目前物理学的最大问题
志勰

本文通过相对论对高速问题所不能合理解决的领域,所提出的目前物理学最大的困难——空间问题和光速问题。


        在本栏目的首篇文章中,我们探讨了运动物体的运动速度在理论和观测上的事实,并且在12月16日对这篇文章进行了补充,提出了相对论效应仅是一种相对论定义体系的一种理论效应,但实际上,如果将相对论两种观测体系中的时间单位混用,静止观测参照系中的1秒等于运动参照系中的1秒,那么这样的相对论效应是不能成立的。

    相对论的理论通常被称为让实验证实过的,是经得起试验的检验的。那么这就将一个首要的问题摆在我们面前——光速的问题。通常的定义是光在一秒钟所走过的路程。那么,我们探讨光在不同惯性参照系中的1秒是不是相同属性的1秒。

    在相对论的速率概念上,ι/t的概念反映在速度上,相对论的两个不同的惯性参照系中的这个概念是没有问题的,速率是相等的。(不包括三体问题)但是它们之间存在一个区别,这个区别就是时间单位和空间单位的问题。

   如果我们判定在不同惯性参照系中,时间和空间的基本单位是相同的,在属性上也是相同的。并且在实际数值计算上,两个不同惯性参照系中的时间单位1秒和空间的1米可以进行相同的处理。那么,如下的问题,采用相对论的方法去解释将是不能成立的。

    我们知道,一个惯性参照系中的1秒不等于另一个惯性参照系中的1秒。这样单位时间的不同造成了光在不同惯性参照系中一个单位时间所走的距离不同。那么理论上的光在一秒钟所走的距离在不同的惯性参照系中采用相对论的理论计算方法是吻合的,但在实际观测过程中,由于我们对不同观测参照系中所采用的单位都判定为相同属性的单位。而相对论却对此进行的定义上的改变,那么在确定的情况下将不能采用相对论进行描述。我在这里举一个例子,如图:

gsdwt02-01.jpg (7764 字节)

     这个图中的内容在本栏目首篇中已经说明过了,这里只是指出采用相对论不能进行描述的这种情况。假如在非常遥远的两个点上,存在A、B观测者。一个大飞船套小飞船模式的飞船从A观测者起飞,向B观测者做出速为零的均加速运动,当大飞船的速度达到0.9C的时候,大飞船停止加速,次级飞船开始相对于大飞船做初速为零的匀加速运动,并重复大飞船的运动过程,当次级飞船达到0.9C的时候,在次一级的飞船重新重复这个过程。假设小飞船是自大飞船的第X个飞船,当它达到0.9C的时候,B观测这才开始发现这个小飞船,并且对小飞船以前加速的飞船是不知道的。它采用直接的测定方法去测定小飞船的速度。

     由于B观测者不知道小飞船的速度,它必然要根据自己的观测参照系的时间、空间定义体系对小飞船的速度进行确定。它测定的小飞船的速度必然不是A观测者根据飞船的加速过程所测得的结果。

     如果采用牛顿观测参照系,那么B观测者得出小飞船的飞行速度是X倍的0.9C的速度,那么我们根据相对论的时间膨胀和空间收缩的标准,我们是可以得到和A观测者所预言的一样的观测。

     但是,如果我们不采用牛顿的观测参照系去观测,而直接采用相对论理论。B观测者和小飞船之间没有速度合成的方法,在B观测者也找不出任何的可进行相对论速度变换的依据,那么他只能得出小飞船的运动速度大于光速。这样的速度在理论上讲无法去测量。

   首先在这个现象中存在争议的问题是速率的概念。

   如果我们对于两个惯性参照系中的时间1秒和空间单位1米可以进行相同的处理,那么在不同惯性参照系中的时间和空间单位的属性将会间接的影响到速率的概念上。我在前面的的文章中探讨过时间单位的问题。(从逻辑上来看,可参见时间和空间栏目中的相关文章,从实用型的角度可参见最近写的东西2000.12.28)

   这样,相对论的时间单位和空间单位在理论数值计算上虽然可以自圆其说,或者说成自恰的,但是,在和物理事实的对应上,遵照相对性原理,却不能对高速飞行物体进行合理的解释,在实际观测过程中的速率关系,牛顿力学和相对论的将不会是相同的。相对论不同观测参照系中的速率的概念也不会是相同的。这样相对论将完全失去了理论和物理客观事实所存在的依据。在这种意义上来说 ,相对论只能是一种数理关系的理论,和物理无关。这样的结论我向大家都不会接受,那么,首先速率的概念不论在相对论的两个惯性参照系还是牛顿力学,它们都应该是相同的,这样我们依据速率的概念就可以找到物理理论和物理事实的对应,这样才可以成立。

    但是,这样就必须牺牲掉相对论中的时间和空间的单位属性不能判作是相同的,只能看作不同的定义体系。这样,采用物理理论和实践的对应,速率的概念就将时间和空间的单位属性严格的区分开来。时间和空间的单位属性的不同,可以使相对论和牛顿力学进行兼容。如下的例子可作为一个实证。

     大家对爱因斯坦的速度合成定律是再清楚不过的了,如图:

gsdwt02-02.jpg (3068 字节)

     B物体相对于A物体的速度是0.8C的速度,那么,C物体相对于B物体的速度是0.6C的速度,那么A、C之间采用相对论的方法得出的相对速度是0.948倍的光速。但是我们倘若不采用速度合成的方法,而直接采用观测的方法,即A不知道B的存在,而直接去观测C,这就象第一个图中的事实了。我们可以肯定一点的是A观测到的速度不会是0.948C的速度。速度合成的0.948C的速度和观测到的0.948C的速度在相对论理论里是同样的数值,但是我们可以肯定,这两个数值的属性上是不同的。首先在相对论中时间和空间的属性是不同的。另一方面是在速率上也是不同的。即ι/t。在这里请注意两个惯性参照系中的ι和t在不同的惯性参照系有不同量的数值。两者是不能划等号的。这是三体问题和两体问题的区别。

   如果我们采用D点去观测A、B、C三个惯性参照系相对于自己的速度,如果我们赋予时间单位的1秒、空间单位的1米是相同的,那么这样的观测体系将会非常的复杂,当然采用已知的相对论的条件去计算在理论上是很轻松的。关键是我们不知道A、B、C之间的相互关系。在D点进行理论的观测我们也不能完成。因为A、B、C相对于我们的速度需要时间和空间两种条件去确定,由于它们都有各自的时间和空间,相当于在方程中至少有6个量是未知的,这需要我们通过观测它们相对于D点的速率来确定,但速率却又要依赖于时间和空间。这样形成一种未知求解的循环。因此,从D点我们将不能确定A、B、C的速度。

   但如果我们赋予时间的单位1秒和空间的单位1米在不同的惯性参照系中是不同的,那么所有的问题就完全解决了。当然我们必须容许在观测参照系中采用牛顿力学的方法存在超光速的现象。

     这是解决这个问题的唯一的方法。

   但是又有这样的一个问题摆到我们眼前,我们未曾观测到的超光速现象到底存不存在。如果存在,那么我们为什么在宇宙中发现这样的现象很少,甚至采用我们现行的科学手段不能进行超关速的试验,哪怕是牛顿力学体系中的超光速。粒子加速器中的加速粒子到达一定能量后为何不能再对它进行加速。相对论中的物体的质量随运动速度的增大而增大显然是不能对此进行解释的。

   这样,对于我们所面临的一个最大的问题就诞生了。这个问题就是空间的属性和光速的问题,在一个世纪以前,这个问题是科学界的一个首要的问题,那么,在现在来说,这个问题仍然是一百年前的这个问题在科学上的地位具有等效性的问题。

志勰

2000.12.28


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