽管狭相的论证中没有交代清楚,但是,我们从球面方程可以直接判定,其中的 t 与τ是指球面波的整个球面的共同时间。既然肯定了运动的球面有整体时间,进而也就肯定了坐标系具有整体时间,因此,这就与论著在前面论证中关于空间两个点具有不同时间的概念矛盾。可见,对于时间问题,狭相的论述者爱因斯坦,他总是想怎么论证就怎么论证,其思维与论证的随意性,是他典型特色的学术风格。
4. 狭相第四节理论剖析
4.1 狭相第四节原文 摘录
§4. 关于运动刚体和运动时钟所得方程的物理意义
我们观察一个半径为 R 的刚性球① (注:①即在静止时看来是球形的物体。),[17] 它相对于动系k是静止的,它的中心在k坐标原点上。这个球以速度v 相对于 K 系运动着,它的球面的方程是:
ξξ+ηη+ζζ= RR
用 x,y,z 来表示,在 t =0 时 ,这个球面的方程是:
xx/(1- vv/VV)**1/2(1- vv/VV)**1/2 + yy + zz = RR
一个在静止状态量起来的刚体,在运动状态——从静系看来——则具有旋转椭球的形状了,这个椭球的轴是 R(1- vv/VV)**1/2,R,R ……
4.2 狭相第四节涉及的物理要素及其物理特征
4.2.1 狭相第四节涉及的物理要素有四:一是一个半径为 R 的刚性球① (注:①即在静止时看来是球形的物体),二是静系K ,三是动系k 。四是若干只钟,其中一只钟被放到k的坐标原点上。
4.2.2 这个刚性的球,以速度v 相对于 K 系运动着,它的球面的方程是:ξξ+ηη+ζζ= RR 。刚球及其运动与光线无关,与观察者的观察与否无关,与观察者的观察方法无关。
狭相第四节涉及的物理要素及其运动特征如图4所示。
4.2.3 狭相第四节中的初步结论是:动钟变慢,运动系统的时间变慢。
4.3 狭相第四节中的问题点
4.3.1 狭相第四节的论证中有“对于 v = V,一切运动着的物体——从“ 静 ”系看来 ——都缩成扁平的了”,可见,被观察起来是变形的刚球,其实不“刚”,且是被看起来的变形,而不是实际上的变形,这与《光学》的斜投影原理的“看起来变形”有什么两样?可见,狭相的理论观点就是这样的,以观看的观点作为判定客观事物存在与否、运动与否的标准。当没有观看到之际,他就认为一切事物及运动规律皆是不存在的。可见,这是公然的唯心主义的思想观点与工作方法,是科学研究不应容忍的。
4.3.2 狭相第四节的论证中有“我们可以断定:在赤道上的摆轮钟,比起放在两极的另一只在性能上完全一样的钟来,在别的条件都相同的情况下,它要走得慢些,不过所差的量非常之小。”然而,钟表的时间单位“时、分、秒”,是对地球以南北方向的转轴的自转规律的描述,是以经度线(特别是子午线)为基准的,特点在于同一经度线上的时间是一致的,恰恰不是以地球的纬度线作为地球时间的基准。因此,天文学的时间概念(“时、分、秒”,特别是光速中包含的“秒”时间概念),对于地球上的纬度而言,与在赤道上或者是在北极上都没有关系。同时,钟表是记录地球时间的工具,是与地球的自转和公转彼此独立的系统,尽管在周期上同步。显然,钟表无论走时的精度如何,都不能等同是地球时间本身。可见,爱因斯坦连时间的本质和钟表与时间的关系都不知道,却来进行关于时间和空间的科学研究,因此论证中产生重重谬误是必然的,尽管迷惑了人类的科学事业整整一百年。
4.3.2 爱因斯坦用钟表来测量和揭示时间,但却不知道钟表揭示的是地球时间,而地球时间是指地球上的一地,在自转过程中相对与太阳的方位。时间是天体在宇宙空间的位置及其运动进程本身。时间包含着三大要素:一是主体,二是空间位置,三是主体的运动。地球上万事万物必然参与地球的运动,进而其时间必然是地球时间。同时,空间两个点或事件的同时性问题,显然与“光”无关。同时性的本质,是指两个主体(事件)在确定的空间位置上的对应关系,是天然地存在的。也即,当A位于X处并发生什么事件之际,与之对应的主体B必然在Y处发生自己的什么事件。比如,某人于北京的早上六点进早餐之际,位于纽约的某人正在晚七点进晚餐,尽管这两个进餐事件同时发生在不同的空间位置,但其发生及其同时性问题肯定都与第三者的观察与否无关。
5. 狭相第五节理论剖析
5.1 狭相第五节原文 摘录
§ 5. 速度的加法定理
在以速度 v 沿 K 系的 X 轴运动着的k系中,设有一个点依照下面的方程在 运动:
ξ = ωξτ,η= ωητ,ζ= 0 此处ωξ和 ωη都表示常数。
求这个点对于 K 系的运动。借助于§3 中得出的变换方程,我们把x,y ,z,t 这些量引进这个点的运动方程中来,我们就得到:
x = (ωξ+v)t / ( 1+ vωξ/ VV )
y = ωηt(1- vv/VV)**1/2 /(1+ vωξ/ VV)
z=0 ……
5.2 狭相第五节涉及的物理要素及其运动特性
5.2.1 狭相第五节涉及的物理要素有三:一是静止的坐标系K。二是以v运动的坐标系k 。三是一个运动的点,运动的方程是:
ξ = ωξτ;η= ωητ;ζ= 0
显然,这个点(ξ,η,ζ)及其运动与否,与光线无关,与观察者的观察与否无关,与观察者的观察方法无关。
5.2.2 狭相第五节中的初步结论:一是“由两个小于 V 的速度合成而得的速度总是小于 V 。”,二是“光速 V 不会因为同一个‘小于光速的速度’合成起来而有所改变。”
5.3 狭相第五节的 问题点
5.3.1 狭相第五节的结论是“由两个小于 V 的速度合成而得的速度总是小于 V 。因为如果我们置v = V- k ,ω= V-λ,此处 k 和 λ 都是正的并且小于V,那么: U = V(2V - k - λ)/ (2V - k -λ+ kλ/V) < V 进一步还可看出,光速 V 不会因为同一个“小于光速的速度”合成起来而有所改变。”尽管与光速不变原理协调,但是,与前面的论证中出现的,光速对运动的杆的两种速度 (V+v )或(V- v )都显然地矛盾。
5.3.2 既然“光速 V 不会因为同一个“小于光速的速度”合成起来而有所改变。”并且,根据光速不变原理有:V+v = V 和 V- v = V 。结合第二节中的公式 tB- tA = rAB/(V-v) 与 t'A- tB = rAB/(V+v) ,因此:
tB- tA = rAB/(V-v) = rAB/V
t'A- tB = rAB/(V+v) = rAB/V
因此, tB- tA = t'A- tB = rAB/V ,显然与第二节的论证结果不同,但恰好与第一节阐述的,同一坐标系上空间两点的同时性之理论观点相同。
因此,同时性问题就是在狭相的论证中,也表现为光的往返行程所需时间是相等的问题,并且与运动的坐标系无关,与光速的方向无关。
可见,狭义相对论的第二节论证中,通过光在空间两点的往返行程所需时间的不相等,来论证“并不存在绝对的同时性”的课题,是显然地违背狭义相对论自己这个论证体系的理论前提和后续结论的,也即,是违背“光速不变原理”之论证前提的,进而充分表明狭义相对论在论证的起步之初就是谬误的。
6. 结论
综上所述,一方面,时间是天体在宇宙空间的位置及其运动进程本身。时间包含着三大要素:一是主体,二是空间位置,三是主体的运动。地球上万事万物必然参与地球的运动,进而其时间必然是地球时间。同时,空间两个点或事件的同时性问题,显然与“光”无关。同时性的本质,是指两个主体(事件)在确定的空间位置上的对应关系,是天然地存在的。
另一方面,通过上述系统性剖析与驳论,我们不难发现,狭义相对论的论证中公然地违背科学原理而表现出来的理论谬误主要有六:
一是不知道钟表是记录或揭示地球时间的人造工具,反而以钟表等同是时间本身,特别是以“我的钟的短针的位置” 来代替“时间”。爱因斯坦甚至不知道地球时间的“时分秒”的本质,是地球以围绕自己南北向的转轴转动的周期规律性,并且与地球的纬度无关。
二是强行令空间的不同点具有不同的时间,甚至认定一个刚性的坐标系上的空间各点的时间也是如此,但恰恰又是可以用同样的钟表来测量的,同时更有球形波的波形上时间是整体时间的论证。
三是让两个刚性的坐标系重合,但却令其各自的时间不能直接进行换算。但是,针对这两个坐标系的同时性问题,却却偏偏要让与之无关的光在其中进行桥梁作用,而这个光的速度,都是绝对的地球时间的一个基本计量单位“秒”来计时的,显然,光速没有理由作为建立“同时性”概念的纽带。
四是没有区分时刻、时间间隔(时段)的意义,却让时间间隔来等于同时性,但在其理论的论证中,反而忽视了零时差的同时性基本原则,得出的同时性却是有“时间差”的所谓“同时性”,且是以一束光在空间的两个点间往返运行一次所经历的时间(时间间隔)来等同这个同时性。
五是以“光速不变原理”为论证前提的狭义相对论,在其论证中对光速的描述同时出现了“V,(V- v),(V+ v),(VV-vv)**1/2 ”四种不同情况,而其中的三种光速情况,显然与“光速不变原理”矛盾,因而,是狭相理论体系中最关键、最突出、最公然的谬误之处。
六是论证中公然地不遵守论者自己提出的“光速不变”原理之理论前提,必然导致后续论证及结论的谬误,特别是包含系数(1- vv/VV )**1/2 之项的“相对的时间、相对的空间、相对的质量、质能定理、电动力学部分”以及后续的广义相对论,都必将是谬误的。
相对论的问题,必须从相对论中来解决,中国有句话叫做“解铃还需系铃人”。反思整个狭义相对论,它从时间的定义开始,最终又得出时间的相对性理论而结束,并因此而走向成功。显然,当相对论原来从时间的定义开始之际,就是已经偏离了科学理论的正确方向,那么,随之而来的一切论证必将走向歧途。
今天,当我们冷静地直面相对论,揭露与戳穿其论证中存在的公然地矛盾与谬误之际,相对论的坍塌是必然的。随之而来,物理学和整个科学将回归绝对时空之正确轨道。
相对论整整一百年了,这是历史的故事,更是历史的波澜。挣脱相对论的束缚,物理学将从今走向新的彼岸。
主要参考资料:
《爱因斯坦全集》第二卷,244---255页,《动体的电动力学》,湖南科学技术出版社,2002-12出版
二○○五年五月二十二日 第一稿
二○○五年五月二十六日 第二稿 于中国衡阳
作者电子信箱:wang-da-shui@tom.com