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怎样发展相对论 刘 启 新 湖北省天文学会会员 北京相对论研究联谊会湖北联络站站长 《Matter Regularity》杂志编委 相对论与牛顿理论是并列的两种不同体系。同非欧几何与欧氏几何是并列关系一样。非欧几何是否定了欧氏几何的平行公理建立起来的。 相对论又是否定了牛顿理论的什么公理建立起来的呢? 牛顿理论没有公理系统,却有三个大家公认的“不能相等公理”: 公理一 不同单位的相同数字不能相等(3尺布≠3斤米)； 公理二 不同币制的相同钱数不能相等(3美元≠3港元)； 公理三 不同坐标系的相同速度不能相等: 假设自行车速度为v＝3m/s,摩托车速度为 v’＝6m/s。同向行驶。显然有 v’＝v＋3m /s (1) 建立坐标系: 以地平面为静止系K,以每秒3m的自行车为K’系。 在K系中有 v’＝ 6m/s (2) v ＝3m/s (3) 在K’系中有 v’＝ 3m/s (4) v ＝ 0 (5) (3)、(4)两式的右边速度数字完全相同,但是它们不能相等,因为它们是不同坐标系的速度,不能相等。这就是公理三。如果否定公理三,说可以相等,因为(3)、(4)两式的右边都是3m/s,所以左边必然相等,于是有 v’＝v (6) 把(1)代入(6)则有 v＝v＋3m/s (7) 在数学上只有 ∞＝∞±常数 (8) 成立。(6)、(7)式把v逼到极限位置。否定公理三,必然导致极限速度和非欧几何式的新体系的出现。可以研究它。但是,正确与否? 就要用客观事实来判定了。广义相对论也是否定公埋三发展起来的,按广义相对论 的行星近日点进动公式(1916年提出的) Δω＝24π3a 2/ T 2 c 2(1－e 2) (9) 计算出 水星: 43″/百年, 地球: 3″.84/百年,天王星: 0″.002/百年。美国天文学家纽康(1835-1909),观测到的水星近日点东进值也是43″/百年。与(9)式的计算值完全相同。理论与实验符合得如此之好,使科学家们惊叹不已。其实错了: (9)式中的Δω表示近日点黄经的增量,是相对黄道坐标系(K)的。而纽康是在地球上观测的,是相对地球坐标系(K’)的速度,两个“43″/百年”是不同坐标系的相同速度,不能相等(公理三)。 “43″/百年”是速度。这是要进一步说明的: 速度的量纲是距离/时问,分母百年是时间是没问题的。43″ 怎么是距离呢? 这是天文学上的习惯用法,如在椭圆轨道参数中的ω,就是表示天体升交点黄经到近日点黄经的“角距离”。如果要得到长度的距离,只要计算出这个角所对弧长就行了。所以“43″/百年”的量纲是 距离/时间 。故可令速度“43″/百年”＝V。则按(9)式计算出的水星相对黄道坐标系K的速度是V＝“43″/百年”。纽康在地球K’系测得水星进动值V'＝ 43″/百年, 按广义相对论,地球(K’系)相对黄道坐标系(K系)每百年的进动速度v＝3″.84/百年,则相对黄道坐标(K)系,纽康的实测值V＝V’＋v 。应为43″＋3″.84＝46″.84/百年＝V。这就不等于按广义相对论的理论计算值V＝43″/百年。怎么办呢?爱因斯坦用他的老办法,否定公理三: 计算值是相对K系的V＝43″/百年 实测值是相对K’系的V'＝43″/百年 让他们相等不就行了吗,于是就有 V＝V' (10) 只有否定公理三广义相对论才能成立,相对论才能得到发展。不是吗? 狭义相对论是建立在光速变原理c＝c’的基础之上的。 则(10)式V＝V' 就是星速不原理,是建立广义相对论的基础。利用c＝c’可推导出洛仑兹变换。同理,利用V＝V' 也可以推导出洛仑兹变换。但是这一工作爱因斯坦没有做,后来的相对论专家们也没做,只好由民间科学爱好者来做了。这说明不同坐标系的相同速度可以相等,不但适用光速,也可适用于一般速度。于是把(6)式符号v换成c,就变成c＝c’,按此,即可推出洛仑兹变换。不过这里的c是表示3m/s的,于是洛仑兹变换的使用范围就得到了推广: 在任何有限速度的运动过程中,只要否定公理三,都可推得洛仑兹变换。这样,相对论就得到了普遍的发展。相对论专家们会说: 光速不变原理只能用于光速,不能作任意推广。请问,不推广能有(10)式吗? 没有！不推广广义相对论就不能成立。爱因斯坦推广得,民科们就不能推广,所以一个到处都是相对论、所有速度都可为极限速度的繁荣盛世即将到来。不过,还有个小问题不容乐观: 按(9)式计算的天王星: 0″.002/百年,而实测值是3″.13/百年,自1781到1845的64年间,天王星的位置偏离了理论位置120″,勒威耶就以这120″的数据来计算未知行星的位置和质量.1846年果然在偏计算位置52角分的地方发现了海王星.但是它的质量只有计算值的0.62,天文学家重新计算了海王星的摄动,只能使天王星在这64年间获得118″的东进，还有2″的东进找不到力学原因[1]。2″/64年=3″.13/百年。比理论值大1565倍。其实只要否定“不同数字不能相等”这一公理,天大的困难也会迎刃而解。 如果有人否定公理一,说3尺布＝3斤米,大家都说他是傻瓜。如果有人否定公理二,说3美元＝3港元,大家都说他是傻瓜。爱因斯坦否定公理三,却被相对论专家们奉若神明。其实这三个公理应该是等价的。 参考文献 1 南京大学天文系《天文知识》编写组.天文知识.上海：人民出版社。1976. 210～211 |