分享

更多

   

狭义相对论逻辑系统存在的基本问题

2015-03-11  物理网文
 ?
4. 狭义相对论逻辑系统存在的基本问题

有人问爱因斯坦什么是相对论,爱因斯坦回答说,当你坐在一个漂亮姑娘旁边时,一小时等于一分钟,当你坐在火炉上时,一分钟等于一小时。严格地说应当是你乘高速火车坐在一个漂亮姑娘旁边时,一小时等于一分钟,因为相对论效应涉及运动速度。但要使一分钟等于一小时,你只要坐在自家的火炉上就可以了。按相对论的说法,运动参考系的长度缩短,时间变慢。由于运动速度被认为是一个相对概念,就会导致种种莫名奇妙的悖论。在大多数情况下的悖论没有爱因斯坦说的那么浪漫,上海东方电磁波研究所所长季灏先生提出的断桥悖论,就是一个并不浪漫的例子。

假设你坐在一列长200米,重50吨的火车上。火车正通过一座长100米的桥,桥只能承受25吨的重量。假设火车的速度达到每秒260000公里,够快的吧。但要使一小时等于一分钟,火车的速度比这还要快的多。于是根据相对论,在守桥员看来,列车会变成100米,缩了一半。结果会怎样呢?在守桥人看来,桥必塌无疑,你的浪漫顿时灰飞烟灭。但对于你来说,火车长度不变,桥却变成50米。因此你坐在火车里会没有任何异样感觉,火车会安全过桥。

谁会相信这种天方夜谭呢,包括爱因斯坦的超级粉丝物理学家。碰到这种事情,数学家只好去跳楼。但物理学家却狡猾的多,他们会找到种种借口从困境中逃脱。他们不会像驴子一样,夹在两堆草中间饿死。于是有个名叫W. Rindler的美国人在1961年写文章,证明你一定会堕桥而亡。但他讨论的是另外一个等价问题,即你坐的火车是用钢铆连在一起的,像一大根铁棍,而且河的中间没有桥。在守桥人看来,火车同样必堕入河中。而在你自己看来,火车会弯成一条曲棍,直插河底。虽然按相对论,河床变窄,你乘坐的大铁棍本来是可以滑过河的。但由于W. Rindler先生这么说了,你的浪漫之旅就结束了。矛盾没有了,物理学们家就心安理得了。他们只对结果的一致性感兴趣,你是死是活无所谓。至于如果你的火车是正常的火车,而且河上也有桥时,你的命运如何,目前无人管。季灏先生提出的断桥悖论至今已多年,但无人能解,也不知W. Rindler先生是否还健在。

近来老兄无事翻翻W. Rindler的文章,结果发现老先生竟将相对论弄错了。他采用的是经典力学的加速度变换,而不是相对论的加速度变换,用的落体运动方程也是经典力学的方程,不是用相对论的方程。更不用说按相对性原理,你坐在火车上是不可能看到自己的火车变弯的,就如你坐在天安门广场上不可能看到地球表面是弯的一样。这种文章会马上被任何一个头脑稍为清楚的审稿人给枪毙了,但如果审稿人是爱因斯坦的粉丝,那就得另当别论了。

一般人家如果有一对双生子是一件很有趣的事情,但如果其中的一个闹着要去宇宙空间旅行,那麻烦事就大了。因为这涉及到外出旅行的双生子回来后,家里是否还有双生子的问题。这就是大大有名的双生子佯谬问题,物理学家为了弄清这个问题,已经争论了一个世纪。按照相对论,运动者的时间变慢,在家的双生子认为旅行的双生子年轻。但是同样按照相对论,运动是个相对性概念,旅行的双生子认为自己没有动,而是地球在运动,因此在家的双生子年轻。你看这事情有多荒唐,一只蚊子离你头皮而去,但蚊子却偏说是你逃之夭夭,而且还带上地球。

物理学家也意识到这个问题,认为这里涉及到加速度,不能简单定论。因为外出旅行的宇宙飞船离开地球时先要加速,然后停止加速,以匀速运动一段时间后再减速,停下来,掉头后按原程序返回。在加速和减速过程中,物理效应是不一样的。比如乘车时在加速过程中你会感觉到身体后仰,在减速过程中你会感觉到身体前倾。爱因斯坦认为他的狭义相对论仅与惯性运动有关。他把与加速和减速有关的非惯性过程与引力场相联系,还认为引力场也会使时间变慢。本来运动就已经使时间变慢了,加上还在引力场中呆过,慢上加慢,外出的双生子应当更年轻才对。但有个名叫Mollerz C的物理学家不知怎么算,得到的结果却是,双生子旅行回来后两个一样年轻。他在计算过程中用了一个近似条件,即假设宇宙飞船的加速度无穷大。这个条件在现实中无法实现,因此国内有个物理学家取消这个条件后进行重新计算,也得到相同的结果。于是物理学家们就声称,双生子佯谬问题已经被彻底解决了。

有过W. Rindler先生的教训后,本人不再轻信。仔细读了两位先生的论文后,发现果不出所然,他们又犯了类似的错误。一是他们对飞船在惯性运动阶段时间变慢的相对性的理解有问题,二是他们在计算过程中对初始条件的选择有误。若采用正确的计算方式,双生子佯谬根本无法消除!断桥佯谬和双生子佯谬是爱因斯坦相对论中最基本的时空佯谬的表现形式,因此可以说相对论的基本时空佯谬是至今没有被消除的。他们实际上是真正的悖论,而不是佯谬。注意到佯谬和悖论是两个不同的概念,悖论是不可解的逻辑矛盾,而所谓佯谬指的是假的逻辑矛盾。表面上看有矛盾,但矛盾实际上不存在。至于相对论其他形形色色的佯谬,如穿洞佯谬、柔绳佯谬、直角杠杆佯谬、静止长度上限佯谬、运动物体视觉形象佯谬、长度缩短应力佯谬、潜水艇佯谬等等,现有的解决方案可能也存在类似的问题。其中有些可能是佯谬,有些可能是真正的悖论。但老兄本人无兴趣再深究,想将话题转向相对论的公理系统。在那里谈论问题具有更大的普遍性,所谓高瞻远瞩,一览众山小。

你知道什么是数学公理系统吗?数学家在建立数学理论之前总是先提出几条基本原则,然后在这几条原则基础上进行推理和演绎,得到一个数学体系。而最先的那几条基本原则就叫公理系统。这公理系统除了必须满足一些限制条件外,在原则上是可以任意的。限制之一是几条公理必须相容,也就是说不相互矛盾。难怪从来没有人说数学已经到头了,数学家们永远有事可干。把一个公理系统内所有的定理都证明完后,他们会提出另外的公理系统。这种公理系统在原则上可以无穷无尽,数学定理也多得像天上的星星,你数都数不过来。至于这些定理与现实世界之间有没有关系,那不是数学家的事。数学家只关心逻辑,物理学家才关心柴米油盐。我给你提供工具,你能用就用,不用拉倒。相比之下,物理学家就没有那么幸运了。物理学家需要考虑现实问题,支配现实世界的物理定律有限,你不可能任意想象。难怪前些年一直有人嚷嚷说物理学已经到头了,因为这年头敢提出物理学新定律的人实在不多。当然有些楞头青除外,不是还有许多人对热力学第二定律不服,要去折腾永动机吗?不是也有许多人嚷嚷着要推翻相对论吗?想要推翻相对论,没门!除非你按我数学家的标准,能证明相对论的两条公理自相矛盾,互不相容。至于这两条公理是否与实际相一致,那是你物理学家的事。你看看,数学家的臭脾气又来了。

爱因斯坦仿效数学家的处事风格,用公理系统来构造物理学。他提出两条公理建立时空理论,一条是相对性原理,认为一切运动参考系都是平权的。另外一条是光速不变原理,认为在真空中你不论是运动还是静止,光的速度对你都是一样的。有人说爱因斯坦数学不怎么的(虽然我不相信),但他却是个大老实人。提出这两条公理后,他又说这两条公理实际上是互相矛盾的。因为光速不变意味着光的运动是绝对的,但相对性原理认为运动是相对的,二者互相矛盾。看来说爱因斯坦数学不怎么的也不是空穴来风,因为他明明知道两条原理相互矛盾,居然还是将它们捏在一起进行推论。于是就有了狭义相对论这个怪胎,闹得物理学界一百年不得安宁。联合国相对论委员会至今迟迟不肯公布,一百多年来到底有多少人为相对论进了疯人院。受害者家属应当联合起来,去纽约联合国总部讨个说法。你老兄本人也被这事整得几十年没有睡过安稳觉,最后横下一条心,想看看问题到底出在那里。

结果就把爱因斯坦相对论两条公理的矛盾表面化了。按相对性原理,两个相对运动参考系对彼此之间相对运动速率的看法应当是一致的。也就是说如果你我之间有相对运动,你认为我对你的运动速度是毎秒10米,我认为你对我的运动速度也应当是每秒10米。这不仅是爱因斯坦的看法,也是伽利略的看法,运动相对性原理最早是伽利略提出的。但他又认为是地球绕着太阳转,而不是太阳绕着地球转。为此被罗马教廷关进局子,差点没死在里边。而布鲁诺则更惨了,为这事干脆被烧死。但爱因斯坦却说:“科学早期托勒密和哥白尼之间的激烈斗争也就变得毫无意义”,“‘太阳静止,地球在运动’,或‘太阳在运动,地球静止’这两句话只是关于不同坐标系中两种不同的惯用语而已”。看来布鲁诺真是白死,比窦娥还冤了。

现代社会的确是文明进步了,你现在爬到天安城楼上,说宇宙绕着宇宙转也没事,只是没人理你。事实上你老兄已经证明,如果运动速度是相对的,在任意的惯性参考系中,爱因斯坦动力学运动方程的唯一性就会破坏。我已经说过,唯一性对物理学家就像多样性对艺术家一样,是他们的生命线。另外爱因斯坦说在地球上描述火星的运动,与在太阳上描述火星的运动是一样的。但他只是说说而已,并没有进行具体的计算。博主通过具体例子证明,在太阳参考系上描述火星的运动与在地球参考系上描述火星的运动,其数学的形式是不一样的。事实上在太阳上看,火星的运动轨迹是一个椭圆,但在地球上看火星的轨迹是乱七八糟的。有时顺行,有时逆行,有时不知怎么行。天文学家都知道这种事情,但你不能说爱因斯坦错。否则没有人理你,虽然也没有人烧你。

另外,由于从两个参考系对相对运动速率看法的一致性,可以得到一个时空坐标变换关系,但这种关系与按照光速不变原理得到的洛伦兹变换完全不一样。让数学家跳楼的事又来了!这次物理学家再狡猾也逃脱不了。为了使二者一致,你就不得不考虑其他因素,结果使理论变得乱七八糟。比如你得承认对相对运动速率有两种看法,一种是用你自己的标准定义的,另一种是用对方的标准定义的,但对方对你的看法并不认同,他又有另外一套自己的标准。我的天那,疯人院里的相对论病人就是被这种东西整出来的。你如果想检验自己是否有足够坚强的意志力,不妨登陆下附的网页,把博主的原文调出来读读看。只是如果出现精神方面的偏差,别找你老兄麻烦。

这问题就已经够大,足以让爱因斯坦喝一瓢的。然而还有呢,事情远为了结。爱因斯坦说狭义相对论不涉及加速过程,可以用两个纯粹的相对惯性运动参考系来建立时空理论。但若不涉及加速过程,如何使两个原先静止在一处的参考系达到相对运动状态?相对论总以地面与运动火车间的观察来讨论相对论效应,但无论汽车,火车和飞机启动都要先加速,连蚊子起飞都得多扇几下翅膀。如果考虑加速过程,是否会弄出不相对来呢,爱因斯坦没有给出说法。真是为师动动嘴,为徒跑短腿,坐着不知站着累。如何在不涉及非惯性运动情况下来证实他老人家的相对论呢。于是只好偷工减料,或者更恰当地说,只好谎报军情了。迈克尔逊干涉仪的两臂明明在不停地转动,物理学家却说证明了两个惯性系之间光速不变。转动的参考系是惯性系吗?加速器中带电粒子明明在不断地被加速,辐射出来的高能光子把光电管打得嗷嗷叫。物理学家却坚持说物体质量的增加只依赖于相对运动速度,与加速度无关。 介子通过大气层减速后衰变寿命发生变化,物理学家却没有看到时间收缩与非惯性运动可能的关联。狭义相对论动力学讨论的就是力的作用,到处都能看到加速度的影子在摆来摆去。但物理学家们却坚持说,时空性质与加速度无关,当可能与引力有关。只要他们觉得加速度碍手碍脚时,就把它仍进引力场。哎呀我的天,爱因斯坦以来的物理学家到底怎么了?怎么会被调教成这个样子。

那么按你老兄的意思,相对论这座破庙早就应当给拆了?我说也是也不是,应当拆一半。保留光速不变性,放弃运动相对性。问题在于人家是否同意让你拆,哪怕只拆一半。据说当年希特勒牛逼之时,曾召集德国一百多名顶尖物理学家,想拆爱因斯坦的庙,但弄了半天也没有拆成。原因是相对论的骨头太滑,不知如何下嘴,只好不了了之。想当初连物理学界的大佬们都想干这事,更何况一般小网民。对不起,那时候没有互联网。但时过境迁,现在情况不同了。你去问问学院里搞物理的,现在还有谁想干这事。如果有人想干,他的老师同事们就会说,你不想在这里混了?于是马上偃旗息鼓,不再做声,而且还不想让别人知道自己曾经有过这么一段叛逆史。如果有人实在回避不了,在谈及要害之前就得先来一句:“鄙人无意挑战主流意识,只是……等等,等等”。这就是当今理论物理学术界的普遍心态。如此唯唯诺诺,是干大事者所为吗。学了一点爱因斯坦的皮毛,就不能学学爱因斯坦敢为天下先的勇气?学术界就不能宽容一点,让人也说说话?

为什么会成这样了呢?这事肯定与民生有关。政府说这房子是危房,得马上拆。那你政府就得先把安置房盖好,让人家有地方搬。没有将安置房盖好就强行拆房,你试试看。哪怕你出于好心,说汶川大地震要来了也没人听。物理学理论不能有空白,物理学家需要一个工作平台。在没有更好的机器之前,不管旧的已经多么破烂也得将就,有房子住总比风餐露宿好。而现在的情况是,学府大院里没有人认为房子破了,政府也就多一事不如少一事。即便民间有人投诉,说棚屋区要改造,政府说就给点支持吧,但学府大院里的人不乐意,也找不到人替你拆。因为你得先盖房,而划给你的地块情况又很特殊,无人有把握能把房子盖起来,经历汶川地震而不倒。即便政府公开招标,主流学界里也没有人愿意应标,有钱也不干。以免吃不了兜着走,沦为笑柄。至于在非主流社会中,倒不乏有敢吃螃蟹的勇士。但各路英豪来路不明,资质大多不达标,达标了也无人认可,因为手里没有证书证明你能达标。你自己愿意干就干,但一切责任自负,用某些人的话说,让你自生自灭。

那么老兄你是蘑菇溜哪路的?主流说,你干这种活,象盲流。非主流说,看你干活的架式,似乎不像盲流。身份不明正好浑水摸鱼,摸了几十年,现在我来告诉你该怎样盖房。不用你投资,盖起来还让你白住。信不信由你,天下真有这样的好事。至于盖起来是否有人愿意住,那就不是博主的事了。欲知如何盖房,请听下回分解。 

    本站是提供个人知识管理的网络存储空间,所有内容均由用户发布,不代表本站观点。如发现有害或侵权内容,请点击这里 或 拨打24小时举报电话:4000070609 与我们联系。

    猜你喜欢

    0条评论

    发表

    类似文章
    喜欢该文的人也喜欢 更多