从广义相对论决不可能再回到狭义相对论(MP31)

2014-05-13  李灏


 ―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。

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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。

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)

SRGR关系上,当代物理的主流观念是:GRSR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:

1SR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

2GR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

3SR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GR又回到了SR

GRSR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。

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,SRGR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。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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