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曹盛林__爱因斯坦错误的根源

2017-08-08  物理网文

关键词: 光速不可逾越、思想试验模型的不完备、光速不变原理、测距模式、测速模式

20世纪的世纪伟人爱因斯坦为什么会得出光速不可逾越的错误结论呢?仔细阅读他关于狭义相对论的两篇文章:1905年的《论动体的电动力学》和1907年的《关于相对论原理和由此得出的结论》不难看出爱因斯坦的错误出自他的思想试验模型的不完备。

由静止参考系S向运动参考系S发射一束光并返回S系

如上图所示,爱因斯坦的基本出发点是考虑一束光由静止参考系S中的A点,向运动参考系S中的B点发出,设发出时刻为静系的tA,并假设在动系的时刻tB到达B,并由B返回,又于静系时刻t’AB回到了发射点A

这里,爱因斯坦犯了一个很大的错误是:在一个最简单的问题中,采用了两个参考系的时间的测量。即静止参考系S中的时刻tAt’A和动系S’中的时刻tB,于是引出了永远说不清的“对钟问题”和随之而来的长度和时间的“佯谬”;特别著名的就是所谓“双生子佯谬”,它困扰人们一个多世纪,至今没有人能够讲清楚。下面让我们来看看1905年和1907年爱因斯坦是如何考虑“对钟”的:

爱因斯坦在1905年的文章中写道:“如果在(静止)空间(S)的A点放一只钟,那末对于贴近A处的事件的时间,A处的观察者能够由找出同这些事件同时出现的时针位置来加以测定。如果又在(运动)空间(S’)的B点放一只钟--我们还要加一句,‘这是一只同放在A处的那只完全一样的钟。’--那末,通过在B处的观察者,也能够求出贴近B处的事件的时间。但要是没有进一步的规定,就不可能把A处的事件同B处的事件在时间上进行比较;到此为止,我们只定义了‘A时间’和‘B时间’,但是并没有定义对于AB是公共的‘时间’。只有当我们通过定义,把光从AB所需要的‘时间’规定为等于它从BA所需要的‘时间’,我们才能够定义AB的公共‘时间’。设在‘A时间’tAA发出一道光线射向B,它在‘B时间’tB又从B被反射向A,而在‘A时间’t’A回到A处。如果tBtA的差等于t’AtB的差,那末这两只钟按照定义是同步的。”

两年后,即爱因斯坦在他1907年的文章中写道:“我们设想在许多点上排列着许多相对于坐标系静止的钟。这些钟全都是等同的,也就是说,如果它们一个挨一个地排列下去,两个这样的钟的读数的差应当保持不变。如果我们假设以某种方式校准了这些钟,那末所有的钟(如果这些钟排列在足够小的距离之内)都可以从时间上来度量出任何一个点事件--比如利用最靠近的一只钟。

但是,这些钟的全部读数并不同样合适地提供出我们为物理学的目的所需要的那种‘时间’。对此我们还需要作出一个规定,使这些钟按照这个规定来相互校准。

现在我们假设,在坐标系没有被加速的前提下,这些钟可以这样来校准,使得真空中任何光线的传播速度--用这些钟来量度--总是等于一个普适常数c,因此,如果AB是两个对于坐标系静止的安装钟的点,它们的距离为r,当沿着AB方向在真空中传播的光线达到点A时,A点钟的读数为tA,而当光线到达B点时B点的钟的读数为tB,那末,不管发射光线的光源或者其它物体可能在怎样运动,tAtB的差除以距离r的商,总是等于真空中的光速c

这里所作的,我们要称之为‘光速不变原理’的假设,在自然界中实际上是否得到满足,绝不是自明的,然而,这--至少对于一个具有确定的运动状态的坐标系来说--或许可以通过用这样一些验证来加以实现,它们就是以假设绝对静止的以太为基础的洛仑兹理论所曾经经受过的那些实验验证。”

其次是在爱因斯坦的思想试验游戏中,爱因斯坦有意或无意地把自己和读者将时序的概念等价为:一束光射线由A出发,传递到B,再由B返回到A的过程。因此,这个时序是不容颠倒的。如果颠倒,就破坏了“因果关系”!

而不少学者已指出:洛仑兹变换最显著的特点之一是它不能保持事件的时序不变。本书稍候将指出,时序的变化必然与超光速的速度出现有关,但它并不是爱因斯坦所下意识给出的“时序”,而是同一个参考系中,发生的两个事件的时间顺序,在相对该系作超光速运动的参考系中可能观测到的“时间倒序”!它是因果关系的一种“新”表象形式。

最后我们指出:爱因斯坦的思想游戏,对应于在实际可能出现的试验中,仅仅完成了AB两点间的瞬时距离。这个测定结果根本反应不出B所在的参考系的任何运动特征!因此爱因斯坦又利用偏微分方程的某种特性并将伽利略变换作为边界条件,才把相对运动速度硬拉进来。因此它根本不能表述出同一参考系发生的系列事件的时序,在不同惯性参考系中可能表象出的不同特征,特别是时序的颠倒!往后我们把爱因斯坦的思想游戏称为:“测距模式”。为了弥补爱因斯坦的缺陷我们只要将这个游戏改为:“测速模式”!

高速公路上的雷达测速站

测速是物理学的一个基本问题,“相对性原理”的一个最基本的含义,就是任何惯性系的观测者,无法确定自身的运动速度。如果存在某种方法能够测量出一个惯性系的“速度”,因为这个测得的速度没有相对于其它任何参考系,因此这个速度就应该称之为“绝对速度”。反对相对性原理的人们往往把它理解为一个参考系相对于“以太”的运动速度!因此,我们也可以简单地说:相对性原理就表明:“绝对速度”根本不存在。而我们的“测速模式”是指的相对测速,也就是说,从一个相对静止的参考系去测量一个相对它运动的参考系的运动速度。为此,我们只需从A点发出两个光束讯号到达B并由B返回A,则根据发出两讯号的时间间隔和返回的时间间隔就可直接算出AB各自所在的参考系间的相对运动速度。本质上就是日常的多普勒雷达测速,它是通过一定频率的光波发向运动物体(如高速公路上的汽车)当这束光波由运动客体返回时,频率将会发生于相对运动速度成比例的变化(本质上,它就是不同参考系间时间间隔的变化)。由此变化,即可准确给出客体的相对运动速度。这一测速过程,本质上反应了狭义相对论所表述的时空结构的全部特征。光波的一定频率,表述了发射参考系中一定长短的时间间隔,这个时间间隔传到一个运动参考系则发生了与速度相关的变化,与此同时,波长也发生相应变化,也就是“长度”的变化,这两者变化的结果是使“真空”中的光速保持为一个常数。这就是所谓的“光速不变原理”!

 

 

 

The Springhead of the Mistake of A. Einstein

 

Cao Shenglin

Department of Astronomy, Beijing Normal University, Beijing, China

Key words: in surmountable of the speed of light, imperfection of the test of idea,

measure for the distance, measure for the velocity

 

In the special relativity, an imperfection of the test of idea been used by Einstein: the measure for the distance between two inertial frames. In this paper, we shall use the test of idea for the measure for the velocity between two inertial frames.

2015-12-05

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