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相对论是合格的理论吗
合格的理论起码应符合两个条件，一是内部逻辑要自洽，二是外部预测要正确。下面我们就根据这两条审查一下相对论。 关于内部逻辑自洽问题，举三个例子可以说明。 例一， 在推导‘异地同时是相对的’这一相对论的核心命题的过程中出现自我矛盾现象。 异地同时是相对的含义是：在一个参考系中看来不同地同时发生的两事件在另一个参考系看来不是同时发生的。 下面我们从分析爱氏的同时是相对的推导过程并指出其自相矛盾之处。 以光速不变假设为理论基础借助火车闪电理想实验推导同时是相对的，其详细推导过程见P.G.柏格曼著 周奇 郝苹译《相对论引论》人民教育出版社1961年12月第一版第31至33页。由于篇幅太长又鉴于大家都很熟悉该实验，这里就不重抄了，只把关键步骤重复写在下面方括号中。 ［［火车S`在静止在地面上的S火车系中以恒定速度向右运动。（报歉，没法画图，不过从文字中可以想出图来） 在S中，发生两个闪电，左边一个在A点，右边一个在B点，并同时在S`车上打上A`、B`两印记，过一段时间发现两光波的波前（有人叫光子）同时到达C点。S人测量后知道AC=BC，于是S系根据光速不变假设判定：A、B点的光是同时发出的。并把A、B发光时刻S`中与S中C点重合的点命名为C`点 由于光到达C和C`需要有限的时间，而C`向右运动，所以从A、A`发出的信号先到达C后到达C`，从B、B`发出的信号先到达C`后到达C。结果，S`上的观察者将发现，B、B`发的光比A、A`发的光先到达C`。 于是S`根据光速不变假设和A`C`=B`C`系判定A`、A与B`、B不同时发光，从而证明了异地同时是相对的。］］ 这一推导过程两处有问题。一是A`C`=B`C`没有证明，二是下一段话“由于光到达C和C`需要有限的时间，而C`向右运动，所以从A、A`发出的信号先到达C后到达C`，从B、B`发出的信号先到达C`后到达C。结果，S`上的观察者将发现，B、B`发的光比A、A`发的光先到达C`。” 逻辑发生了混乱。 该段的前一句话只有S才可以说，即只有S系才能根据前面的已知条件得出这个结论。后一句话显然是S`的结论。具有时间因果关系的两句话不是一个参考系的人讲的这不符合相对论的逻辑。 怎么才能解决这一矛盾呢？因为S`不应该承认S系给他作的判断，也不应该根据S系的己知条件推出判断，而只能根据S`系的已知条件做出判断。所以方法只有一个，即前一句话也是S`系的结论。 怎么才能使前一句话变为S`系名正言顺的结论呢，那就只有把S的已知条件也看成S`的已知条件，即S`也已知A与A`、B与B`重合的时刻C与C`也重合。 这样一来又产生了新问题，因为已知S也承认A与A`、B与B`重合的时刻C与C`也重合，这就可以得出异地同时是绝对的了，这与想得的结论矛盾。 也有人认为这两句话都是S说的，也就是说，S可以根据自己的已知条件给S`推导结论。且不说这种说法是否可行，先假设可以，看看会有什么后果。因为S已知：A、A`同时发光，B、B`同时发光，A、B同时发光；所以A`、B`也同时发光，即，S`认为两个闪电同时发生，这显然与想证明的目标同时是相对的有矛盾。 以上分析可以看出：要么，同时是相对的不能由光速不变通过火车闪电理想实验推出；要么，首先承认同时是绝对的，然后再用光速不变假设推导出同时是相对的，这显然又造成自我矛盾。 例二， 在推导‘洛伦兹公式’这一相对论的核心公式的过程中出现自我矛盾现象。 洛伦兹变换公式被认为是相对论理论的核心公式。 下面分析洛伦兹变换公式的推导过程，并指出其自相矛盾之处。 爱氏洛伦兹变换的推导过程可见P.G. 柏格曼著 周奇 郝苹译《相对论引论》人民教育出版社1961年12月第一版第34至37页，由于篇幅太长又鉴于大家都很熟悉，这里就不重抄。 推导洛伦兹变换的主要前提条件有：1、承认相对性原理，2、承认空间是均匀的时间是均匀的，3、假设光速不变。至于牛顿的绝对时空观（即同时是绝对的与参考系无关）书中没说承认也没说不承认； 光速不变假设的含义用数学语言表述是：某点光源的光波的波前（有人叫光子）在两个相互作匀速直线运动的参考系中的运动方程分别是xx+yy+zz=cctt……（1）和x`x`+y`y`+z`z`=cct`t`……（2）。 关于（1）、（2）两式成立的条件（这个问题容易被人勿略，也有人可能是有意勿略）。 因为（1）、（2）两式是在牛顿质点运动公式r=ut的基础上推出的［上式两边平方得rr=uutt，当速度在坐标系的三个方向上都有分量时变为xx+yy+zz=uutt，当u为特定值c时就得（1）式］，而公式r=ut成立的条件是当坐标原点的钟指向零时刻时坐标原点以外所有的钟全指向零时刻，所以（1）式只有在S系原点时钟指向零时刻时原点之外的所有时钟也指向零时刻的情况下才成。同理（2）式只有在S`系原点时钟指向零时刻时原点之外的所有时钟也指向零时刻的情况下才成立。 因为具体进行洛伦兹变换的推导工作是由某个具体的人完成的（这个人不可能同时静止在两个参考系中而只能静止在一个参考系中，假设静止在S系中），他为了推导洛伦兹变换必须同时以（1）、（2）两式为前提条件。因此，他必须承认两式同时成立［即，S系静止的人承认光子Q在S系中适合式（1）同时也承认同一个光子Q在S`系中适合式（2）］，也就是既承认S系原点的钟同时指向零的时刻原点以外所有的钟都指向零，叉承认S`系原点的钟同时指向零的时刻原点以外所有的钟都指向零。根据对绝对同时的约定（若在一个参考系异地同时发生的两件事在另一系看也是同时发生的就称同时是绝对的），承认两式同时成立等于承认了同时是绝对的。也就是说推导洛伦兹变换的前提条件中应再加一条‘同时是绝对的’，我们把它编为第4个前提条件。 因为用洛伦兹变换公式的时间变换式可以直接推导出‘同时是相对的’，而推导洛伦兹变换公式的前提条件之一是‘同时是绝对的’，这就是说，洛伦兹变换公式的直接推论与推导洛伦兹变换公式的前提条件之间有矛盾。 例三， 在推导‘质速关系式’这一相对论的重要公式的过程中出现自我矛盾现象。 质量与速度的关系式简称质速关系式，它十分重要，有人把它称为现代物理的基础，并声称它已被大量的实验所证实。实际上它也不属于相对论 下面我们也分析该公式的推导过程并指出其自相矛盾之处。 该推导过程是借助一个十分特殊的质点碰撞，说它十分特殊是因为它要求碰撞后各质点x方向速度不变而交换了质点y方向的速度。详细推导过程可见P.G. 柏格曼著 周奇 郝苹译《相对论引论》人民教育出版社1961年12月第一版第89至93页，一个典型的例子一节。由于篇幅太长又鉴于数学公式太多，这里就不全部重抄了，仅把有关的文字叙述抄录如下。 ［［… 虽然我们对于m与m。和u的函数关系还未作任何的假定，然而，我们可以确信，所考虑的例子是与相对论的守恒定律一致的。因此，在我们的例子中，质点的状态可以正确的描述出来，不必考虑相对论不变性的条件对经典力学定律所作的修正。 … 因为u*2等于u`*2 ，p*x的守恒定律恒能满足，因而m（m。，u*2）等于m（m。，u`*2）。另一方面，由于u*1也等于u`*1，p*y和p`*y的式子只是符号不同。因此，p*y的守恒定律要求p*y等于零。于是我们得到m的函数方程：… … 由于过渡到b趋向于零的极限，我们得到较简单的方程…］］ 对该推导的质疑。 1、这种特殊的理想实验从理论上讲是做不到的。根据两质点初速度的方向，它们碰撞后不可能只交换y方向的动量而不交换x方向上的动量。 2、书上说“我们可以确信，所考虑的例子是与相对论的守恒定律一致的。”。这种确信没有任何根据，因此，就不可信。 3、书上说“由于u*1也等于u`*1，p*y和p`*y的式子只是符号不同。因此，p*y的守恒定律要求p*y等于零。于是我们得到m的函数方程：…”。不知是原文如此还是翻译有误，这里的“因此”二字不对，应改为“因为”。如此，这段话的意思就是：因为我们相信动量守恒定律，根据动量守恒定律，p*y等于零，于是我们得到m的函数方程是…。这一事实告诉我们，爱氏单独应用了y方向上动量守恒定律去推导‘质速关系式’。在该书的后面章节我们可以看到，相对论是不承认动量单独守恒的，这就是说相对论产生了自相矛盾（动量守恒是否成立前后矛盾）。这不是偶然的错误而是相对论自身就存在着自相矛盾的根源---光速不变假设。 4、书上说“由于过渡到b趋向于零的极限，我们得到较简单的方程…”。如果此处允许用b为零的方式得到简单方程，那么，该理想实验就失去了前提条件（b不为零），整个理想实验就不会存在。 从以上四点可以看出： ‘质速关系式’的推导过程存在很多自相矛盾的地方，‘质速关系式’不可能用洛伦兹变换公式推出（注：实际上，我已证明过用光速不变假设推不出洛伦兹变换，那就更不可能推出‘质速关系式’了），所以，‘质速关系式’不是相对论的逻辑结论，而是把别人的东西硬性塞到相对论中去的（注：实际上别人根据实践经验提出‘质速关系式’时离相对论问世还有数年呢。）。‘质速关系式’不是相对论的逻辑结论而是像牛顿第二定律一样是电磁实践经验的总结，而且不是由爱因斯坦等人总结出来的。 从以上三例可以看出，所谓相对论的核心定理、公式根本不能用相对论的公理（实际上仅仅是假设）推导出来，一个用公理化方式建立起来的理论，其核心公式和定理竟然不能用自巳的公设合理地推导出来，这样的理论也称得上理论吗？ 关于预测正确性问题，举四个例子可以说明。 例一，‘异地同时是相对的’导致直杠杆矛盾。 地面上有一杠杆，在杠杆两端点施相等的力，杠杆平衡，然后同时将二力消除。有一火车沿杠杆长度方向匀速运动。地面和火车上的人预测，杠杆是否转动？ 在地面上看。很明显，二力平衡杠杆不转动。 在火车上看。由于异地同时是相对的，在地面上看两力同时消除，在火车上看则不同时消除，于是杠杆获得一转动角速度，略去阻力则杠杆一直转动。 例二，‘钟慢’导致双钟矛盾。 第一种。 有一可以分为四部分的飞船，船上有校准了的A1、B1、A2、B2四只同样的钟。第一次一分为二，令其为A、B，A、B以相反方向匀速飞行。A、B约好当各自的钟指向N时以相同的方式把A、B都一分为二，A分为A1、A2，B分为B1、B2。其中A1、B1、匀速返回，A2、B2继续前进。A1、B1飞船上的人预测，当A1、B1相遇时，谁的钟走慢了？ 由于二只飞船完全对称，将会把变速时的影响相互抵消。双方都根据‘钟慢’理论得出对方的钟变慢。 第二种。 第一次实验。取两只相同的钟，原地校准两只时钟。令一只G1原地不动，另一只G2以恒定的加速度（用恒力保证）运动某一固定距离L1（设此处为C点），这时G2的速度达到某一数值u，然后立即以大小相等方向相反的加速度运动，当G2回到G1时，比较两只钟的时刻t1、t2、记下差值Ta=t2-t1。 第二次实验。再一次原地校准两时钟，令一只G1原地不动，令G2再以同样的加速度运动同样的距离L1，然后令G2匀速运动距离L（设此处为D点）后立即以大小相等方向相反的加速度运动，当G2回到D点时便改为匀速运动，当G2回到C点时开始以以上的减速度运动，当G2回到G1时再次比较两只钟的时刻t3、t4、记下差值Tb=t4-t3。 Tx=Tb-Ta就是G2匀速运动2L造成的时差。 Q1说Tx小于零，Q2说Tx大于零 例三，‘尺缩’导致直角杠杆矛盾。 地面上有一直角杠杆AOB，AO垂直于BO垂足为O，AO=BO，O点有一垂直于AOB平面的轴。在A、B两点各施与AO、BO垂直的大小相等的力，二力力矩方向相反。有一火车沿AO方向匀速运动。地面和火车上的人预测，杠杆是否转动？ 在地面上看。显然杠杆不转动。 在火车上看。根据‘尺缩’理论，AO变短BO不变，力不变（有人说力变，实际上即使力按相对论说的规则变也不会改变杠杆的不平衡而且会加大不平衡），所以杠杆不平衡、会转动。 例四， 磁场变换公式导致钢针磁化矛盾。 钢针中有很多排列不规则的磁荷，每个磁荷相当于一个绕共同中心旋转的电子对。自然状态下磁荷的排列方向是不规则的，所以钢针对外不显现磁性。一旦磁荷的排列方向比较一致，钢针就是被磁化了。 现在分析一个磁荷，即一个电子对。 地面上有一空间直角坐标，设：地面上磁场强度为零、有一均匀静电场，场强的方向指向与坐标的Z轴一致，令为EZ。让电子对的旋转平面与坐标的XOY面平行，令电子对的两个电子为Q1、Q2。当Q1、Q2连线方向与Y轴平行时，求Q1、Q2受力情况。 在地面参考系看。 明显二力相等电子对旋转平面不翻转。钢针不会被磁化。 在火车（火车在地上沿X轴正方向以速度V匀速运动）参考系看。 根据洛伦兹力公式 （以下各式中：F`Z代表在火车系电荷受到的电磁力在Z方向上的分力，q代表电荷的电量，E`Z代表火车系中电场强度在Z方向上的分量，U`X代表电荷在火车系中的运动速度在X方向上的分量，B`Y代表火车系中磁场强度在Y方向上的分量，r代表（1-vv/cc）的-1/2次方，C代表光速，1、2表示与Q1、Q2相关的量，上方有撇的字母代表火车系的数值，其余的可类比。） F`Z=q（E`Z+U`X*B`Y）……（1）和相对论电磁场强度变换公式 E`Z=r（EZ+VBY）……（2） B`Y=r（BY+EZV/CC）……（3） Q1、Q2受到的电磁力是：F`Z1=q1（E`Z+U`X*1B`Y）=rq1EZ（1+U`X1V/CC）……（4） F`Z2=q2（E`Z+U`X2*B`Y）=rq2Ez（1+U`X2V/CC）……（5） 根据相对论速度合成公式可知U`X1、U`X2明显不相等，由（4）、（5）两式可以看出Q1、Q2受到的力明显不等，所以Q1、Q2的旋转平面会翻转。当大部分磁荷翻转到同一方向时钢针就补磁化了。 地上的人说钢针没被磁化，火车上的人说钢针磁化了，这一矛盾说明相对论是个自相矛盾的理论。 从 以上四例，已足可以看出相对论的预测能力了。 结论 一个理论，内部逻辑经常不能自洽，外部预测总是出现自我矛盾，这样的理论不可能是正确的理论。 也许有人会提出这疑问：既然用光速不变推不出洛伦兹变换公式、推不出质速关系式，那么相对论就没有什么内容了，说它预测错误也就成为无基之谈了。这种说法很符合实际情况，实际上相对论就是个没有任何内容的理论。 |