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广义时空相对论的基本要点 （撰文：夏烆光） 我们说：要想真正理解广义时空相对论，需要先熟悉相互作用的基本原则。因为，在这个宇宙中，无论是两个人还是两个物体，他们之间所发生的一切相互作用都必须通过某种形式的接触才能够实现，——不是一个人（或物体）与另一个人（或物体）直接地相互接触，就是两个人（或物体）之间通过某种媒介来实现这种接触。如果两个人（或两个物体）之间没有任何形式的接触，是绝对不可能发生相互作用的。同样，确定一个运动物体在任意空间位置上的时间坐标时，也只有通过信号的传递（接触）才能实现，不管两个位置之间的距离相距的是近还是极其遥远，情况都必须如此。这里，我们把通过接触而实现相互作用的原则，叫做“接触作用原则”。与此相反，我们把那种根本不通过任何形式的接触就能发生相互作用的基本假设，叫做“超距作用原则”。——牛顿力学的前提假设就是这种超距的作用原则。 举一个切近的例子来。譬如说，一个人站在北京机场原地不动，而另一个人乘坐飞机从北京机场起飞到美国的纽约去。在起飞前的那个时刻，两个人先校对好各自使用的时钟。这里，把北京机场的钟的时间记录用t表示，把飞机上的钟的时间记录用t'表示。我们的前提是，两处时钟在性能上是绝对相同的。显然，飞机起飞后，停留在北京机场那个人与乘坐飞机去纽约那个人，他们都只能用自己所在位置上的时钟来记录这架飞机在飞行中所经历的时间过程（如t和 我们说，这里面存在着一个观念上的转变问题。传统的观念是：即使停留在北京机场那个人也同样地认为，从北京飞往纽约的路程上，飞机需要飞行10个小时。换言之，北京机场那个人与乘飞机的那个人所认定的飞行时间都是10个小时（假如我们设定的起飞时刻正好是0点，则有t= 必须弄清，“相对论”所讨论的问题是：停留在北京机场那个人（相对静止的观测者）同乘坐飞机去纽约那个人（相对运动的观测者）之间，对于这架从北京飞往纽约的飞机，所记录的两种时间过程（t 与
也许有人根本不接受我把北京机场那个人与飞机里那个人经历的时间过程加以严格区分的观点，或者说不同意北京机场那个人把飞行的时间过程定义为t = 我们说，如果接受了V ≡υ的观点就等于相信：北京机场的那个人不必采取任何手段就能够绝对同步地知道这架飞机到达纽约的准确时刻。然而在事实上，基于接触作用原则以及信号传递速度的有限性，停留在北京机场的人是绝对不可能同步地知道飞机到达纽约的准确时间。——请注意！这里所说的“不同步”并不是说北京机场上的钟与飞机上的钟在振动周期上出现了某种偏离，而是说北京机场上的人不能即时地记录到飞机抵达纽约的运动信息。相反，如果认为北京机场上的人也能绝对同步地知道飞机抵达纽约的准确时刻，那么，这就等于北京机场那个人是在利用自己抽象的“思维能力”来推断飞机抵达纽约的准确时刻。这样一来，就意味着位于北京机场这个静止的惯性坐标系上的观测者，是在利用无穷大的抽象的思维能力确定一个与自己相距为任意遥远的飞机（或运动物体）的时间坐标，结果静止的惯性坐标系上的人还是没有摆脱绝对同时性的时间观念，问题又返回到牛顿力学中，即返回到“相互作用传播速度为无穷大的”前提假设中。然而，正是这一前提假设与狭义相对论本身的前提假设之间存在着根本的对立。——爱因斯坦相对论的前提假设是：相互作用传播的时间过程是有限的，同时性是相对的。 这里需要大家深入而又认真思考的问题是：无论是位于静止惯性系坐标原点上的观测者，还是位于运动惯性系坐标原点上的观测者，假如他们都能绝对同步地给出同一个运动事件在离开自己以外的任意空间位置上的时间坐标的话，那么，他们肯定是都没有摆脱绝对同时性的时间观念。譬如说，在太阳、地球、和月球这一物体系统之中，假如站在地球上的观测者、同站在太阳上的观测者，都能绝对同步地给出月球分别相对于他们自己运动时处于任意空间位置上的时间坐标（ 众所周知，牛顿力学所使用的物理概念和物理原理，诸如：惯性坐标系统、相对速度、伽利略相对性原理等，都是建立在相互作用传播速度为无穷大的前提假设之上。换言之，牛顿力学的前提假设是：相互作用是超距的，同时性是绝对的。可见，上述的物理原理和物理概念，只有在牛顿力学中才是有效的。不过，也正因为这一点给牛顿力学本身带来了近似性，使其成为只有在物体的运动速度远小于光速（即V<<c）时，才能够近似地成立。这里不妨以“惯性坐标系统”这个概念为例来加以说明。正如所知，在牛顿力学中，无论是处于相对静止坐标系统（K）中的运动事件（或质点），还是处于相对运动坐标系统（K'）之中的运动事件（或质点），只要是在同一个惯性坐标系统内，由该运动事件（或质点）的“匀速直线运动”所形成的“轨迹”——空间距离——的两个端点（如A与B）之间，在时间顺序上就具有绝对同时性。不难看出，这种思考方法完全等于不同的观测者同时站在两个不同的空间位置（A与B）之上。显然，只有在相互作用传递速度为无穷大的前提下，这种情况才能实现。因此说，认为静止系的时空坐标、及运动系的时空坐标各自地具有绝对同时性的时空观念，是导致爱因斯坦相对论出现错误的根本原因！ 当然，这种错误的时空观念并非是从爱因斯坦才开始的。早在2000多年前创立的欧几里得几何学就存在着类似的错误观念。众所周知，在几何学中，人们就只考虑一个几何图形的空间关系而不考虑其尺寸的大小对问题可能带来的影响。的确，如果我们所研究得问题是纯粹的几何关系，运用这种具有无穷大速度特征的思维能力来进行几何抽象，对问题本身是没有影响的。可是，如果所研究得是由物质运动（例如惯性运动）所形成的空间关系时，就不能不考虑在这个几何图形中的“点”和“线段”所代表的空间位置（如点A、B、C…及线段AB、BC、CA、…）之间，由于运动速度的有限性所造成地在形成顺序上的“先”与“后”。换句话说，在相对论问题中，在必须考虑运动速度有限性的场合下，就不允许直接地应用欧几里得几何理论（或者是其他几何理论）来处理由物体相对运动所形成的各种空间关系。譬如说，某一直线段（AB）是来自于一个物体（或质点）从点A到点B的匀速直线运动所形成的空间关系，那么，考虑到物质运动速度的有限性，在线段AB的两个端点A和B之间，就肯定包含着在形成时间顺序上的“先”与“后”。显然，这两个端点在时间先后上的最小值等于两点间距离（r）被光速（c）除所得出的比值，即Δt = r/c。可见：“几何的抽象只是在纯粹的几何学中才是无条件地有效的。”——这是一个需要我们认真思考与更新的物理观念。 诚如上述，爱因斯坦相对论的出发点是：相互作用传播速度的有限性。即同时性是一个相对的概念，超距的相互作用是不存在的。然而，在爱因斯坦的相对论中（包括他的《狭义相对论》和《广义相对论》），无论在时间坐标（ 一言以蔽之，利用自己的思维能力来确定光子在任意时刻的空间位置的做法，全等于相互作用传递速度为无穷大的前提假设。所以说，传统的光速测量方法并没有从根本上摆脱绝对同时性的时间观念。基于这一点我们断言：一个远离运动事件的观测者，根本不可能绝对同步地记录到这个运动事件在任意空间位置上的运动信息。——这是个需要我们深入思考和反复推敲但又极为普通的问题！ 我们说，《广义时空相对论》的新颖之处就在于明确地指出：爱因斯坦的相对论，不仅在逻辑上存在着谬误，而且在概念上也存在着错误。之所以说它在逻辑上存在着错误，是因为这个相对论一直使用着牛顿力学所确立的物理概念和物理原理，包括相对速度、惯性坐标系统、光速不变原理、伽利略相对性原理等等。而这些概念和原理都是建立在绝对同时性的时间观念之上。然而，爱因斯坦相对论的前提假设恰恰是否认了绝对同时性的时间观念。可见，爱因斯坦相对论的逻辑推理与自己的前提假设之间存在着根本的对立；之所以又说它在概念上存在着错误，是因为任何关于时间坐标、以及空间坐标的相互比较（坐标变换）都必须建立在共同起点的基础之上，这是相互比较所必须遵循的逻辑原则。可是，爱因斯坦却允许运动惯性系上的时间坐标与空间坐标、以及静止惯性系上的时间坐标与空间坐标，各自使用不同的坐标原点（O'与O）。显然，在两个没有共同起点的物理变量间进行坐标变换，这本身就违背了相互比较所必须遵循的起码的逻辑原则。 否认爱因斯坦的相对论，就不能不涉及到 “光速不变原理”。可以说，光速不变原理正确与否是爱因斯坦相对论的重要判据之一。要谈论光速不变原理，就不能不涉及到光速的测量方法问题。诚如所知，在传统的光速测量方法中，观测者总是停留在光源的位置（静止系）上、记录往返于“光源”同“反光镜”之间时间过程的一半（即2t/2=t）来作为“光子”在这一空间距离（r）上传播时所需要的“时间过程”，并由此而得出光子传播的相对速度c =r/t。不难看出，这种测量方法完全等同于跟随光子一起运动的那个观测者、利用自己携带的运动的钟，随时随地记录的时间过程（t'）去除以同一个空间距离（r'），即c'=r'/t'（暂记作c'）。这里把比值“c'”定义为光子运动的“绝对速度”。注意到光源（O）与反光镜（O'）之间的距离r≡r'，所以说，传统光速测量方法所得出地光子运动的相对速度（c）同站在光子上测量该光子所得出地绝对速度（c'）完全是同一个物理量，即c ≡c'。可见，测量光速的传统做法完全等同于处在光源位置上的观测者利用自己的思维能力——无穷大的信号速度——去推理光子的运动速度，而并非是依靠现有的实验系统得出地测量结果。 从思维逻辑上讲，一个从静止系坐标原点（O）出发的运动事件，静止的观测者可以使用静止的钟来描述其运动过程，并得出一个时间坐标（t），而跟随事件一起运动的观测者，可以使用运动的钟来描述这同一个运动过程，又得出另一个时间坐标（t'），基于相互作用传播速度的有限性，在时间过程t中，必须包括把事件抵达终点时刻的运动信息以光速反馈给运动起点所需要的时间过程Δt，即是说，应有t=t'+Δt。相反，在时间坐标t'之中，就不存在这个时间差。结果，位于光源处的观测者测得光子运动的相对速度c =r/(t'+Δt)；而跟随光子一起运动的观测者测得光子运动的绝对速度c'=r'/t'。注意到r≡r'，则有c ≠c'。 按照辩证唯物主义的基本原理，我们说：在时间问题上，关于具体的同一性的概念，也就是具体的同时性。而具体的同时性其内涵是：同时性之中包括着不同时性。正所谓：在一切事物中，如果不包括着“差别”作为“同一”的对立面，那么任何事物也就不会由“同一”发展成为“差别”。——这正是唯物辩证法的“对立统一”规律，同时性也是如此。举一个切近的例子，比如“生”与“死”这个矛盾。如果一个活人的肌体内不包含着死亡的种子，他就不会由“活人”而变成“死人”。同样的道理，一个在“空间起点”与“时间起点”上都重合的运动事件（起点位置的时间是绝对同时的），如果其中不包括着“具体的同时性”，它就决不会在运动的过程中，从同时性（t =t'）发展为不同时性（t≠t'）。 准确地说，广义时空相对论认为：导致具体同时性的客观原因是相互作用传播速度的有限性。因为，假如相互作用的传播速度是无穷大，任何两个遥远的空间位置之间，在确定时间坐标上肯定具有绝对的同时性，结果，不论观测者站在什么位置上观测，都决不会造成由t=t'（在运动起点处）向t≠t'（离开了运动起点之后）的转变，如此等等。 总而言之，如果不按照上述观念去理解相对论问题的坐标变换，就必然相信运动系上的空间坐标和时间坐标在运动中真地产生了“洛伦兹收缩”，从而就一定会否认空间和时间的客观实在性，就必然地认为“空间和时间都不是客观实在，而是人的直观形式”。——这就是马赫的“相对主义”时空观，是彻头彻尾的主观唯心主义思潮。 广义时空相对论概述 前 言 夏烆光
我们说，假如把这些观点仅作为科学幻想来加以传播是可以考虑的，如果是把这些观点作为一部科教电影来加以宣传，那就值得商榷了。当然了，这里我并不是说这部科教电影的编导在有意地宣扬唯心主义，而是说在流行的时空理论中广泛存在着主观唯心主义的思想倾向。 还有，这部电影把“大爆炸”的“宇宙生成论”当作一个成熟的理论来加以宣扬。可以肯定地说，在宇宙学中，大爆炸的宇宙生成论，并不是一个成熟的、值得信赖的观点。因为，这个观点中存在着难以克服的原则错误。 众所周知，这一观点的实验依据是来自于美国天文学家哈勃所发现的“恒星系光谱的红向移动现象”。目前，关于这个问题的权威解释是大爆炸的宇宙模型。而这一解释的根据是“多普勒效应”。在这个问题上，多普勒效应的理论根据则是爱因斯坦的广义相对论（参见《空间、时间和引力的理论》B.A福克著，第479—489页）。按照这种模型，我们的宇宙产生于一次空前的“大爆炸”。爆炸后所形成的“碎片”—— 恒星系——以接近光速的速度向四面八方飞散开来。由此可以推算出宇宙的年龄距今大约为150亿年。 对此，我们可以作出一个显而易见的逻辑推理：既然站在地球上观测，周天360度方位上的恒星系都有不同程度的“红向移动”，那末，地球就自然而然地成为大爆炸的“发源地”。然而，这是绝对不可能的！别说是地球，就连我们的太阳系、甚至银河系，在广袤的宇宙中也是微不足道的。如此庞大的宇宙，当初的爆炸怎么可能是以地球为“核心”呢？！可想而知，假如我们生活的星球不是“太阳系”，而是在银河系之外的另一个什么“恒星系”的话，我们还是利用那个哈勃望远镜去观察现有的星际空间，那么也一定会发现所有的恒星系都以那个恒星系中的某个星球为核心不停地向外“离散”。曾经有人用“吹气球”的现象来比如宇宙的膨胀，并认为：恒星系之间的离散就好象气球表面上的两个点，随着气球的膨胀，这两个点之间的距离相应地增大。对此，不禁使人要问道：这个“吹气球者”究竟是站在什么位置之上呢？难道他可以站在宇宙之外来“吹气球”吗？！难道地球不在宇宙之内吗？！所以说，用多普勒效应来解释恒星系光谱的红向移动现象中，存在着难以克服的逻辑谬误。 老实说，利用这个观点来解释宇宙的生成机制，其错误的性质，未见得比托勒密（Ptolemy）的关于宇宙的“地心说”好到那里。毫无疑义，这种观点使问题又重新地返回到“信仰主义”的老路上去。当然了，任何局部的星系因为“引力坍塌”而引起的“爆炸”是有可能存在的，甚至这种爆炸还可能生成新的恒星系，如太阳系、银河系等等。但是，任何一个具体的“恒星系”都不能代表“宇宙”。因为，按照《辞海》的解释：无限的“空间”叫做“宇”，无限的“时间”叫做“宙”。因此，所谓的“宇宙”，不过是“空间”和“时间”的别名而已。由此而论，在任何有限时空上物质的演变规律，都不能代表“宇宙”本身的生成规律。 我们说，所以会出现这样的局面，关键在于：爱因斯坦的相对论从一开始，就采用了牛顿力学的概念和物理原理。其中包括：惯性坐标系统、相对速度、伽利略的相对性原理、光速不变原理、等等。诚如所知，“惯性坐标系统”是把观测者和记录时间过程的时钟锁定在坐标系统的“坐标原点”（O）之上；而相对速度是利用锁定在坐标原点（O）上的静止时钟记录的时间过程（t）去除以运动事件所行走的空间路程（r），即V = r/t。当然，在牛顿力学中，这样地定义坐标系统及相对速度是没有问题的，因为牛顿力学已经事先假设：相互作用的传播速度是无穷大，时间具有绝对同时性，两个物体之间的相互作用是超距的。不过，也正因为这一前提假设与客观实际并不相符，所以给牛顿力学本身带来了先天性的缺陷，从而使牛顿力学成为一个近似正确的时空理论。 事实上，对于空间和时间一类物理量的精确确定必须遵循着一个最起码的逻辑原则，——即接触作用原则。换言之，无论是确定一个运动事件的空间位置、还是确定这个运动事件在任意空间位置上的时间坐标，都必须通过某种形式的接触才能够准确地实现。——不是观测者去直接地接触到这个运动事件，就是该运动事件通过某种形式的信号传递来交换它的“运动信息”，如果没有任何形式的接触（包括信号传递），是绝对不可能实现对于物理量的精确确定的。在牛顿力学中，那种认为：在一个惯性坐标系统内，使用一个时钟，就能精确地确定出某个运动事件（或质点）离开坐标原点之后的空间位置和时间坐标的假设，是一种不用通过接触就可以精确确定物理量的数值的基本假设——超距作用原则。不言而喻，在超距作用原则的基础上，对于物理量的确定只是凭借着自己抽象的思维能力来进行。然而，用抽象的思维能力来确定物理量大小的做法本身，在客观上，完全等同于承认信号的传递速度为无穷大的前提假设！！ 而现实的情况是：宇宙中相互作用传播的极限速度等于真空中的光速，而光速本身又是一个固定的常数（c = 2.9979 x1010cm/s）——光速不变原理。所以，在相互作用传播速度有限性以及接触作用原则的前提下，惯性坐标系统、以及相对速度的定义等，就不可避免地出现偏差。原因是：在这种情况下，无论是位于相对静止惯性坐标系统（K）坐标原点（O）上的观测者，还是位于相对运动惯性坐标系统（K’）坐标原点（O’）上的观测者，使用自己的时钟都不可能绝对同步地给出运动事件（或质点）同他们以任何速度（包括光速）、以及任意空间距离（包括天文距离）作相对运动时的时间坐标（t2和t’2）。当我们用光信号（或电磁波）来确定某个运动事件或质点的时间坐标时，在这些时间坐标（t2和t’2）中，总要包括把该运动事件（或质点）到达任意空间位置的“运动信息”，以光速传递给运动起点处的观测者所需的滞后的时间过程。——我把这种时间过程记做Δt2和Δt’2. 须指出，这里所谓的“不同步”，并非是说“运动的钟”与“静止的钟”在“振动周期”上出现偏离，而是说在静止观测者所记录的运动事件（包括运动时钟）的时间坐标（t）之中，总是包含着一个滞后的时间过程（Δt）。更具体地说，分别位于坐标原点（O和O’）上的观测者，在记录运动事件（或质点）的运动时，都必须各自地包含着一个时间过程（Δt2和Δt’2）。 可以说，一个运动事件（或质点）与一个惯性坐标系统一样，它们都是“物体系统”。这里不妨用“第三个物体系统”来代表运动事件（或质点）。我们的原则是：只要有物体系统存在，就一定有位于物体系统上的观测者、以及记录时间过程的独立时钟存在。这样一来，关于相对论的概念：就不可能是站在两个相对作匀速直线运动参考系统（K和K’）坐标原点（O和O’）上的观测者，针对第三个物体系统分别地对于他们（K和K’）作相对运动时，所得出的两种不同的“时空坐标”之间的相互比较，也不是站在相对运动坐标系统（K’）坐标原点（O’）上的观测者同站在相对静止坐标系统（K）坐标原点（O）上的观测者，各自关于“对方”相对于“自己”运动时，所得出地两种不同的“时空坐标”之间的相互比较。——因为在这两种相互比较中，前者并没有摆脱绝对同时性的时间观念，而后者是偷换物理概念。（他们都把自己当成静止系，把对方当成运动系，因而并不是同一个运动事件。）不难看出，此处所涉及的情况就如同太阳、地球和月球这个力学体系。从逻辑思维上讲，月球就是这里所指的运动事件（或质点），地球和太阳就是两个作相对运动的惯性坐标系统（K和K’）。如果站在太阳上、同站在地球上的观测者，都不用任何具体的实验手段就能绝对同步地给出月球分别相对于地球、以及相对于太阳运动时的时间坐标，那么太阳上和地球上的时钟之间势必绝对的同步，结果还是没有摆脱绝对同时性的时间观念！！ 所以说，关于相对论问题的概念只能是：站在相对静止坐标系统（K）坐标原点（O）上的观测者，观测运动系（K’）对于坐标原点（0）的运动，得出一个“时空坐标”；站在相对运动坐标系统（K’）坐标原点（O’）上的观测者，观测“自己”对于静止系（K）坐标原点（O）的相对运动，得出另一个“时空坐标”；当人们把这两种时空坐标、以及两种运动速度都加以比较——坐标变换——时，就构成了相对论问题。不过，在这种意义上的相对论，已经不是爱因斯坦的相对论了，而是以辩证唯物主义的时空观念为基础所创建的“广义时空相对论”。 一言以蔽之，在经典的相对论中，一方面爱因斯坦继续使用着牛顿力学所定义的惯性坐标系统、相对速度、伽利略相对性原理、及光速不变原理等只有在信号传播速度为无穷大的前提下才能严格成立的物理概念与物理原理，另一方面又把相对论的概念作了错误地理解（当然，这种概念错误也与逻辑谬误直接相关），因而造成了明显的“逻辑谬误”和重大的“概念错误”。 必须认识到，在严肃的学术问题中，决不应该依据爱因斯坦相对论所取得地巨大成就来掩盖它的逻辑谬误和概念错误。为此，我沿着恩格斯和列宁的辩证唯物主义时空观念，并在总结了当代数学与物理学新成就的基础上，提出了一个全新的时空理论——广义时空相对论。并于今年一月由人民交通出版社出版发行。坦率地说，这个新的时空理论，不仅能够从根本上克服了爱因斯坦相对论的逻辑谬误和概念错误、以及解决爱因斯坦相对论已经解决的时空问题，而且可以解决爱因斯坦相对论无法解决的某些时空问题。可以说，这是一个具有广泛发展前景的时空理论。 |
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）。经过了一段飞行时间之后，飞机在纽约机场降落。这时，坐在飞机里的人就可以利用自己携带的时钟绝对同时地记录到飞机是几点几分到达纽约的（比方说，整个飞行的时间过程刚好是
于是，我们利用一个“客观性原理”——客体具有不依赖于主体的客观内容——勒令两种情况下的“间隔平方”绝对相等（
），经过一定的数学推导，就得出了《广义时空相对论》的变换关系式如下：
和t）与空间坐标（r'和r）的确定上，还是在对时间坐标、以及空间坐标各自所进行的坐标变换中，总是完全按照现有的几何理论（包括欧几里得几何理论与黎曼几何理论）进行的，因而都没有考虑到上述的最小时间差（Δt）给问题所带来的影响。所以说，爱因斯坦的相对论并没有从根本上摆脱绝对同时性的时间观念。
