惯性参考系与牛顿力学的适用范围浅探（1）

1



惯性参考系与牛顿力学的适用范围浅探

——剖析狭义相对论的逻辑谬误与概念错误



夏烆光

中国船级社大连分社辽宁大连邮编：116091



摘要：本文从惯性参考系的定义入手，分析了构成惯性参考系的条件.进而指出，在光速传递有限

性的前提下，牛顿力学设想的惯性参考系根本不存在，因而以惯性参考系为前提的狭义相对性原理也不

成立.可是，爱因斯坦的狭义相对论却建立在狭义相对性原理和光速不变原理的基础上，因此说，狭义

相对论不仅存在概念错误，而且存在逻辑谬误.广义时空相对论纠正了狭义相对论的概念错误与逻辑谬

误，从而使现代物理学又回到辩证唯物主义的时空观之上.



关键词：惯性参考系狭义相对性原理牛顿力学绝对主义光速不变原理爱因斯坦相对主义狭

义相对论广义时空相对论辩证唯物主义



引言



当前，社会上不乏对爱因斯坦相对论持否定态度的批评者，也不乏肯定爱因斯坦狭义相对论的拥

护者.我觉得，无论是反对者还是拥护者，在发表自己的观点之前，都应该先弄明白爱因斯坦狭义相对

论的基本内容！然而，令人遗憾的是，学术界竟有这样一批爱因斯坦相对论的拥护者，自己还没有从根

本上弄明白爱因斯坦狭义相对论是怎么一回事儿，就站在维护爱因斯坦相对论的立场上，去肯定一切.

更令人费解的是，一些拥护者们还没有弄清反对爱因斯坦相对论的批评者所阐述的基本观点，就抱着迷

信权威的心态，去否定一切.显而易见，这决不是对待科学问题的正确态度.不言而喻，迷信学术权威的

种种做法，对科学的发展一定是“百害而无一利”！

为了帮助那些迷信爱因斯坦的拥护者正确理解狭义相对论的物理内容，这里从惯性参考系等基本

物理概念入手，讨论了狭义相对性原理、以及牛顿力学成立的前提条件与适用范围.进而指出，爱因斯

坦狭义相对论不仅存在概念错误，而且存在逻辑谬误.说它存在概念错误是因为：客观上，根本不存在

牛顿力学设想的惯性参考系.因而，狭义相对论就不是“两个不同惯性参考系的观测者，对同一个运动

事件观测结果的相对性问题”；说它存在逻辑谬误是因为：构成狭义相对论的两个基本原理——狭义相

对性原理和光速不变原理——二者是相互矛盾和相互对立的.

在指出了爱因斯坦狭义相对论逻辑谬误和概念错误的基础上，简要地介绍了《广义时空相对论》

【1】

这一新的物理理论.可以说，这是一个全新的时空理论.按着这个时空理论，“相对论”应理解为：跟随

事件一起运动的观测者与停留在事件运动起点上的静止观测者之间，针对同一个运动事件观测结果的

相对性问题，而根本不象爱因斯坦的狭义相对论那样：把相对论理解为“两个独立惯性参考系上的观

测者之间，对同一个运动事件观测结果的相对性”.总而言之，广义时空相对论与爱因斯坦的狭义相对

论之间，不仅存在概念上的分歧，而且存在着理论基础上的重大分歧

【1】

（参见第138~146页）.



1、参考系

几乎所有的物理定律都是表述一定的物体在空间位置上是怎样地随着时间的流逝而变化的.一个

物体的位置，或一个事件发生的地点，只有参照另一个适当选择的物体，才能表达出来.牛顿虽然相信

有绝对空间存在，但是，他明确地认识到，人们无法描绘出物体在绝对空间中的运动路径（诸如运动起

点和终点等），只能使用相对、而非绝对的空间位置和运动.用于作为一个运动物体空间位置和运动过程

的参照物，我们就把这个“参照物”叫做“参考系”

【2】

（参见第847~848页）.

2

2、惯性参考系

诚如所知，若在一个参考系中，一个自由运动的物体，即一个无外力作用的运动物体，保持其原

来相对于参考系为静止、或作匀速直线运动的状态，则这样的参考系称为“惯性参考系”.惯性参考系

就是牛顿运动定律在其中成立的一切参考系.如果两个参考系彼此相对作匀速直线运动，而其中的一个

是惯性参考系，另一个显然也是惯性参考系，一个自由运动的物体相对于它也将作匀速直线运动.由此，

我们可以有无数个相对做匀速直线运动的惯性参考系.这就是著名的“狭义相对性原理”.伽利略变换就

是在这样一些惯性参考系之间的坐标变换，即在狭义相对性原理基础上的坐标变换.——在现实生活中，

牛顿的绝对空间和绝对参考系在客观上是根本不存在的

【2】

（参见第848页).



3、观测者

相对论文献中的观测者是指，他们的作用是能够对事件发生的地点和时间作出判断.在物理学中，

人们几乎总是把观测者描述为，相对于某个惯性参考系是静止的.设想，每个惯性参考系都有一位观测

者，人们便能用示意图来表示一个实际的运动过程，以及将同一个事件的两个不同的时空位置，分别用

不同的时空坐标来加以描述

【2】

（参见第848页）.



4、空间坐标、时间坐标、与时空坐标

通常，在物理学中，关于“一个（K）参考系的观测者，看到事件发生的地点x和时刻t”的陈述，

应正确地理解为：K参考系中的测量所确立的这个事件的空间距离和时间过程，即“空-时

坐标”，而不应理解为K参考系的观测者看到事件发生的“瞬间位置”与“瞬间时刻”是x

和t.即是说，它们分别地代表着从时空起点出发所形成的具有一定长度的空间和时间“线段”（即物

理量）.深入地思考下去，这里必定牵涉到一个额外的特征，即信息由一点到另一点的传输特征.因为，

单一的观测者不能同时地处于不同的地点；在某一时刻，他只知道发生在他所处位置的事件

【2】

（参见

第848）.由此而论，即使在同一个参考系（K）之内，除了跟随事件一起运动的观测者之外，处于任

何其它位置上的观测者、包括位于坐标原点的观测者在内，他们都不可能绝对同步地知道事件在任意

空间位置上的时空坐标.



5、根本不存在牛顿力学所设想的惯性参考系

基于上述分析，在光的传递速度有限性的前提下，牛顿力学所设想的惯性参考系是根本不存在的.

因为，牛顿的惯性参考系成立的前提是：在一个参考系之内，不论观测者是否跟随物体（或事件）一起

运动，他都能随时随地、绝对准确地知道这个物体（或事件）在“离他而去的运动中”所走过的空间距

离（r），以及走过这一距离所历经的时间过程（t）.不难想象，这种情况，只有在信息传递速度为无

穷大的条件下才能成立.因此说，只有在信息传递速度为无穷大的情况下，惯性参考系的定义才能成立.

而现实中，就目前所知，传递信息最快的速度是真空中的光速，而光速又是个有限的常数，所以说，

客观上根本不存在牛顿力学所设想的惯性参考系.——关于这一点，在下述有关“广义时空相对论”概

念的讨论中，我们还将做出进一步的阐述.



6、广义时空相对论的物理概念

如图1所示，有一辆从车站发出的火车，观测者“甲”坐在火车内跟随着火车一起运动，而观测

者“乙”留在火车站不动，甲和乙各自持有性能完全相同的“精准时钟”，在这辆火车上还安装了一个

精密的计程仪、以及能用光速随时发送火车抵达信息的发射装置，位于火车站的观测者（乙）又可以随

时地通过信息接收装置及时地接收火车抵达所在位置的运动信息.显而易见，火车上的观测者（甲），可

以随时随地、并准确地记录火车抵达所在位置时，所走过的空间距离（r?）和所经历的时间过程（t?），

因而可以准确地计算出火车相对于火车站的运动速度

t

r

?

?

??……………………………………………（1）

3

广义时空相对论把速度(?)定义为：火车相对于静止观测者（火车站）的绝对速度

【1】

（第54~73页）.

可是，位于火车站的静止观测者（乙），只能通过自己的

时钟来记录火车抵达指定位置时的“反馈信息”来确定火车的

所在位置.这个反馈信息中，包括着火车走过的空间距离（r），

及经历的时间过程（t）.显然，基于光速传递的有限性，火

车站的乙观测者所记录的时间过程（t）不可能与甲观测者所

记录的时间过程（t?）完全相同，一定会出现接收信息时刻的

“滞后”.假设火车站的观测者乙记录的时间过程为t，则有

ttt????，其中的crt???是观测者乙接收到火车抵达指定位置的信息时滞后的时间间隔.——这个

时间间隔是不可以忽略不计的，尤其在天文尺度上，更是如此！相反地，如果忽略了这个滞后的时间

间隔，甲和乙之间的同时性就是绝对的，问题又回到牛顿力学中.

因此说，在普遍的情况下，这个滞后的时间间隔必须计算在时间坐标（t）之内.由此可见，由火

车站的观测者（乙）、火车站、以及火车站的时钟等，所构成的参考系统（K）并不是惯性参考系.或

者说，在普遍的情况下，牛顿力学所设想的惯性参考系并不存在.

事实上，火车由车站始发，并在某个时刻抵达指定位置这件事儿——对于观测者甲和观测者乙来

说——是同一件事儿，因此，必有rr??.这样一来，观测者乙得出火车相对于他的运动速度应为

crt

r

tt

r

t

r

V

???

?

???

??…………………………（2）

广义时空相对论把这个速度（V）定义为：火车对静止观测者的相对速度

【1】

（参见第54~73页）.上述

两种情况所得观测结果的相互比较，就构成“广义时空相对论”这一新的物理概念.



7、普遍情况下的狭义相对性原理并不成立

众所周知，狭义相对性原理认为：力学定律在所有惯性参考系中都是一样的.换句话说，描述力学

定律的方程是惯性系之间伽利略变换下的不变式.基于上述讨论可以看出，考虑到光速传递的有限性之

后，即使在同一个参考系内，描述力学定律的方程也不是完全相同的，也不是绝对不变的.

还以火车运动这个事件为例，位于原点（火车站）的观测者（乙）同位于火车上的观测者（甲），

他们针对火车运动“这个事件”，将得出截然不同的关于运动速度的物理方程：一是用绝对速度（?）

描述的物理方程式（1）；二是用相对速度(V)描写的物理方程式（2），显然，两个方程式是截然不同

的.因此说，在光速传递有限性的前提下，狭义相对性原理并不能严格地成立.

相反地情况，只有在信号传递速度为无穷大时，即??c，0??t时，才有??V，tt??.

这时，也只有在这时，狭义相对性原理和伽利略变换才能严格地成立，牛顿力学也随之成立.然而，光

速不变原理是一个通过精密物理实验证实了的“客观真理”，而惯性参考系却是建立在“相互作用传递

速度为无穷大”的主观假设之上，即牛顿的绝对时空观之上，但在客观上，根本不存在“相互作用传

递速度为无穷大”的实际情况，所以说：在普遍的情况下，狭义相对性原理不能够严格地成立.由此而

来，构成牛顿力学的伽利略变换也不能严格的成立.因此，我们只能说：牛顿力学是一个有条件的客观

真理，或者说是一个相对真理.



8、狭义相对论的概念错误与逻辑谬误

为了便于理解爱因斯坦的狭义相对论，我们用下面的

示意图来予以介绍.在图2中，爱因斯坦假设，光信号从X

轴上某点A向两个相反的方向发出.这个信号在两个方向

上都等于真空中的光速（c），那么，在K?系中就应该同

时到达与A等距离的两点B和C（作者按：其实也不是同时的！）.但是，对于K系中的观测者来说，

4

这件事绝对不是同时的（作者按：这句话是对的）！爱因斯坦认为，按着狭义相对性原理，信号相对于

K系的速度也等于c，但是，因为B点对于K系而言，是面向它发出的信号，而C点则是背离它发

出的信号，所以在K系中，信号到达B点要比到达C点早.也就是说，同一个事件，对于不同的观测者

来说，并不是同时发生的，用狭义相对论的话来说：同时性是相对的

【3】

（参见第4~7页）.

基于上述分析，爱因斯坦的意思是：无论是K惯性参考系还是K?惯性参考系的观测者，都能绝对

同步地给出自己参考系内任何位置上的空时坐标（tzyx,,,）以及（tzyx????,,,），只是因为K系和K?系

之间存在着相对运动速度（V）,以及光速绝对不变，因而出现了不同惯性参考系上的两个观测者之间，

对于同一个运动事件，在时间观测结果上存在着不同时性，即“同时性是相对的”.

8.1、狭义相对论的概念错误.不难看出，爱因斯坦构建的“狭义相对论”，在客观上等于同时承认

以下三个基本要素：第一，K系和K?系都是惯性参考系；第二，K系和K?系上的观测者各自都能绝

对同步地给出自己坐标系内任何运动事件的时空坐标；第三，在两个相对作匀速运动的惯性参考系之间，

因为同时性是相对的，所以才需要研究二者之间的坐标变换关系.正因为这样，爱因斯坦创建了“狭义

相对论”这一物理理论

【1】

（参见第73~79页）.——建立在这种意义上的坐标变换，是著名的“洛伦兹

变换”

【3】

（参见第13~17页）.因此说，爱因斯坦的狭义相对论，不过是洛伦兹变换的具体应用罢了.

8.2、狭义相对论的逻辑谬误.诚如所述，爱因斯坦狭义相对论建立在两个最基本的物理原理之上：

一是狭义相对性原理，二是光速不变原理，这两个物理原理的有机结合，又称为“爱因斯坦相对性原理”.

可是，上述讨论已经表明，光速不变原理和狭义相对性原理是相互排斥和相互对立的，只要考虑到光

速传递的有限性（光速不变原理），惯性参考系的概念就不可能成立，因而，狭义相对性原理也就随之

失效，那么“爱因斯坦相对性原理”也就不成立.——这里的关键是：在现实中，除了用光速传递信息

之外，我们再也没有比光更快的工具来传递信息了。

综上所述，爱因斯坦的狭义相对论不仅存在着概念错误，而且存在着自身的逻辑谬误.——即构成

狭义相对论的两个物理原理——狭义相对性原理和光速不变原理——之间存在着相互矛盾和对立.于

是，同时建立在这两个物理原理之上的狭义相对论，必然存在着严重的逻辑谬误.即是说，构成狭义相

对论的两个前提假设自相矛盾。



结论



我们不能因为迷信权威，就对爱因斯坦相对论的概念错误和逻辑谬误视而不见，听而不闻.更不能

因为迷信权威，就对某些反对爱因斯坦相对论的学术观点，一概地采取拒绝和抵制的态度.真理往往在

少数人手中.拒绝接受新事物的态度是保守的,不可取的.而广义时空相对论是一个建立在辩证唯物主义

时空观之上的时空理论，它不仅能够解决爱因斯坦狭义相对论已经解决的各种物理问题，而且可以解决

爱因斯坦相对论根本无法解决的一些物理问题.我深信，这个新理论的创立与发展，必将使物理学的时

空观重新回到辩证唯物主义的正确轨道上来.



参考文献

【1】夏烆光著《广义时空相对论》，北京：人民交通出版社，2003年，第一版

【2】徐龙道等编著《物理学词典》北京：科学出版社2004年，第一版

【3】[苏]Л.Д.朗道、Е.М.栗弗席兹著任朗袁炳南译《场论》北京：人民出版社，

1958年8月，第一版.