论动体波动的统一原理

【摘  要】本文通过对电磁光热声水等波动现象进行全面细致的系统分析，因找到了光学现象中的疑难、以太漂移实验的零结果、光的多普勒效应等产生的根源，而得到了运动物体波动的三个相对性的已知性定律，从而看到了电磁光热声水等波动的一个统一性的相对性原理，进而揭示了爱因斯坦相对论的慢钟、缩尺、增质等效应的真相。

【关键词】伽利略变换  波速不变性  波速可变性  波速协变性  多普勒效应

导言  狭义相对论的印象

众所周知，爱因斯坦在1905年发表的《论运动物体的电动力学》是从光速相对光源与介质都不变的事实出发，依据光速相对参考系也不变的前提公设，在洛论兹变换的基础上建立的一种相对性的时空假说。但由于这一只论电磁波光波的波速不变性、不论声波水波的波速可变性的狭义相对论，成功的解释了电动力学与相对性原理之间的矛质与光学现象的疑难及以太漂移零结果等，所以百年来以始终没有人对电磁光热声水等波动的相对性规律进行统一性的具体分析。

否则，依据这些波动在其波源、与其介质、及其参考系（包括观察者）三者都静止时，都是以不变的速度、与波长、及频率传播的绝对性原理，按照水波与声波不仅都具有相对波源的波速不变性；也都具有相对介质的波速可变性，更都具有相对参考系的波速协变性的早就验证无误的三个相对性规律，在光波与光源、光波与介质、光波与参考系这三种具体的相对性关系中，人们早就彻底破解了困扰物理学百年之久的爱因斯坦狭义相对论的慢钟、缩尺、增质等谜团。

因为爱因斯坦的由两个公设与一个核心及一系列推断构成的狭义相对论，不仅只有在光源或参考系有相对运动时才有效，而且只有在两个公设都正确时才正确，最重要的只有在光速不变公设成立时才成立。那么要彻底破解其慢钟、缩尺、增质等谜团，就必须从电磁光热声水等波动在波源、介质、参考系等都静止时的波速、频率、波长都不变的绝对性原理出发，并从水波声波在波源、介质、参考系之间有相对运动时的波速不变、波速可变、波速协变的相对性原理入手。

导论  相对性原理的始末

相对性原理最早是亚里士多德提出来的空间的相对性原理，后来是伽利略提出来的运动的相对性原理，再后来当爱因斯坦提出狭义相对性原理时，由于始终忽略了光速与光源之间、光速与介质之间、光速与参考系之间是三种不同的相对性关系的事实，而没意识到其在光速相对光源不变的哲理性事实的前提下，所建立的狭义相对论是从因太明显才使人视而不见的速度合成不变的数理性错误出发，在因违背了数学规律而根本不成立的洛伦兹变换的一组公式的基础上，变换出因太离谱才使人难辩真伪的慢钟、缩尺、增质等完全无效的物理性假说。

事实上水波与声波的传播规津早就表明：电磁光热声水等波动不仅因为都是随时随地产生的，所以相对运动波源都具有波速的不变性；而且因为都是以恒定速度传播的，所以相对运动介质都具有波速的可变性、最重要的因为都是周期性振动的传播过程，所以相对运动参考系都具有波速的协变性。只不过因为这三种实质就是运动物体波动的最基本的相对性关系（也就是动体波动的三个已知性定律）太简单了，所以自爱因斯坦将光速与光源、与介质、与参考系三种相对性关系混为一谈的狭义相对论发表以来，始终没有人进行系统的具体整理而己。

否则，任何人都可能发现并证明：狭义相对论的哲学前提虽然是正确，但由于其数学基础不正确，由此根本不可能推导出任何正确的科学结论。因为并不是光学现象不满伽利略相对性原理，而是光速（c）不仅与其光源的运动速度（u）根本就无合成（c±u=c）不变的数学关系，而且与其介质的运动速度（u=0）就是合成（c±u=c）不变的数学关系，最重要的与其参考系运动的速度（u＞0）则为合成（c±u=c′）协变的数学关系，所以由伽利略变换下的无需任何假设的这三种已知性的相对性关系，构成的才是狭义相对论的真正的最基本的原理。

一论（相对波源的）波速不变性的定律
运动波源与其随时随地发出的波动之间因无速度合成关系而具有波速不变性。

因为水波声波都是随时随地发出的，所以这两种波动都不仅相对其运动波源具有波速不变性是直观性的哲学事实，而且与其运动波源之间并无速度合成的相对性关系是完备性的数学事实，最重要的与其运动波源之间的速度之和根本就没有任何物理意义是自明性的科学事实。那么也是随时随地发出的光波（即电磁波）当然也就相对其运动光源不仅也具有光速不变性，而且两者之间也无速度合成的相对性关系，最重要的两者之间的速度之和也根本不可能有任何物理意义。

因此电磁光热声水等波动的相对运动波源的"波速不变性"由于都不涉及速度合成问题，所以不仅在光学现象中根本就不存在相对运动波源的投球运动与超新星爆发及慢钟、缩尺、增质等等的疑难，而且光波相对运动光源的"光速不变性"与"相对性原理"之间也根本就不存在任何矛盾，最重要的在运动波源与其随时随地发出的电磁光热声水等波动之间，因为根本就没有速度合成关系而具有的"波速不变性"就是运动物体波动的相对性原理的已知性的第一定律。

因而爱因斯坦的"光速不变公设"相对运动光源来讲：不仅因将早就是已知性的事实还当做假设而在哲学上是多余的，而且因将根本就没有速度合成关系的光速（c）与光源的运动速度（u）假设为合成（c+u=c）不变而在数学上是错误的，最重要的因将光波与光源之间无意义的"速度合成不变"解释为是慢钟缩尺等而在科学上是无效的。正是由于这一因多余、而错误、才无效的光速不变公设，使物理学因为迷失了哲学方向，而忘记了数学规律，才踏上了科学歧途。

二论 （相对介质的）波速可变性的定律
运动介质与其中恒速传播的波动之间因具有速度合成关系而具有波速可变性。

因为水波声波在静止介质中都是恒速传播的，所以这两种波动都不仅相对其运动介质具有波速的可变性是直观性的哲学事实，而且与其运动介质之间具有速度合成关系是完备性的数学事实，最重要的与其运动介质之间的速度合成可以直接验证是自明性的科学事实，那么也是在静止介质中是恒速传播的光波当然也就相对其运动介质不仅具有光速可变性，而且两者之间也具有速度合成关系，最重要两者之间的速度之和也可以直接验证（验证结果真空的运动速度为零）。

因此由于电磁光热声水等波动相对运动介质的"波速可变性"都满足经典速度合成规律，所以不仅以太漂移实验零结果的原因是光的传播介质的没有运动速度（或光需不需要传播介质并不涉及相对性问题），而且光波相对介质的"光速可变性"虽然没变但与"相对性原理"之间根本不存在任何矛盾，最重要的介质与在其中恒速传播的电磁光热声水等波动之间，因都满足经典速度合成规律而具有的"波速可变性"就是运动物体波动的相对性原理的已知性的第二定律。

因而洛伦兹等的"长度收缩假说"相对于以太介质来讲，不仅因实验证明光的传播不需要假想的以太介质而在哲学上是多余的，而且因光速（c）与地球自转速度（u）之间根本就没有合成（c+u=c）不变的相对性关系而在数学上是错误的，最重要的因光速与（根本就不存在的）以太的漂移的零速度合成当然还等于光速而在科学上是无效的。正是由于这一因多余、而错误、才无效的长度收缩假说，使物理学因忽视了哲学事实，而产生了数学错误，才导出了科学谬论。

三论 （相对参考系的）波速协变性的定律
运动参考系与其观测到的波动之间因具有速度合成关系而具有波速协变性。

因为水波声波都是周期性振动的传播过程，所以这两种波动都不仅相对运动参考系具有波速的协变性是直观性的哲学事实，而且与其运动参考系之间具有速度合成的相对性关系是完备性的数学事实，最重要的与其运动参考系之间的速度合成产生多普勒效应是自明性的科学事实，那么也是周期性振动的传播过程的光波当然相对其运动参考系也不仅也应具有波速的协变性，而且两者之间也应有速度合成的相对性关系，最重要的两者之间的速度合成也应产生多普勒效应。

因此由于电磁光热声水等波动相对运动参考系或观察者的"波速协变性"都是周期性振动的传播过程，所以不仅相对运动参考系的"光的多普勒效应"的原因是光速具有相对运动参考系的协变性，而且光波相对运动参考系的"光速协变性"与"相对性原理"之间根本不存在任何矛盾，最重要的运动参考系与周期性振动的传播过程的电磁光热声水等波动之间，因都满足经典速度合成规律而其具有的"波速协变性"就是运动物体波动的相对性原理的已知性的第三定律。

因而爱因斯坦的"狭义相对论"相对运动参考系来讲，不仅因运动规律只要正确就必然服从伽利略相对性原理而在哲学上是多余的，而且因多普勒效应早就表明光速（c）与参考系的运动速度（u）之间具有合成（c±u=c′）协变关系而在数学上是错误的，最重要的因光波与运动参考系之间的速度合成才产生的多普勒频移而在科学上是无效的。正是由于这一因多余、而错误、才无效的狭义相对论，使物理学因放弃了哲学真理，而导出了数学谬论，才走进了科学误区。

结论  相对性效应的原理

到此为止，本文虽然给出了足够的理由来证明：爱因斯坦从相对运动着的光源的光速不变公设出发，在洛伦兹为解释太漂移实验零结果而建立的数学变换的基础上，依据相对运动参考系的光速不变假设推导出的狭义相对论，完全是因其哲学前提虽然正确但是多余的公设，而导致其数学基础由于不成立而是错误的假说，才得出了其科学预言恰好与实验结果相附合但都是无效的结论。但真要彻底否定统治学术界百年之久的爰因斯坦的伟大的相对性思想，若无一个能够完全取代爰因斯坦狭义相对论的新学说还是不能推翻其在科学领域中的统治地位。

而这一新学说实际上就是由电磁光热声水等波动相统一的波速不变性与波速可变性及波速协变性，这三个最基本的相对性定律构成的动体波动的相对性原理。也就是说：因为这些波动不仅都是一定的振动的传播过程是简单无假设的客观事实，而且都有一定的"参考系"和"波源与介质"及"波速与波长及频率"是精确无误解的客观事实，最重要的都在一定的静止参考系中，由静止波源过通静止介质，以不变的波速与波长及频率向四周传播是确定无疑问的客观事实，所以只有当光源与介质及参考系有相对运动时才能够涉及到狭义相对论问题。

至于要用这一并不新的学说来取代爱因斯坦的狭义相对论很简单：简单到只需认识到多普勒效应的频移原理才是真正的狭义相对论的事实。因为多普勒效应早就表明：不仅波源运动产生的波谱频移是因波速的不变性，而且介质运动产生的波谱频移是因波速的可变性，最重要的参考系运动产生的波谱频移是因波速的协变性。所以只要我们能够纠正爱因斯坦的"速度合成不变"的数学错误，则仅用多普勒效应的频移原理就能彻底解决在光传播上的所有相对性的物理难题，进而证实爱因斯坦的狭义相对论是一个因多余、而错误、才无效的物理假说。

后语  狭义相对论的逻辑

众所周知，爱因斯坦的狭义相对论原本只是电动力学的一个分支。但由于爱因斯坦在其《论运动物体的电（磁光等波）动力学》中即没论运动物体的电动规律，也没论运动物体的电动原理，更没论运动物体的电动力学。而是直接从相对光源与介质的光速不变的事实和伽利略相对性原理两个非常正确的哲学前提出发，在依据相对参对系的光速不变假设建立的洛伦兹变换这一相当自恰的数学基础上，导出了相对时空的慢钟、缩尺、质增等一系列比较精确的科学推论。

所以才使人们因忽略了电磁光热声水等波动具有统一性的相对性规律的哲学事实，而忽略了洛伦兹变换是建立在根本就不成立的速度合成不变公式上的数学事实，才忽略了在现实中除了有个别的慢钟、缩尺、增质等相对论效应外，还有大量的快钟、胀尺、减质等非相对论效应的科学事实，由此忽略了一个物理假说成立与否？即不取决于其推断与实验附合与否、也不取决于其推论精确与否、更不取决于其推导自恰与否、而仅仅取决于其推理正确不否的物理学事实。

这就是百年以来爱因斯坦狭义相对论假说始终得不到证实（或证伪）的根本原因。事实上只要我们先不论其推断与实验附合与否、也不论其推论精确与否、更不论其推导自恰与否、只论其逻辑推理正确不否的话，则我们就不难发现并证明爱因斯坦的逻辑仅仅是从相对光源的"光速不变性"出发，依据相对介质的"光速可变性"并没变的事实，先假设相对参考系的"光速协变性"也不变，再令速度合成必变的规律为不变导出洛伦兹变换，最后变换出一系列无效的推论。

附录 狭义相对论的伪证

由于狭义相对论的一个大前提（狭议相对性原理）非常正确，所以人们忽略了其混为一谈的三个小前提（相对光源与介质及参考系的广义光速不变原理）都不正确的事实，因此在检验相对性原理的实验不断被证实的同时，对检验光速不变的实验做了一系列的伪证：

例如超新星爆发始终被视为是证明光速不变原理的直接证据，但因为光速（c）与光源的运动速度（u）无合成（c+u=c）不变的数学关系，所以不满足经典速度合成规律，因比这一证据非但不是证明光速不变原理正确的直接证据，反而是证明其不正确的直接证据，

又如以太漂移实验始终都是证明光速不变的重要证据，但因为光速（c）与以太漂移实验中都没运动（u=0）的光源、介质、参考系的速度合成（c+u=c）当然不变，所以实验零结果与相对性原理并不矛盾，因此这一证据非但不重要，反而与光速不变原理亳无关系；

还如多普勒频移是一个证明光速不变原理的关键证据，但因相对观察者的光频（v）变化是观察者的运动速度（u）与光速（c）合成出的频移｛v=（c+u）v0/c｝效应，所以并不存在慢钟效应，因此这一证据非但不是证明相对论的关键证据，反而是否定其的关键，

综上所述，由于狭义相对论不仅因哲学前提是非常正确，而且因数学基础是相当自洽，最重要的因科学检验是比较精确，所以给物理学家们以其理论在各方面上都是很完美的觉感，由此使物理学从根本就不可能速度合成不变的数学变换出发走上了科幻创作之路。

参考资料：《爱因斯坦文集》第2卷，论动体的电动力学,商务印书馆，北京，1977。