叶建敏：“光速不变原理”就是“相对时空”里正确的“相对性原理”

物理网文 2019-12-24

展开全文

但以理(中国)物理研究院 叶建敏温州

目的：通过论文证明“光速不变原理”就是“相对时空”里正确的“相对性原理”，“伽利略相对性原理”无法扩大使用范围到“相对时空”里的力学与电磁学；“物理规律在所有参考系里都有相同的形式”必然有特殊参考系并与特殊参考系不矛盾；质量、万有引力场、速度有上限、相对时空是一一对应的共存的物理。

关键词：伽利略相对性原理、狭义相对性原理、广义相对性原理、光速不变原理、绝对时空、闵时空、物理时空、伽利略变换、洛伦兹变换、

引言：“相对时空”里的公式对“洛变换”协变，根据定义，那么“洛变换”就是“相对时空”里“相对性原理”的数学式，所以“相对时空”里“相对性原理”直接可以导出“洛变换”；只是现在苦于不知道“相对时空”里“相对性原理”的具体形式是什么。而爱因斯坦说“相对性原理”没有数学式、它与“光速不变原理”才组成“洛变换”，说明爱因斯坦对“相对时空”里的“相对性原理”的认识还存在欠缺。

一、“光速不变原理”就是“相对时空”里正确的“相对性原理”

1.1 “绝对时空”与“相对时空”是2个在数学本质上就不同的时空、不可能并存

“绝对时空”速度的上限为无穷大而不能有物质质量与万有引力场，所以不符合物理实际；但我们可以数学分析一下，若“绝对时空”里有力学与电磁学，那该时空里的力学运动速度上限与电磁波的速度值都是无穷大；除了先前的牛顿经典力学公式形式满足“伽利略相对性原理”而符合“伽利略变换”外，该时空里的电磁学公式形式必有不同于“相对时空”里的另一公式形式并满足“伽利略相对性原理”而符合“伽利略变换”。

而“相对时空”是一个有物质质量与万有引力场并能使物体运动速度有上限、不为无穷大的时空，先前的牛顿经典力学公式形式满足“伽利略相对性原理”而符合“伽利略变换”的就不能在“相对时空”里成立，力学公式形式只有满足“洛伦兹变换”才能在“相对时空”里成立。

所以，“绝对时空”与“相对时空”是2个在数学本质上就不同的时空、不可能并存；“绝对时空”里的牛顿经典力学公式、“伽利略相对性原理”并“伽利略变换”是与“相对时空”矛盾而不能在“相对时空”里成立；犹如“伽利略变换”与“洛伦兹变换”不能在任一时空里同时成立一样。

那么，爱因斯坦所说的把“绝对时空”里的“伽利略相对性原理”扩大使用范围到“相对时空”里的电磁学就变成“（狭义）相对性原理”的说法本身就是逻辑与方法都错误的；没有任何一个理论可以跨2个时空而都成立的。“（狭义）相对性原理”若仅仅按爱因斯坦的想法是基于“伽利略相对性原理”上的发展，那它们只能扩大使用范围到“绝对时空”里的电磁学，而不适用于“相对时空”里的电磁学。

1.2 “相对时空”中的“洛变换”与“相对性原理”必须有特殊参考系才成立

“绝对时空”里速度的上限为无穷大，任何参考系速度相对于无穷大的速度值之比都是零、即没有一个参考系能使运动速度有上限，所以无特殊参考系；而一旦某一参考系与所有物体运动发生作用而能使运动速度有上限，那该参考系就是特殊参考系、该时空就是“相对时空”。那个与所有物体运动发生作用并使运动速度有上限的万有引力场时空系就是特殊参考系。

试想1个时空模型与速度有关、速度与参考系有关，当1个时空的速度上限为无穷大时，该时空无特殊参考系；而当1个时空的速度有上限时，那时空还是无特殊参考系。可能吗？就是当我们都不知道那2个时空是什么时空的前提下，仅仅从逻辑上都能判断前面的说法肯定错误的。所以，我们对那2个时空的理解很模糊、错误，在逻辑推导与方法论上都错误。

速度无上限的“绝对时空”必然无特殊参考系，而速度有上限的“相对时空”就必然有特殊参考系，在“相对时空”中的“洛变换”与“相对性原理”必须有特殊参考系才成立。因此，爱因斯坦的“相对性原理”与“洛变换”因无特殊参考系而必然错误。

特殊参考系不是“绝对静止参考系”，而是使光速有上限的万有引力场时空系；宇宙中处处光速有上限，处处的万有引力场时空系就是特殊参考系。在平直的万有引力场时空中，任一一点都可以做为特殊参考系的原点；在球形万有引力场时空与平直万有引力场时空叠加而成的时空中，球形万有引力场时空的中心就是特殊参考系的原点。

回顾“双生子佯谬”，在无特殊参考系的“闵时空”里是谬论，而在有特殊参考系的万有引力场“相对时空”里就是真理。“相对论”自身在证明“双生子佯谬”时就是用到万有引力场时空这个特殊参考系；然而，爱因斯坦不知道特殊参考系与“绝对静止系”的区别，更不知道“相对时空”与特殊参考系的对应关系，导致他提出“广义相对论”后还是错误地认为“相对时空”是无特殊参考系的。

1.3 判断“绝对时空”与“相对时空”的物理依据就是该时空里速度有无上限

在爱因斯坦时代，发现时空是速度有上限的“相对时空”，所以就提出很多“相对时空”里的理论；同时又把特殊参考系理解成“绝对静止系”，认为“绝对静止系”才是特殊参考系，同样就认为“相对时空”无特殊参考系了。

到了提出“广义相对论”后，“广义相对论”里面已经在讲万有引力场时空系了，但是受“狭义相对论”的影响，爱因斯坦还是跳不出自己预先设好的圈子，还说无特殊参考系；时空理论就再三错了。

因此，判断“绝对时空”与“相对时空”的物理依据就是该时空里有无万有引力场；速度无上限的时空就是“绝对时空”，才表现出时空物理量与速度无关、无特殊参考系；而说有绝对参考系的时空才叫“绝对时空”纯粹是望文生意、或受错误物理理论的误导。

速度有上限的时空就是“相对时空”，才表现出时空物理量与速度有关、有特殊参考系；而说参考系是相对（即无特殊参考系）的时空才叫“相对时空”纯粹是望文生意。

“绝对时空”里的“相对性原理”数学变换式是“伽变换”、无特殊参考系，“相对时空”里的“相对性原理”数学变换式是“洛变换”、有特殊参考系；以前那种一提到“相对性原理”而不分时空就说它就是“运动规律在所有参考系里都有相同的形式”是错误的，因为2个时空里都有各自的“运动规律在所有参考系里都有相同的形式”、各自的“相对性原理”，并有各自不同的数学式、及有无特殊参考系之本质区别。

这个差别就犹如无论怎么数学处理都不能把一个时空里的物理公式弄成保持对无特殊参考系的“伽变换”与有特殊参考系的“洛变换”同时协变一样。

所以，质量、万有引力场、速度有上限、“相对时空”等是一一对应的共存的物理，这些物理量只要有1个存在，其它都存在的；“绝对时空”物理上是不存在的，它不能与这些物理量共存，所以在“绝对时空”里讨论质量、万有引力场等物理，或在质量物体与万有引力场存在的时空中讨论“绝对时空”是逻辑错误的。

二、“绝对时空”里的“光速无限原理”与“相对时空”里的“光速有限原理”

2.1 有特殊参考系的“光速不变原理”就是“相对时空”里正确的“相对性原理”

无特殊参考系的“伽利略变换”是“绝对时空”里“伽利略相对性原理”的数学式，有特殊参考系的“洛变换”是“相对时空”里正确的“相对性原理”的数学式；它们在参考系物理与时空定义上就有本质区别。犹如“绝对时空”里的公式形式不能对“洛变换”协变、“相对时空”里的公式形式不能对“伽利略变换”协变一样。

有特殊参考系的“光速不变原理”建立起来的时空就是正确的“相对时空”，“光速不变原理”单独就可以推导出有特殊参考系的“洛变换”，那么有特殊参考系的“洛变换”就是它的数学式；而有特殊参考系的“洛变换”就是“相对时空”里的有特殊参考系的“相对性原理”的数学式，即有特殊参考系的“相对性原理”与有特殊参考系的“光速不变原理”有同样的数学式。因此，可知“相对时空”里正确的“相对性原理”就是有特殊参考系的“光速不变原理”，虽然它的名字不叫“相对性原理”；是一个物理的2个名称而已，是人类在不知道它们本质一样的情况下给它起的2个名字。

“相对时空”里的“相对性原理”就是“相对时空”里的“物理规律在所有参考系里都有相同的形式”，而“光速不变原理”就是光与场的“物理规律在所有参考系里都有相同的形式”，所以2者呼应一致、证明是同一物理身份。

再对照“绝对时空”里的“伽利略相对性原理”做对比研究，根据“绝对时空”的定义就会发现“绝对时空”里的“伽利略相对性原理”其实就是“光速无限原理”、由这个“光速无限原理”建立起“绝对时空”里的“物理规律在所有参考系里都有相同的形式”，无特殊参考系“伽变换”就是其数学式。

所以，“相对时空”里的“光速不变原理”原来就是“光速有限原理”、由这个“光速有限原理”建立起“相对时空”里的“物理规律在所有参考系里都有相同的形式”，有特殊参考系“洛变换”就是其数学式。

因此，爱因斯坦得到“爱因斯坦相对性原理”的逻辑与做法就是把“光速无限原理”说成是“光速有限原理”一样荒唐。

2.2 “爱因斯坦相对性原理”在特殊参考系物理与时空理论这2个问题上都出错

一个时空里正确的“相对性原理”肯定与该时空里所有正确理论都自洽相容的，若有矛盾，就该要想想该“相对性原理”是不是这个时空里的“相对性原理”；而不应该还强说是。

物理与数学都追求简洁美，一个理论有麻烦与缺陷、那肯定就有问题。爱因斯坦在他自己的年代就已经发现自己的“相对性原理”与“光速不变原理”有不可调和的矛盾而倍受其他科学家指责时，他还是在“难道似乎无例外被遵守的‘相对性原理’不可能与‘光速不变原理’协调吗？”的自言自语矛盾中坚持他的“相对性原理”，而从来不想想他自己的理论哪里还存在问题。

“爱因斯坦相对性原理”在2个问题上都出错，一个速度无上限的时空必无万有引力场特殊参考系，一个速度有上限的时空必万有引力场有特殊参考系，即使在有无特殊参考系的问题上出错，他在求得“相对时空”里得“相对性原理”时，他最起码应该是重新假设一个在“相对时空”所有参考系里都成立的“相对性原理”，然后求出这个“相对性原理”及其数学式；而不是把“绝对时空”里的“伽利略相对性原理”扩大使用范围到“相对时空”就说是成了“相对时空”里的“相对性原理”。这个错误，犹如把“伽利略变换”放在“相对时空”里就成了“洛伦兹变换”一样荒唐、与一个矢量理论公式同时满足“伽利略变换”与“洛伦兹变换”一样荒唐。

有特殊参考系的“相对性原理”与有特殊参考系的“光速不变原理”可推导出有特殊参考系的“洛变换”，又根据定义，有特殊参考系的“洛变换”就是“相对时空”里“相对性原理”的数学式，那就说明“相对性原理”单独就可以推出有特殊参考系的“洛变换”而无需“光速不变原理”的参与；而我们同样知道“光速不变原理”单独同样能推导出有特殊参考系的“洛变换”，可知有特殊参考系的“光速不变原理”与“相对时空”里有特殊参考系的“相对性原理”是同一物理的不同名称而已。

“光速不变原理”里隐藏着它是有特殊参考系、并在所有参考系都适用的物理，隐藏着光速与光源运动状态无关的物理、其直接可以解释“法拉第佯谬”，而不需要在“广义相对论”（万有引力场理论）里绕圈子解释。

有特殊参考系的“尺缩钟慢”是符合物理的，“尺缩钟慢”是有特殊参考系的“洛变换”的通俗名称；当有特殊参考系的“尺缩钟慢”被无特殊参考系化后，就悖论百出；使人们不但不去怀疑无特殊参考系“相对性原理”的错误，反而质疑“尺缩钟慢”与“光速不变原理”。

反对“光速不变原理”的人除了都是站在自己的参考系里、以自己参考系的时间进程（绝对时空观）来理解并觉得其它参考系与光必有不同的速度差来否定它，还有就是认为速度的上限不一定是C；这样，就会出现各种各样反对“光速不变原理”的说法，甚至包括要测量单程光速值来验证“光速不变原理”的说法，这些都是对“光速不变原理”的错误理解。

2.3 “物理规律在所有参考系里都有相同的形式”必然有特殊参考系并与特殊参考系不矛盾

速度无上限的“绝对时空”必然无万有引力场特殊参考系、速度有上限的“相对时空”必然有万有引力场特殊参考系，那个使速度有上限的万有引力场时空就是特殊参考系、特殊参考系不需要绝对静止；“相对时空”里所有理论都必然有特殊参考系，“物理规律在所有参考系里都有相同的形式、其它参考系物理对该特殊参考系保持“洛变换”协变”，包括“光速不变原理”、“洛变换”与“麦克斯韦方程组”。

“相对时空”里的物理规律不但不与万有引力场特殊参考系矛盾，还必须对万有引力场特殊参考系协变；若规律不对特殊参考系协变，不但使速度失去基础而无法定义、产生很多规律悖论外，还会破坏“光速不变（有限）原理”与“相对时空”的物理基础、重新变成“绝对时空”。

“光速不变原理”就是光与场的“物理规律在所有参考系里都有相同的形式”，它就是人类在万有引力场时空特殊参考系里得到的实验结果。同样，我们就可以知道“M-M实验”与“穆斯保尔效应”等这些实验的原理与方法都是错误的、连实验者的思维归纳法都是错误的；这些实验在地表静止实验室系里是不能观测到明显干涉的，而在地表高速运动的交通工具上、或太空飞船与地球异步卫星及异步空间站上做实验，干涉效果就非常明显。

爱因斯坦的无特殊参考系“相对性原理”不但错在无特殊参考系上，还错在它建立在“绝对时空”的“伽利略相对性原理”上；“绝对时空”里的“伽利略变换”无法扩大使用范围到“相对时空”里而变成“洛变换”。

正确的做法只能是重新建立一个与“伽利略相对性原理”毫无关系的、“相对时空”里的“相对性原理”，然后根据特殊参考系与时空关系理论得出“相对时空”里的“相对性原理”是有特殊参考系的；再根据与“光速不变原理”、“洛变换”的关系得出“相对时空”里有特殊参考系的“相对性原理”就是有特殊参考系的“光速不变原理”，有特殊参考系的“洛变换”就是它的数学式。

因此，对于“相对论”，我们就不能全部否定“相对论”或其主要内容，而是在“相对时空”里建立起正确的“相对性原理”就可以，其它数学模型都照旧。有特殊参考系的“相对论”不但更符合物理实际、各种数学运算正确，还不影响“相对论”主要内容的正确性。

	速度无上限而无特殊参考系的“绝对时空”v∈（0，∞）	速度有上限而有特殊参考系的“相对时空”v∈（0，C）
速度有无上限	速度无上限，才导致速度与时空无关，所以时空是否绝对由速度决定的	速度有上限，才导致速度与时空有关，时空是否绝对由速度决定的
有无特殊参考系	无特殊参考系，无一参考系能使速度有上限	有特殊参考系，使速度有上限的万有引力场就是特殊参考系
运动学	有其力学、电磁学等公式形式，但不符合实际物理	有其力学、电磁学等公式形式，符合实际物理
动力学	因为速度无上限，与动力学矛盾	有动力学公式
相对性原理	有，无特殊参考系的“伽变换”是其数学变换式	有，有特殊参考系的“洛变换”是其数学变换式
光速原理	光速无限原理，即“绝对时空”里的相对性原理	光速有限（不变）原理，即“相对时空”里的相对性原理