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相对论的谬误

(2013-02-18 15:39:21)

相对论的谬误

 

作者:李云峰

 

摘要:光速不变原理是错误的,相对论是建立在错误假设基础上的理论。相对论只有在物体低速运动的情况下才是近似正确的,在物体高速运动的情况下则是完全错误的。光速是可变的。根据光速可变原理,可以正确的解释光线弯曲、引力红移等现象。

关健词:相对论 光速不变 光速可变 光线弯曲  引力红移

 

一、光速不变原理是错误的

狭义相对论是建立在相对性原理和光速不变原理两个基本假设之上的理论。

然而,作为两个基本假设之一的光速不变原理却是错误的。


1、测定光速的天文学方法依据的是光速迭加法则 
早在1676年丹麦天文学家罗默首先测量了光速。由于任何周期性的变化过程都可当作时钟,他成功地找到了离观察者非常遥远而相当准确的时钟。罗默在观察时所用的是木星每隔一定周期所出现的一次卫星蚀。他在观察时注意到:连续两次卫星蚀相隔的时间,当地球背离木星运动时,要比地球迎向木星运动时要长一些。他用光的传播速度是有限的来解释这个现象。光从木星发出(实际上是木星的卫星发出),当地球离开木星运动时,光必须追上地球,因而从地面上观察木星的两次卫星蚀相隔的时间,要比实际相隔的时间长一些;当地球迎向木星运动时,这个时间就短一些。为了取得可靠的结果,当时的观察曾在整年中连续地进行。罗默通过观察从卫星蚀的时间变化和地球轨道直径求出了光速。
罗默在观察时注意到:连续两次卫星蚀相隔的时间,当地球背离木星运动时,要比地球迎向木星运动时要长一些。这说明光速与光源(或观测者)的运动是有关的,光速是可变的,是符合速度迭加法则的。 

事实上,测定光速的天文学方法依据的正是光速迭加法则。

 
    2、测定光速的大地测量方法和实验室方法测量的均为固定光源的光速。
    测定光速的大地测量方法:
    物理学发展史上,最早提出测量光速的是意大利物理学家伽利略。1607年在他的实验中,让相距甚远的两个观察者,各执一盏能遮闭的灯,观察者A打开灯光,经过一定时间后,光到达观察者BB立即打开自己的灯光,过了某一时间后,此信号回到A,于是A可以记下从他自己开灯的一瞬间,到信号从B返回到A的一瞬间所经过的时间间隔t。若两观察者的距离为S,则光的速度为c=2s/t 
      美国的迈克尔逊把斐索的旋转齿轮法和傅科的旋转镜法结合起来,创造了旋转棱镜法装置。从1879年至1926年,迈克耳逊曾前后从事光速的测量工作近五十年,在这方面付出了极大的劳动。1926年他的最后一个光速测定值为 

  c=299796km/s

  这是当时最精确的测定值,很快成为当时光速的公认值。 
    测定光速的实验室方法:  
    1950年埃森最先采用测定微波波长和频率的方法来确定光速。在他的实验中,将微波输入到圆柱形的谐振腔中,当微波波长和谐振腔的几何尺寸匹配时,谐振腔的圆周长πD和波长之比有如下的关系:πD=2.404825λ,因此可以通过谐振腔直径的测定来确定波长,而直径则用干涉法测量;频率用逐级差频法测定.测量精度达10-7。在埃森的实验中,所用微波的波长为10厘米,所得光速的结果为299792.5±1km/s

由上述可知:不论是测定光速的大地测量方法,还是测定光速的实验室方法,测量的均为固定光源(相对于观测者)的光速。事实上,历史上人们从来就没有测量过运动光源(相对于观测者)的光速!既然测量的均为固定光源的光速,怎么可能测量出光速的变化值呢?又怎么能够证明光速不变呢?[1]

 

3、迈克尔逊——莫雷干涉实验不能证明光速是不变的

迈克尔逊莫雷实验被认为是证明光速不变原理的重要证据。但是,迈克尔逊——莫雷干涉实验并不能证明光速是不变的。

在迈克尔逊——莫雷干涉实验里,光从光源S射出,仪器装置光源S、玻璃M、平面镜M1M2和镜筒T等都固定在地球上(如图1)。[2]

 

相对论的谬误

 

1

从光源S发出的两束光,它们的路径是不同的。由于光对于光源S沿各个方向速度数值相等,都等于c。因此它们最后到达镜筒T的时间就有先有后,这样它们就会产生干涉现象。在使仪器装置旋转90°的前后,两束光进入镜筒T的时间差tt′是一样的。因此,在实验里观察到的干涉花纹形状不会改变。

迈克尔逊——莫雷干涉实验证明了以太是不存在的和光相对于光源的速度是不变的,但不能证明光相对于观测者的速度与光源的运动无关。因为在实验中,光源S相对于观测者(镜筒T)根本就没有发生运动。所以,迈克尔逊——莫雷干涉实验不能证明光相对于观测者的速度与光源的运动无关,即不能证明光速是不变的。

 

4、光速不变原理缺乏理论依据

光速不变原理的所谓理论基础是麦克斯韦方程组。爱因斯坦认为,光速既然可以从麦克斯韦方程组推导出来,它对于所有惯性系都应该具有相同的形式,也就是说,光速是不变的。

根据麦克斯韦电磁理论,电磁波在真空中的的速度为

vc1/(ε0μ01/2=1/(8.9×10-12×4π×10-71/2≈3.0×108米/秒。[3]

但是,光速只是从麦克斯韦方程组推算出来的一个结果,并不是一个物理定律。虽然在不同的惯性系可以推算出同一结果,但是这个结果只是相对于它所在的惯性系才是成立的,相对于别的不同的惯性系是不成立的。例如我们可以根据有关参数计算出飞机上发射的导弹速度,但是这个速度只是相对于它所在的飞机才是成立的,相对于别的不同的飞机是不成立的。在这里,物理定律(计算公式)相对于不同的惯性系是相同的,但是,计算出来的结果相对于不同的惯性系却是不同的。爱因斯坦把物理定律和由物理定律计算出来的结果混为一谈,这显然是错误的。因此,光速不变原理的所谓理论基础是不存在的。

综上所述,爱因斯坦关于光速不变的假设是缺乏科学根据的,也是不正确的。由于历史上受科学观测和测量水平的限制,人们不能准确的测量光速的变化。在这种情况下,爱因斯坦提出了光速不变假设,并在此基础上建立了狭义相对论和广义相对论。显然,这种在错误的假设基础上建立起来的理论是完全错误的。

 

二、所谓的相对论效应

1长度收缩效应:

物体的长度就是在一惯性系中“同时”得到的两个端点的坐标值的差。

狭义相对论导出了不同惯性系之间长度量度的关系式:

L = L01v2c21/2

式中c为真空中的光速。

上式说明:在物体长度方向上,运动的物体比静止的物体长度小;当速度接近光速时,物体就缩成一个点。这就是所谓的长度收缩效应。

现在,我们可以来做一个假想实验:

假想有一个航天员,在环绕地球轨道的空间站上沿不同的方向翻跟斗。根据相对论长度收缩效应,当航天员的身体朝向空间站飞行方向时,航天员的身体会缩短;当航天员的身体与空间站飞行方向垂直时,航天员的身体则不会缩短。那么,当航天员在空间站上沿不同的方向翻跟斗时,他的身体将一会儿缩短,一会儿伸长,这样的话,航天员岂不是非常难受、痛苦万分!

如今,已经有不少航天员在空间站上翻过各式各样的跟斗,可是都没有出现过上述的状况。这足以证明相对论的所谓长度收缩效应是不存在的。

关于长度收缩效应,迄今为止,还没有任何一个观察现象或实验能够证明它的存在。

 

2时间延缓效应

根据相对性原理,惯性系是等价的。因此,在不同的惯性系中,存在统一的时间,这称为同时性。而根据狭义相对论,在不同的惯性系中,没有统一的时间,也就是两个事件(时空点)在一个惯性系内同时,在另一个惯性系内就可能不同时,这称为同时的相对性。

狭义相对论导出了不同惯性系之间的时间进度关系式:

T = T01v2c2-1/2

式中c为真空中的光速。

从上式可以发现:运动的惯性系时间进度慢。这就是所谓的时间延缓效应我们可以通俗的理解为,运动的钟比静止的钟走得慢,而且,运动速度越快,钟走的越慢,接近光速时,钟就几乎停止了。

相对论的拥护者声称,时间延缓”效应已经在高能物理实验中得到了验证。

例如所谓高速μ子寿命延长的实验:[4]

来自外层空间的宇宙线内,有许多高速μ子。1963年的一次实验中,人们在海拔1910米高的山顶上,检测到速度为0.9950c~0.9954cμ-子数目,为每小时563±10个。然后在海拔3米高的地方,检测到相同速度的μ-子数目为每小时408±9个。而根据山顶上μ-子数目及其固有寿命计算,在海拔3米高的地方检测到的μ-子数目,应该是35个左右。
   
这表明:高速μ的半衰期增长了,或者说,高速μ寿命比其固有寿命延长了。

相对论据此得出结论:高速μ子衰变实验,不仅在定性上而且在定量上,都证明了相对论的时间延缓效应。

其实,这个高速μ子衰变实验,不管是实验过程还是结论都是存在问题的。

这个实验先是在在海拔1910米高的山顶上,检测高速μ-子数目,然后在海拔3米高的地方,检测高速μ-子数目。由此可知,实验并不是在同一地点、同一时间进行的。来自外层空间的高速μ在不同地点、不同时间是否都是一样多?这是有疑问的。

相对论把高速μ的半衰期增长即固有寿命延长说成是相对论的时间延缓效应是错误的。寿命延长和时间延缓是不能混淆的两个不同概念。例如,一个人明明是他的寿命比另一个人长,你硬要说是他比另一个人的时间延缓。这不是谬论吗?

天文学家万·弗兰顿曾经在美国海军实验室工作,主要从事全球定位系统的顾问工作。他曾经表示发现了一个肮脏的秘密:按照爱因斯坦的理论,运动物体产生“时间延缓效应,因此,全球定位系统卫星上的时间需要不停地调整,才能与地球上的使用者同步。但实际情况并非如此,全球定位系统程序人员不需要相对论。他说:“他们已从根本上放弃了爱因斯坦。”

中国科学院院士、原中国工程院院长宋健说过:“关于GPS 能否检验收缩因子的存在这个问题,至今使研制GPS 的人头痛。”“现在的航天技术,无论是火箭推力或轨道计算与实验,均以牛顿力学为基础。”“航天技术已开始放弃爱因斯坦狭义相对论技术基础”。[5]

实际上,包括长度收缩和时间延缓在内的所谓相对论效应是不存在的。

相对论效应是由于爱因斯坦错误的假定了光速不变并引入洛仑兹变换而得到的错误的数学推论。然而,这些错误的数学推论,是没有任何物理意义的。

相对论效应虽然与光速变化在数学上是等价的,但在物理意义上是有本质区别的:光速变化是真实的客观存在;而相对论效应只是一种数学上的等价效应,并不是真实的客观存在。也就是说,所谓的相对论效应是不可能存在的。这就好象说一个小孩长不高,当小孩长高以后,就说测量的尺子缩短了。这是多么荒谬的理论!

 

三、在物体低速运动的情况下,相对论是近似正确的;在物体高速运动的情况下,相对论则是完全错误的。

从根本上来说,相对论是错误的。但是,在实际观测计算中,光源的运动(相对于观测者)速度一般都远小于光速(例如地球卫星的速度在第一宇宙速度v=7.9km/s和第二宇宙速度v=11.2km/s之间,不到光速的万分之一)。因此,在光源的运动速度可以忽略(也就是光速的变化值可以忽略)的情况下,相对论的计算结果是近似正确的。这也是为什么在物体低速运动的情况下,洛仑兹变换可以转化为伽利略变换、相对论运动方程可以转化为牛顿运动方程的原因。

在物体高速运动的情况下,也就是在光源的速度与光速可以比较、光源的速度不能被忽略(光速的变化值不能忽略)的情况下,相对论的谬误是显而易见的。所谓的相对论效应虽然与光速变化在数学上是等价的,但在物理意义上是有本质区别的:光速的变化是真实的客观存在;而所谓的相对论效应只是一种数学上的等价效应,并不是真实的客观存在。

所以,在物体低速运动的情况下,相对论的计算是近似正确的;在物体高速运动的情况下,相对论则是完全错误的。

 

光行差现象说明了什么?

假设我们在地球上观察一个距离很远的、与地球轨道平面垂直的恒星。本来望远镜镜筒应当平行于星光放置,也就是垂直于轨道平面放置,才能正好看到恒星。可是由于地球在轨道上运动,实际上这望远镜必须朝地球运动方向倾斜一个角度放置,才能看到这个恒星,这个角度大约和垂直线成

20.5″这就是光行差现象。

设地球的轨道速度为v,光相对于地球轨道平面的速度为c由于地球在赤道上的自转线速度为 465米/秒,而地球公转(轨道)速度为3×104米/秒,因此地球自转速度可以忽略不计。

当地球以速度v运动时,光在水平方向上相对于地球以-v运动,光相对于地球的合速度为 c′cc′的夹角即为望远镜的倾角θ(如图2)。

 

 相对论的谬误

2

tanθ=vc

v用地球的轨道速度代入,

tanθ=vc≈3×1043×108≈10-4

θ≈20.5″

这和实际观察结果相同。

以上的计算结果说明:在光行差现象中,光速是符合速度迭加法则的,也就是说,光速是可变的!

 

我们再来看相对论对光行差现象的解释:

S系与太阳相连,S′系与地球相连。对于S系的O来说,光沿Y轴平行射来,光速为cS′系的O′对于O沿OX方向运动,O′X′OX平行,O′Y′OY平行(如图3)

 

 相对论的谬误

 

  3

 

根据洛仑兹变换式,

x′=vt′

y′=c1v2c21/2t′

tanθ= x′y′= vc1v2c21/2

v << c的情况下,

tanθ=vc≈3×1043×108≈10-4

θ≈20.5″

这和实际观察结果相同。

由此可见,相对论的计算结果只有在相对论因子γ=(1v2c2-1/21(即v << c)时,才和实际观察结果相同。当v可以与 c比拟不能忽略时,也就是γ=(1v2c2-1/21时,计算结果就会出现误差,v越大,误差就越大。

因此,洛仑兹变换式:

x′γxvt),

y′y

z′z

t′γtvxc2)。

[式中γ=(1v2c2-1/2c为真空中的光速。]

只有在相对论因子γ1(即v << c时,也就是在物体低速运动的情况下,才是近似正确的;在物体高速运动的情况下,则是完全错误的。

光行差现象不但证明了光速符合速度迭加法则,即光速是可变的;同时还证明了相对论只有在物体低速运动的情况下才是近似正确的;在物体高速运动的情况下,则是完全错误的。

相对论认为:牛顿力学是在物体低速运动情况下的近似。其实,恰恰相反,相对论只有在物体低速运动的情况下才是近似正确的;在物体高速运动的情况下,则是完全错误的。

 

、光线弯曲现象

光线弯曲现象被认为是证明相对论正确的证据之一。

实际上,早在1704年,牛顿就提出了太阳可能会使光线发生弯曲的预言1804年,德国人索德纳根据牛顿力学计算出光线经过太阳边缘时会发生0.875角秒的偏折。1911年,爱因斯坦根据广义相对论计算出日食时太阳边缘的星光将会偏折0.87角秒。1915年,爱因斯坦把太阳边缘星光的偏折度修正为1.74角秒。

一战结束以后,英国政府派出两支观测队于1919529日发生日全食时,进行检验光线弯曲的观测。 1919116英国人宣布光线按照爱因斯坦所预言的方式发生偏折。

但是,两支观测队归算出来的最后结果受到后来研究人员的怀疑。因为在检验光线弯曲这样一个复杂的观测中,导致最后结果产生误差的因素很多。其中一个重要的因素是温度的变化,温度变化会导致大气扰动的模型发生变化、望远镜聚焦系统发生变化、照相底片的尺寸因热胀冷缩发生变化,这些变化导致最后测算结果的系统误差大大增加。

  还有一个重要因素是底片的成像质量。19197月,在索布拉尔一共拍摄了26张比较底片,其中19张由格林尼治皇家天文台的天体照相仪拍摄。另一架4英寸的望远镜拍摄了7张成像质量较好的底片。按照前19张底片归算出来的光线偏折值是0.93″ 按照后7张底片归算出来的光线偏折值却远远大于爱因斯坦的预言值。最后公布的值是所有26张底片的平均值,只不过前19张底片的加权值取得较小。1929年,德国的研究人员对英国人的观测结果进行验算后发现,如果去掉其中一颗恒星,譬如成像不好的恒星,会大大改变最后结果。 [6]

由此可见,所谓日全食观测结果已经证实了广义相对论的预言,显然是牵强附会的。

 

、哈勃定律的谬误

1929年,E.P.哈勃发现河外星系视向退行速度v与距离d成正比,即:

 vHd

这就是哈勃定律,式中 H 为哈勃常数。

根据哈勃定律,只要测出星系谱线的红移量,再算出退行速度,便可算出该星系的距离。

哈勃定律揭示宇宙在不断膨胀。这种膨胀是一种全空间

的均匀膨胀:从任何一个星系来看,一切星系都以它为中心向四面散开,越远的星系间彼此散开的速度越大。

哈勃定律把星系的退行速度作为产生星系谱线红移的唯一原因,这是错误的。
    其实,产生星系谱线的红移存在二个方面的原因:

1)、星系的退行运动

当光源以速度v离开观察者时,光速c改变为

c′=cv

因为前后两个相邻的波列的的速度是相同的(同为c′),因此,到达观察者那里的前后两个相邻的波列的距离,也就是光的波长λ是不变的。所以,光的频率f会发生改变:

f′=c′/λ=cv/λ
   
2)、引力红移。

光处在引力场中,它会受到引力的作用。引力使光产生一个加速度,从而使光的速度改变(增大或减小)。由于光源发出的光受到加速(或减速)的初始时刻不同:先发出的光先得到加速(或减速),后发出的光迟得到加速(或减速)。因此,光源先后发出的光在引力场中的速度是不同的(当然最后到达相同地点时的速度是相同的),由于光在引力场中的速度差,导致下一个波峰与上一个波峰的距离被拉大(或缩小),也就是光的波长增大(或减小),从而产生引力红移(或紫移)现象。

因此,哈勃定律中把星系的退行速度作为星系谱线红移的唯一原因,并根据星系谱线的红移量,换算出星系的退行速度和该星系的距离,显然是错误的。由哈勃定律所揭示的所谓宇宙不断膨胀的现象也是一种谬误。

 

六、荒谬的宇宙大爆炸理论

爱因斯坦分别于1905年和1915年建立了狭义相对论和广义相对论。爱因斯坦建立相对论以后,人们发现相对论场方程式所得出的解(所谓真正球面对称的准确解——史瓦兹解)是一个膨胀中的宇宙。爱因斯坦当时也不相信宇宙会膨胀,所以他便在场方程式中加入了一个宇宙常数。但是,1929年,美国天文学家爱德温·哈勃的实验发现宇宙似乎正处在膨胀之中,这个结果使得爱因斯坦又放弃了宇宙常数,并宣称这是他一生中最大的错误。
  1932,比利时天体物理学家、宇宙学家和牧师勒梅特首次提出了现代宇宙大爆炸理论:整个宇宙最初聚集在一个原始原子中,后来发生了大爆炸,碎片向四面八方散开,形成了我们的宇宙。美籍俄国天体物理学家伽莫夫第一次将广义相对论融入到宇宙理论中,提出了热大爆炸宇宙学模型:宇宙开始于一个高温、高密度和无穷小的奇点,最初的温度超过几十亿度,随着温度的急剧下降,宇宙开始膨胀。
   
根据数学上极限的概念,无穷小的极限是零。这就是说,今天我们所认识的宇宙在过去是一个零!零即是无,怎么可以无中生有呢?数学上的一个零怎么可能成为今天的宇宙呢

在化学反应中,参加反应前各物质的质量总和等于反应后生成各物质的质量总和。这个规律叫做质量守恒定律,也叫做物质不灭定律。它是自然界普遍存在的基本定律之一。很显然,宇宙大爆炸理论违反了物质不灭定律。   

相对论和宇宙大爆炸理论为什么会有如此荒谬的结论呢?这是因为相对论是一种错误的理论!相对论的谬误就在于错误的假定了光速不变。

参考文献

 [1]光速.百度百科. http://baike.baidu.com/view/18638.htm.

[2]陈义成主编:《电动力学》第161页,科学出版社出版,20078

 

 [3]陈鹏万编:《电磁学》第292-293页,人民教育出版社出版,19783

[4]倪光炯、李洪芳:《近代物理》第5456页,上海科学技术出版社出版,19798月。

[5] 宋健著:《航天纵横——航天对基础科学的拉动》,高等教育出版社20073月出版。

    [6] 光线弯曲.百度百科. http://baike.baidu.com/view/1338717.htm.

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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