相对论的终结

志勰

对相对论偏重于物理意义和物理结构演绎过程的分析,本文证明了相对论没有科学定量的价值和意义,科学界应该放弃掉采用相对论的描述结构对物质世界进行描述。同时也列出了放弃掉相对论,科学所面临科学结构的问题。


一、引言

    采用这样一个题目,也许不是很恰当,因为它含有了某种意愿。科学从来都不是以意愿为转移,它只是尊重科学的规律。但是,相对论所描述的似乎已经是没有多大的意义了。除了指明科学前进的某种方向之外,已经不具有物质世界描述规律所具有的确定性、和真实性。随着科学的发展,相对论的局限性和问题暴露得越来越多,我认为采用这样的一个标题是恰当的。因为它的背后是科学的呼唤。

    回首相对论所走过的百年历程,它和历史上被遗弃的其它的科学理论一样,曾经有推动科学发展的光荣的历史,如同热质学说对工业革命的意义一样,为人类科学建立了新的方法。改变了人们传统的科学定量观念。这里,我们就走进相对论的结构,来看看它对科学的意义。

   在狭义相对论中,存在着两个假设,一个是狭义相对论的相对性原理,另一个是光速不变原理。这两个原理现在提起来,在传统的物理课本中大多将光速不变原理作为第一性的假设,然后才是狭义相对论的相对性原理。似乎从观念的发展上来看,这样的看法并不合适,也因此遭到指责,“....说它未经证实就把光的传播放在中心理论地位,以光的传播定律作为时间概念的基础.....”[相对论的意义p18],我认为这倒不是仅仅作为时间的基础,而是作为整个狭义相对论的一个基础。这样的一个基础在实验上除了麦克尔逊-莫雷实验之外,还存在理论的基础,主要是电磁理论。我们知道,在电磁理论中,光的传播速度主要依赖于介电常数和磁导率。由于介电常数和磁导率在惯性参照系中是平权的,没有任何理由假定真空中的这两个常数在不同的惯性参照系中是不同的,那么电磁理论的结果是光速为一常数。另一方面,这两个常数的相同也来自于客观实践。因此,光速不变原理就成了惯性参照系真空中电、磁的属性,以及狭义相对论的相对性原理反映在电磁属性上的一个相互的证明。其次,从物质的结构上来说,仍然可以得到这样的一个结论,物质结构主要依赖于电磁力,更确切的说是依赖于电的作用,因为原子核和核外电子是由于电的作用而结合成物质的结构。介电常数也是关于电的作用的某种常数。这样,光速不变原理和物质的结构建立了联系,采用更普适的物质的空间结构依赖于电磁属性,是传统电磁理论的一种必然。那么在电磁理论中应用狭义相对论的相对性原理,反映在电、磁作用的属性上仅仅缺乏一种扩展的关系,只要在经典的电磁波的传播上给于确认光速为一常数就可以了,并且推广到物质运动的相对速度不能超过光速。狭义相对论对于电磁理论来说是一种水到渠成的事情。

   我想,将狭义相对论看作诞生在电磁理论的基础上并不为过。但是在狭义相对论中,将光速作为一个恒量C的假设,并没有建立在电磁理论基础之上,否则仅仅根据纯粹的经典电磁理论就可以推导出狭义相对论,那就不需要作第二个假设——狭义相对论的相对性原理了。也许这可能是不想让电磁理论承担狭义相对论创生的结构,也许是狭义相对论是一种全新的定量模式在经典的电磁理论中是不可想象的。另一种可能是在电磁理论中还没有引入这样的思路。那么根据伽利略相对性原理扩展到狭义相对论的相对性原理,并作为一个假设应用于整个的物质系统则成为一种必然。

   在现在看来,狭义相对论的推导如果从电磁理论中电磁波的传播开始,也许更为简捷一些。放弃掉这样的途径,那么狭义相对论则必须将光速不变原理作为一个首要的假设了,并且将狭义相对论的相对性原理作为第二性的假设。这是离开电磁理论必须的途径。从描述的系统上来看,狭义相对论所描述的是普通物体在不同惯性参照系间的运动情况,和电磁理论无关是很正常的思路。

   然而,对于整个的物质系统来说,作为正确是缺乏依据的,原因是电磁理论所赋予的电、磁的传播属性是否正确,这是需要证明的。其次,电磁理论的属性是否可以作为物质结构属性的扩展,这也是需要证明的。那么,一个严峻的问题摆在我们面前,在这两方面,我们需要去衡量电磁理论的理论基础。是否具有电、磁属性在不同惯性参照系中的适用性,也就是电磁理论中电磁属性的相对性原理是否正确、电磁属性在物质结构的本身的扩展上是否正确。另一方面,在描述系统上,也提出了新的描述依据。描述结构的适用性是否具有更为普遍的意义也是一个非常重要的问题。

二、光速的问题

    1、光速恒定在相对论中的意义

    光速恒定为C和狭义相对论的相对性原理,共同导致了狭义相对论的物理描述结构。

  2、光速在任意惯性参照系恒定为C在相对论中所引起的矛盾

    不论是从试验中我们得到的光速为一常数,还是从电磁理论中所得到的电磁波为一常数。只要将这样一个关系应用于所有的惯性参照系中,那么在理论和客观实践的测量上,都会存在一个不与寻常的结论,就是处理光速的方法是超越常规的,如图:

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   在一个惯性参照系中存在v1、v2两个运动物体,当一个相对于惯性参照系静止的物体发出一束光,相对于惯性参照系的速度为C时,在v1、v2惯性参照系中,光的运动速度同样也为C。光速C在选定的惯性参照系、v1惯性参照系、v2惯性参照系的速值存在明显的不同,采用牛顿力学来描述分别为C、C+v1、C+v2 。那么牛顿力学中三种不同的相对运动速度在相对论中确是都为相对运动速度C。看作是相同的速值。我们知道,这束光掠过三个惯性参照系以及三个惯性参照系都是独立的并且是确定的。牛顿力学中的C、C+v1、C+v2 和相对论中的C,在物质的客观存在上存在区别么?描述的对象上存在区别么?没有,我想任何人在直觉的判断上都会这样的判定。但是,速值的不同只能看作不同的描述方法和模式,我们应该将它们作为独立的两种描述系统。这很自然的将相对论和牛顿力学作为两种描述系统分立开来。

   在时间和空间的逻辑结构之六 ——时间、空间与物质的运动(下)——3中,曾探讨了速率和速度在相对论和牛顿力学中的联系,速率在相对论中两体的问题上是没有区别的。但不能应用于三体或者三体以上的问题(在光速的问题上也不能适用,仅是用于速值小于光速的相对运动物体)。牛顿力学来描述的C、C+v1、C+v2和相对论中的不同惯性参照系中的C是没有区别的。这种没有区别在客观事实上是适用的。这决定了狭义相对论和牛顿力学描述在数值上等效的范围。同时,也暴露了一个问题,相对论中的任何一个速值,它所表明物体运动速度的大小必须指明是相对于哪一个惯性参照系才可以,否则是没有意义的。如图:

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    物体a与物体c分别以0.8倍和0.6倍的光速远离物体b时,a、c两物体间的相对速度是0.948倍的光速。那么我们说相对于物体a以0.948C运动的物体在相对论中就没有意义。我们必须指明三个物体的关系。我们从物体a观测到的0.948C运动的物体,和这个三体问题的0.948C其速率必然是不同的。

    这样,光速恒定和爱因斯坦速度相加原理则存在这种不能确定性的矛盾。这对于一个定量描述系统来说是无益的。

3、爱因斯坦速度相加原理的来由

    爱因斯坦速度相加原理来自于数学上的洛仑兹变换,那么洛仑兹变换在物理上的意义又是什么呢?这个问题在相对论中叫做狭义相对论的相对性原理。但是在牛顿力学中叫做伽利略相对性原理。我认为狭义相对论的相对性原理和伽利略相对性原理其物理表述上是相同的,没有区别。即:力学定律在所有惯性参照系中形式都是相同的。但是洛仑兹变换和伽利略变换却分别属于两种描述系统。主要的原因就在于在洛仑兹变换中引入了光速不变(前面已经说过,这可以从电磁理论中得到,但这样的推导并不正确,后面要讨论)。并作为所有物体运动的极限速度。

4、麦克斯韦电磁理论中电磁波的速度

   只要将相对论中的一些问题追个溯源,那么必然和光速不变原理建立某种确定性的联系。因此,光速不变原理则成为相对论中的一个重要的问题,下面我们来看看光速不变原理是否严格成立。这个问题首先需要考证麦克斯韦电磁理论中的电磁波的速度。

   在进入波的问题中,我们必须假设波是需要传递介质的,因为如果没有传递波的介质,那么就不能叫做波了,只能叫做物质的运动。在以前相关的文章中也说过这个问题,物质的运动分为两种运动形式:一种运动形式是物体本身在运动,另一种运动形式是物体本身将动量、冲量或者作用传递给介质,通过介质的周期性的震动来传递物体的作用。这种周期性的介质的作用的传递过程就是波。所以波必然是介质的作用形式。

   如果我们确认麦克斯韦电磁理论中的电磁波是一种波,那么必然是介质对作用的传递过程。介质对波的传递速度依赖于介质的属性。考察电磁波的运动速度只要我们考察介质对波的传递就可以了。

   首先我们不能采用任何的常规媒质模式,因为我们不能确定传递电磁波的介质属性,不能确定它的动量属性、冲量属性或者刚性属性。因此,常规的波的介质对波的传递模式都不是适用的。但是我们仍然可以采用理想的模式对波进行考察。我们不考虑波的传递的具体形式,仅仅将波的介质当作传递波的一种作用传递模式。波的属性就是介质作用传递的一种周期性的变化。假设电磁波的传递介质为静止的,波源对介质在做周期性的作用则是适用的,当然这样的模式可以应用于所有种类理想的波的传递。如图:

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   一个波源发出一列波,这列波是一个向外扩散的圆圈。沿一个方向的速度为c,那么沿反方向的速度必然为-c。以波源为中心画一条直线,直线上和扩散波相交两个波点,这两个点的相对速度必然为2c。不论我们采用波源运动还是介质运动,直线和扩散波相交的两个波点的相对速度仍然为恒量2c。波源和观测者之间的关系请参见时间和空间的逻辑结构之六——时间、空间与物质的运动(下)——3

   从电磁波的介质理论上,我们不能得到任意条件下(波源、观测者、传递波的介质任意情况下)电磁波的传递速度为c,我们只能得到以介质为静止参照系的条件下波的传递速度为c。向相反方向传递的两列波的速度为2c。

    我们从这里看到,麦克斯韦电磁理论中电磁波的运动速度不遵守任意条件下(波源、观测者、传递波的介质任意情况下)电磁波的传递速度为c。只能得到,电磁波相对于传递介质的传递速度为c。麦克斯韦的电磁理论不能得到除此之外的其它结论。

    也许有的朋友会提出这样的问题,就是采用经典的描述系统来判断麦克斯韦电磁理论中的电磁波的运动模式是否合适。我想着应该没有问题的,因为麦克斯韦的电磁理论就起源于牛顿力学的描述系统。那么我们有没有必要在这个基础上对电磁波的传递速度进行扩展呢?也就是说将光速的在介质中传播的定义推广到两个相对运动物体上,这就是下面的问题

5、光速扩展的适用性。

   上面我们可以看到,采用物质间的相对位置关系不能得到电磁波在任意惯性参照系间的相对速度为一常数的结论。但是采用试验的方法,似乎这样的结论存在问题。我认为这是一个观念的问题,也是一个描述系统的问题,举个例子来说,如图:

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   物体a相对于惯性参照系静止,物体b以速度v运动。依据牛顿力学,光相对于物体a的速度为c,光相对于物体b的速度为v+c。

   在相对论定量体系中,将上面图中光和物体a、b之间的相对速度都看作光速c。一般的朋友都很难理解这个问题,我们在上图中所看到的不难理解,相对论中的光速c是一个变量,虽不同参照系统而变。我们从物体的客观存在上可以得到,光和物体a、b之间的相对速度采用牛顿力学描述是如此的不同。相对论所描述的光速c是一个依赖于参照系统而绝对不同的物理客观存在数值。因此,采用光速的相对论系统不能普遍的将光速的概念推广到所有的和光相对运动的物体上。不能建立这样的关系。因为光速所代表的含义随不同的惯性参照系而存在着不同。

   作为统一应用的概念而言,光速在相对论中的概念所代表的运动存在的状态不具有普适性。在光速概念普遍的扩展上,并不适用。

6、从经典电磁理论到狭义相对论中推导的问题

   在经典的电磁理论中,电磁波的传递速度依赖于两个物理常数,前面已经说过,是真空介电常数和真空磁导率。如果可以采用这样的公式来描述电磁波的速度,那么电磁波的这个速度公式仅仅表明电磁波在介质中的传递过程中和介质的相对速度。除此之外,不能表示其它的内容。比如互为相反方向两列电磁波的相对速度。也不能表明光速是两个相对运动形式的物质间的极限速度。麦克尔逊-莫雷实验的以太相对于观测者漂移速度零的结论,似乎是对光速为一衡值结论的证明。但是,物体的运动方向在一条直线上不能仅仅限于一个方向,我们知道,一条直线必然存在两个方向。如果存在两束光子分别向一条直线的两个方向运动,那么两束光子之间的相对速度采用光速c来描述,无论如何都是不能成立的。即便我们应用到向相反方向运动的两个物体,光速为极限速度c的限制仍然是不对的。

   这样,从经典的电磁理论中推导狭义相对论,则碰到这样的逻辑中断。

7、物质运动的极限相对速度

   对光速的问题必须确认一个基点,这个基点就是光的传递介质。只有建立在这个基点的基础上,我们才可以进行讨论。

   常规的物质都可以看作是由电荷构成,或者组分里必然包含电荷。如果电磁波的传递速度等于c,那么我们通过电场、磁场、电磁场、普通的力学方法(物质的力学属性来自于电磁力)给物质进行加速,我们都不能排除电磁场的传递问题,如果电磁场的传递速度为光速c,那么我们通过这些加速途径,则不能使物质的运动速度等于或者超过c.

   如果传递光的介质是存在的,那么一条直线上相反方向运动的两束光子之间的速度必然是2c。这是没有任何商讨的余地的。不论是经典的牛顿力学还是狭义相对论。如果光速是物质运动的极限速度,那么两个物体之间的最大速度必然不能等于或者大于2c。而只能小于2c。因此,不论相对论正确与错误,物质相对运动速度的极限总是存在的。并且两个相对运动物体的相对运动速度不能大于2c。

   实际上,只要存在传递光的介质,那么狭义相对论必然不能成立。

8、狭义相对论和传递光的介质的关系

   通常,麦克尔逊-莫雷实验被看作刚性以太的否定性试验。它证明在麦克尔逊-莫雷实验的基础上,刚性以太是不能存在的。或者说通过动量或者冲量的模式对光进行传递的以太不能成立,如果要严格一些,那么通过动量的作用模式的以太对光速的传递是不存在的。这个问题我将在空间的介质问题之四 ——光的本性与麦克尔逊—莫雷实验(下)(光的传递介质)中给与解释(还没有整理)。

   如果光的传递介质存在非刚性的模式,那么传递光的介质仍然是存在的。只要存在光的传递介质,那么狭义相对论的相对性原理就不能成立。因为这涉及到惯性参照系是否平权的结论。也就是说狭义相对论的相对性原理是否成立。同样的,伽利略相对性原理也不能成立。

   狭义相对论是建立在传递光的介质不能存在的基础上,刚性的传递光的介质在麦克尔逊-莫雷实验已经给与否认。如果存在通过刚性以外其它的形式对光进行传递的介质,同样也不能给狭义相对论提供存在的可能性。除非光的传递不需要介质,比如传统电磁理论中的电磁场,这样从作用上给与狭义相对论的物质描述结构提供一种物理上存在的依据。下面我们要转到下一个大问题上进行讨论——

三、狭义相对论的相对性原理

1、惯性参照系的特征

   一个物体在不受外力作用下,会保持直线运动状态或者静止状态。牛顿第一运动定律给与物体本身存在的属性这样一个特征。当然,更精确的说,牛顿第一运动定律是这样解释物质本身所具有的属性。这似乎是一个客观事实,实际上,在日常生活中,我们尚不能得到这个规律不能成立的结论。在现在的物理理论中,也不能证明这样的结论是否存在错误。我们不能找到比物质的存在本身还要基本性的东西来解构物质的存在。也可以这样看,这样的一个结论是先验的经验约定。或者再引申一下,物质系统的存在是一种独立的存在。这给与物理上的因果律提供了一种逻辑的本源。

   在这种物质惯性属性基础上建立的参照系统我们通常将它们叫做惯性参照系统。任何一个惯性参照系统都可以当作一个描述系统标准,当作一种尺度,当作一种标准。

2、惯性参照系统的表述系统

   正是任何一种惯性参照系统都可以当作一种描述的标准,那么在任意一个惯性参照系统中,我们都可以对其它的物质运动进行描述,同样的也可以对其它的惯性参照系统进行描述。相对论认为,我们不能找到一个更为优越的参照系统,而认为所有的惯性参照系统都是平权的,或者说都是等同的。一个物体的运动加速过程都遵循力学加速的原则,也就是牛顿运动定律。采用力学的规律,这似乎是正确的。但是这里面包含一个假设,这个假设就是所有惯性参照系都是平权的。

   由于物质的结构是因为电荷间的库仑力的作用而结合到一起的,那么我们需要确认一个与电的作用相关的问题,才可以确认所有惯性参照系都是平权的这个假设是否成立。这个问题就是电磁作用规律在惯性参照系中是否普遍成立。

   我们知道,电磁作用在空间中的周期性的传递就是电磁波。电磁作用规律很自然的和电磁波传递属性联系在一起。实际上,除此之外没有其他的方法,因为我们去测量一个电荷在空间中电场的分布过程是没有任何意义的。我们也不能对这个问题进行测定。但是对电荷周期性的运动对外界的作用我们是可以进行测定的,这样我们所测定的还是电磁波的传递问题。

   这样看来,惯性参照系统的表述系统是与电磁作用相关联的。

3、相对论对电的作用属性的分歧

   在洛仑兹变换中,我们可以很自然的得到物体在沿运动方向的长度会发生收缩,同时在垂直于运动方向的空间长度不会发生任何的变化。那么我们根据力学上的等量关系则得到相对论中的一个矛盾。如图:

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   设一个运动参照系(x`,y`,z`)相对于参照系(x,y,z)以速度v沿x轴方向运动,那么该物体由于运动则会发生长度的收缩,两个惯性参照系中的单位长度分别为(x`,y`,z`)和(x,y,z)并且等于单位1,我们知道x`≠x=1,但是y`=y=1,z`=z=1。

   两个惯性参照系则不是平权的,因为我们只要对标准体积的物体进行精密的测量,根据物体长度的差异就可以得到两个惯性参照系物质的属性是不同的结论。(可参见相对论的空间概念所存在的一个问题——“尺缩”现象)这说明,两个惯性参照系中物体的存在属性是不同的。或者说两个惯性参照系不是平权的。依据电磁作用进一步外推,就可以得到两个不同惯性参照系中的物体的电的属性是不同的。这种不同表现在解构上的不同上。

   虽然狭义相对论在狭义相对论的相对性原理基础上采用惯性参照系是平权观念,但是狭义相对论对物体处理的方法说明,两个不同惯性参照系不是平权的。这是一种内部解构的矛盾。这在物理上来说是行不通的。

   那么在物理上这是什么原因造成的呢?这是物质结构的电的属性(或者说电磁作用属性)所造成。一个结构均匀的物体,其分子、原子间的作用在宏观统计上来说是均匀的。但是空间收缩仅仅于运动方向有关,于运动的垂直方向无关。这必然造成不同惯性参照系物体属性存在区别。

   然而,建立在数学基础上的狭义相对论缺不能正视这个问题,实际上,也不能处理这个问题。这是由狭义相对论得描述结构或者说数学结构所决定。这样的定性在物理上来说是没有意义的。

   另一方面也说明,这是一个电磁领域的问题。至少在数学和物理的赋值上并不吻合。

4、电磁理论中电磁波导致的结论和惯性参照系统的关系

(1)电磁作用属性、惯性参照系和传递电磁波的介质

   如果在电磁波中没有传递波的介质,那么任何一个惯性参照系统都可以当作一个独立的系统看待。任两个惯性参照系统之间,没有力学属性的联系。比如说一个相对静止电子所占据的空间为1个单位体积的空间,那么另一个惯性参照系中一个相对静止电子所占据的空间同样为1个单位体积的空间,两者没有必然的联系而看作等量的空间大小。因为两个惯性参照系统是独立的存在的。没有一种力学属性统一的标准。根据狭义相对论,高速运动的电子在沿运动方向上要发生收缩,这样的两个电子的体积必然是不同的。

   如果我们确认电磁波是由介质传递,那么必然在不同的惯性参照系统之间建立一种绝对的标准。这样惯性参照系统的平权仍然不能成立。因为电磁波所传递的极限速度为光速,就必然不能采用平权的方法来处理惯性参照系统。在这个逻辑节点上存在两种可能的关系:一种关系是电磁理论在不同的惯性参照系统中不具有普适性。另一种关系是牛顿力学在不同的惯性参照系统中不能成立。两者可择一。

   顺便说一下,逆子先生曾提出一种对电荷加速过程的解释方法,他认为随着电荷运动速度的增加,电荷的质量并没有增加,但是电场施加在电荷上的作用力减小了。这种解释的方案选择的是后者——牛顿力学在不同的惯性参照系统中不能成立。但必须注意的是:必须确认电磁波由介质传递。

   两种对电磁波的处理方案,都不能将惯性参照系统看作平权的。采用电磁波不需要传递介质,那么物质存在的结构属性不支持惯性参照系平权。而采用电磁波是由介质传递,那么牛顿运动定律不支持惯性参照系平权或者电磁理论的普适性不支持惯性参照系平权。

   惯性参照系的平权是不能成立的。不论采用何种方法,狭义相对论的相对性原理不能成立。

(2)电磁波的传播速度所导致的计量标准和惯性参照系

   如果我们确认电磁波是由介质传递,那么两个相对运动物体的极限速度必然可以超越介质对介质波的传递速度——光速C。这样,狭义相对论的光速不变则没有任何意义了。但是在狭义相对论中是采用另一个选项,电磁波不需要传递介质,那么我们来看一下电磁波传递速度的这种定义。

  如果电磁波的传递不需要传递介质,那么任两个惯性参照系统则没有可供比较的力学依据,或者说没有一种可供两种参照系统统一的标准。这样的情况就造成两种参照系统的标准。这样的标准主要反映在计量的单位上。这样的两种标准存在两种处理的可能方法:

   第一种方法是采用两种参照系统中的单位看作等同的看待。比如:一个惯性参照系中的一个单位等价于另一个惯性参照系中的一个单位。

   第二种方法是建立两种参照系统的换算关系。比如:一个惯性参照系同种的一个单位等价于另一个惯性参照系统中某个确定关系的单位。

   除此之外,则不能建立两种惯性参照系中任何比较的可能。或者说两种惯性参照系统的建立在实际应用上是没有任何意义的。在以前我曾讨论过这方面的,请参见时间悖谬。这样的情况不仅仅限于时间,而且还可以应用于空间长度单位和质量单位。

   如果将第一种方法应用于狭义相对论中的两种惯性参照系统,那么狭义相对论的相对性原理不能成立。不能推导出狭义相对论的结构体系。如果将第二种方法应用于狭义相对论中的两种惯性参照系统。那么狭义相对论的结构体系和牛顿力学没有区别。时间和空间不会发生任何的膨胀和收缩,狭义相对论的结构体系仍然不能成立。那么这两种情况都会造成狭义相对论没有任何实用的价值。

   这样,就造成了狭义相对论是没有任何意义的结论。

四、两个原理之外的问题

   在狭义相对论中,还存在一个非常重要的问题,不过这个问题是哲学问题,就是狭义相对论对物理世界的处理是否具有客观实在的问题。这个问题就是同时性的问题。我们知道,在狭义相对论中叫做相对的同时性。狭义相对论认为同时性是相对的。

   物体在存在的过程中构成了一系列的时刻,同时的意义应该是建立在存在意义上。表述上就是当一个物体在存在的时刻,另一个物体也在存在的时刻。这两个物体所存在的时刻就构成了两个物体存在的同时性。狭义相对论是以物体的观测属性作为存在的基础,通过不同惯性参照系所测量到的相对性来判断物体存在的相对性。这本身就不是建立在客观存在基础上的判断。但是它决定了相对论不同惯性参照系间的时间观念具有实际应用的价值。如果不建立在相对性的同时性基础上,不同惯性参照系时间膨胀的本身就没有意义。因为测量的本身就是不同惯性参照系的信息交换。

   在一个惯性参照系中已经发生的事物,在任何一个惯性参照系中判断,都应该以已经发生作为前提来判断。

(关于同时性的问题,已经有不少的文中探讨过,请参见其它的文章)

五、狭义相对论的意义

   既然相对论在实用的价值上毫无任何的意义,那么它对于科学的价值呢?是不是也是毫无意义的呢?回答是否定的,不是。相反,狭义相对论对于科学的进一步的发展是非常重要的。我们在这里就从狭义相对论的目的来开始讨论狭义相对论的意义和作用。

1、狭义相对论的目的

   我们知道,在狭义相对论中内建了牛顿力学的结构体系——狭义相对论的相对性原理。在表述形式上,我们知道它和伽利略相对性原理没有任何的区别,唯一不同的地方就在于引入了电磁理论中的电磁波的传播速度——光速不变。其实质是希望调和牛顿力学和电磁理论的矛盾。

2、相对论的结果

   虽然通过牛顿力学和电磁理论的缔结形成了一种完全不同于牛顿力学的计量结构体系,但是这仅仅是希望牛顿力学和电磁理论都成立的基础上所作的努力。这种努力的不成功说明牛顿力学和电磁理论之间的矛盾是不能调和的。要么放弃牛顿力学,要么放弃电磁理论。或者两者都需要有所放弃。

3、相对论尝试的领域

   首先,相对论尝试了一种全新的物理结构体系,这种物理结构体系是完全脱离于日常生活中的概念,完全是一种抽象的数学逻辑结构。在这种数学逻辑结构中,阐释了数学的物理描述结构。

   其次狭义相对论中包含了物质存在属性和运动的关系,这对于物理来说是一个非常重要的课题。从另一个角度来说,这是对经典科学定义结构的一个挑战。

   最后,是对空间结构属性的处理。我们知道广义相对论是对狭义相对论从惯性参照系统到非惯性参照系统的推广,采用时间和空间协变的方案来处理非惯性参照系的物质描述定量问题。狭义相对论在实际应用价值上的失效,说明广义相对论也是没有意义的。不能采用类似的方案去处理。

4、狭义相对论所处理和包含的方向

   狭义相对论包含了如下的方向:

   (1)惯性参照系和物质的结构属性的关系

   (2)惯性参照系和物质存在属性的关系

   (3)牛顿力学和电磁理论的矛盾

   在如上的方向中,表明了上一代科学理论所关心的问题。这些对于新的科学探索将会非常的至关重要。

 

[后记]关于相对论的问题,我曾经写过很多的文章讨论过,当然,讨论的都是细节问题,或者一些局部的问题,或者某个角度的问题。在网上也曾看到过一些帖子,希望希望反相者讨论相对论要拿出数学上的证据。这样的提法是错误的。因为相对论是一个数学定义的系统,通过数学的模式定义了基本的概念和关系,可以认为是一个自组态系统。这样的一个系统在数学的演绎里是不会出现任何的问题的。因此,相对论不能通过数学来证明其对错。如果通过数学的演绎证明了相对论存在错误,那么一定是数学证明中出现了问题。如同通过单位1的累积和递减而得到的整数系统,其加减而不能得到分数一样。

    因此就有了想写一篇关于狭义相对论的关键节点的物理意义的分析的想法。由于在以前的很多文章中都已经讨论过相对论的局部问题,因此这篇就可以看作是以前的综合,不过更偏重于物理意义和物理结构演绎的过程。本文证明了相对论没有科学定量的价值和意义,科学界应该放弃掉采用相对论的描述结构对物质世界进行描述。同时也列出了放弃掉相对论,科学所面临科学结构的问题。

   本文没有讨论广义相对论的问题,因为狭义相对论的没有意义,会导致广义相对论是不需要考虑的问题。另一方面,广义相对论是狭义相对论的扩展。狭义相对论的这些问题会映射到广义相对论的结构里。所以就不进行一些重复性的话题了。

    本文的写作过程是断断续续,经历了一段时间,因此写得并不太联贯,在思考上也分散一些,虽然最后又作了些补充,但仍难免涉及到一些没有谈论到的问题,对这些问题可参见我以前所写的相关的文章,或者email给我。

志勰

2002年9月26日


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