百年相对论（二十）

作者：刘文旺

相对论存在的问题很多，他自身就存在很多的矛盾。我们知道，在机械波中存在多普勒效应。这是多普勒发现的，一次他在经过火车站时，在交叉路口等待火车经过的时候，发现，火车在迎面来的时候预备离我们离开的时候，不但存在声音响度的变化，还存在音调的变化。后来这一现象被编入教材中，被称为多普勒效应。在这一过程中，实际上是由于我们相对于声波的运动，或者声源相对于我们运动，这时在单位时间内穿过我们耳膜的声波的波峰与波谷的数量就会发生变化，从而出现音调的变化。

但是，在相对论中由于光速与不同的观测者的运动，或者广元的运动速度不变——光速不变现象。这是由M-M实验得到的。因此，无论我们相对于光源运动，或者光源相对于我们的运动。都不会出现单位时间内穿过我们眼睛的光波的波峰与波谷的数量，因此，不会发生光的颜色的变化。

那么，光的多普勒效应是怎样产生的那？

光的多普勒效应是由运动造成的钟慢现象产生的，但是这会产生很多的矛盾。我们在后面会有详细的诠释。

相对论自身矛盾（续）

在光的反射现象中的矛盾问题

我们知道，在一个容器中，放着某一温度的气体，在其右面放置一个反射镜，把其右侧产生的辐射反射到左边来。由我们的常识可知，从其左边发出的光与从其右边发出的光是一样的。一个观测者从其右边向其高速运动。在这个观测者看来，这一气体高速向其运动，则其右边发出的光应该发生多普勒紫移，而其左边发出的光应该发生多普勒红移。因此，其见到的该气体面向其一侧发出的光与反射镜反射出来的光不同。但另一方面，我们知道，该气体的左右发出的光是一样的，镜反射后不会发生频率的变化。在观测者看来，应该发生同样的多普勒紫移。这个矛盾应该怎样解释？

相对论多普勒效应问题

在相对论中，由于光子相对于一切观测者拥有不变的运动速度，而且，光子频率的变化不满足经典意义下的多普勒效应公式。因此，光子的多普勒效应,只能用运动的时间的变化来计算，当光源以速度v相对于观测者迎面而来时，有ν₁=ν[（1+v/c）/（1-v/c）]^1/2（1）；当光源以速度v相对于观测者相背而去时有ν₂=ν[（1-v/c）/（1+v/c）]^1/2（2）、原子的发光实际上是原子中运动的电子发光，而原子中轨道电子的运动速度，有的可接近光速的1/3 ，在原子发光时电子相对于我们而来,把v=c/3代入（1）式得：ν₁=1.414ν；而在原子吸收光子时，原子中的电子相对于我们而去，把v=c/3代入（2）式得：ν₂=0.707ν，通过如上的简单计算可知，如果相对论的多普勒效应公式是成立的，且量子理论也是成立的，则上面简单的计算可得，我们得到的光子能量应是原子实际发出的光子能量的约1.414倍，而当原子吸收光子而实现量子跃迁时，由于多普勒效应的存在，原子中的电子实际得到的光子的能量等与入射光子能量的约0.707倍，这样，同一原子的吸收光谱应明显不同于其发射光谱。而此不是事实。我们知道，对于确定的原子，吸收光谱与发射光谱准确地重叠在光谱线的同一位置处。当然在上面的计算中还没有考虑，运动电子质量的变化，若考虑进去误差会更大。

在这里的分析是说，相对论的质速关系错了、相对论理论本身错了。在解决运动粒子/物体的“质量”的变化上，爱因斯坦的质速关系没有解决一个问题，而只是提出了一个问题，那就是运动粒子/物体的“惯性”是变化的。只是没有给出经得起推敲的解释。

关于相对论的速度叠加原理问题：

爱因斯坦得出相对论后，人们用相对论的速度叠加原理解释菲索实验时，就是把在真空中建立起来的相对论应用于介质中了。并“成功”地解释了菲索实验结果。我认为这里是有问题的。如光速在不同介质中拥有不同的数值C^’=C/n。而在解释菲索实验时，使用的是真空中的光速与介质运动速度的叠加。用真空的光速描述介质中的光子的运动，这显然是不正确的。要用相对论解释菲索实验，光速也应该用介质中的光速C^’=C/n。这样就得不出对菲索实验的解释，我们借用现有教科书中的示例加以分析。在李鉴增、赵峥主编，梁灿彬主审的《近代物理教程》中有一道例题：

设K系中有一束光在折射率为1.5的玻璃中沿负x方向传播，求沿x正方向相对K系以0.6c运动的K系测得的该光速的传播速度。

解：

因在K系中光速u_x=-c/n=-c/1.5，u=0.6c

则

u^‘_x=（-c/1.5-0.6c）/[1+（c/1.5*0.6c）/c²]=-0.9c≠c

但若带入介质中的狭义相对论后，我们得到：

u_x=(u_x-v)/ (1- n²vu_x/c²)=（-c/1.5-0.6c）/[1+1.5²（c/1.5*0.6c）/c²]= （-c/1.5-0.6c）/（1+0.9c）=-c/1.5≠-0.9c

这两者显然是不一样的。

尤其是，若用相对论速度叠加公式于介质中，则不会见到光速不变现象，我们推导如下：

在爱因斯坦的相对论中

u_x=(u^‘_x+v)/ (1+vu^‘_x/c²)

在介质中，光子运动速度是c/n带入上式得：

u_x=(c/n+v)/ (1+vc/n/c²)

=[（c+nv）/（nc+v）]c

这一结果即不等于真空中的光速c，也不等于介质中的光速c/n，只有当n=1时，上式才会变为真空中的光速c。这时才有光速不变现象。而这时的形式就已经完全是真空中的相对论，与介质没有任何关系了。

因此，把爱因斯坦相对论的速度叠加原理应用于介质中是不成立的。

相对论与生物学问题

我们知道，在北方寒冷的冬季来临时，一些动物是要冬眠的。这时其呼吸、心跳、体温都会发生变化。呼吸一般在每5分钟一次不等，体温迅速下降接近冰点。有的体温可降低冰点以下，如一种青蛙（树蛙）在寒冷的冬季来临时，其血液会结冰，心脏中的血液也会结冰，但仍能在春暖花开的春天到来时，恢复生存状态。当一个相对于我们运动的观测者看来，由于时间的变慢，发现我们的心跳、呼吸随着其运动速度的增加而逐渐减缓，可能达到了冬眠的条件，如我们的呼吸变得每5分钟一次等，但令其奇怪的是假设我们这时有一个体温计放在我们的腋下，运动者会发现，无论其怎样运动，我们的体温都不会降低，反而会因为多普勒效应，而发生增加，甚至在我们的呼吸、心跳接近停止时也是一样，是什么造成了体温的增加？

这个观测者一定一头雾水！

需要重新认识生物规律？

还是怀疑相对论？！

狭义相对论与广义相对论也存在明显的矛盾。

我们经常说爱因斯坦的狭义相对论适用于惯性系中，可我们地球不是一个惯性系。地球即有引力场也处于高速的自转、公转之中，但验证爱因斯坦的相对论却完全在这一事实环境下进行的。且得到了极高的精度意义下的证明。这应该是不科学的，希望这些实验物理学家具有科学的精神。下面我们假设地球环境可以验证相对论，看会得到什么结果。

如上图所示，在地球的表面上有一辆小车，车内的观测者正在做自由落体实验。实验小球得高度是h，当小车静止时自由落下的时间是t₀，假设重力加速度是g₀则有，h=g₀t₀² /2；而当小车以v的速度开始匀速运动后，由狭义相对论可知，一方面，由于高度与运动的方向垂直，因此，不存在大小的变化；另一方面，由于运动的存在会造成时间减小，即t ₀t，同样我们得到h=gt² /2，h是不变的则有，g₀t₀² /2= gt² /2，由于t₀=t[1-（v/c）²]^1/2，因此有：g₀t²[1-（v/c）²] /2= g t²/2

因此我们得到一个奇怪的结果：

g=g₀[1-（v/c）²]

也就是说，在运动的小车内的重力加速变小了，可以设想一下，小车的运动速度越大，其中的重力加速度越小，当小车的运动速度接近光速时，重力加速度接近零。这时小车内实验者怎么认识地球的重力加速度数值？

重力消失了吗？

更加奇怪的是，由相对论可知，当小车运动起来后质量会增加，当其质量增加到一定的数值后，会大于地球的质量，地球在它的引力作用下运动。因此，则其中的重力加速度会增加而不是减小。面对这个矛盾，爱因斯坦应该怎样给出解释？

时间与空间问题

与牛顿的时空观不同，在狭义相对论中，爱因斯坦认为，时间与空间不是一个不变的数值，是一个与运动有关的变量。但是，在广义相对论中，又认为质量之间的相互作用不是由于引力作用的结果，而是质量造成了空间的弯曲，环境中的物体的运动是在这一弯曲的空间中运动造成的。并借此解释了光线的引力弯曲、水星的进动等。这就产生一个问题。一方面，物体间的相互作用是相互的，弯曲的时空能改变运动天体的路线，则运动的天体一定对空间有相互作用，这就产生一个问题，空间是由什么构成的，它是由原子或分子构成的吗？他有质量了？为什么它的存在不在前面对运动的天体产生阻尼作用，而使之运动速度逐渐减少？另一方面，在狭义相对论中，运动会造成空间的压缩，按照广义相对论的空间概念，这种空间的压缩应该具有实际的意义，这种空间的实际压缩会改变其它力的相互作用强度。如处于同一时空中的库伦相互作用，会因为环境中有运动的观测者而发生变化。但是这不是事实！

我们实验室中的各种相互作用强度，都没有因为环境中有运动的观测者而发生变化。这体现在不同的元素拥有确定的光谱，不因环境中有物体或粒子的运动而改变。

例如，电荷之间的电磁相互作用。不会因为环境中有不同速度的观测者的运动而改变。

还有，按广义相对论，黑洞等大质量天体的剧烈的变化过程会产生引力波，这已经被试验“检测“到了。这就产生一个问题，引力实际上空间的弯曲，那么，引力波也不是脱离空间的一种独立的物质运动形式，而是整个空间的一种波动，就像我们把一个石头块投到水中，在水面上引起波动一样，这种波动能以光速传播吗？为什么声波等机械波不能在真空中传播，更谈不上以光速传播了？

还有，质量之间的引力相互作用不是牛顿意义下的相互作用，那么就产生了一个问题，没有了牛顿意义下的相互作用，质量是怎样使空间弯曲的？自旋为2的引力子又是什么？

在对空间的认识上，狭义相对论与广义相对论是有矛盾的。

在这里多说一句，量子力学认为真空并不空，时刻有正反粒子对的产生，这就产生一个问题，这些正反粒子的存在，为什么不对运动的天体产生阻尼作用而使之运动速度逐渐减少？环境中充满各种物质，这些正反粒子对湮灭时释放出来的光会不会被我们环境中的物体、粒子吸收？不会，为什么；会，则真空的能量就会不断减少，后果是什么？会不会造成真空中不再有足够的能量产生正反粒子对？可问题是，我们为什么正处在真空能产生正反粒子对的时期？从哲学的角度上看，这是可能的，但从现实上看，这种可能性太小了。还有，我们原子或分子辐射出的光子为什么没有消失在真空中，而使我们实验室中出现能量不守恒的现象出现？

真空中同存在大量的正反粒子对的产生于湮灭过程，为什么宇宙的天空是黑暗的？！

这些正反例子为什么不与构成我们环境中的物质、我们人类本身的组成粒子发生湮灭哪？这些来自于相对论量子力学（由狄拉克首先创造）的错误否定了相对论本身。

其实，真空中的这些光子在未产生正反粒子对时，就应该被吸收，不然会与量子力学不相容。这需要解释！

引力质量等与惯性质量，这就产生一个问题，广义相对论中不承认引力的存在，万有引力相互作用是时空的弯曲的结果。那么，引力质量是什么？惯性质量又是什么？惯性也是一种空间弯曲的结果吗？

质量可以造成空间弯曲，这一点在我们经典物理中是没有“想到的”，但是，当我们意识到这一点后，就会发现，由于空间的压缩，会使其作用明显增加。即在考虑原有的质量引起的相互作用，再叠加上这种时空的弯曲，则作用会加倍。爱因斯坦在解释光线的弯曲的时候也是这样分析的，即光线的弯曲之所以比牛顿理论计算的数值大一倍，原因是，一半是引力作用的结果，另一半则是则是空间弯曲造成的。这样，我们太阳系中的所有的行星的运动轨道就会应该发生明显的变化。而此不是事实，我们没有考虑空间就解释了行星的运动，这是为什么？！

若真是这样，则也不用引入暗物质了。在考虑着双重作用后，星系或星系团的发光质量就可以维系星系、星系团的运动了。无需为寻找暗物质而发愁了。

本不该出现的E=mc²

在狭义相对论中是通过功能原理推导出质能方程E=mc²，在这其中粒子的动量是狭义相对论形式：用P=mv/[1-(v/c)²)]^1/2。这就产生了一个问题，在广义相对论中，一个加速系统与一个引力场是等价的——等效原理。这样，在任何一个参考系中推粒子做功的加速过程，就意味着一个等效的引力场存在，这样，这个参考系就不再是一个惯性系了。狭义相对论只在惯性系中成立。因此，在推导E=mc²时，运动粒子的动量不能用P=mv/[1-(v/c)²)]^1/2。

而且，在广义相对论中，有引力场存在时光速不再是一个确定的数值，随引力场的增加而增加，这显然与狭义相对论的速度不变原理相违背，而使狭义相对论失去作用。还有，光速的变化也使得推导质能方程E=mc²时，积分区间的选定成了问题。因为这是一个与外加力场强度有关的数值。这样即使是积分出质能方程E=mc²，其中的c也不再是我们熟知的真空中的c值了。但在实验室中被验证的质能方程E=mc²，其中的光速值却对应于真空中的光速。

尤其是，物体运动速度不能达到光速，为什么积分区间包括C，不然得不到E=mc²。这怎么解释？

现有理论认为，引力子的运动速度等于光速。这就产生了一个问题，黑洞的引力场之强，光是无法逃脱出来的。那么，引力子是怎样出来并形成黑洞之外的引力场的？这是一个非常矛盾的事实。

完全一样地，人们已经观测到了引力波的存在，引力波的运动速度也等于光速，黑洞合并产生的引力波是怎样逃出黑洞的？

因此，E=mc²并不成立。为了体现本文的观点，我们给出我们的公式：

E≠mC²