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围绕《论动体的电动力学》的两个要害

(2012-05-02 06:22:53)
标签:

文化

观念变革

物理学创新

杂谈

每秒钟

简介:对于爱因斯坦的《论动体的电动力学》,一百年来一直是众说纷纭、毁誉参半。经过近20年的认真探求,最后的结论是,实际上争论的要害就围绕着两个问题:

一是“时间和时钟”,一是《论动体的电动力学》究竟属不属于“惯性系理论”。

去年8月收到中国科协对我一年前寄去文章的复函,告知“一个有价值的科学理论体系是可被证伪的”,要我用实验证明。我把皮球踢给了中科院院长白春礼,“期望中科院能够用实验证明中国科协的结论究竟正确与否”;回答说要我把文章发到中科院网上一个地方,那里有专家组专门评审。

我相继发去十多篇,后来陆续以正式刊物退稿的程序,找一点“理由”予以退稿;元月5日告知:“两篇文章专家正在评阅中”。迄今已经4个月,尚没有消息;我心里非常清楚:我的结论“专家组”不敢肯定,因为是反传统的;也没有办法否定,因为找不出错误。但是,我相信最终他们必须给出回答,因为这个问题牵涉到白春礼。

现在就把他们4个月“评阅”无果的“时间和时钟”发表,以就教于方家。

 

 

 

 

自从爱因斯坦的《论动体的电动力学》问世以来,围绕着“时间”的争论百余年来都未停止过,迄今都没有一种能够被广泛接受的见解。

原因虽说是多方面的,但是对“时间”和“时钟”缺乏必要而严格的甄别,不能说不是一个非常重要的因素。

【1】. 何谓“时间”?

答曰:哲学的时间是一个术语,物理学的时间T是一把标尺

在日常用语和书面语言中,通常所谓的时间,是用于记录一个或比较两个事件过程长短的术语;如果用于指称事件的开始或终结,严格地讲应该用“时刻”而不用时间这个术语。

物理学量纲式中的时间T,指的是度量“过程”长短的标尺,计量单位是。它的全称应该是时间间隔(即秒长)T,简称时间T

传统都说物理学又叫自然哲学,实际上这样讲并不恰当。自从牛顿“用数学原理取代思辨原理”之后,物理学就已经跟自然哲学分道扬镳了。

物理学是以度量为基础、用数学描述自然规律为手段的一门新兴学科。

对于量纲式中的M、L、T,学界所关注的就只能是它们的单位该如何确定,根本就不能使用“是什么”予以提问;而需要回答“是什么”这种问题的,就只能是哲学家,实际上跟物理学根本就不相干。

诺贝尔物理奖得主劳克林说:“未来的理论物理学应该说明时间和空间是什么”。这话本身就存在着将物理学和哲学混为一谈的诟病。

在经典物理学理论中,通用的时间t跟量纲式中的时间T是呈倒数关系的;因为物理学家们都谙熟于心的时间t,指的是从事件开始到终结“钟”上所记录的数据—— tT呈倒数关系,是笔者第一个指出来的、长期存在于物理学理论中的“陷阱”。而今的不少困惑就产生于二者被混为一谈。

《伯克利物理教程》中对“膨胀”的定义是:“从通常意义上讲,‘膨胀’这个词的意思是指大过正常尺度。联系到时钟时,它指的是时间间隔加长”。

讲得具体一点就是,所谓的“时间膨胀”,指的就是钟摆完成一次全振动的周期T将会“加长”,钟在一定的时间间隔内(比如一昼夜)所记录的“时间数值t”就必然会变小;这个定义跟关于“时间膨胀”的说法,从表面上看并不矛盾。

但是,依据《伯克利物理教程》定义中的“大过正常尺度”和“时间间隔加长”,从t’=t 围绕《论动体的电动力学》的两个要害 得出的“时间膨胀”并不能成立;因为上式中的t’,很明显是随着速度增大而“变小”,并不符合“大过正常尺度”的条件。

很显然,在该式的背后还隐藏着一个与t呈倒数关系的物理量!

《伯克利物理教程》中出现的这种不自洽,就来自于将t、T混为一谈。

小结:要想消除围绕着所谓“时间”的困惑,首先就必须严格区分时间、时间t、时间T三者的本质差异。

【2】.“时钟”是用于记录“过程”之长短的工具。

追溯人类关于时间观念形成的历史,最初肯定和日出日没的周期性循环直接相关,而后逐渐拓展到与月圆月缺、春夏秋冬周期性循环相关联的、使用日-月-年表述的、在经验基础上逐渐定型的时间观念。

据此不难判定,人类最初的时间观念都总是和周期相关联的,亘古至今概莫能外的年、月、日者是也—— 度量过程之长短使用的标尺自古就是周期。

物理学所使用的时钟,同样是以周期T为单位在度量事件的过程。

依据单摆公式围绕《论动体的电动力学》的两个要害 可知,周期T是一个由空间中自然场强度g所决定的物理量;故而,时间间隔T是一个具有绝对性的、表示物理客体之属性的概念(可以认为是g的直接显示)。

计量时间间隔T的单位——秒长,是一个与周期相关的物理量。比如我们可以把单摆振动的一个周期人为地“规定”为1秒,用来记录时间的数值。

历史上对秒长的“定义”,曾经发生过以地球自转周期为准的“世界时”﹑以地球公转周期为准的“历书时”﹑以铯原子辐射周期为准的“原子时”三次重大变革;但是,即使如此每隔三、两年少不了还需要来一次“闰秒”,足以证明人为义定的秒长,就只具有相对性

只是一种用于记录时间数据的仪器;如果它的周期变大,记录的数据就必然会变小,反之亦然。依据单摆公式可知,钟的周期是一个随g而变的物理量;而g是一个变量,并不是中学《物理》教材中常用的恒量g=9.8m/s2,故而钟在不同的高度所记录的时间数值t(秒数),就都不会相同—— 即钟用于记录数据总具有被动性

小结:从测量工具、标尺长度和物理作用机制三个方面考察,围绕“时间和时钟”存在着——  客观存在的决定仪器周期的绝对性,人为规定度量标尺(即秒长)的相对性,仪器记录数据时的被动性;只有彻底明确了这“三性”的整体有机关系,才有可能准确把握“时间和时钟”的辩证关系。

【3】.  围绕“时间”和“时钟”,长期以来存在着一个“盲区”。

传统认为:只要有精确的定义,有足够精良的仪器,就可以准确测出所需精度的物理量值。

几百年来,“钟”却一直都在“藐视”这种传统。因为“钟”的周期T是一个随着g而变的值,即同一台钟随着所在位置的gR不同,或者是所处参考系的速度V不同,它的周期都没有统一确定的值

经典物理学依据的伽利略变换t’=t,前提条件是把g看做一个恒量;这种知识只具有实用性而不具有真理性,只能属于经验知识的范畴。

《论动体的电动力学》揭示出,不同参考系中“同样的钟读数不必要一致”(霍金语),却属于实现了对经验超越的理性知识,具备着真理性

传统所谓的时间“膨胀”或“收缩”,其实质是:在空间中gR不同的位置,或者是速度不同的参考系中,用于度量过程之长短的“标尺”都不相同;若从事件本身去考察,“过程”的长短完全一样,钟所记录的数据却不能一致—— 就是“钟”的这种随遇而“变”的不“坚贞”性,导致了长达一个世纪关于同时性的“绝对性”还是“相对性”之争。

小结

1. 依据伽利略变换的t’=t,传统认为所有参考系的“钟读数一致”是天经地义的“真理”,却忘记了其前提条件是“钟的结构不同”;《论动体的电动力学》揭示出“使用同样的钟”,在不同参考系中,允许“钟的读数不一致”—— 实质上这两种观念并无差别。

2. 由于钟的周期T在不同参考系中并非是一个确定不变的值,从而就带来了自然界客观存在的“同时性”都是“相对的”结果;而人类为了协调社会群体活动的客观需求,所必需的“同时性”却应该是“绝对的”—— 长期以来由于人们一直把伽利略~牛顿体系看作“真理”,因为这种理论能够跟经验相吻合,故而我们就称其为经验知识;只有《论动体的电动力学》所揭示出来的,才是存在于自然界的真正的客观规律,当属于理性知识的范畴。

要想实现对“时间”认知上的根本性突破,最迫切的任务即是:

必须尽快实现从“经验”向“理性”升华!

最后,需要进一步确认一下物理学量纲式中的M、L、T指的究竟是什么。

在第一部分已经指出,量纲式中的M、L、T是用于度量的标尺,其单位分别是kg、m、s;M、L、T根本就不用于指代物理客体本身。

但是,免不了还会有人要问:由之所度量的“对象”究竟是什么?

如果我们把物理学研究的对象称为“物理事件”,不再使用牛顿定义的那个“质点”,就可以非常清楚地意识到,任何一个“物理事件”都必须具备3个基本要素:参与的对象、事件涉及的范围、事件过程的长短。

仅此而已,我们就可以回答说:M用于计量“对象”的之多少,L用于计量“事件”所涉及范围的大小,T用于计量“事件”过程之长短。

物质、空间、时间这三个概念,在物理学理论中根本就没有意义;尤其是时间,本文已经用“过程”把它彻底取代了。

小结:物理学量纲式中的M、L、T,就是用于计量上述3种要素的标尺

 

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