“绝对时空”与“相对时空”的正确区别、与已有时空理论的逻辑关系

但以理(中国)物理研究院    叶建敏温州

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目的：通过论文说明牛顿与爱因斯坦的时空观都是混淆错乱的，“绝对时空”与“相对时空”是2个在数学本质上就不同的时空、不可能并存；质量、万有引力场、速度有上限、相对时空是一一对应的共存的物理。

 

关键词：伽利略相对性原理、狭义相对性原理、广义相对性原理、光速不变原理、绝对时空、闵时空、物理时空、伽利略变换、洛伦兹变换、

 

引言： 宇宙物理时空是“绝对时空”、还是“相对时空”主要看宇宙中有无质量物质与万有引力场存在，无质量物质与万有引力场存在就是“绝对时空”，有质量物质与万有引力场存在就是“相对时空”；在无质量物质与万有引力场存在的“绝对时空”里无物理、脱离物质的运动速度无上限，在有质量物质与万有引力场存在的“相对时空”里有物理、质量物体的运动速度有上限。

 

所以，我们的宇宙物理时空是“相对时空”、而不是“绝对时空”，“绝对时空”仅仅是人类在还没有认识到物理时空是“相对时空”之前的一个错误认识而已，而不论“绝对时空”这个概念在物理史上有多长、有多少科学家参与其中。

 

因此，现代人若还像牛顿一样在物理时空中坚持与寻找“绝对时空”就是荒谬；物理时空里无“绝对时空”，不会有的区域是“绝对时空”、有的区域是“相对时空”，更不会有时候是“绝对时空”、有时候是“相对时空”。

 

牛顿的时空观主要是以“绝对时空”为主要，里面夹杂着“相对时空”的物理；爱因斯坦的时空观主要以“相对时空”为主要，里面夹杂着“绝对时空”的内容，所以牛顿与爱因斯坦的时空观都是有错误的，都是“绝对时空”与“相对时空”成分不一的矛盾体；既然他们的时空观都是乱的，那他们有关“惯性系”的概念同样是乱的。

 

因此，我们要重新把“绝对时空”与“相对时空”的概念给理清楚，而不是继续把它们或多或少的给混淆在一起；更不能坚持牛顿或爱因斯坦的混淆错乱的时空观。

 

1.1 “绝对时空”与“相对时空”是2个在数学本质上就不同的时空、不可能并存

 

只有无物质与无万有引力场存在而速度才可以无上限的“绝对时空”是不符合物理实际，离开物质谈运动与速度就是非物理的，所以“绝对时空”非物理的；但我们可以数学分析一下，若“绝对时空”里有力学与电磁学，那该时空里的力学运动速度上限与电磁波的速度值都是无穷大；除了先前的牛顿经典力学公式形式满足“伽利略相对性原理”而符合“伽利略变换”外，该时空里的电磁学公式形式必有不同于“相对时空”里的另一公式形式并满足“伽利略相对性原理”而符合“伽利略变换”。

 

“相对时空”是一个有万有引力场存在并能使质量物体运动速度有上限的时空，所以该时空里的力学运动速度的上限与电磁波的速度值都有上限值；那么，先前的牛顿经典力学公式就不能在“相对时空”里成立，力学公式形式只有改成满足“洛伦兹变换”才能在“相对时空”里成立。

 

所以，“绝对时空”与“相对时空”是2个在物理与数学本质上就不同的时空、不可能并存，物理实际上没有“绝对时空”的，它仅仅是物理理论历史上的错误插曲；“绝对时空”理论里的牛顿经典力学公式、“伽利略相对性原理”并“伽利略变换”是与“相对时空”矛盾而不能在“相对时空”里成立；犹如“伽利略变换”与“洛伦兹变换”不能在同一时空里同时成立一样。

 

爱因斯坦所说的把“绝对时空”里的“伽利略相对性原理”扩大使用范围到“相对时空”里的电磁学就变成“（狭义）相对性原理”的说法本身就是逻辑与方法都错误的；说的好象“绝对时空”只有力学、“相对时空”里只有电磁学一样，还把2个时空的本质等同了、说一个时空理论还可以在2个时空里都成立一样。

 

1.2 爱因斯坦在求得“（狭义）相对性原理”的逻辑与方法都是错误的

 

“绝对时空”速度的上限为无穷大而不能有物质质量与万有引力场，所以不符合物理实际；但我们可以数学分析一下，若“绝对时空”里有力学与电磁学，那该时空里的力学运动速度上限与电磁波的速度值都是无穷大；除了先前的牛顿经典力学公式形式满足“伽利略相对性原理”而符合“伽利略变换”外，该时空里的电磁学公式形式必有不同于“相对时空”里的另一公式形式并满足“伽利略相对性原理”而符合“伽利略变换”。

 

而“相对时空”是一个有物质质量与万有引力场并能使物体运动速度有上限、不为无穷大的时空，先前的牛顿经典力学公式形式满足“伽利略相对性原理”而符合“伽利略变换”的就不能在“相对时空”里成立，力学公式形式只有满足“洛伦兹变换”才能在“相对时空”里成立。

 

所以，“绝对时空”与“相对时空”是2个在数学本质上就不同的时空、不可能并存；“绝对时空”里的牛顿经典力学公式、“伽利略相对性原理”并“伽利略变换”是与“相对时空”矛盾而不能在“相对时空”里成立；犹如“伽利略变换”与“洛伦兹变换”不能在任一时空里同时成立一样。

 

那么，爱因斯坦所说的把“绝对时空”里的“伽利略相对性原理”扩大使用范围到“相对时空”里的电磁学就变成“（狭义）相对性原理”的说法本身就是逻辑与方法都错误的；没有任何一个理论可以跨2个时空而都成立的。“（狭义）相对性原理”若仅仅按爱因斯坦的想法是基于“伽利略相对性原理”上的发展，那它们只能扩大使用范围到“绝对时空”里的电磁学，而不适用于“相对时空”里的电磁学。

 

二、 “绝对时空”与“相对时空”的正确区别、与已有时空理论的逻辑关系

 

2.1 速度有上限的“相对时空”必有特殊参考系，并一一对应

 

物理界一直认为特殊参考系就是“绝对静止系”或“绝对参考系”，认为只有它们才可以做特殊参考系，所以就认为宇宙中没有特殊参考系、任何物理规律都无特殊参考系。

 

“绝对时空”里速度的上限为无穷大，任何参考系速度相对于无穷大的速度值之比都是零、即没有一个参考系能使运动速度有上限，所以无特殊参考系；而一旦某一参考系与所有物体运动发生作用而能使运动速度有上限，那该参考系就是特殊参考系、该时空就是“相对时空”。那个与所有物体运动发生作用并使运动速度有上限的万有引力场时空系就是特殊参考系。

 

试想与所有参考系能发生物理作用并使其速度有上限的参考系不是特殊参考系，还是什么？再试想，速度无穷大的时空因为无特殊参考系，那速度有上限的时空还无特殊参考系？

 

试想1个时空模型与速度有关、速度与参考系有关，当1个时空的速度上限为无穷大时，该时空无特殊参考系；而当1个时空的速度有上限时，那时空还是无特殊参考系。可能吗？就是当我们都不知道那2个时空是什么时空的前提下，仅仅从逻辑上都能判断前面的说法肯定错误的。所以，我们对那2个时空的理解很模糊、错误，在逻辑推导与方法论上都错误。

 

因此，速度无上限的“绝对时空”才无万有引力场特殊参考系，速度有上限的“相对时空”必有万有引力场特殊参考系。一切无特殊参考系的理论都是错误、不符合物理的。宇宙中光速值处处有上限，所以宇宙不同万有引力场区域都有各自的特殊参考系；这个参考系就是该区域内所有运动物体的特殊参考系，而不要求它是绝对静止系、也不要求它是对全宇宙都适用的绝对参考系。

 

所以，爱因斯坦把仅适用于“绝对时空”里数学式是“伽利略变换”的无特殊参考系“伽利略相对性原理”人为扩大使用范围后、居然自称能变成“相对时空”里数学式是“洛伦兹变换”的无特殊参考系的“相对性原理”不但与“相对时空”矛盾，就连他求索与推导的方法与逻辑都错误。

 

回顾“双生子佯谬”，在错误的无特殊参考系的理论里它是谬论，而在有特殊参考系的万有引力场“相对时空”里就是真理。所以“相对论”就错在无特殊参考系的“相对性原理”上，“相对论”自身在证明“双生子佯谬”时就是用到万有引力场时空这个特殊参考系；然而，爱因斯坦没有认识到无特殊参考系“相对性原理”的错误、不知道特殊参考系与“绝对静止系”的区别，更不知道“相对时空”与特殊参考系的关系，导致他提出“广义相对论”后还是错误地认为“相对时空”是无特殊参考系。

 

2.2 伽利略相对性原理、狭义相对性原理、等效原理、广义相对性原理的数理逻辑关系

 

“伽利略相对性原理”是“绝对时空”里的“相对性原理”、仅在“绝对时空”里自洽，它无法在“相对时空”里适用的，更不能扩大适用范围成“相对时空”里的“物理规律在惯性系里有相同的形式”，所以爱因斯坦的“狭义相对性原理”错误；它与“伽利略相对性原理”有同样的本质与数学式、仅在“绝对时空”里的惯性系里自洽，尽管爱因斯坦说它就是“相对时空”里的“物理规律在惯性系里有相同的形式”、说它在“相对时空”的惯性系里自洽。

 

在“狭义相对论”之前，物理学家就已经发现“伽利略相对性原理”仅在惯性系里自洽，而与有加速度的非惯性系矛盾；但年轻的爱因斯坦在提出“狭义相对论”时没有知道这个，在物理界几年之后才得知“伽利略相对性原理”及其建立在“伽利略相对性原理”之上的“狭义相对性原理”一样居然与有加速度的非惯性系矛盾，更糟糕地是还被告知“狭义相对性原理”与“光速不变原理”还同样有矛盾。

 

爱因斯坦的天几乎要塌下来了，好在天才的他知道“物理时空”肯定是“相对时空”的、肯定有一个正确的“相对性原理”与加速度、“光速不变原理”等一切物理规律不矛盾的，所以爱因斯坦一边日夜思索要赶时间找到它，一边不宣告“狭义相对性原理”错了。

 

当爱因斯坦针对性地提出一个至今都很难理解的“等效原理”，自认为把各种参考系给等效、把各种力给等效后，就与“广义相对论”一起“搭售”提出来，宣布把“狭义相对性原理”的错误给解决了，居然做到了让人相信“广义相对性原理”是对的、“狭义相对性原理”在惯性系里同样是对的。但从实际来看，聪明的爱因斯坦知道“相对时空”里肯定有1个正确的“物理规律在所有参考系里都有相同的形式”及“等效原理”，因他知道“等效原理”是“相对时空”里正确的“相对性原理”的内在要求，但他在证明“等效原理”时很勉强、对惯性系的理解错误。

 

那么，物理学历史上的问题就来了，“广义相对性原理”、“等效原理”与“狭义相对性原理”肯定矛盾的，爱因斯坦肯定知道它们的逻辑，但是却说“等效原理”解决了“狭义相对性原理”与加速度的矛盾而有了“广义相对性原理”，说的好象“广义相对性原理”是在“狭义相对性原理”基础上的升级版一样；其实他自己心里知道“广义相对性原理”与“狭义相对性原理”毫无理论继承的逻辑关系。

 

这就是说，若“广义相对性原理”是在“狭义相对性原理”基础上的升级版，那肯定错误；若与之无关、而以“等效原理”为基础的新假设，那还有大方向上大概率对的机会。

 

但结合论文，我们知道爱因斯坦在探求“相对时空”里正确的“相对性原理”的道路上还是差了很多步，他不但不知道自己得出的“狭义相对性原理”、“广义相对性原理”的数学式是什么、“相对时空”里正确的“相对性原理”的数学式是什么，连“光速不变原理”的数学式是什么同样都不知道，更不用提他不知道“相对时空”里正确的“相对性原理”与“光速不变原理”有同样的数学式、它们其实就是一个物理的人为的2个名称而已；因此，他同样不知道“尺缩钟慢”的物理根据了，而仅仅认为它是一种测量效应。

 

同样，“广义相对性原理”不是“相对时空”里正确的“物理规律在所有参考系里都有相同的形式”，尽管爱因斯坦说它就是；然而，不论怎么说，爱因斯坦这位天才物理大师在对“相对时空”的把握、以及认定其中必有一个正确的“相对性原理”的大方向上是绝对正确的，谢谢他在物理理论上把科学带进了正确的大门、其理论功绩媲美于艾萨克牛顿爵士。

 

 

 

 

 

参考书目（论文与以下书籍严格比较研究）

 

1. 《数学物理学百科全书》第1卷  吴岳良 主编  科学出版社 2008年 中英文版

2. 《普通物理学》（上中下）三册 程守洙  江之永 编  高等教育出版社 1982年版

3. 《电动力学及狭义相对论》 张宗燧 著  北京大学出版社 2004年版

4. 《广义相对论引论》 俞允强 编著  北京大学出版社 1997年版

5. 《电动力学简明教程》 俞允强 编著  北京大学出版社 1999年版

6. 《量子力学原理》 王正行 编著  北京大学出版社 2008年版

7. 《时空和运动着的物质》 秦元勋 著  贵州人民出版社 2000年版

8. 《物理宇宙学讲义》俞允强 编著  北京大学出版社 2002年版

9. 《高等数学》 盛骤  吴迪光 张光天 编  浙江大学出版社 1992年版

10. 《高温超导物理》 韩汝珊 编著  北京大学出版社 1998年版

11. 《量子力学导论》 曾谨言 著  北京大学出版社 1998年版

12. 《核反应堆动力学基础》 黄祖洽 编著  北京大学出版社 2007年版

13. 《简明量子场论》 王正行 编著  北京大学出版社 2008年版

14. 《热大爆炸宇宙学》 俞允强 编著  北京大学出版社 2001年版

15. 《超弦史话》 李淼 著  北京大学出版社 2005年版

16. 《引力场与量子场的真空动力学图象》 陈蜀乔 著  电子工业出版社 2010年版

17. 《数学物理方法》 吴崇试 编著  北京大学出版社 2003年版

18. 《物理实验》 杨长铭 田永红 王阳恩 程庆华  编著  武汉大学出版社 2010年版

19. 《核与粒子物理导论》 许咨宗 编著  中国科学技术大学出版社 2009年版

20. 《粒子物理和场论》 李证道 著 上海科学技术出版社 2006年版

21. 《线性代数》 赵树嫄 主编  中国人民大学出版社 1988年版