對相對論時空觀的批判和改造

1、對相對論時空觀的批判和改造               一、時空概念的危機(jī)物理學(xué)是研究物質(zhì)的最簡單運(yùn)動規(guī)律的科學(xué)，其最終目的是：找到物質(zhì)運(yùn)動、變化與相互作用的內(nèi)在聯(lián)系，以最少的假設(shè)，通過分析、推理解釋所有相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，預(yù)言新的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。在各自領(lǐng)域內(nèi)都分別取得極大成功的量子力學(xué)和相對論，是20世紀(jì)物理學(xué)乃至整個自然科學(xué)的兩大支柱，但是，在人們企圖把它們結(jié)合的時候卻遇到了難以克服的困難。大量實(shí)驗(yàn)證實(shí)，非定域性是量子力學(xué)的一個基本屬性，但是，非定域性將意味著超光

2、速傳播，這與狹義相對論的基本假設(shè)矛盾。當(dāng)前，量子引力理論中的超弦理論的時空背景相關(guān)性，與圈量子引力理論中的時空背景無關(guān)性同時存在，是物理學(xué)中潛在的對于時空本質(zhì)不同態(tài)度的一次大碰撞，這種困難預(yù)示著物理學(xué)需要一次概念的變革，首當(dāng)其沖的就是時空。時空觀念是物理學(xué)中最基本的也是最重要的概念，不同的時空觀念將導(dǎo)致不同的理論研究方向，任何對于時空概念的更新和深化，勢必對整個物理學(xué)產(chǎn)生巨大的革命性的影響?！皭垡蛩固箷r間膨脹”和“洛侖茲長度收縮”，是支撐相對論時空變換和相對論整個演繹推理的基礎(chǔ)。為了比較物質(zhì)運(yùn)動的快慢程度，人們用“速度”這一概念來描述物質(zhì)的運(yùn)動狀態(tài)，而為了定義“速度”這一導(dǎo)出概念，又必須引進(jìn)兩

3、個更基本的概念：“時間”和“空間”。比如，一個人在時間t內(nèi)跑過的路程是s， 則他的速度是:v=s/t更具體些，比如，有甲和乙兩個人，甲在時間12秒內(nèi)內(nèi)跑過的路程是120米， 則甲的速度是: V甲=120米/12秒=10米/秒乙在時間10秒內(nèi)內(nèi)跑過的路程是110米， 則乙的速度是: V乙=110米/10秒=11米/秒由此我們可知：乙跑得比甲快。在這里，描述空間的路程是如何定義的呢？這個好辦，只要大家統(tǒng)一約定一米有多長就行了，制作這個一米長的標(biāo)準(zhǔn)尺之后，就可以復(fù)制許多把與標(biāo)準(zhǔn)尺一樣長的尺子，如果把一米分成100份，則每一份的長度成為厘米；如果再把一厘米分成10份，則每一份的長度成為毫米那么，時間又

4、是如何定義的呢？時間自古就作為最基本的概念引入到人們的日常生活中。在日常生活中，我們是采用地球圍繞太陽公轉(zhuǎn)一周作為時間“年”的單位、月球圍繞地球公轉(zhuǎn)一周作為“月”的單位、地球自轉(zhuǎn)一周作為“天”的單位。在科學(xué)上，1967年第十三屆國際計(jì)量大會，采用以原子內(nèi)部輻射頻率為基準(zhǔn)的時間計(jì)量系統(tǒng)，按新規(guī)定，“秒是銫-133原子基態(tài)的兩個超精細(xì)能級之間的躍遷所對應(yīng)輻射的9192631770個周期的持續(xù)時間”?？梢钥吹?，不論在生活中還是在科學(xué)中，我們對時間的定義都是采用“物體運(yùn)動變化”的某種周期作為時間定義的方案。這種“周期”必須是穩(wěn)定的，人們對“周期”的測量必須是準(zhǔn)確的，由此而得到的“時間”概念才能夠具有客

5、觀性、可操作性。由此看出，我們?yōu)榱嗣枋觥拔矬w的運(yùn)動變化”，必須定義“時間”這一概念，但為了定義“時間”這一概念，又必須借助“物體運(yùn)動變化”的某種周期。這種做法顯然已經(jīng)陷入了循環(huán)邏輯這一“泥潭”。這也充分說明，雖然“時間”的概念對人們來說有些模糊因而不十分準(zhǔn)確，但人們定義的“時間”概念必定與“物體的運(yùn)動變化”密切相關(guān)，不可分割。由此可見，“時間”和“空間” 這兩個概念的地位是不平等、不對稱的?！翱臻g” 的概念較形象、客觀、準(zhǔn)確，“時間” 的概念較抽象、主觀、模糊。我們必須牢記這一點(diǎn)。但是，有一點(diǎn)是可以肯定的，那就是：“時間”和“空間” 的概念，都是人們?yōu)榱嗣枋鑫镔|(zhì)的運(yùn)動狀態(tài)而建立起來的。雖然用空

6、間尺寸可以描述物質(zhì)的形狀和大小，但空間不是物質(zhì)；雖然我們可以同時使用“時間”和“空間” 概念來描述“物體的運(yùn)動變化”，但時間也不是物質(zhì)。物理學(xué)所指的物質(zhì)脫離不了時間，因?yàn)槿绻麤]有物質(zhì)及其運(yùn)動變化也就沒有“鐘”，就無法定義時間。但“空間”卻是一種固有的存在，它可以脫離物質(zhì)及其運(yùn)動而獨(dú)立存在。雖然，沒有物質(zhì)就沒有“尺”，因而無法測量空間的大小，但空間依然客觀存在。物質(zhì)總是存在于某一空間之中，它依賴空間，而空間的存在并不依賴物質(zhì)。比如，一塊冰必須占據(jù)一定的空間，但當(dāng)這塊冰不存在時（溶化或蒸發(fā)），它原來所占據(jù)的空間依然存在，并且，此空間的大小和形狀不會因?yàn)橛^測者的運(yùn)動而改變。二、相對論 “時空”的矛盾

7、愛因斯坦建立狹義相對論基于兩個基本原理：“光速不變原理”和“相對性原理”。由這兩個基本原理，很自然得到在不同慣性坐標(biāo)系關(guān)于時間和空間的變換關(guān)系洛淪茲變換，在此基礎(chǔ)上，物體在不同慣性坐標(biāo)系中的速度、質(zhì)量、動量、能量的變換式都因此而可求出。如果慣性坐標(biāo)系S'相對于固定在地球上靜止的坐標(biāo)系S，以速度u沿x軸方向運(yùn)動，x'與x在同一軸上， 且當(dāng)t=0時，O'與O重合洛淪茲時空變換為：x=(x-ut)1-(u2/c)-1/2         （1）t=t-(ux/c2)1-(u2/c)-1/2（2）洛

8、淪茲時空逆變換為：x=(x+ut)1-(u2/c)-1/2           （3）t=t+(ux/c2)1-(u2/c)-1/2（4）設(shè)k= 1-(u2/c) -1/2 ,在運(yùn)動坐標(biāo)系S內(nèi)的某一時刻（t=0），有一觀測者A靜止在S系內(nèi),他測量一條沿x軸放置的棒，測得該棒的長度為L0，由（1）得到：L0=x=k(x+ut) （5）在靜止坐標(biāo)系S內(nèi)的某一時刻（t=0，表示“同時”觀測），有另一觀測者B靜止在S系內(nèi),他測得該棒的長度為x =L，則（5）式可以寫為: L0=kL,或者L=L01-(u

9、2/c)1/2（6）因?yàn)?-(u2/c)1/21，所以LL0，即運(yùn)動的尺子縮短，此即尺縮效應(yīng)。另外，在運(yùn)動坐標(biāo)系S內(nèi)的某一地點(diǎn)（x=0），發(fā)生一個事件（如兩次閃光），觀測者A測得事件發(fā)生的時間間隔為t，則由（2）式得t=t-(ux/c2)1-(u2/c)-1/2在靜止坐標(biāo)系S的觀測者B，測得事件發(fā)生的時間間隔為t，則由（4）式得：t=t1-(u2/c)-1/2（6）因?yàn)?-(u2/c)1/21，所以tt，即運(yùn)動的鐘走時慢，此即鐘慢效應(yīng)，也稱“時間膨脹”。關(guān)于“鐘慢尺縮效應(yīng)”，雖然聽起來是非?；奶频?，但由于根據(jù)狹義相對論所作的一切推論，理論與實(shí)踐相符得非常好，因而狹義相對論的相對時空觀念完全被人

10、們接受，牛頓的絕對時空觀念完全被人們拋棄。為了將“相對性原理”推廣到非慣性系，愛因斯坦利用黎曼幾何這一數(shù)學(xué)工具，建立了引力場方程，得出“時空”依賴于其周圍的質(zhì)量分布，而具有“彎曲”的性質(zhì)。我認(rèn)為，黎曼空間的存在，在幾何上仍然存在嚴(yán)格的邏輯前提，然而，廣義相對論的整個理論體系非常缺乏形式表達(dá)與物質(zhì)對象之間的嚴(yán)格對應(yīng)。一系列實(shí)驗(yàn)上的巧合給了我們“空間大小可以變化”，甚至可以“彎曲”的假象，實(shí)際上，這種看法是十分荒唐的，我們不能僅僅因?yàn)閺V義相對論的理論與實(shí)驗(yàn)相符，就認(rèn)為它是正確的。由于狹義相對論的時空概念只具有相對意義，則“鐘慢尺縮效應(yīng)”也是相對而言的。也就是說，在靜止坐標(biāo)系S的觀測者B，通過觀測得

11、到運(yùn)動坐標(biāo)系S的“鐘慢尺縮”； 在運(yùn)動坐標(biāo)系S的觀測者A則認(rèn)為自己是靜止的，A看到坐標(biāo)系S的運(yùn)動速度為-u，A通過觀測得到坐標(biāo)系S的“鐘慢尺縮”。 觀測者A和B都認(rèn)為對方的鐘走慢了，尺子縮短了。這一結(jié)論顯然是矛盾的，因而是不能令人滿意的。為了進(jìn)一步揭露以上時空概念的矛盾，我們再來看一個例子（請看下圖）：   ABCDE為較粗的、裸露的理想銅導(dǎo)線，按圖中連接則回路中有電流I通過?，F(xiàn)將上圖作些改動：（1）          該理想實(shí)驗(yàn)在遠(yuǎn)離一切力場的地方進(jìn)行；（2） &

12、#160;        電路靜止在慣性坐標(biāo)系S內(nèi)；（3）          將A點(diǎn)斷開，然后在該處串接一個燈泡；（4）          將C、D斷開，在S系內(nèi)測得C、D的距離為1米；（5）          有一條靜止在慣性坐標(biāo)系S內(nèi)的銅棒，在S內(nèi)測得其長

13、度為L=1.1米，兩個端點(diǎn)為C和D；（6）          在慣性坐標(biāo)系S觀測，水平放置的銅棒CD緊貼銅導(dǎo)線，由C左端向D飛行，運(yùn)動速度為u=0.99c；S系的觀測者測得銅棒CD的長度為L=0.155米1米，燈泡不亮。（7）          在慣性坐標(biāo)系S系的觀測者測得銅棒CD的長度為L=1.1米，測得CD的長度L=0.14米，1.1米，燈泡亮。顯然，依據(jù)狹義相對論，在不同坐標(biāo)系觀測我們得到了互相矛盾的結(jié)果。但是

14、，這種矛盾是不允許的，是被禁止的，因?yàn)槭录慕Y(jié)果是唯一的燈泡要么發(fā)光，要么不發(fā)光，二者必居其一。一個正確的物理理論必須對此進(jìn)行選擇并進(jìn)行令人滿意的解釋。這充分暴露了狹義相對論時空觀念的深刻矛盾。在前面我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，人類關(guān)于“時間” 的概念是抽象、主觀和模糊的，關(guān)于“空間” 的概念則是形象、客觀、和準(zhǔn)確的。因而，我們有理由相信：銅棒CD的客觀長度L0=1.1米，CD的客觀距離為LCD =1米。事件的結(jié)果應(yīng)該是：燈泡能發(fā)光！三、對“時空”概念的重新審查也許，如果沒有邁克爾孫莫雷的光速實(shí)驗(yàn)，人們永遠(yuǎn)不會接受“相對時間”的觀念，但是，這個實(shí)驗(yàn)是無可挑剔的，“光速不變”（光速是一個恒量，與光源的運(yùn)動、觀

15、測者的運(yùn)動無關(guān)）是鐵的事實(shí)，因此，“相對時間”是不可避免的。在慣性坐標(biāo)系S觀測，光速是c，x=ct；在慣性坐標(biāo)系S觀測，光速也是c，x=ct。因?yàn)閤x， 所以，tt，即“時間膨脹”是客觀、真實(shí)、必然的。“光速不變”正是由于時間的這一神秘原因引起的。但是，時間是一維的，它具有絕對的不可逆性，時間順序的絕對因果律，在本質(zhì)上不同于量子力學(xué)中的因果律，更不同于錄象倒放的逆過程。用于描述微觀粒子行為的“幾率”概念，違反了宏觀物體行為的因果律，那是允許的，它違反“常識”但不違反邏輯。而錄象倒放使我們能夠觀看復(fù)制的歷史資料，但我們卻一點(diǎn)也不能干預(yù)、改變歷史事實(shí)。因而，錄象倒放這種“時間倒流”不具有真實(shí)的意義

16、。只要是一個心智健康的人，決不會相信“時間倒流”。如果對“時間倒流不可能”這一基本邏輯不具有堅(jiān)定的信念，我們就無法建立任何科學(xué)定律。企圖制造“時間機(jī)器”的人，我奉勸他們連想都不要想，因?yàn)檫@比企圖制造“永動機(jī)”的人愚蠢萬倍。時間是連續(xù)的，它無始無終；宇宙是固有的存在，沒有開始，也沒有結(jié)束。就算“宇宙大爆炸”是真的，那么，大爆炸前也是宇宙存在的另一種形態(tài)。但是，“長度收縮”這一空間性質(zhì)是主觀、虛假的，是由于人們在測量過程中的不慎引起的假象，通過適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)處理即可校正。慣性坐標(biāo)系S相對慣性坐標(biāo)系S的速度為u（向右）。在S系觀測直尺的長度為L=L0，當(dāng)u不同時，在坐標(biāo)系S中觀測到無窮多個直尺長度L1，

17、L2，L3在這些所有的直尺長度的數(shù)值中,只有L=L0是唯一正確的，其余的值都是錯誤的，因而必須修正。錯誤的原因是：當(dāng)我們位于一個相對直尺運(yùn)動的參照系時，測量其長度不能“同時”測量直尺的兩端。正確的測量方法是（分為兩步）：第一次測量：“同時”測量直尺的兩端；測得銅棒CD的長度為              L1=L01-(u/c)21/2（7）第二次測量：“延時”測量直尺的右端?！把訒r”的時間為：T=t1-1-(u/c)21/2（8）校正長度為L=X2-X1由（1）、（

18、3）兩式得L0=X2-X1=L-uT1-(u/c)2-1/2校正長度L= L01-1-(u/c)21/2（9）由（7）、（9）兩式得到經(jīng)過兩次測量后，得到校正后銅棒CD的長度為L=L1+L=L0既然我們通過“同時”測量銅棒兩端的坐標(biāo)，而得到銅棒長度偏短的錯誤結(jié)論，說明我們在測量D點(diǎn)的坐標(biāo)時，已經(jīng)“提前”進(jìn)行了，這種“提前”是客觀真實(shí)的，而用“同時”的方法反而成了主觀、錯誤的了。出現(xiàn)這種錯誤的根本原因是人們在定義“時間”的概念時的主觀性、模糊性、抽象性所帶來的，是因?yàn)槿祟惸壳暗恼Z言缺陷造成的。這有點(diǎn)象目前我們用語言來描述微觀粒子的量子行為一樣，用的是主觀、模糊、抽象語言，甚至于已經(jīng)破壞了我們在日

19、常生活中所建立起來的因果律，但是，量子力學(xué)并不因此而失去它的價值，反而更加閃耀著人類智慧的光芒。在物理上，標(biāo)尺的長度必須為大家公認(rèn)，從而能夠?yàn)檎麄€科學(xué)世界制定一個共同的標(biāo)準(zhǔn)，根本無需也不可能對于實(shí)驗(yàn)中決定于不同操作所出現(xiàn)的不同“觀測效果”作出同一化認(rèn)定?！翱臻g”從屬于獨(dú)立的抽象形式系統(tǒng)，它僅僅是表現(xiàn)物質(zhì)運(yùn)動的一個舞臺，是完全抽象定義的一種獨(dú)立存在，它僅僅是對一切物質(zhì)及其運(yùn)動“空間尺度”所必須的量度，它與真實(shí)存在著的物質(zhì)世界完全無關(guān)，也與物質(zhì)對象是否存在“質(zhì)量”這樣的邏輯前提無關(guān)。“空間”的這種“共同量度基準(zhǔn)”的存在，是一切科學(xué)陳述的必需?！翱臻g”純粹是用來表現(xiàn)物質(zhì)世界的一個表述工具，是一個為表

20、述物質(zhì)和物質(zhì)運(yùn)動所提供的、具有抽象意義的獨(dú)立舞臺。在“宇宙大爆炸”之前，宇宙當(dāng)然是有“空間”的，“空間”提供了“宇宙大爆炸”之后的一個背景舞臺，只不過，此時的“空間”無法用“尺”這一“物質(zhì)”去量度，也沒有具有智慧的“人”進(jìn)行操作罷了。因此，作為表觀物質(zhì)世界的自然科學(xué)中一個最簡單和最原始的概念，根本無需對作為度量標(biāo)準(zhǔn)的“空間”進(jìn)行特別的討論。“時間”和“空間”作為形式系統(tǒng)中兩個必須的、最原始概念，比對于“質(zhì)量”的認(rèn)定更為基本，范圍也更為廣闊。由此可得到以下結(jié)論：在不同慣性坐標(biāo)系中觀測，物體的長度不變，即空間具有絕對性。黎曼幾何所描述的彎曲空間并不是真實(shí)的空間，黎曼幾何只是描述物理現(xiàn)象的一種數(shù)學(xué)手

21、段，但絕不是唯一手段，甚至可以認(rèn)為它是一種錯誤的數(shù)學(xué)手段，因?yàn)樗鼘⒖茖W(xué)引導(dǎo)到了一條錯誤的道路。愛因斯坦將不同單位的物理量構(gòu)造一個抽象的幾何“時空”，造成了科學(xué)史上從未出現(xiàn)過的空前邏輯紊亂。光線真實(shí)存在的彎曲狀況，是由大質(zhì)量星體的萬有引力（改造后）造成的，不可能決定于“廣義相對論”中那個未知量和方程數(shù)都不同一、處處需要補(bǔ)充新的人為假設(shè)、演繹邏輯充滿紊亂的“度量張量”場。因此，牛頓關(guān)于空間具有客觀絕對性的觀點(diǎn)是正確的：“絕對的空間，就其本性而言，是與外界任何事物無關(guān)、永遠(yuǎn)是相同的和不動的。相對空間是絕對空間的可動部分或者“量度”。 “空間”不是物體，它只是物體表演（運(yùn)動）的一個“舞臺”，這個“舞臺

22、”是人們根據(jù)物質(zhì)的存在和運(yùn)動而抽象出來的概念，“空間”既看不見，也摸不著。只有物體才有“大小”、“平直”、“彎曲”之分，“空間”不是物體，故無“大小”、“平直”、“彎曲”之分?？臻g是絕對的、均勻、連續(xù)性的；宇宙空間并非“有限無邊”，而是“無邊無際”的。但是，牛頓關(guān)于時間具有絕對性的觀點(diǎn)是錯誤的： “絕對的、真正的和數(shù)學(xué)的時間自身在流逝著，而且由于其本性而在均勻地、與任何其它外界事物無關(guān)的流逝著，相對的、表觀的和通常的時間是通過運(yùn)動來進(jìn)行的量度，我們通常就用諸如小時、月、年等這種量度以代替真正的時間”。 時間是一維的，即用一個參數(shù)就能夠表明所有事件發(fā)生的先后順序，時間標(biāo)架方向的選擇是確定的，不帶

23、有觀察者的隨意性。為了給出在空間不同點(diǎn)的事件的先后順序和時間間隔，需選取時間標(biāo)架，即在已定空間標(biāo)架的固定點(diǎn)選擇標(biāo)準(zhǔn)鐘，并使空間所有相對靜止點(diǎn)上的鐘與標(biāo)準(zhǔn)鐘同步。選擇不同的標(biāo)準(zhǔn)鐘記錄同一事件的時刻可能不同，但是兩事件發(fā)生的先后順序和時間間隔不會因鐘的不同而改變。但是，當(dāng)我們考察空間非相對靜止點(diǎn)上的鐘的時候，兩事件發(fā)生的先后順序仍然不會因鐘的不同而改變，時間間隔卻是不同的了！四、絕對靜止參照系和慣性參照系狹義相對論認(rèn)為，所有物體的運(yùn)動都是相對的，所有慣性坐標(biāo)系中都是平等的，絕對靜止參照系是不存在的。在所有慣性坐標(biāo)系中，一切物理定律相同，在反映物理規(guī)律的數(shù)學(xué)形式上保持不變。因而，你無法通過物理實(shí)驗(yàn)證

24、明你所在的參照系與別的參照系有何區(qū)別。我認(rèn)為，物體的運(yùn)動既有相對性，也有絕對性，所有慣性坐標(biāo)系中不是平等的，絕對靜止參照系是存在的，“相對性原理”不具有普遍性，可以通過物理實(shí)驗(yàn)證明你所在的參照系與別的參照系有何區(qū)別。首先，運(yùn)動的相對性大家都清楚，不必多說。關(guān)于運(yùn)動的絕對性，我們來看一個簡單的例子：在地球上有一個正在旋轉(zhuǎn)的陀螺，最大半徑為5cm，相對太陽的轉(zhuǎn)速為4圈/秒，陀螺作圓周運(yùn)動的線速度為：v=r1.3（米/秒）。但是，如果以旋轉(zhuǎn)的陀螺為參照系，太陽作圓周運(yùn)動的線速度為：V=R=1.5x101183.80x1012（米/秒）這一速度遠(yuǎn)大于光速。顯然，我們不能把以上兩種相對運(yùn)動看成是等價的。

25、其次，所有慣性坐標(biāo)系中都不是平等的。例如：在遠(yuǎn)離一切力場的地方，有兩個以相對速度u運(yùn)動的慣性坐標(biāo)系S 和S，對于固連在其上的觀測者A和A而言，到底是誰的“鐘”走時更快呢？雖然這是一個理想實(shí)驗(yàn)，但我們必須回答以上問題而不可借故回避，就象伽利略的斜面慣性實(shí)驗(yàn)和愛因斯坦的電梯實(shí)驗(yàn)一樣，不能因?yàn)樗麄兪抢硐雽?shí)驗(yàn)而否定其重大意義。要回答以上問題就必需要確定“絕對靜止參照系”：在地上觀測，地球是一個精確度較高的“靜止參照系”；在太陽系觀測，太陽的中心是一個比地球精確度更高的“靜止參照系”；在銀河系觀測，銀河系質(zhì)心是一個比太陽中心精確度更高的“靜止參照系”；總星系的質(zhì)心是一個比銀河系質(zhì)心精確度更高的“靜止參照

26、系”；隨著時間的推移,人類的智慧不斷提高,人們可以不斷地繼續(xù)尋找下去，得到越來越精確的“靜止參照系”。也許，宇宙大爆炸的起點(diǎn)才是真正意義上的“絕對靜止參照系” 這是宇宙間唯一優(yōu)越的慣性參照系。也許，憑著人類的智慧永遠(yuǎn)無法找到真正意義上的“絕對靜止參照系”，但是，我們確信人類可以不斷逼近“絕對靜止參照系”，就象“絕對零度”和“理想氣體”不可能達(dá)到一樣，但我們可以不斷逼近它。確定“絕對靜止參照系”的意義在于，它有利于我們對物體的運(yùn)動進(jìn)行精確的描述。一旦確定了“絕對靜止參照系”，我們就可以定義慣性坐標(biāo)系了：凡是相對絕對靜止參照系作勻速直線運(yùn)動的參照系，就是慣性坐標(biāo)系。在牛頓力學(xué)和相對論中，定義慣性坐

27、標(biāo)系時都存在循環(huán)邏輯的矛盾。有了近似的“絕對靜止參照系”，我們就可以比較慣性坐標(biāo)系S 和S的速度，比較兩者中哪一個相對“絕對靜止參照系”的速度教大，則這個坐標(biāo)系的“鐘”走時較快。例如，從宇宙中高速飛向地球的子，比靜止在地球上的子壽命更長；相對地球被加速（作高速勻速圓周運(yùn)動）的子比靜止在地球上的子壽命更長。五、“相對性原理”不具有普適性大自然既具有簡單、和諧、統(tǒng)一的一面，也具有復(fù)雜、混亂、形式多樣的一面。要求所有物理定律在一切坐標(biāo)系中具有相同的形式（協(xié)變性），是人們美好的愿望，這是人類的主觀要求，這種主觀愿望必須服從于大自然的客觀實(shí)際。因此，對于“相對性原理”不具有普適性的事實(shí)無須大驚小怪。我們

28、知道，在不同慣性坐標(biāo)系中觀測，天空中飛鳥的運(yùn)動軌跡，結(jié)果是不一樣的，“飛鳥的運(yùn)動軌跡”算不算是一種“物理規(guī)律”呢？在不同慣性坐標(biāo)系中觀測，物體的坐標(biāo)、長度、速度不同，同一事件所經(jīng)歷的時間間隔不同。下面我們將看到，在不同慣性坐標(biāo)系中觀測，物體的質(zhì)量不同，物體所受的萬有引力也不同。相比之下，一種真實(shí)的存在，比一種人們主觀上要求的“協(xié)變性”更為重要?？茖W(xué)的任務(wù)正是使得我們建立的理論與“真實(shí)的存在”之間取得盡量小的誤差。“自然、簡單、和諧、統(tǒng)一”的科學(xué)美絕非大自然的客觀真實(shí)，它屬于意識范疇。六、關(guān)于光速不變原理從理論上看，麥克斯韋電磁理論要求光速不變；從實(shí)踐上看，邁克爾-莫雷的光速實(shí)驗(yàn)說明光速不變。因

29、而，從表面上看，狹義相對論的時空觀就是“光速不變原理”的必然推論，其實(shí)應(yīng)該倒過來說：正是“時間膨脹”這一原因，導(dǎo)致“光速不變”這一結(jié)果。因?yàn)椋覀冎挥卸x了“時空”概念，才能得到“速度”的概念。所以，只要我們承認(rèn)“時間膨脹”，對“光速不變”就不會感覺到奇怪。當(dāng)然，我們還可以從以下角度對“光速不變”進(jìn)行更深入的理解：（1）          靜止質(zhì)量為0的物體，其在真空中的速度必為c。c為物質(zhì)運(yùn)動的“極限”速度，它充當(dāng)了“無窮大”的角色，因此靜止質(zhì)量為0的光子，它從靜止加速到c是瞬間完成的（不需要時間）。當(dāng)

30、光子的運(yùn)動速度達(dá)到c后，就不能再加速了，因?yàn)樽饔昧Φ膫鞑ニ俣纫脖幌拗圃赾之內(nèi)，這樣就沒有一個力能夠從光子的背后作用于它。但是，力能夠從光子的前面和側(cè)面作用于它，故光子可以減速，也可以彎曲。（2）          在真空中速度為c的物體，其靜止質(zhì)量必為0。物體的運(yùn)動質(zhì)量與靜止質(zhì)量的關(guān)系滿足下式：   m=m0/1-(u2/c)1/2如果物體靜止質(zhì)量不為0，當(dāng)它在真空中速度為c時，其運(yùn)動質(zhì)量無窮大，而這是不可能的，所以在真空中速度為c的物體，其靜止質(zhì)量必為0。（3）  

31、;        靜止質(zhì)量為0的物體，慣性為零，保持原來運(yùn)動狀態(tài)的屬性為零；例如，光子靜止質(zhì)量為0，當(dāng)光源的運(yùn)動速度為v時, 光子并不能保留原來運(yùn)動狀態(tài)v。光子的運(yùn)動與光源不運(yùn)動時的情況一模一樣。另一方面，從運(yùn)動學(xué)的角度看，運(yùn)動具有相對性，即“觀察者靜止而光源的運(yùn)動速度為v”，與“光源靜止而觀察者的運(yùn)動速度為v”是等價的，因此，“光在真空中的速度恒為c,與光源的運(yùn)動無關(guān)，與觀察者的運(yùn)動無關(guān)”。（4）          光是波，當(dāng)波源靠近

32、觀察者時，波長變小，頻率變大，但波長與頻率的乘積不變，等于c,即=c；當(dāng)波源遠(yuǎn)離觀察者時，波長變大，頻率變小，但波長與頻率的乘積不變，等于c,即=c。如果有一天人類發(fā)現(xiàn)宇宙中存在運(yùn)動速度大于c的粒子，我們可以肯定它不是從靜止加速而來的，而是它本來的運(yùn)動速度就大于c，而且，它的運(yùn)動速度永遠(yuǎn)無法降低到c。七、廣義相對論的缺陷1、廣義相對論“奇點(diǎn)”的存在這個方程是高度非線性的，一般不能嚴(yán)格求解。只有在對時空度規(guī)附加一些對稱性或其他要求下，使方程大大簡化，才有可能求出一些嚴(yán)格解。在引力場球?qū)ΨQ的假定下，可以得到方程的史瓦西解。顯然，度規(guī)在=2MG/2和0處奇異（趨于無窮大）。但是,=2MG/2處的奇異

33、是由于坐標(biāo)系帶來的,可以通過適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系變換來避免。0處的奇點(diǎn)是本質(zhì)的。在奇點(diǎn)上，時空曲率和物質(zhì)密度都趨于無窮大，時空流形達(dá)到盡頭。不僅在宇宙模型中起始的奇點(diǎn)是這樣，在星體中引力坍縮終止的奇點(diǎn)也是這樣。在奇點(diǎn)處，“一切科學(xué)預(yù)見都失去了效果”，沒有時間，也沒有空間。無窮大的出現(xiàn)顯然是廣義相對論的重大缺陷。另外，對于廣義相對論的數(shù)學(xué)形式復(fù)雜性，世界著名物理學(xué)家波恩說：“它的形式復(fù)雜得可怕”。把時間和空間這兩個具有完全不同抽象內(nèi)涵和不同物理學(xué)量綱的概念同一化，帶給人們的困惑和不解是無法揮之而去的，晚年的愛因斯坦不時流露對他那只時時需要加以校對的鐘，和那把處處需要校正的尺不滿。2、廣義相對論與量子理論

34、不相容量子理論是非常完備的科學(xué)理論，而廣義相對論和量子理論彼此間并不相容。 1920年，韋爾提出了一個將電磁場和引力場聯(lián)系起來的電磁場幾何化的理論，他的基本想法是：把電磁場與空間的局部度規(guī)不變性聯(lián)系起來。韋爾的理論不僅沒有得到學(xué)術(shù)界的認(rèn)可，而且也與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符。之后，瑞尼契、惠勒、米斯納等人也作了很多將電磁場幾何化的嘗試，都沒有獲得成功。人們也曾試圖將引力場進(jìn)行量子化，并從中尋求引力場與電磁場的本質(zhì)聯(lián)系，企圖用量子論的方法實(shí)現(xiàn)引力場與電磁場的統(tǒng)一。電磁場的場量子是光子，類似地人們欲將量子化的引力場的場量子稱為引力子。但經(jīng)過幾十年的努力，引力場的量子化嘗試連連失敗。廣義相對論運(yùn)用數(shù)學(xué)工具“黎曼幾

35、何” 和“張量分析”得到“空間彎曲”的結(jié)論，但我認(rèn)為，“彎曲的空間”只是一種運(yùn)算符號，它沒有物理意義，更不能描述真實(shí)的空間。例如，在分析簡諧振動和簡諧波的規(guī)律時，用復(fù)數(shù)進(jìn)行運(yùn)算的結(jié)果描述可以簡諧量，但復(fù)數(shù)并不是簡諧量，復(fù)數(shù)本身沒有物理意義。又如，在量子力學(xué)中用“波函數(shù)” 進(jìn)行運(yùn)算能得到可觀測量，但“波函數(shù)” 并不是可觀測量，它本身沒有物理意義。 八、對萬有引力定律的改造顯然，牛頓萬有引力定律是有缺陷的，我們認(rèn)為該定律是一個正確定律極好的近似。為了便于進(jìn)行類比，我們來看一個電磁學(xué)現(xiàn)象：在一個范圍內(nèi)，同時有一個恒定的電場和磁場(磁感應(yīng)強(qiáng)度為B)，其中，電場由帶電量為-Q（場源）的均勻球體產(chǎn)生。距離

36、球心r處，有一靜止檢驗(yàn)點(diǎn)電荷，帶電量為+q（qQ），其對場源的影響可忽略不計(jì)。則點(diǎn)電荷不受磁場的作用， Fc=0；所受電場力（庫侖力）為有心力，大小為：Fe =Qq/4r2（10）如果點(diǎn)電荷以速度v運(yùn)動，則所受電場力仍滿足（1）式，同時，它還要受到磁場力（洛侖滋力）的作用，大小為：Fc =Bqvsin（11）為B與v的夾角，洛侖滋力Fc不是有心力，其方向恒與速度v的方向垂直，由左手定則確定?？芍鍋鲎塘c對點(diǎn)電荷不做功。萬有引力F1=（GMm/r2）與（1）式很相似，因此，我們假定，在萬有引力場中運(yùn)動的物體，除受引力F1之外，同時受到另一個類似洛侖滋力力（暫稱為附加力）F2的作用，F(xiàn)2是速度v的函數(shù)，其方向恒與速度v的方向垂直，在v 與r構(gòu)成的平面（密切面）之內(nèi)，指向曲率中心一方，大小為：F2=（GMmv2/r2c2）由此得到萬有引力的精確表達(dá)式為：F=（GMm/r2）1+（v2/c2）=（GMm/r2）+（GMmv2/r2c2）（1