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相对性原理实质及其起因探讨 张崇安（山西省煤炭地质公司030045） 摘要:本文从空间的实质研究出发，探讨了惯性系、伽利略相对性原理、狭义相对性原理的实质及起因。分析了以太存在的困境，阐述了粒群波、光子海洋概念。指出现代物理学的弊端及其革新的可能方向。 关键词：绝对空间 以太 相对性原理 粒群波 亚光子海洋 一． 伽利略相对性原理 1．绝对空间和以太空间 经典物理学以伽利略和牛顿为始。代表性的观点是惯性定律和绝对空间。惯性定律是牛顿定律中最简单却是最基础的定律。惯性定律起源于均匀统一、无界静止、与实物不相作用、不相转换的空间。惯性定律存在的依据是牛顿绝对空间，被牛顿定义为：“与任何外界无关，永远保持相同和不动”。因为空间的均匀、无界、与实物不相作用、不相转换，才有该定律。 通常我们在实验室检验牛顿第二定律时，要在近似真空状态下，因为空气的阻力会影响实验数据。真空是什么？就是近似的绝对空间，它最大的特点是：不与实物相互作用、相互转换。可以设想：如果空间中充满以太，由于以太微粒必然要施力于物体，则物体运动必受影响。因此，以太空间和绝对空间水火不相容。 2．惯性系 什么是惯性系？好多学者反复谈论，却根本不知其实质和原由。事实上，惯性系的根本特征就是要求系空间处处均匀同一、没有边界、与实物不相作用、不相转换。因而，惯性系的起因就是牛顿绝对空间。如果空间中充满着一种静态的介质，不同运动的系就会有不同大小的“风”，物体在这个系中会受到力的作用，那里会有惯性运动？何来的惯性参照系？ 3．伽利略变换和伽利略相对性原理 伽利略变换以承认惯性系为前提，其立足点就是绝对空间。由于两个惯性参照系在绝对空间中均不受空间给予的力，其实质上是等价的，才有“无穷多个等价惯性参照系”，数学上才能用简单的两惯性系间的均匀速度做伽利略变换。 “相对性原理”被描述为“物理定律在任何惯性系中保持不变的形式”。由于惯性系的存在要求空间是与实物、参照系不相作用不相转换、均匀对称的，无界静止，所以伽利略相对性原理要求空间是牛顿绝对空间，而非麦克斯韦以太空间。 4．速度合成律是相对性原理下的必然推论 速度合成律是中学课本就熟视无睹的规则，然而大多数人不知其背后的深刻原因。其实，速度合成律就是承认惯性参照系间的等价从而承认绝对空间的实存。两个均匀速度，代表两个惯性参照系，能够做简单数学迭加，首先要求这两个惯性系没有不同的“风”，等价对称。可以想象，如果空间中充满静态的以太，不同速度的参照系有不同大小的风，物体的速度会受到风的影响，那里会有速度合成律？因此，速度合成律以承认相对性原理为前提，反之，承认伽利略相对性原理，必然要承认速度合成！ 二． 狭义相对性原理 1． 麦克斯韦电磁波理论不服从伽利略相对性原理 麦克斯韦认为空间中充满一种电磁以太，光速是由电磁以太表现出的“真空“磁导率和介电常数决定。电波方程 2． 爱因斯坦提出狭义相对性原理的良好设想 19世纪末物理学出现了与传统麦克斯韦理论矛盾的实验，经典电磁论出现了裂痕！1905年，爱因斯坦发表“论动体的电动力学”一文，其出发点就是要解决电磁波源、光源在运动时对电动力学的影响。爱因斯坦大胆提出“对于力学方程成立的参照系，光学方程、电动力学方程也应成立”的狭义相对性原理。实质是否定以太、承认绝对空间，从而承认光速服从速度合成律。然而，没有深刻理解牛顿体系和麦克斯韦理论体系的爱因斯坦终犯了一笔糊涂帐——他又把麦克斯韦理论下的光速与源速无关的、光速不服从速度合成律的光标量捡了回来。姑且不说两条矛盾的假设揉于一起会得出什么似是而非的结论[1]！他还犯了一个本末颠倒的错误：即为维持光速不变去缩伸时空。殊不知：速度是定义了时间、空间后才能定义的量！ 3． 狭义相对性原理下光、电磁波本性究竟应该如何革新 相对性原理要求速度服从合成律，把光、电磁波推广到服从相对性原理首要的就是承认光速服从速度合成律！麦克斯韦电磁波理论由于承认以太存在，因为以太不能在绝对空间中整体运动，故以太下的光波动论中的光速必然不服从相对性原理，即不服从速度合成律。因此，把“光、电磁波推广到服从相对性原理”意味着要对麦克斯韦理论彻底的革新。 实验阐明，光、电磁波不仅具有波动性，而且具有粒子性。如何把这两种本不相关的概念揉于一起？是物理学的难题！西方的物理学家面对这些困境提出了种种解决办法：诸如物质波概念、几率幅迭加概念、测不准原理等等。然而，光的本性问题终非数学问题，而是物理学问题。数学上玩花样，等于什么也没说！还回到老问题：光、电磁波实质究为何？ 仔细研究粒子群发现：当粒子群规则分布、规则大小而成列运动时，群的密集度和边界呈现出周期性的变化，可以用波动方程描述！这种波不需要介质、是横波，有折射、反射，干涉、衍射现象！这种波服从相对性原理，与牛顿空间相容。称这种波为粒群波[1-6] 于是，电磁波、光波革新为粒群波。光、电磁波被认为是由一种亚光子的微小粒子成群结队组成，这种微粒的上限质量： 4． 亚光子群流和亚光子海洋概念 由于光速服从速度合成原理，于是，当光源（次光源）相对于某参照系运动时，其发射、反射（折射）的亚光子群流就带上源的底速度形成亚光子群流，不同的群流汇入牛顿不绝对空间形成巨大的亚光子海洋。这样的光子海洋一方面不破坏牛顿绝对空间那种简单、原始、优美性，另一方面表现为“空间不空”，正可以探讨引力、暗物质、暗能量的起因[6] 于是，我们的空间被认为是充斥有亚光子海洋的绝对空间。 三． 承认相对性原理和否认以太 1．粉碎电磁波实验证明相对性原理的正确性 以太空间和牛顿绝对空间是水火不相容的两条路线。承认以太，就得承认光、电磁波的本性是介质波。于是，光速就是由以太介质的力学性质决定。由于以太一般不能在空间中整体运动，因此，即使是光、电磁波为以太介质波，也不存在介质整体运动的波动方程，则光速、电磁波速不存在速度合成现象。 2005年第三届北京相对论联谊会年会上，复旦大学朱永强副教授作了“与相对论矛盾的实验”报告。报道了“粉碎电磁波实验不符合相对性原理的实验”，随后笔者在北京相对论联谊会网站发表题为“朱永强运动源粉碎电磁波实验证明地球携带其电磁场整体运动”文章[7]。文章认为，由于地球表面反射、发射的光子群遵循速度合成规律而带着地球自转、公转的底速度，形成伴随地球运动的电磁场。与此电磁场做相对运动的“匀速”运动的列车、汽车就与该电磁场形成方向性上的差异，粉碎电磁波由于服从速度合成现象，就形成地球电磁场对粉碎电磁波的拖曳现象。这种现象倘若视匀速列车、汽车为惯性参照系十就违背了相对性原理，但是，问题恰恰出在匀速列车、汽车内均有地球电磁场的存在，该电磁场相对于列车、汽车形成地球电磁风，该风相对于地面呈静态，与列车、汽车运动的方向相反。由于汽车、列车内并非空无一物的绝对空间，而是光子流空间——这个空间就不是惯性系，因此，谈否定相对性原理条件就没有达到。相反，由于地球电磁风的作用，导致车内粉碎电磁波的拖后现象恰恰是速度合成结果，证明相对性原理的正确性。 2．以太空间和亚光子海洋相同点和不同点 以太空间和亚光子海洋空间在空间不空问题上有共识，但二者有根本性的区别： 1．以太空间下光本性为介质波，光速由以太的密度和弹性模量决定，由于以太的范围极广，以太一般不能在绝对空间中整体运动，故光速是与源速不相干的量，没有方向性上的差异，是标量，不是矢量，以太的存在使得绝对空间成为空有其名，因此以太空间和绝对空间不相容；承认牛顿绝对空间，就得否认以太，则光本性不是介质波，为赋予光本性的波粒二象性，我们认为，光、电磁波本性为规则间隔和规则成列运动的亚光子群流，这样的群流其能量和边界呈周期性的变化，可以用波动方程描述，就形成一种不需要介质传递的波——粒群波。于是牛顿绝对空间得到保留，种种数学描述物理实在的严格性和优美性也得到了保留。由于亚光子相对于其源（次源）的速度为光速常数C，且服从惯性原理，则亚光子脱离物体后在宇宙空间中高速运动，大量的亚光子流发射到宇宙空间，交汇成巨大的、有能量、质量的亚光子海洋，形成“空间不空”现象。而其原则上与以太空间有本质的区分。 2.作为光传播介质的以太，能够轻松穿越万物而能被物体振动！密度极小而弹性模量极大！这在逻辑上会陷入一系列的矛盾！亚光子海洋避免了这些矛盾。以太破坏的绝对空间的均匀对称，使得物理规律很难用严格、简单的数学语言描述，使得我们对客观世界的认识模糊，而亚光子海洋概念保留的均匀对称的绝对空间，给数学语言在物理学中严格应用创造了广阔的天地！ 3.以太空间对探讨暗物质、暗能量、引力的起因不明，而亚光子海洋可以自然的去理解暗物质、暗能量、引力的起因。以太空间难以摆脱电磁论、相对论、量子力学中的种种矛盾，而亚光子海洋处理这些问题清晰、简单。另外,以太概念一直在物理学中不能清晰给出其种种图景,而亚光子海洋清晰透明.亚光子可以统一核力、电磁力、引力[8]，而以太似乎不涉及这些问题。以太从未在实验上找到，而光子却被证实存在，“光子汤”概念类似“光子海洋”概念早已被中外学者阐述[1]。 四． 结论 1.我们的世界是由辨证统一的两种基本源素组成：其一为空间，具有同一性、无界性、静止性；其二为实物，具有各异性、有界性、运动性。空间和实物不相互作用，不相互转换！于是:空间和实物融洽的并存!惯性起源于空间同一,力起源于实物各异.任何物体运动的改变不能从空间追究原因,只能从实物间相互作用去追究,——这也就是“物质作用论”[9]。 2.存在有一种称为亚光子的基本粒子，其质量上限是： 3.以太不存在，种种空间不空是由于空间中高速运动着大量有质量的亚光子。亚光子充斥有空间形成亚光子海洋，此可以探讨暗物质、暗能量、引力的起因。 4.光、电磁波是由亚光子组成，其波动性是由于亚光子规则大小、规则间隔、成群结队、同向、同速运动时，其密集度、边界呈现出规则的此起彼伏变化形成的波动性。因此，光、电磁波是由各异、有界、运动的实物组成，在绝对空间中服从相对性原理。这样，把光、电磁波合并到经典力学原理，而光速与任何物体速度一样的服从速度合成原理。 参考文献 [1]郝建宇.相对论自我否定剖析,时空理论新探,北京.地质出版社,2005年,3-22 [2]张崇安.自然界广泛存在着非介质传递的波 Matter Regularity.No3,2003.12，207-214 [3]张崇安.用光粒群波解释杨氏干涉和康普顿散射. 数学·力学·物理学·高新技术研究进展.成都,西南交通大学出版社. 2004(10),250-255 [4]张崇安.狭义相对论两条基本假设是互相矛盾的.时空理论新探.北京.地质出版社.2005, 224-230 [5]张崇安.光子群流和光子海洋概念及地球磁场、暗物质、引力起源的探讨, 数学·力学·物理学·高新技术研究进展.成都,西南交通大学出版社. 2006(11),358-365 [6]张崇安.亚光子粒群波理论与实验.2006科技学术论文集.现代物理及其应用.北京.原子能出版社,89-97 [7]张崇安.朱永强运动源粉碎电磁波实验证明地球携带其电磁场整体运动,中国挑战相对论网站2004 [8]耿琦.引力、核力与电磁力的统一. 陕西人民教育出版社,2003.2,131-181 [9]黄德民.论物理现象的本质——物质作用论挑战相对论.陕西科学技术出版社,2001.12 |