047尊敬的張元仲先生：您好

1、47 給張元仲先生的信(1)47 給張元仲先生的信(1)尊敬的張元仲先生：您好！近20 年來，我一直在學(xué)習(xí)您的、科學(xué)出版社1979年9月第1版的專著狹義相對論實驗基礎(chǔ)并與同行們進(jìn)行了長期的討論但仍有一些問題未能和您書中觀點達(dá)成共識所以只好向您請教，望能指導(dǎo)為盼您在您的上述專著第60頁中說：“現(xiàn)在的問題是，如果我們在兩只鐘(即固有時與固有時)之間比較快慢，情況將如何呢？我們已知道，分別靜止在兩個慣性系中的兩只鐘只能相遇一次因此，要比較兩只已給定鐘的速率，可以讓一只鐘做往返航行例如，鐘A以速度遠(yuǎn)離開鐘B，當(dāng)它走了一段路程之后又獲得一個反向加速度，使其速度改變方向并以速度朝著鐘 B接近，在A與B重新

2、會合時比較它們各自的讀數(shù).若假設(shè)兩只鐘的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相同,加速度對鐘的速率的影響可以忽略,那么從B的觀點（即在B的慣性系中）用洛侖茲變換式(1.3)來計算時發(fā)現(xiàn)鐘A比鐘B走慢了，另一方面，如果我們不管鐘A經(jīng)歷了加速過程這一事實,而從A的觀點用洛侖茲變換式計算又發(fā)現(xiàn)鐘B比鐘A走慢了，即出現(xiàn)了所謂的時鐘佯謬當(dāng)然在實踐中，兩只鐘重新會合時要么鐘A走慢了，要么鐘B走慢了，而絕不會有相互矛盾的結(jié)論對于理論上的這種時鐘佯謬問題，長期以來各種觀點之間進(jìn)行著激烈的爭論1有人甚至企圖從廣義相對論觀點出發(fā)來消除佯謬愛因斯坦也曾講過，解決時鐘佯謬的問題超出了狹義相對論的范圍2但是，實際上并不是這樣，只要我們正確地使用狹

3、義相對論，就會自然地消除時鐘佯謬3因為狹義相對論只適用于慣性系，鐘B沒有經(jīng)歷加速過程，即它始終處于同一個慣性系之中，從B的觀點計算是不會出問題的.而鐘A經(jīng)歷了加速過程，即它從一個慣性系(以+v相對于B運動)變到了另一個慣性系（以-v相對于B運動），因此從A的觀點計算必須考慮到這個事實這個事實所帶來的影響是由不同地點的同時性問題產(chǎn)生的，如果把這種同時性效應(yīng)從計算中扣除，最后的結(jié)論就會是一樣的，即從A的觀點計算仍舊是鐘A比鐘B走得慢3”1 LMarder，Time and the Space-Traveller (Allen &Vnwin，London，1971)2 AEinstein，Natur

4、wiss，6，697(1918)3 RAMuller，AmJPhys，40，966 (1972)對于您的上段話，我產(chǎn)生了如下的不同意見： 您說：“因為狹義相對論只適用于慣性系，鐘B沒有經(jīng)歷加速過程，即它始終處于同一個慣性系之中，從B的觀點計算是不會出問題的而鐘A經(jīng)歷了加速過程，即它從一個慣性系(以+v相對于B運動)變到了另一個慣性系(以-v相對于B運動)，因此從A的觀點計算必須考慮到這個事實這個事實所帶來的影響是由不同地點的同時性問題產(chǎn)生的，如果把這種同時性效應(yīng)從計算中扣除，最后的結(jié)論就會是一樣的，即從A的觀點計算仍舊是鐘A比鐘B走得慢3”但是，您是怎樣“把這種同時性效應(yīng)從計算中扣除”的？“扣

5、除”后為什么“最后的結(jié)論就會是一樣的”？您都沒有說明理由您為什么不說明理由呢？我認(rèn)為：是因為您的上述分析是錯誤的（為什么是錯誤的見后邊的，），因此您就根本無法說明理由，所以您就沒有說明理由 您說：“鐘B沒有經(jīng)歷加速過程，即它始終處于同一個慣性系之中”，您又說“而鐘A經(jīng)歷了加速過程，即它從一個慣性系（以相對于B運動）變到了另一個慣性系（以相對于B運動）”您這種認(rèn)識是不對的，因為您對鐘A和鐘B沒有一視同仁根據(jù)運動的相對性，鐘A和鐘B的相對運動是對等的，誰也不比誰更優(yōu)越您上述這種認(rèn)識只是站在B中（以B為靜止系）說話的站在A中(以A為靜止系)說話就成為：鐘A是靜止的，鐘B先以-v的速度離開鐘A，后經(jīng)過

6、減速、轉(zhuǎn)向、加速的非慣性運動以后,再以+v的速度趨向鐘A,這就是說,鐘A和鐘B的減速、轉(zhuǎn)向、加速的非慣性運動也是相對的和對等的,因此，如果真的是“從B的觀點計算時發(fā)現(xiàn)鐘A比鐘B走慢了”的話，那么一定有“從A的觀點計算時發(fā)現(xiàn)鐘B比鐘A走慢了”，即一定會出現(xiàn)所謂的時鐘佯謬，而絕不會是如您所說“從A的觀點計算仍舊是鐘A比鐘B走得慢”這就是您在上述中不敢說明怎樣“把這種同時性效應(yīng)從計算中扣除”、“扣除”后為什么“最后的結(jié)論就會是一樣的”原因之一 您可能說：“鐘A和鐘B的減速、轉(zhuǎn)向、加速運動雖然是完全相對的，但不是完全對等的因為鐘A的反向加速運動是由于受到了作用力而鐘B的反向加速運動是沒有受到任何力的加

7、速運動”如果執(zhí)意要考慮鐘A是受到了力而做加速運動的話，那么鐘A所在的參照系就肯定不是慣性系了因而就不能再用狹義相對論研究這個問題了（您在上段話中說過：“因為狹義相對論只適用于慣性系”），而只能像“有人甚至企圖”的那樣，“從廣義相對論觀點出發(fā)來消除佯謬”了，或者只能像“愛因斯坦也曾講過”的那樣，“解決時鐘佯謬的問題超出了狹義相對論的范圍”因此，就不能再像您在上段話中說的：“實際上并不是這樣，只要我們正確地使用狹義相對論，就會自然地消除時鐘佯謬”了，所以，您就再也不能得出“鐘A比鐘B走慢了”的結(jié)論了如果執(zhí)意要用狹義相對論研究這個問題，那么就必須掐掉鐘A因為受到力而做加速運動的那一段而掐掉那一段后，

8、我在中的分析就完全正確了這也是您在中不敢說明怎樣“把這種同時性效應(yīng)從計算中扣除”、“扣除”后為什么“最后的結(jié)論就會是一樣的”原因之一再說，您可能說的“鐘A和鐘B的減速、轉(zhuǎn)向、加速的運動雖然是完全相對的，但不是完全對等的因為鐘A的反向加速運動是由于受到了作用力而鐘B的反向加速運動是沒有受到任何力的加速運動”的觀點也是不對的其理由為：飛機攜帶鐘A起飛時，螺旋槳對大氣進(jìn)行擠壓，大氣給螺旋槳一個反作用力飛機連同鐘A正是在這個反作用力的作用下才做加速運動的同樣的道理，大氣連同地球和鐘B正是在螺旋槳給予的擠壓力的作用下做加速運動的因此，鐘A和鐘B的加速運動都是受到力作用的緣故，所以它們之間的加速運動既是完

9、全相對的，也是完全對等的您可能說：“我們使用的飛機是噴氣式的，所以飛機的加速運動是飛機噴出氣體的反作用的結(jié)果而地球和鐘B并未受到飛機噴出氣體的作用，也未受到其他力因此，鐘A和鐘B之間的加速運動不是對等的”我認(rèn)為，地球并沒有受到飛機噴出氣體的作用和其他力，是在地球上測量的結(jié)果，在飛機上測量，地球連同鐘B受到的力便不再是0而是F=Ma上式中M為地球和鐘B的總質(zhì)量，a為地球相對于飛機的加速度得出上式的理由可從下例得到：我問你，和物體D一起靜止在地球表面上的人測得物體D受到的合外力是多少？你肯定回答說是0我又問你，靜止在太陽上的人測得上述的物體D受到的合外力是多少？你肯定回答說是F =其中K為萬有引力

10、恒量，m為物體D的質(zhì)量，為太陽的質(zhì)量，R為太陽到物體D的距離并且物體D在力F =的作用下，以a =的加速度繞太陽做橢圓周加速運動根據(jù)您的上述回答，在太陽上和在地球表面上測得物體D受到的合外力是不同的（在地球表面上測得是0，在太陽上測得是F =）同樣的道理，在飛機上和地球上測得地球連同鐘B受到的力是不同的（地球測得是0，飛機測得是F=Ma）因此，使用噴氣式飛機時，鐘A和鐘B之間的加速運動也是對等的，也都是受到力的緣故 按照，的分析可知，所謂時鐘佯謬非出現(xiàn)不可，但這又是不可能的，這說明您的分析是錯誤的您的第1個根本性錯誤是：在時間膨脹公式不成立的條件下使用了時間膨脹公式例如，您是用您書中的（1.3

11、）式來計算所謂時鐘佯謬的，而（1.3）式為：和，在本問題中，因為鐘A始終都未離開飛船參照系的原點，所以，但是，由時間的延續(xù)性知，所以式（1.3）就變?yōu)楹?()，即變?yōu)楹推渲袨闀r間膨脹公式，為時間膨脹公式成立的條件在鐘A和鐘B重新會合時，則有，從而不再滿足時間膨脹公式成立的條件故不能再用時間膨脹公式計算了而您仍用時間膨脹公式計算當(dāng)然就錯了這個錯誤還是您在中不敢說明怎樣“把這種同時性效應(yīng)從計算中扣除”、“扣除”后為什么“最后的結(jié)論就會是一樣的”原因之一 在計算所謂時鐘佯謬時，您的第2個根本性錯誤是：在鐘A從以相對于B運動的慣性系變到以相對于B運動的慣性系的瞬間，時間標(biāo)準(zhǔn)也發(fā)生了突變因此，必須計算出

12、此瞬間在慣性系中按新的時間標(biāo)準(zhǔn)考察鐘A時的新讀數(shù)而您沒有做這項工作，仍然保留了此瞬間鐘A在慣性系的舊讀數(shù)，因此就錯了這仍然是您在中不敢說明怎樣“把這種同時性效應(yīng)從計算中扣除”、“扣除”后為什么“最后的結(jié)論就會是一樣的”原因之一 糾正了上述，中您的兩條根本性錯誤、掐掉不能用狹義相對論分析的鐘A因受力而做加速運動的那一段后，當(dāng)兩只鐘重新會合時，用洛侖茲變換式計算的結(jié)果是：鐘A和鐘B一樣快而不會是像您所說的“要么鐘A走慢了，要么鐘B走慢了”也就是說，所謂時鐘佯謬根本就未發(fā)生已發(fā)生的所謂時鐘佯謬是您和其他專家計算錯誤的結(jié)果您得到的“鐘A比鐘B走得慢”的結(jié)論也是錯誤的，因為這是您憑想象（因未說明理由）“

13、把這種同時性效應(yīng)從計算中扣除”的結(jié)果 您可能認(rèn)為實驗?zāi)茏C明您的結(jié)論正確所以，您在您的上述專著狹義相對論實驗基礎(chǔ)第6165頁中，詳細(xì)地分析了Hafele和Keating于1971年用飛機攜帶銫原子鐘做的環(huán)球航行實驗，說明了這個實驗的結(jié)果是與“鐘A比鐘B走得慢”的結(jié)論相符合但是，我認(rèn)為這個實驗本身就是錯誤的理由是：環(huán)球航行的飛機和繞地軸旋轉(zhuǎn)的地面都是做的圓周運動，所以都是速度變化（方向變化）的非慣性系因此，環(huán)球航行實驗不能檢驗僅在慣性系中發(fā)生的所謂時鐘佯謬對此您可能說，“我把環(huán)形軌道分成無限段，把每一段看成是勻速直線運動的慣性系然后把每一段的時間積分就得到慣性系中的總時間事實上我在書中分析時也是這

14、樣做的”但是，我仍然認(rèn)為您是錯誤的因為積分得到的總時間只是各段慣性系中的時間和，而從一段慣性系變到另一段慣性系所引起的時間標(biāo)準(zhǔn)的變化，您沒有考慮進(jìn)去因此，積分的結(jié)果不是正確結(jié)果對此您可能說，“既然環(huán)球航行實驗是錯誤的，那么為什么實驗結(jié)果是鐘A比鐘B走得慢呢？”我認(rèn)為，這是因為在受到所謂非慣性因素的影響方面，環(huán)球航行鐘比地面鐘大，從而在改變鐘的內(nèi)部結(jié)構(gòu)方面，環(huán)球航行鐘比地面鐘大，改變鐘的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的效果使得環(huán)球航行鐘走慢了若沒有外部因素改變鐘的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，僅憑狹義相對論的相對性效應(yīng)，是無法改變鐘的快慢的在這方面，程守洙、江之永編的，人民教育出版社1982年12月第4版的普通物理學(xué)3在第119120頁中說得好：“時間膨脹或時鐘進(jìn)程的延緩，完全來自相對性時空效應(yīng)，與鐘表的具體運轉(zhuǎn)無關(guān)”這就是說，相對性時空效應(yīng)是無法改變時鐘的運轉(zhuǎn)快慢的，時鐘運轉(zhuǎn)快慢的