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第二十一回   狭义相对论的基础问题

(2008-01-02 14:57:15)
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杂谈

 

第二十一回   狭义相对论的基础问题

   “ 花落银缸午夜深,手书细字苦推寻。不知异日灯窗下,还有人能识此心?”

    花甲之年,重病缠身。半身不遂,只手打字。这是为了什么啊?只是为了异日灯窗下,有人识我心!

    什么?什么?重病缠身,半身不遂?导游,都有什么病啊?

    脑血栓、高血压、糖尿病、胆结石和脂肪肝。前几年中了风,右半边身子有些瘫痪。只能用一只手打字,速度特慢。

    难怪你走路有点跛呢!

    诸位,我们今天要去探讨一下狭义相对论的基础问题。尽管相对论大厦里繁花似锦,可我没敢踏上半步。就好象50层的相对论大厦,我连第一层也不曾进。这是为什么呢?怕它倒塌下把我压住呀!因为狭义相对论的力学基础有很大的问题,狭义相对论是建筑在相对性原理和光速不变原理之上,而这两条原理又是相互矛盾的,对狭义相对论的基础问题,不妨作进一步的分析。

一、狭义相对论是建立在两个矛盾的假设之上。

爱因斯坦在狭义相对论中有两个假设:

   1、在所有的相互作匀速直线运动的坐标系中,自然定律都是相同的。

2、在所有的相互作匀速直线运动的坐标系中,光在真空中的速度都有是相同的。

狭义相对论的这两个假设是相互矛盾的。

运动的相对性和光速为常数这两个假设是相互矛盾的。第一个假设说,所有匀速运动都是相对的;第二个假设说,光的运动例外,它是绝对的。所以爱因斯坦的挚友,物理学家埃伦菲斯特(P。Ehrenfest)指出,还隐蔽着第三个假设,即前两个假是不矛盾的。

这样一个“此地无银三百两”的表明,恰恰证明了这两个假设的尖锐的矛盾。

于是,整个狭义相对论可以这样形容它:狭义相对论不是彻底的相对论,它不过是半相对论半绝对论,它是由相对和绝对杂交而形成的怪胎。

二、时空效应违背牛顿第二定律

      狭义相对论中有一种时空效应的说法,也就是说,随着尺子作匀速运动速度的增加,尺子的长度会缩短。这种效应也就是“尺缩”了。尺子的长度与其速度之间存在一种非线性关系。 从某种意义上说,“尺子”已经不是固定的,随某匀速运动速度的增加,尺子的长度会自动缩短。

    尺子的长短变化是一种物理状态的变化,物理状态的变化必然有物理原因。简单地说,尺缩一定会受到力的作用。

假设尺子作匀加速运动,此时尺子受到一个向前的力。作匀加速运动的尺子也会产生尺缩。按照狭义相对论中的尺缩公式,尺缩是不匀均的,因此,取尺子作研究对象,尺缩实际上是一种运动,也有一个加速度。因为尺子是有质量的,根据牛顿第二定律,尺子一仅受到一个向前力的作用。

而所谓的尺缩,整个尺子缩短是匀均的,因此尺子的缩短就象一个弹簧受压缩短一样。由此不难得到作尺子匀加速运动尺子就会受到一个压力。这与此时尺子仅受到一个向前的力是矛盾的。因为向前的力不可能是压力。

    这个压力是谁施给的呢?不知道!只能这样解释:产生尺缩的力并不存在,因此,时空效应是违背牛顿第二定律的。这一压力的不存在,时空效应也是不存在的。时空效应不是物理效应,不过是一种纯数学效应。

    仔细分析起来是非常搞笑的。首先,由于惯性系的运动是相对的,所有的惯性系都会收缩,那么惯性系的速度是由谁来测量的呢?用什么样的仪器?谁制造的?放在什么地方?这种运动的感知又是由谁来传递的呢?传递的速度又是多少?

    只要一个惯性系运动起来,所有的惯性系都会尺缩。而且全宇宙的每一粒沙子,每一个分子、原子、电子都要尺缩,这样一个无穷大的信息量能实现吗? 

但是我们完全可以把这一原因归于精明无比的上帝。如果一个系统的速度一旦变生了变化,上帝立刻就知道变化了多少,他会马上把全宇宙中物体的尺寸按一个固定的比例变短,同时把时钟也同步调慢。

三、光速不变原理是错误的。

    爱因斯坦在谈到狭义相对论的创建过程时说:“我坚信麦克斯韦和洛仑兹的电动力学方程是正确的,此外,如果假定这些方程对运动物体参考系也成立,就会导致光速不变性观念的产生。但是这一观念将与力学中的速度相加原理相抵触。为什么这两种观念相互矛盾呢?我感到这一难题相当不好解决。我整整花了一年时间,试图仿照洛仑兹的设想来解决这个问题,但是徒劳无益。……忽然我领悟到了这个问题的症结所在。这个问题的答案来自于对时间概念的分析。不可能绝对地确定时间,在时间与信号速度之间有着不可分割的联系。利用这一新概念,我彻底解决了这个难题。”

    但是从麦克斯韦方程组能够推导出光的波动方程。也就是说光是一种波。波是不服从伽利略相对性原理的,也就是不服从力学中的速度相加原理。例如虽然在密封的运动的火车厢里,声波符合速度相加原理,但在火车的顶棚上发生的声波显然不符合速度相加原理。

    机械波方程在伽利略变换下也不是不变式,不过这并不成问题,因为对于机械波,明显存在一个优先的参考系,即相对于介质静止的参考系。那么对于电磁波,这个优先的参考系又是什么呢?它就是以太静止参考系。从光行差现象中地球在以太中穿行的速度是地球的公转速度来看,以太静止参考系就是太阳参考系。

    麦克斯韦和洛仑兹的电动力学方程只对以太静止参考系是正确的,对运动物体参考系不成立,光速不变原理当然就是错误的。

    所以爱因斯坦认为这个问题的答案来自于对时间概念的分析也是不对的。

这就是狭义相对论的基础问题。

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