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―当代物理主流理论的常识悖论之二十 作者 苟文俭 【导言】：物理理论的某种命题或观念，如果与它自身涉及的基本事实完全矛盾，又违背了推理的逻辑常规，就称是物理理论的常识悖论。 本文要陈述的，就涉及了当代物理主流理论的第二十个常识悖论。 （－） 爱因斯坦创建广义相对论（GR）的目的，是要解决如下两个问题： 1、由于狭义相对论（SR）放弃了绝对时空，这就无法对惯性参照系做有确定意义的规定，现实世界也更不会有真正意义的惯性参照系。因此，只有取消惯性参照系在理论表述中的特殊地位，才能保证理论有可靠的逻辑基础。 2、他认为对所有物理定律的表述，都不能因为参照系的不同而会发生改变（具有协变性），因此也就应当把对引力的表述也纳入相对论的框架。 创建了SR后，爱因斯坦又用了整整10年时间，他把相对性原理推广到了非惯性参照系，形成了广义相对性原理，最终创建了解决上述问题的GR。 广义相对性原理的依据，是引力和惯性力等效的所谓“等效原理”。该原理的基础，则是引力质量与惯性质量绝对相等的等价性。爱因斯坦认为：在引力场的任意一点，都可以引入一个很小的自由降落的参照系，在该参照系内既不受惯性力也不受引力，狭义相对论也就完全适用了；因此恒定加速度运动的非惯性参照系，也就等效于受恒定引力场影响的惯性参照系。 （二） 在爱因斯坦看来：参照系也就表示了时空，把引力与参照系联系在了一起，引力场也就是时空本身的一种属性，是几何场。他认为，离开时空单独存在的引力作用没有意义。 引力场又怎样影响了时空？爱因斯坦是通过考察圆盘的转动来找答案的。他认为：圆盘上的人会感受到圆盘有一个沿半径指向的“引力场”；从地面上看圆盘转动的各点又都做加速运动，由狭义相对论，靠近边缘位置的时间进程会变慢，长度会变短，但沿着“引力场”的半径方向，时空没有变化。由此他的结论是：有引力场时空不再平直，是弯曲的。因此广义相对性原理使用的任意参照系，就应当用弯曲的时空来描述。 由于光速在任意参考系内都不变，这就等效于在四维时空中光的时空点静止不动，但在弯曲时空中它的径迹自然也会弯曲；这也即是光受到了引力（但它不可被加速），而引力场则由弯曲时空的几何属性（曲率）来决定。 在数学家格罗斯曼的帮助下，爱因斯坦使用了能够表示弯曲时空黎曼几何与张量分析，使用了与表示时空坐标性质的度规相联系的张量、就建立起了完全不同于牛顿引力定律的引力场方程，从而最终完成了对GR的数学表述。 （三） 在SR与GR关系上，当代物理的主流观念是：GR是SR的推广，SR也是GR的特例；当无引力场、时空曲率为零时，弯曲的黎曼时空就又恢复成了平直的闵可夫斯基时空，GR也就回到了SR。但实际上SR是与时空曲率取值大小毫不相干的理论。对此可以从如下三个方面来说明： 1、SR的描述对象是存在物的运动，表述的是以相对性运动为基础的物理规律，根本就不涉及存在物对外部时空的影响。即SR的描述对象及表述的物理规律，就都不涉及时空曲率的取值大小。 2、GR中曲率张量描述的是存在物对自身存在之外的时空性质，而在SR中，描述的则是运动存在物自身实现存在的时空。因此，SR中涉及的时空、与GR中用曲率张量描述的存在物对自身存在之外的时空毫无关系。 3．SR中存在物的质量不对自身实现存在的时空特征产生影响。因此，SR表述中的物质存在、也与时空曲率取值的大小毫无关系。 综上所述，说存在物对外部时空曲率影响为零就是SR的描述、完全是虚假的伪命题。GR的时空曲率为零，它只是GR描述的无引力场的特殊情形，但不论从哪个方面考察都与SR的描述无关，也都不是从GR又回到了SR。 GR是SR的推广，当时空曲率为零时GR就回到了SR。对当代物理的这种主流观念，有如下两个显而易见的问题： 1、由上述（三）就很容易明白：认为从GR可以再回到SR，就与SR的描述与时空曲率取值大小毫无关系的基本事实完全矛盾。 2、由于SR与被描述存在物之外的时空弯曲程度无关，认为时空曲率为零时GR就回到了SR，也就完全违背正确推理必须保持条件不变的逻辑常规。 因此认为GR可以回到SR，这同样也是当代主流物理中地地道道的常识悖论。 还容易理解：（1）由于其它力并不是时空本身的性质，因此，虽然恒定加速度运动的非惯性参照系，可以等效为受恒定引力场影响的惯性参照系，但并不就是受这种影响的惯性参照系；（2）由于光是电磁场量子，它在真空的自由传播就只能与真空的电磁特性有关。因此光在引力场中受引力作用的径迹弯曲，就只能是引力作用的结果，与真空中的时空自身是否弯曲无关。因此，爱因斯坦把相对性原理推广到非惯性参照系的上述思考，仅仅只具有数量化的等效性，而在实际的物理意义上，GR并不是SR的逻辑延伸。 在GR中，不论是在爱因斯坦自己写出的描述粒子运动的测地线方程，还是与人合作写出的以度规张量为因变量的引力场方程，依据的总是被描述存在物自身存在之外的时空，这与SR描述的是存在物自身实现存在的时空完全是南辕北辙。在实际的表述内容上，SR与GR也并不具有逻辑的一致性。 （五） 在作者创建的IV模型中：SR是一个表述做惯性运动的存在物自身时空特征的理论，而不是一个描述一般意义时空的理论；GR实际是用比对光子的引力，对引力所做的一种等效描述。在宇宙学领域，由于物质的引力质量远大于惯性质量，等效原理不成立，GR只在等效原理成立的恒星系范围有效，在星系范围的无效。对此作者将在下一篇文章中做进一步的具体介绍。 【特别说明】：对作者所述的当代物理主流理论的常识悖论，本文已是第二十个了；真诚欢迎感兴趣网友批评斧正作者所有这些认识。作者的原则是：以无可?辩的自明的基本事实、以及公认的逻辑常规为依据，而不使用华丽的数学表述。这是因为离开了基本事实的数学并不是物理学，而不服从逻辑常规也就不可能是数学的正确应用。 |
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