相对性原理和光速不变原理是支撑爱因斯坦狭义相对论的两条基础性原理。关于这个理论的许多问题本人已经有多篇文章予以阐述过了,这里不再赘述而只分析相对性原理。显然,如果这个原理不能精确成立,那么狭义相对论,广义相对论直至爱因斯坦的宇宙学理论均不成立。
爱因斯坦的狭义相对性原理是伽利略相对性原理的推广,即把只认为适用于力学定律的伽利略相对性原理推广到适用于一切物理定律。显然,这一推广的前提是伽利略相对性原理必须精确成立,而且具有普遍性,否则,推广之后不可能普遍成立。
首先,物理学中至今存在许多不实际的概念没有得到清理,前文所提到的‘空间’就是其一,以后本人还要指出‘场’和‘波’等都是不实在的概念。这里将要涉及的是牛顿的‘绝对空间’和‘惯性系’这样一些虚无的或者至多是人类直觉观念的概念,在这些概念基础上建立起来的理论不可能具有普遍性。
众所周知,牛顿力学是关于物体绝对运动的学说,也就是物体相对于‘绝对空间’运动规律的学说。由于‘绝对空间’根本不存在,无法标示,牛顿创造了‘相对空间’概念,即他认为‘相对空间’是相对于‘绝对空间’作匀速平动的‘空间’。由于‘空间’无法定义,牛顿所谓的‘相对空间’实际上是‘惯性坐标系’,也就是相对于‘绝对空间’作匀速平动的坐标系。理论上,惯性系有无穷多个,因为平动速度可以是从负无穷到正无穷的任何值。又由于无法确定一个坐标系是否相对于‘绝对空间’作匀速平动,最后只能反过来用牛顿第二(或第一)定律定义惯性系,即牛顿第二(或第一)定律在其中成立的坐标系叫做惯性系。可见,牛顿第二定律并不是在‘绝对空间’中通过实验建立起来的定律,而只是一个幸运的猜想,这也就规定了它不是真正的物理定律。事实上,并不存在牛顿第二定律在其中真正成立的坐标系,只有局部而且近似成立的坐标系。比如地面上的实验室坐标系只是在很小区间内第二定律近似成立;在地心恒星坐标系内成立的区间比较大;而在日心恒星坐标系内则在太阳系范围内近似成立。这三个近似的坐标系也并非处于相互匀速平动状态。
实际上,正如马赫早已指出的那样,只有一个物体相对于其他物体的相对运动,不存在绝对运动(一个物体相对于惯性系的运动也是一种绝对运动)。按照科学的唯物的观点,一个物体相对于另一物体的运动是客观的,确定的,与用哪一个坐标系描述无关,即在哪一个坐标系中其运动规律都一样,这才是真正的相对性原理。例如,从旗杆顶上落下的物体,它对于地球是自由落体,那么无论从火车还是从其他星球上看,它相对于地球都是自由落体,不能当从火车上看时用它相对于火车的运动代替它相对于地球的运动,二者当然不一样。
有了这些准备之后,我们来看伽利略相对性原理。这个原理是说,牛顿力学定律(也就是物体绝对运动的规律)在所有惯性参考系中的数学表达式具有相同形式,力学实验不能确定你的惯性系相对于绝对空间是处于匀速运动还是静止状态。除此之外还有其他表述,比如,力学定律在一切惯性系中均相同;所有惯性系对于力学定律都是等价的;力学定律在伽利略变换下保持形式不变等等。至今没有一个严格的权威的表述,致使对这个原理的讨论没有一个统一的参照。这种模糊性本身就是对这个原理的否定。
无论怎样表述,这条原理都存在多重错误。首先,已经讨论多年的机械能守恒定律就不遵循这条原理;其次,根本就不存在惯性系,因此这条原理本身就是空中楼阁;第三,即便承认地面坐标系是惯性系,伽利略通过观察大船中的现象得出的‘力学实验不能确定你的惯性系相对于绝对空间是处于匀速运动还是静止状态’的结论也是错误的,因为当大船接近第一宇宙速度时(这个速度并不算大)情况就完全不是那样,而且, 地面上匀速前行的火车,水面上匀速前行的大船,它们都不是相对于地面坐标系匀速运动的系统,因为将这些坐标系的Z-轴向下延伸,它们显然都相交于地心(假定地球是标准球形),因此,火车和大船都是相对于地面系旋转而不是平动的坐标系。这样,我们实际上就证明了所谓的‘伽利略相对性原理’根本就没有实验依据,是个错误结论;并进而看出,依其为基础的爱因斯坦的相对论是个完全错误的东西;第四,如果说‘牛顿力学定律(也就是物体绝对运动的规律)在所有惯性参考系中的数学表达式具有相同形式’,或者‘力学定律在伽利略变换下保持形式不变’,表达的是数学表达式的数学性质,不是定律的物理性质,因此不能看成是物理学原理;最后,要特别指出,正如前面所说,由于实际上只存在局部惯性系,而且它们之间并非处于相互匀速运动状态,而是处于相互加速状态,因此,力学定律参照于不同的实际惯性系的数学表达式并不相同,这充分说明相对性原理实际上根本就是错误的(如所周知,在地面上处理比较精确问题时,必须考虑科利奥利力)。
到此我们需要讨论一下数学。数学是什么?数学是人类发明的东西,是人类创造出来的,一开始,在古希腊,是作为上层人士智力游戏而出现的东西,不是人类发现的原本就为了定量描述物理定律而自动存在于自然界的东西。宇宙中如果存在其他人类,他们的数学和我们的数学肯定完全不同。人类发现的是,数学可以用来拟合自然规律。拟合总是近似的,不可能达到完全一致。无论拟合得多么好,都不能把物理定律的数学表达式的数学性质看成是定律本身的物理性质。
既然数学是人类发明创造出来的,那么人们所作的拟合是否正确、得到的结果哪些该取哪些该舍等等就都应该根据是否符合物理实在作出判断。那种认为得到的方程很‘美’、很‘对称’,因此必然正确,其解也必然全部对应物理实在的观点都是荒谬的,不是数学应该符合物理实在而是数学在创造物理实在了,是纯粹的唯数学主义观点。例如,对正方形的面积开平方求该正方形的边长时,得到正、负两个根,应该取正舍负,不应认为两个都有实际意义;同理,对正立方体的体积开立方得到一个实数和两个复数三个根,当然是实数根有意义,舍弃两个复数根;当然,当今数学上已经有了n维空间概念,人们当然也会想象什么正n维立方体了,对其‘体积’开n次方就会得到n个根,显然这种思维推广本身只是数学上的游戏,在物理学上完全是胡闹。
数学拟合还存在数学奇点问题。因为数学是人造的,所以由零除数而产生的数学奇点自然也是人造的,不可能对应于任何物理实在,也就是我们拟合自然规律的数学表达式在这一点上离实际太远。自然界是谐和的、一致的,不可能存在无限大的奇点。虽然自然界也有突发事件,但是任何突发事件在任何方面的影响都不可能无限大,因此把数学奇点看成是对应于物理实在的观点是错误的,由此产生的结论,诸如宇宙大爆炸,必然是荒谬的。
很显然,洛伦兹变换是洛伦兹为了使电磁方程组在坐标变换下保持不变而创造出来的,所以它里面包含的奇点自然就是人造的。洛伦兹变换是两个相互匀速运动着的惯性系之间的坐标变换式,由于当动系的速度等于和大于光速时,变换式失去意义,爱因斯坦据此得出光速是速度极限的结论。如果爱因斯坦的逻辑成立,不难发现,只要动系速度为虚数,不论多大,变换式都成立。爱因斯坦不是把时间轴作为虚轴,得出了四维时空距离不变的公式吗?时间是虚的,速度自然是虚的。我们也不妨把具有虚速度的惯性系称为‘暗惯性系’。待到爱因斯坦理论的发扬和拥护者们,诸如霍金等人,发现需要用‘虚速度’和‘暗惯性系’来维护他们的理论的时候,他们会发现,我为他们的理论做出了重大贡献。洛伦兹变换是爱因斯坦四维时空理论的基础,也是他的广义相对论的基础。既然能从他的理论的数学推理中得出虚时间、暗物质、暗能量、宇宙大爆炸等结论,那么从洛伦兹变换式推演出‘虚速度’和‘暗惯性系’不也顺理成章吗!
现在来看爱因斯坦是怎样推广这一原理的。爱因斯坦在“论动体的电动力学”一文中对这一原理给出的表述是:"The
laws by which the states of physical systems undergo changes are
not affected, whether these changes of state be referred to the one
or the other of two systems of co-ordinates in uniform translatory
motion."翻译过来是:物理体系的状态据以变化的定律,同描述这些状态变化时所参照的坐标系究竟是用两个在相互匀速平动着的坐标系中的哪一个并无关系。简单一点说是:参照一系列相互匀速平动的惯性坐标系中的任何一个物理定律都相同或不变。再准确一点应该是,物理定律的数学表达式的形式相同或保持不变。怎么个‘相同或保持不变’?爱因斯坦没说。我们知道,两个坐标系之间是需要坐标变换的。力学相对性原理是说“在伽利略变换下”保持不变。爱因斯坦没有说,不说的原因是为他不用伽利略变换做准备。可是,不说,原理的表述就不完备。没有完全表达清楚的东西能称为‘原理’吗?
事情总是这样的——你只能欺骗人们一时欺骗不了人们永远。这种模糊不清欺骗性的表述不应该是爱因斯坦所为,也许是因为当初爱因斯坦还没有彻底弄懂伽利略相对性原理,以至于后来骑虎难下吧。无理怎样,我们前面的论证已经说明,伽利略相对性原理根本不成立。同理,爱因斯坦的推广也不能成立。
最后,我想对唯数学主义者说句话;唯数学主义在物理学中只能支撑一时支撑不了永远!
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