第十七章  总论 —— 狭义相对论的要害是“惯性系”！

 

普遍相信，狭义相对论当然是一个可以“自圆其说”的理论，否则，它怎么可能成为现代物理学的“基石”呢？

但让人疑惑的是，有些著名的诺贝尔物理奖得主——如1902年的得主洛伦兹（创立电子论），1905年的得主莱纳德（研究阴极射线和光电效应），1906年的得主 J.J.汤姆逊（发现电子），1907年的得主迈克尔逊（毕生从事光速精密测量），他们为什么都要“终身反对”狭义相对论呢？

如果说，这些绝顶聪明的物理学泰斗，一时受到传统观念的束缚，没能“亲自创立”狭义相对论，倒也说得过去， 但是，在“狭义相对论”被创立了“之后”，他们竟然都“始终学不懂”，且“终身反对”，就非常说不过去。

尽管100多年来反对“狭义相对论”的学者层出不穷，反对的理由也非常有道理，然而，“狭义相对论”却依然霸占着“神坛”！ 这是为什么呢？

笔者认为，主要是因为普遍都没有发现“狭义相对论”的要害！

 

§17.1 为什么说，狭义相对论的要害是“惯性系”？

 

 

笔者带着这些疑惑，纵览了《爱因斯坦全集》，居然发现爱因斯坦对于狭义相对论有两个严重的“自相矛盾”！

第一个自相矛盾：爱因斯坦26岁时断言，唯有“否定以太”才能得到狭义相对论； 然而，他41岁时却又公然主张要“复活以太”。（详见第一、第二章）

第二个自相矛盾：爱因斯坦26岁时把整个狭义相对论都建立在“惯性系”的基础上； 然而，他59岁时却不惜笔墨地论证了“惯性系”只是一个循环定义的“虚构”！^[11] 74岁时还说：“战胜‘惯性系’概念之所以成为可能，只是因为‘场’的概念逐渐代替了物质客体的概念。”^[12]

面对爱因斯坦的这两个“自相矛盾”，难道我们还能认为“狭义相对论”是一个可以“自圆其说”的理论吗？

（现行教科书对这两个严重的“自相矛盾”，却只字不提！）

笔者以爱因斯坦的这两个自相矛盾为问题导向 —— 

首先，坐实了爱因斯坦当年的论证无懈可击——“惯性系”确实是一个循环定义的“虚构”！ 现行教科书把地球、地心-恒星坐标系、日心-恒星坐标系归纳为“相当精确的惯性系”，是无法自洽的 —— 因为这三者既不平权，也根本不是相互作匀速直线运动。 （详见第三章）

其次，发现了“引力场”就是爱因斯坦欲复活的那个“以太”！ 这不仅印证了爱因斯坦的观点——“引力场同以太有直接的关系”；也能合理解释牛顿水桶实验；还可以把地球、地心-恒星坐标系、日心-恒星坐标系，自洽地归纳为相当精确的“引力场参考系”； 更可以圆满解释“迈克尔逊-莫雷实验的零结果”！ （详见第四、第五章）

可见，爱因斯坦41岁时主张“复活以太”，59岁时主张“否定惯性系”，都是他物理学思想逐渐成熟的表现。

值得赞叹的是，北师大赵峥和刘文彪教授在《广义相对论基础》中深刻指出：“狭义相对论的整个理论都建立在惯性系的基础上，但是我们却无法定义或找到一个惯性系 …… 整个理论好像建立在沙堆上一样。” ^[9]

然而非常遗憾，他俩却不敢彻底否定惯性系——因为，惯性系实在是“太神圣”了！

首先，“伽利略相对性原理”是以“惯性系”为前提的——在任何惯性系中，力学定律具有相同的形式！ 若这个前提——惯性系——被否定了，岂不是意味着“伽利略相对性原理”也将被否定吗？

其次，所有的教科书都是依据“牛顿第一定律”来定义的“惯性系”！  若“惯性系”可以被否定，岂不是意味着“牛顿第一定律”也靠不住吗？

因此，不仅仅迷信“狭义相对论”的教授们不敢否定“惯性系”，即使是敢于否定“狭义相对论”的勇士们，几乎也没人敢否定“惯性系”！

面对这些尖锐的冲突，笔者谨慎地对“相对性原理”和“牛顿第一定律”进行了深入的考证。 竟然发现：

首先，“相对性原理”并不成立：（详见第七章）

因为爱因斯坦用洪荒之力精选出来的两个支持相对性原理的“事实”，全都“违背事实”：

1）爱因斯坦根据相对性原理断言：“假使有两个坐标系，相互作不等速运动，则力学定律不会在两者之中都是有效的。”^[11]   然而，在关联于“地球、太阳、月球、自由飞行的航天器、自由落体的电梯”这5个相互作不等速运动的坐标系中，力学定律却都非常有效！！！

2）爱因斯坦还有一个支持相对性原理的“十分强有力的论据”——地球的物理空间是各向同性的！^[5] 然而，“布拉德雷光行差现象”和“原子钟环球航行实验”都无可置疑地证实——地球的物理空间是各向异性的！（详见§7.3）

可见，“伽利略相对性原理”只是一个不可靠的“感官经验”！ （类似于统治了人类近两千年，却是错误的“地心说”）

其次，“牛顿第一定律”并非真正的“惯性定律”，而只是一个数学近似！  （详见第八章）

因为，1）“惯性”并不是物体的属性，而是“万有引力”； 2）伽利略通过斜面实验发现的“惯性运动”，并不是“匀速直线运动”，而是物体在恒定大小的“万有引力”作用下所做的“匀速圆周运动”； 3）“牛顿第一定律”仅是“伽利略圆周惯性定律”的微分形式，只是个数学近似！根据真正的“惯性定律”，“静止”与“匀速直线运动”并不等价！

既然，“相对性原理”并不成立；“牛顿第一定律”只是个数学近似；“惯性系”本身也只是个循环定义的“虚构”，那么，难道不应该彻底否定“惯性系”吗？

一旦否定了“惯性系”，那么，以“惯性系”为前提的“相对性原理”、“光速不变原理”、“洛伦兹变换”都将土崩瓦解！  如此，“狭义相对论”岂有不垮塌之理？！

因此说：“狭义相对论”的要害就是“惯性系”！

有学者认为，若没有新的理论来代替狭义相对论，那么，否定狭义相对论就是一句空话！

 

§17.2 能够创建什么新的理论来代替狭义相对论吗？

 

 

其实，并不需要什么新的理论来代替狭义相对论，只需消除我们原先对牛顿力学思想的误解即可。

追根究底，“惯性系”只是马赫误解的产物—— 由于马赫把牛顿的绝对处所误认为绝对空间，进而误认为“牛顿使全部力学参照绝对空间”，这才导致朗奇虚构出来一个“绝对空间”的替身——“惯性系”！ （详见第三章）

1920年爱因斯坦已经意识到：“否认以太的存在……不符合力学的基本事实。……为了至少能够在形式上把体系的转动看成某种实在的东西，牛顿就把空间客观化了。既然他认为他的绝对空间是实在的东西，那么在他看来，相对于一个绝对空间的转动也就该是某种实在的东西了。牛顿同样也可以恰当地把他的绝对空间叫做‘以太’；问题的实质就在于为了能够把加速度和转动都看做是某种实在的东西，除了可观察到的客体之外，还必须把另一种不可察觉的东西也看做是实在的。”^[2]   这种不可察觉的实在的东西就是以太，…… 且引力场同以太有直接的关系！^[2]

在爱因斯坦如此启发之下，笔者在第四、第五章雄辩地论证了“引力场”就是爱因斯坦欲复活的那个“以太”！

1953年爱因斯坦终于承认了自己原先对“绝对空间”的认识是错误的：“战胜‘绝对空间’概念，亦即战胜‘惯性系’概念之所以成为可能，只是因为‘场’的概念逐渐代替了物质客体的概念，而成为物理学的基本概念。”^[12]  

尽管爱因斯坦已发现了自己原先对“绝对空间”的认识是错误的，但他却一直没有发现自己对“绝对时间”的认识也是错误的！

笔者在第十一章指出，爱因斯坦否定“绝对时间”的“唯一手段”就是采用“爱因斯坦对钟法”，然而“爱因斯坦对钟法”却无法摆脱“循环论证”的毛病！  所幸，笔者设计的“中垂线对钟法”，不仅切实可行，也足够精确，更没有逻辑毛病。 如此，爱因斯坦就失去了否定“绝对时间”的“唯一手段”！

更何况笔者还设计了一种“两次对钟法”，可以雄辩地证明，“钟慢效应”一定不可能发生！ （详见第十二章）

综上所述，“相对空间”和“相对时间”都是错误的，那么当然，“相对时空观”一定也是错误的。

 

现在我们再来重读牛顿的《自然哲学之数学原理》，那么，牛顿的“绝对时空观”就不难被正确理解了！

根据牛顿在《原理》中的那个“必须说明”，“绝对时间”和“绝对空间”当然都应该被归类为“数学的”概念！ 唯有是“数学的”，才可能与一切外在事物无关。

换言之，“绝对时间”和“绝对空间”，都只是牛顿用来解决物理学问题的数学工具！ 并非是什么物理实在！

这当然意味着“绝对时间”和“绝对空间”， 就如同“点”和“直线”一样，只有数学意义而没有物理意义！

琢磨“时间的方向”，探究“空间的弯曲”，就如同琢磨“点的大小”，探究“直线的粗细”一样，毫无意义！

 

人们费心琢磨的“时间箭头”，其实只是“事件”发生的“因果次序”；大家倾力研究的“空间弯曲”，其实只是“空间”中“引力场”这个物理实在的“不均匀性”！

令人欣喜的是，我们现在还知道了—— 牛顿第一定律只是“伽利略圆周惯性定律”的微分形式，牛顿第二定律只是“动量定理”的微分形式！

这太和谐了——“绝对时间”和“绝对空间”，“牛顿第一定律”和“牛顿第二定律”，居然都只有数学意义！

难怪《自然哲学之数学原理》【第三编】的开头，牛顿非常明确地宣称：“在前两编中，我已奠定了哲学的基本原理，这些原理不是哲学的， 而是数学的”！！！ ^[1]

重要的事情再说一遍：

牛顿非常明确地宣称：“在前两编中，我已奠定了哲学的基本原理，这些原理不是哲学的， 而是数学的”！！！

恍然大悟 —— 牛顿把自己的巨著，定名为《自然哲学之数学原理》，就是由于这个原因啊！

“狭义相对论”这个“相对时空观”，显然就是爱因斯坦误解牛顿《自然哲学之数学原理》的产物！

毫无疑义， 我们废弃爱因斯坦的“相对时空观”；坚持牛顿的“绝对时空观”，不会面临任何解决不了的问题！

 

笔者坚信，牛顿才是最伟大的物理学家，没有之一 ！

 

 第三篇参考文献

[1] 牛顿，自然哲学之数学原理[M]，北京大学出版社，王克迪译，2006：弁言、1～4、255

[2] 爱因斯坦全集（第七卷）[M]，湖南科学技术出版社，邹振隆主译，2009：282、6、284

[5] A.爱因斯坦，狭义与广义相对论浅说[M]，上海科学技术出版社，杨润殷 译，1964：118、13

[9] 赵峥、刘文彪，广义相对论基础[M]，清华大学出版社，2012：10、13

[11] 爱因斯坦、英费尔德，物理学的进化[M]，上海科学技术出版社，周肇威 译，1979：154～156、114

[12] 爱因斯坦文集（第一卷）[M]，商务印书馆，许良英、范岱年编译，1976：590、624

 

摘自：《 狭义相对论的要害是“惯性系”（3.0） 》 费邦镜 著