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建立在“共轭洛仑兹变换”基础上的 正确相对论 吴家荣 内容提要 爱因斯坦狭义相对论错误的致命原因是经典洛仑兹变换错误。洛仑兹变换有相互共轭的两种形式，一种形式适用于相离运动；另一种形式适用于相向运动。通过把两种形式的洛仑兹变换代入有关公式直接验证，直观地给出爱因斯坦狭义相对论是错误的。 关键词 共轭洛仑兹变换 相对论新说 §1 爱因斯坦相对论错误的根源 §1.1 爱因斯坦“狭义相对论”的由来 爱因斯坦在《论动体的电动力学》中，首先假设“光速不变”，构想了一个理想实验：“由Ａ向Ｂ发射一束光，再由Ｂ反射回Ａ”，他是把光作为观察测量工具的，然后利用这个“理想实验”，定义了同时的相对性，最后声称推导出了“经典洛仑兹变换”。再由“经典洛仑兹变换”推论出：“尺缩时慢质增”等等，从而建立了爱因斯坦的“狭义相对论”。 例如： 1、由“经典洛仑兹变换”推论出“尺缩、钟慢”，在《论动体的电动力学》§4“关于运动刚体和运动钟所得方程的物理意义”。（相对论原理，Ｐ41~P42，A · 爱因斯坦等著，科学出版社，1980年） 2、由“经典洛仑兹变换”推论出“质量增加”，在《论动体的电动力学》§10“缓慢加速听电子的动力学”。（相对论原理，Ｐ56，A · 爱因斯坦等著，科学出版社，1980年） 没有“经典洛仑兹变换”就没有爱因斯坦的“狭义相对论”。承认“经典洛仑兹变换”正确，就等同于承认爱因斯坦狭义相对论正确。可惜的是，建立在“经典洛仑兹变换”基础上的，爱因斯坦的相对论是错误的。 §1.2 爱因斯坦狭义相对论错误的原因 因为经典洛仑兹变换：
这组公式是错误的。 这组公式根本不存在，谁也推导不出来。 另外，爱因斯坦相对论只涉及相离运动，不涉及相向运动，也是一个错误。 §1.3 “共轭洛仑兹变换”才是正确的洛仑兹变换 适用于相离运动的洛仑兹变换 其中 适用于相向运动的洛仑兹变换 其中 §2 共轭洛仑兹变换 狭义相对论是建立在经典洛仑兹变换基础上的。如果经典洛仑兹变换不惟一（不是通常意义的多种形式，而是本质不同的两组公式），爱因斯坦的狭义相对论就值得推敲了，我们马上可以写出经典洛仑兹变换相互共轭的两种形式，经典洛仑兹变换公式为
这是根据相离运动推导出来的。 对于相向运动，经典洛仑兹变换应为下述形式
上述两组经典洛仑兹变换公式，对于狭义相对论要说明的一切规律都是等效的。 证明如下： 按照绝对时空观点，在动系统中，牛顿力学方程为 按照相对时空观点，我们用经典共轭洛仑兹变换将其变回到静系统，它应满足伽里略相对性原理。因为 相离运动 或者 相向运动 将（2）代入（1）得 相离运动 或者 相向运动
所以 这样，无论是相离运动还是相向运动，我们都能将牛顿力学方程由动系统的 变为静系统的 但是，对于现象，却会导致不同的结论。例如，相离而去的钟走得慢
爱因斯坦动钟变慢（t′＜t）的结论就是从这里得出的。［１］ 然而，相向而来的钟走得快
显然有t′＞t 。动钟究竟是变慢还是变快？同理，动杆究竟是收缩还是膨胀？这是一个矛盾。仅仅根据洛仑兹变换的不唯一性，我们就能断定爱因斯坦的狭义相对论是错误的。 事实上，正确的共轭洛仑兹变换也不是上述经典形式。而是 适用于相离运动的洛仑兹变换
适用于相向运动的洛仑兹变换
共轭洛仑兹变换公式（3）、（4）与公式（1）、（2）每项相差一个相对论系数β或者γ。 对于规律，公式（３）﹑（４）同样正确；对于现象却能导致完美自洽的结论。它们与古今中外，千百年来人们的经验常识相符。 用共轭洛仑兹变换公式（３）、（４）来验证一下： 一、按照绝对时空观点，在动系统中，牛顿力学方程为 按照相对时空观点，我们用洛仑兹变换（３）、（４）将其变回到静系统，它应满足伽里略相对性原理。因为 相离运动 或者 相向运动 将（2）代入（1）得 相离运动 或者 相向运动
所以
这样，无论是相离运动还是相向运动，我们都能将牛顿力学方程由动系统的 变为静系统的 对于规律，共轭洛仑兹变换完全满足动系和静系的协变性要求。 二、运动钟在动、静系统中的变化（时间） １、相离而去的动钟和“静钟”比较，绝对一致，相对慢
相离运动的钟不会变慢。 这就是说，动钟Ａ与它所到之处的静钟是“同时同步”的，因而也与静系原点处的Ｋ钟是“同时同步”的。这和爱因斯坦的规定： “我们进一步设想，在杆的两端Ａ与Ｂ各放置一只钟，它们与静系统的钟是同步的，也就是说，在任一瞬时，这两只钟的指针位置对应于它们碰巧所在之处的'静系统时间’。所以这两只钟也是'在静系统中同步’的。”［２］相一致。 而爱因斯坦“动钟变慢”的结论是与他自己的规定相矛盾的。 对于静系原点处的观察者来说，他“看”到的动钟指示状态应由下式描述：
其中：t′为“静系”∑原点处观察者“看到”的动钟Ａ指示时间。 式（５）说明运动钟的绝对时间是不会变化的。 式（６）说明运动钟的相对时间以 ２、相向而来的动钟和“静钟”比较，绝对一致，相对快
相向运动的钟不会变快。 当动钟Ａ与观察者相距x相向而来时，观察者“看到”的状态应由下式描述： 其中：x为计时开始时，动钟Ａ与静钟Ｋ之间的距离。 式（７）同样说明运动钟的绝对时间是不变的，式（８）说明运动钟的相对时间以 当 当 三、运动物体的形状在动、静系统中的变化（空间） 球在动系中的表面方程是 现在用共轭变换公式进行变换 １、相离而去的球收缩 因为是表面方程不是运动方程，与时间t无关。令t＝０，
因此，在静止状态下测量为球状的物体，当其与观察者处于相离运动状态时，在静系统看来，就具有扁平椭球的形状，其三轴为 即球在Ｙ、Ｚ轴方向上的尺寸也缩短了，缩短的比率是 这就是说相离运动洛仑兹收缩，不仅仅是在运动方向（X轴方向）上收缩，而在运动垂直的方向（Y轴和Z轴方向）上也有收缩。或者说洛仑兹收缩，不仅仅是运动方向上的线性收缩，还是空间方向的立体收缩。在X轴方向以相对论系数 ２、相向而来的球膨胀
因此，在静止状态下测量为球状的物体，当其与观察者处于相向运动状态时，在静系统 看来，就具有扁平椭球的形状，其三轴为 即球在Ｙ、Ｚ轴方向上的尺寸也增大了，增大的比率是 这就是说相向运动洛仑兹膨胀，不仅仅是在运动方向（X轴方向）上膨胀，而在运动垂直的方向（Y轴和Z轴方向）上也有膨胀。或者说洛仑兹膨胀，不仅仅是运动方向上的线性膨胀，还是空间方向的立体膨胀。在X轴方向以相对论系数 四、我们再用另一方法考察一下动力学问题 在动系统我们有 我们把这个规律，用共轭洛仑兹变换公式变回到“静”系统。根据相对性原理，在“静”系统中，这个规律仍然具有 的形式。 １、首先考虑相离运动 （１）、电磁埸张量的变换 我们来考虑电埸强度Ｅ和磁感强度Ｂ。设它们在三个坐标上的分量分别为（Ｅ１、Ｅ２、 Ｅ３）和（Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３）。 根据洛仑兹变换新公式，我们有变换矩阵 再利用电磁埸的四维张量公式［３］ 可得电磁埸变换关系 因为在电埸中有质动力为 由式（１０）可得 （２）、加速度的变换 设带电粒子在静电场中由速度v开始，它相对于动系统∑′是静止的。在以后的过程中，它将获得电场的加速，设在动系∑′中的加速度为 我们把加速度由动系统变换到“静”系统。 根据适用于相离运动的共轭洛仑兹变换公式（３）： 分别求一阶导数，二阶导数，再运用参数方程的求导公式我们得到 将式（１１）、（１２）代入（９）得 这里，我们同时证明了 即质量不会随物体的运动而变化。这和质量是标量，在相互作匀速平移运动的参考系中标量不变是一致的。 2、再来考虑相向运动 同理，我们可以得到 因而也有 通过以上验证，我们看到洛仑兹变换的两个新公式（３）和（４）对狭义相对论要说明的一切规律和现象都是自洽的。而由经典洛仑兹变换演义出来的两个公式（１）和（２）对于狭义相对论要说明的规律和现象却存在着矛盾。可见共轭洛仑兹变换的正确公式应该是（３）和（４）。 §3 建立在“共轭洛仑兹变换”基础上的正确相对论 相对论和牛顿论是两个并列的科学体系，而不是谁包含谁的问题。 我们的客观世界是绝对的，我们对客观世界的认识是相对的。牛顿论是对客观绝对世界的描述，相对论是对主观相对认识（观察和测量）的描述。工程设计计算（包括航空和航天，粒子对撞）都用牛顿论；相对论是通讯（观察和测量）误差理论，要进行数据修正。修正系数就是洛仑兹变换公式中的“相对论因子”。但因为经典洛仑兹变换是错误的，所以实际上要不断的修正，也还是不准确。 §3.1 共轭洛仑兹变换消除了爱因斯坦相对论100多年来争论的根源 “经典洛仑兹变换”满足物理规律的协变性（属于巧合），“共轭洛仑兹变换”同样满足物理规律的协变性。从“经典洛仑兹变换”公式导出的“尺缩时慢质增”物理现象等等，是质疑爱因斯坦狭义相对论的根源；从“共轭洛仑兹变换”公式导出的“时间、空间和质量”不会随运动速度的变化而变化，无论是相离运动还是相向运动，消除了争论的根源。 共轭洛仑兹变换给出的变化，只是一种“观察测量效应”，并非客观事实。 §3.2 关于实验验证的问题 物理学分为理论物理和实验物理。 重实践轻理论和重理论轻实践，都是错误的。人的一生精力有限，不可能事事亲历。不可能既是理论物理学家同时又是实验物理学家。 李政道和杨振宁提出“宇称不守恒”理论，获得诺贝尔奖。但实验证的是实验物理学家吴建雄。 说爱因斯坦相对论得到了实验验证，完全是误解。建立在经典洛仑兹变换基础上的爱因斯坦相对论是错误的，怎么可能得到实验验证？我也可以说，所有验证相对论的实验，验证的其实是建立在共轭洛仑兹变换基础上的相对论新说。 §3.3 在推导洛仑兹变换时，光速变与不变无关紧要 爱因斯坦常说：“由Ａ向Ｂ发射一束光，再由Ｂ反射回Ａ”就是把光作为观察测量工具的。 因为它属于通讯（观察和测量）手段设定的速度。速度小则通讯（观察和测量）误差大，速度大则通讯（观察和测量）误差小。这对于推导和运用“洛仑兹变换”毫无影响。 当光速无穷大，我们就能“观察和测量”到真实的物质世界，相对论作为一种（观察和测量）误差理论，也就不需要了。 我们知道洛仑兹变换公式的推导，只用了光速的概念，也就是整个推导过程只用了光速的符号C，而与其量值无关。光速是每秒三十万公里也好，四十万公里也好，或者每秒几千公里、几百公里，只要你承认有光速的概念，推导出来的“洛仑兹变换公式”都是一样的，毫无差别。 洛仑兹变换公式中的C，你认为光速不变，你就把它看作常量；你认为光速可变，你就把它看作变量，这对于洛仑兹变换公式的推导以及运用毫无影响。 ［１］ 《相对论原理》第４２页，科学出版社，１９８０年。 ［２］ 《相对论原理》第３５页，科学出版社，１９８０年。 ［３］ 《电动力学》第２４９页，郭硕鸿，高等教育出版社，１９９２年。 |
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