狭义相对论的错误

狭义相对论的错误 相对论错误的核心——劳仑兹变换 柏青山(退休教师) 吉林大学物理学院 公共物理教学中心 长春 130026 Email:yang.changbiduan@163.com 摘要 笔者研究物理学三十年，证明了物理学在理论上是一条起因质点动力学、由推广已知规律形成的错误链，来自探索未知世界先验假说的经典波动理论、相对论、量子力学等都错在了最基本的概念上。例如，人们争议最大的相对论就是因为爱因斯坦不认识惯性系、违反了物理量、物体运动的相对性概念、破坏了万有引力定律才人为编造出来的。其中，不认识惯性系导致相对性原理的错误、破坏了万有引力定律是决定广义相对论错误之一。限于文章的篇幅，这里仅谈由于违反了物理量、物体运动的相对性决定的相对论核心——劳论兹变换的错误，即从物理量、物体运动的相对性基本概念出发来揭露劳仑兹变换在时空单位上的矛盾、尺缩结论的错误，并以客观实在不随人的认识角度和方法而改变为据给出该变换的真相，从而肯定了绝对时空观的正确性。但笔者并不认为这是推翻了相对论，而是还原了它的本来面目，改变人们对它的认识。因为就探索未知世界而言，除实验发现外、这一类的先验假说都属于唯一的一种探索未知世界的方法，它们所犯的错误是由人对未知世界认识规律决定的必然，而获得未知现象的成功才是为我们认识未知世界所迈出的第一步。因此，相对论所犯的错误恰是爱因斯坦的功绩所在。这也是不破不立，代表着笔者对来自先验假说的理论给出的统一认识。 关键词 物理量不但有大小也有单位 劳仑兹变换由纯数字变换和单位变换构成 物体运动的相对性 尺胀与尺缩 客观实在不随人的认识角度和方法而改变论 劳仑兹变换的真相 绝对时空观正确 引言 对任何事物来说，知道是认识的前提，不知道就不能认识，这是千古不变的真理。如，你 同张三未见过面，就不知道他的长相;你未同他打过交道，就不知他的脾气秉性。可见，人是无法对未知事物给出正确的描述或说出它存在的道理的。物理学也同样不能违反这条真理，要想认识我们不知道的未知世界就必须想方设法去获取未知现象，先把未知世界已知化。之所以如此，也是因为我们对未知世界的无知，而理论却总是已知世界的道理。据此, 把未知世界已知化的“想方设法”也就不可能是由道理来完成，也必像捉迷藏那样是靠探索者去闯、去碰的无理过程来实现。那么,来自探索未知世界假说的理论它们必是先验的、也是必错的，但这是由认识未知世界的起点、认识程序决定的必然，是我们无法跨越的一步。因此，我们应该从相对论等一类先验的假说中学到探索未知世界的经验，明白只有不受已知的羁绊、不怕荒唐、大胆地去编造自我的猜想，这才是探索未知世界获取现象的绝窍，我们对未知世界的探索就如同瞎子一样在无知中摸索着前行。其实，这“假说”二字也向我们明示，物理学还处在获得未知现象量的发展上，在牛顿之后并没有取得质的突破。 1 劳仑兹变换的真相 劳仑兹变换的两个表达式: ,,xvtxvt,，,,,xx,,(1)(5),,22221/1/,,vcvc,,,,,,yyyy,,(2)(6),, ,,,,zzzz,,(3)(7),,vv,,,,txtx,，22,,cc,tt,,(4)(8),,22221/1/,,vcvc,, ,,,我们从v的指向可以看出，前者是观测者以参照系为静止惯性系、以参照系为运动惯性系的劳仑 ,,,兹正变换，后者是观测者以为静止惯性系、以为运动惯性系的劳仑兹反变换。 劳仑兹变换问题的发现:我们知道，物理量是不但有大小也有单位的复合量。尽管爱因斯坦设定 1 两惯性系的时、空单位相同，但这种人为的设定并没有在获得劳仑兹变换过程中起到作用，那么这种设定是否合理就取绝于该变换本身。因此，笔者反其道而行之来研究两系单位之间的关系:对劳仑兹 ,,,,正变换设x轴的长度单位为[m]、轴的长度单位为;设t的时间单位为[S ]、的时间单位为[]，xtS[m] 再把正变换中物理量的大小与单位分开写出，我们也可以把劳仑兹变换拆成两个变换: 22,,XVT,000Xm000[]，，，，，，，， []1mvc,,,,,,,,,000Y,000[]Ym(9) ,,[]m,,,,,,,,,000Z,,,,,000[]Zm,, []m,,,,,,VX,,,, ,,000T,000[]Ts，，，，222,,,,C，，[]1svc,，， 22,,,[][]1mmvc,,XXVT,,,,,,[][]mm,YY,,, (10) (11) ,,,[][]mm,ZZ,,,2,,22,TTVXC,,,,[][]1ssvc,,, 11(10)式是不再有的纯数字变换;(11)式是带着的单位变换。可见，对劳仑兹变22221,v/c1,v/c ,,换并非只有时空单位相同的一种认识。如果该变换是由(10)、(11)式构成的，就会看到动系的长 1,,度单位和时间单位[S]都比静系的[m]、[S ]大了倍。然而，由于这些单位是包涵在x、 [m]221,v/c 1,,t、x、t之中的，其单位关系是由确定的已知，我们再由正变换得到反变换时，从等号的221,v/c 1,,,,右侧看去，变为动系,中的x、t的单位又比变为静系中x、t的单位大了倍。由此造221,v/c ,,,,成等号两边单位的矛盾，也造成正变换,中v、c的速度量纲同变为静系中x、t的单位相矛盾。这是因为物理量有大小和单位的不同造成了正、反变换互变性的失效。如果是这种情况，我们就必须把劳仑兹的正、反变换看成彼此无关、各自独立的变换。若我们承认正、反变换之间可相互推导，它们也就只能是物理符号下的纯数字变换了。当预感物理研究的数学化可能再次蒙住了我们的双眼时，又猛然想到，如果动系在运动方向长度单位是增大的，就会同狭义相对论给出尺缩结论相矛盾。笔者就是在对这一矛盾原因的追寻中发现了劳仑兹变换的真相。 认识劳仑兹变换的两个根据:其一，因为劳仑兹正、反变换都是以静止惯性系的视觉给出的两系时空关系，它们已各自标定了静止惯性系和运动惯性系，也标定了分属于哪个系的物理量。在这一前提下，我们对劳仑兹变换的使用，必须针对具体问题依据静止惯性系来选定与其相符的劳仑兹变换，作到劳仑兹变换与静止惯性系、运动惯性系及分属它们物理量的统一。我们把这一应用的固定模式称为劳仑兹变换的单向使用规则。之所以有这一使用规则是由两个原因决定的:一是，因为物体运动的相对性，我们认识物体的运动必须确定一个认识基点，即静止惯性系;二是，因为劳仑兹变换给出的不是两系观测者对同一物理现象直接观测上的时空关系(它制造了两系观测者所得结论的矛盾)，而是同物体运动相对性联系在一起的时空关系，使得一个系中发生的物理现象，观测者只能以他所在的系为静止惯性系、用与其相符的劳仑兹变换来推知在本系或动系中所观测的结果。所谓推知，就是一个系中发生的物理现象在另一系的观测结果、只能由观测者选定的与其视角相符的劳仑兹变换来取代。也就是说，劳仑兹变换所给出的任何结果永远是从静止惯性系出发由与其相符的劳仑兹变换来推知的一面之词，这就决定了劳仑兹变换本身、两系的时空关系和其中的物理量等都具有物体运动相对性的 2 单向性。其二，物质的自我存在形式、所处的力学状态及其变化规律都具有绝对性，是不以人的意志为转移，不随人的认识方法、角度而改变的客观物理实在。它们存在的唯一性是我们认识一切物理现象必须依据的基本原则。有了这两个根据，我们就可以认识劳仑兹变换的真相了。 为给出结论的简便，我们省略推导过程，直接对劳仑兹正变换的 (1)式求x的偏导数，对(4)式求t的偏导数，再把它们写成有限量的形式 ,,,,xt11,,(12)(13) 2222,,xt1/1/,,vcvc 根据劳仑兹变换的单向使用规则:在(12)式中的是静系中x轴上的一段长度，也是对静放在x,x, ,,轴上一物体直接测得的静止长度;是由这一变换推知的在动系,中对应的一段运动长度，也,x,xl0 ,是由这一变换推知的在,系中对应的运动长度。(12)式表明，在静系中的观测者由劳仑兹正变换l,l0 ,推知在动系,中发生了尺胀(这是相对尺缩给出的称呼)，运动长度变长了;(13)式中的是静系l,t, ,中时钟走过的一段时间，也是在定点x发生一物理过程经历的固有时间;是由这一变换推知的,,,t ,,在动系,中对应的一段运动时间，也是由这一变换推知的在动系,中对应的运动时间。(13)式,t,, ,,表明，在静系中的观测者由劳仑兹正变换推知在动系中发生了时胀、物理过程经历的时间变长了。 , 很明显，本文由(12)式得到的尺胀结论与狭义相对论作出的尺缩结论恰好相反，但错误却出在狭义相对论。这里举出书本上错误地给出尺缩结论的两例: 例一，对静放在静止惯性系中x轴上的物体，直接测得静止长度为,x，即。在认定了,x是,l0 ,静止长度的条件下，在观测上同时性的利用却使之由劳仑兹反变换来推知，即，得到,xl 22llvc,,1/，作出尺缩、即运动长度缩短的结论; 0 ,,,,,例二，对静放在运动惯性系中轴上的物体，直接测得静止长度为，即。在认定了是x,x,xl0静止长度的条件下，竟然也利用观测上的同时性由劳仑兹正变换来推知,x，即l，也得到 22llvc,,1/，也作出尺缩、即运动长度缩短的结论。 0 它们给出尺缩结论的错误都来自认识物体静止长度的视角没有随静止与运动惯性系的转变而改变，导致违背了由物体运动相对性赋予劳仑兹变换的单向使用规则，即没有作到将认识视角与所使用的变换统一起来，造成了物体静止长度与所使用的劳仑兹变换标定的静止或运动的惯性系相矛盾。 其实，在例一情况下:因为已经确定了静放物体的是静止惯性系,，根据使用规则，静止物体在 ,,运动参照系中对应的长度才是运动长度，就必须用劳仑兹正变换来推知对应物体静止长度,x的运动 ,,,长度,x。按书本的逻辑，使用条件也为t相同。因为此时,x的两端在运动惯性系的对应坐标也是 ,变化的，必须在同时t的条件下来确定物体静止长度,x与对应的运动长度,x的关系;如果改变一下 ,,认识角度，因为对静放在静止惯性系,的物体来说，从运动惯性系看去物体才是运动的。那么，观 ,,,,,,测者由来看物体的运动，就变为静止惯性系，而就变成运动惯性系，在中直接测得的物体静 ,,,x,x止长度就变为物体的运动长度(这是因为在中的观测者看去，,系及相对它静止的物体都在,,,,,x系中，他能看到,系和这个物体都是运动的，就不会承认告知他的在,系的物体静止长度也是 ,,系中的静止长度，而会认定,x就是系中看到的该物体的运动长度。按理，由于物体的相对运动摆脱不了人的观测，则、无论尺胀或尺缩只影响字号的胖瘦并不影响对其所标数字的识别，他还能从运动x ,x,,x轴的标尺上读出该物体运动长度也为。因此，他也会认定在系中测得的物体的静止长度、即l0 ,,,xl就是在系中的该物体的运动长度、即。可见，书本作出尺缩结论的错误就在于没有按物体运动 ,x的相对性转变认识的视角，用了劳仑兹反变换却仍然坚持是物体的静止长度，由此造成了物体静止 ,x,,长度与原静止惯性系转变成的运动惯性系不相符)。根据使用规则，就得用劳仑兹反变换来推 ,,,x,x,xt知对应物体运动长度的物体静止长度，所用条件就变为时间相同，因为物体的运动长度两 ,,端在静止惯性系的对应坐标是随时间变化的。 3 ,同理，在例二情况下:因为物体静放在运动惯性系,中，对静止惯性系来说物体才是运动的，, ,,,,在,直接测得的物体静止长度对来说就是物体的运动长度。在这明确的是静止惯性系、,,x,,x, ,是运动惯性系的前提下，就必须应用劳仑兹正变换来推知与物体运动长度对应的物体静止长度;,x,x ,,,如果要坚持在中的是物体的静止长度，那么与对应的才是物体的运动长度。在这一前提,,x,x,x ,下，,就变为静止惯性系，就变为运动惯性系。因此，就必须用劳仑兹反变换来推知对应物体静止, ,长度的运动长度。本文对上述两例给出的对劳仑兹变换的四种用法，都必然作出运动物体的长,x,x 度变长，即运动物体发生了尺胀的结论。 狭义相对论之所以能做出与(13)式相同的结论，就在于它也是把相对时钟静止的参照系作为静止惯性系，即把能直接测量时钟走时的参照系作为静止惯性系，并以此来推知运动惯性系的时间是膨胀的。正如朗道在他的场论中所说“随着一物体一同运动的钟所指示的时间，称为该物体的固有时间。”可见，对钟来说，与它保持相对静止的参照系就是静止惯性系。当然，静止惯性系的时间也就是固有时间，这与(13)式表述的含义完全一致。我们由(12)、(13)式确认了在运动惯性系中发生了时胀尺胀的结论，认识劳仑兹变换的真相就能够继续了。 我们把一根木棒静放在静止惯性系中的x轴上，直接测得静止长度为，通过劳仑兹正变换推,x, ,,,,知在运动惯性系上测得的运动长度为。由(10)、(11)式来看，之所以>(尺胀)，是因,x,x,x 1,为比[m]大了倍。但这仅仅是按劳仑兹变换给出的推测，要想认识该变换的真相我们还[m]221,v/c 得从信得过的观点出发。 根据前面给出的原则，木棒是客观的物理实在，因为它不受作用，在哪个惯性系来观测都属于认 ,识方法。因此，木棒客观的物理实在长度不会随人选取的惯性系的不同而改变。那么， ,x>,x(尺 ,,胀)，只能是两个惯性系的x轴与x轴的长度单位不同而导致了读数的不同。所以，(12)式中,x与,x ,,,的关系只能是读数关系。若设，x轴的长度单位为[m]，x轴的单位长度为，并用对应大写字母表[]m 示两轴上的读数，则有 ,,Xm[],,, , (14) ,,,XmXm[][],,,,Xm[] 1,,以此来解释(12)式，之所以,x比,x大倍，是因为x轴取小了单位而放大了读数(也可能221,v/c 是放大了单位缩小了读数) ,X22,,, (15) ,,,,Xmmvc[][]1/221/,vc 对两系的棒长读数与单位的关系，根据(12)式有 ,,Xm[]1 (16) ,,22,,,Xm[]1/,vc ,,t若在静止惯性系中某一定点x处发生一物理过程，直接测得所经历的时间为，通过劳仑兹正 ,,,,t变换推知在运动惯性系上所经历时间为。根据认识木棒是客观物理实在的同样理由，物理过程 ,,t,t经历的客观时间不会随人选取的惯性系的不同而改变。那么，>(时胀)，只能是两惯性系的时 ,,,,S,间单位不同而导致了读数的不同。设，系中的时间单位为[S]，系中的时间单位为[]。也用对应的大写字母表示两系的读数，则有 4 ,,TS[],,, , (17) ,,,,TSTS[][],,,TS[] 1,,以此来解释(13)式，之所以比大倍，是因为,系的时钟单位取小了而放大了读数(也,t,t221,v/c 可能是放大了单位缩小了读数) ,T22,,, (18) ,,,,TSSvc[][]1/221/,vc 对两系的时钟读数与单位的关系，根据(13)式有 ,,TS[]1 (19) ,,22,,,TS[]1/,vc ,,,,,,,(16)、(19)式确认了在运动惯性系中与的单位长度不相等，且、与静止惯性系中的时xxt,y、z 空单位也不相同。我们根据劳仑兹变换由光速不变原理导致的时、空单位上的错误和在数学眼光上推导的正确性得出结论:爱因斯坦给出的劳仑兹变换，在实质也只能是个物理符号下的纯数字变换。我们全用对应的大写字母表示它，就是 X,VT,,X,,221,V/C,,,Y,Y, (20) ,Z,Z,,V,T,X2,C,T,,221,V/C, 这就是劳仑兹变换的数学真相。狭义相对论作出的所有形式结论实际上都来自此式。如果我们给运动 ,,惯性系的时空加上单位，就是下式 XVT,,,,,xm,[],221/,VC,,,yYm,[], (21) ,,zZm,[],V,TX,2,C,,,tS,[],221/,VC, 从中看到，由光速不变假设逼出的劳仑兹变换在时空单位上的错误。说明爱因斯坦提出的光速所谓不 ,,,,变，在实质上是把在统一时空量度下的光速改变量转嫁给了运动参照系，以缩小x、t单位为代价换取了在数值上的补偿(爱因斯坦原设定两系时空单位相同是虚假的)。当我们恢复劳仑兹变换的统一的时空单位时，就得到了下式 ,x,x,vt,,,y,y,, (22) ,z,z,,v,,t,t,x2,c, 由于(22)式满足获得劳仑兹变换的所有条件，(22)式就是劳仑兹变换的物理真相。自然，由它作出的结 5 论才是物理的。我们把(22)式的时空关系代入爱因斯坦假设的间隔不变性方程 2222222222,,,, (23) xyzctxyzct，，,,，，, 得 v222222 xctxvtctx,,,,,()()2c2v222 (24) vtx,,02c ,,由此看到，仅当时(23)式才成立、才有。它认证了，爱因斯坦提出的三维空间的光速不变xct,xct, ,,原理因对劳仑兹变换的设定，而退化为一维空间的光速不变原理了。由于离奇而又不可(,)yyzz,, 思议的间隔不变性假设仅对一维光速不变原理成立，对非光速联系或无联系的两个事件都不成立，我们从(23)式就得不到任何与光速无关的任何结果。由此定论:一维光速不变原理也是虚假的;联系两系时空的间隔不变性是荒谬的，它只不过是为从一般角度给出劳仑兹变换贴上的膏药，虚造了一座通向广义相对论的桥梁;劳仑兹变换在实质上只是在数学形式上为光速不变原理的自圆其说;狭义相对论给出的所有结果都来自爱因斯坦人为错误的编造。我们从(22)式也能看到，它与伽利略变换仅在时间等 v式中多了一项调整一维光速不变的，由于本文否定了光速不变的假设，(22)式也就回到了伽利略x2c 变换。这也直接表明，牛顿的绝对时空观是正确的，相对论的时空观是错误的，即任何把时空联系在一起的线性、非线性变换都是荒谬的。 2 绝对时空观是正确的 所谓空间就是能被物体、物质占据、充斥的地方，它用物体不变的定长来量度。它是由物体的存在、运动揭示出来的、什么也没有的、是客观存在的; 所谓时间就是为衡量世间万事万物的存在、运动及变化快慢而引入的描述，它用物体运动的恒定间隔来量度。时间是人为引入的、不是客观存在的，由于标准的选定它自然是均匀流失的，是以描述万事万物存在、运动与变化的方法而产生的。 根据定义(注意:空间、时间与作为量度它们的可操作的尺与钟在概念上并不相同，具有理想同实用的区别，而狭义相对论却把它们混为一谈)，时空是物理的、无界的、非物质的、彼此无关的。它们来自物体的存在、运动与变化，又用于描述物体的存在、运动与变化，是有史以来就被人们用于描述物体的存在、运动与变化的工具。所谓牛顿的绝对时空观，实际上是牛顿沿用了自古以来的公理。我们所选取的任何参照系所描述的都是同一个物理时空，任何物体、物质都在同一物理空间中存在着、运动与变化着，也被确立同一空间和时间的工具所计量。时空是描述世间万事万物的两大基本要素，是认识一切现象的自然条件。它们的确立使我们认识世间万事万物都有了秩序，使物体、物质的存在、运动与变化有了量的概念。由于描述现象是我们认识现象的前提，因此时空是我们认识一切现象的不可更动的基础、标准，它们必然是绝对的，是与物体运动的相对性无关的。在认识世间万事万物的方式上，是光培养了我们都是面对所有现象进行直接认识和直接思维的，是与现象过程同步的。我们认识现象从来不考虑信号的速度，我们对现象的陈述从来也不涉及信号速度，我们观测任何事件的发生时刻也总是把信号所用的时间减去，这就是在时间概念上认识到的同时性。根据时、空的定义，在任意时刻世间万事万物都惟一的处在各自的空间位置之上、某一状态之下、某种作用之中。所谓同时性，就是对自然界乃至社会在描述它们的时空中任意时刻横断面上的一切所赋予的称呼，即同时性所指的只是时间概念上某一个时刻所对应的客观存在着的一切，它根本就没有什么相对性的涵义。可见，同时性与信号速度无关，又与以无穷大速度观测到的一切等同，它是客观的、绝对的。相对论把独立的时、空同物体运动的相对性绑在一起是错误的，是倒转乾坤。 参考文献: [1] 郭硕鸿 《电动力学》 北京:人民教育出版社，1979年2月第1版 6 [2] A.爱因斯坦著 《相对论的意义》 北京:科学出版社，1979年1月第6次印刷[3] (美)A.P.弗伦奇著 张大卫译 《狭义相对论》 北京:人民教育出版社，1979年6月第1版 [4] 柏青山 《物理学在理论上是一条错误链》 在预印本系统中 7