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相對論的故事

 黃昌易 2018-08-19

相對論是在一個特殊的環(huán)境中生長出來的奇葩,是一個假想的理論、有一個特殊的成功模式、也是一個有趣的科學(xué)寓言。相對論的產(chǎn)生是那個年代、那些事件、那些人物交織在一起的必然產(chǎn)物,雖然不可復(fù)制,卻可以使人們深思,從中得到有益的啟迪。

在科學(xué)的探索過程中,類比法是最簡單、直接的方法。人們從聲波、水波的傳遞方式中直覺地認(rèn)為光波也必然需要一種媒質(zhì)來傳播,這種媒質(zhì)就是無處不在的以太。19世紀(jì)麥克斯韋集電、磁理論于大成,提出麥克斯韋方程組,他也一口咬定電磁波需要在以太中傳播,并認(rèn)為光是電磁波的一種。麥克斯韋提出的電磁波理論完整了電磁理論體系,到此經(jīng)典物理學(xué)已經(jīng)成為一套完整的體系,但是唯獨(dú)以太這么重要的物質(zhì)卻一直不能得到確認(rèn),當(dāng)時物理界認(rèn)為以太是物理學(xué)中最后亟待解決的問題,所以科學(xué)家們千方百計(jì)尋找以太,爭當(dāng)物理學(xué)的終結(jié)者。

1887年美國試驗(yàn)科學(xué)家邁克耳遜勇挑重?fù)?dān),進(jìn)行了“劃世紀(jì)的試驗(yàn)” 尋找以太。他發(fā)明了高精度的干涉儀,用干涉條紋來檢驗(yàn)以太的存在,遺憾的是無論如果改變測試方向和想盡辦法提高精度都測試不到以太的存在,邁克耳遜不得不承認(rèn)尋找以太失敗。

物理學(xué)是實(shí)驗(yàn)科學(xué),相信科學(xué)就要尊重試驗(yàn)。當(dāng)時著名的科學(xué)家洛倫茲卻是一個虔誠的以太論者,他有權(quán)利懷疑邁克耳遜的結(jié)論,但是正確的途徑應(yīng)該是尋求其它的試驗(yàn)來證明以太的存在。然而洛倫茲卻不然,他采用曲解邁克耳遜試驗(yàn)的方式,他首先肯定以太存在,再猜測在什么可能情況下可以測試不到以太,經(jīng)過挖空心思的思考只有一種可能,即在干涉儀光臂的長度發(fā)生等比收縮的情況下方能測試不到干涉條紋,于是發(fā)明了洛倫茲收縮。如果以此為理,什么試驗(yàn)都沒有什么意義了,先假定需要的結(jié)果,如果試驗(yàn)結(jié)果與需要的結(jié)果不符,那么就找一個理由否定試驗(yàn),保證事先假定的需要的為正式結(jié)果!

對于洛倫茲提出的長度收縮,科學(xué)家們都嗤之以鼻,但洛倫茲還是對以太一往情深,以至后來推出洛倫茲變換,當(dāng)然他的目的很明確,只是為了挽救頻臨消亡的以太。

邁克耳遜尋找以太的失敗使得科學(xué)界一時失去了前進(jìn)的目標(biāo),洛倫茲攪得以太幽靈也難以揮之而去,科學(xué)界陷入了茫然之中、不知所措之時,愛因斯坦應(yīng)運(yùn)而生提出了相對論。

他先稱以太是不存在的,從而輕輕地接過邁克耳遜的實(shí)驗(yàn)結(jié)果(使相對論容易得到人們的認(rèn)可)。愛因斯坦先提出一個光速不變原理,另辟途徑地利用鐘慢尺縮的方式來得到長度收縮因子,(與洛倫茲收縮的結(jié)果形式相同為倒數(shù))。一旦有了長度收縮因子,就非常容易的得到時鐘S變慢,長度L收縮、質(zhì)量m變重的結(jié)果,于是狹義相對論橫空出世。

先前已有的洛倫茲收縮和洛倫茲變換,愛因斯坦何必多此一舉,直接取用不就結(jié)了,何必搞什么鐘慢尺縮呢和推來推去呢?大家有所不知,在當(dāng)時洛倫茲收縮和洛倫茲變換遭到了著名科學(xué)家們普遍的漠視,愛因斯坦非常明白直接拿來洛倫茲收縮和洛倫茲變換放到相對論中,顯然會引起科學(xué)界的反對,還是曲線推出相對論更為穩(wěn)妥。果然如愛因斯坦所料,當(dāng)相對論風(fēng)靡世界之后,愛因斯坦還是請回洛倫茲變換,勝利者是不受指責(zé)的,很少有人再提洛倫茲變換和洛倫茲收縮有什么問題了(洛倫茲變換本身含有洛倫茲收縮式)。就是有個別人提出不同的看法,也沒有人去理會了。

由于愛因斯坦在1905年寫《論動體的電動力學(xué)》的狹義相對論論文中,以鐘慢得到尺縮,能實(shí)現(xiàn)鐘慢尺縮需要光速不變?yōu)闂l件,所以愛因斯坦提出了一個特別的“光速不變”假設(shè)。由于他已經(jīng)先拋掉了空間中的物質(zhì)以太,這時他只好說光在虛空中速度不變。我們都知道運(yùn)動只能是相對其它物體的運(yùn)動,速度也只能相對的,而虛空是虛無的什么也沒有,相對虛空,沒有物質(zhì),這本身就是一個錯誤的概念!愛因斯坦為了屏蔽人們的質(zhì)疑而冥思苦想,他提出光是自然界中唯一例外的東西,不受自然界普適規(guī)律的約束。自然界是物質(zhì)的,是物質(zhì)就要遵守物質(zhì)的統(tǒng)一性,難道光和其他物質(zhì)是上帝和人的關(guān)系?

狹義相對論的主要內(nèi)容就是洛倫茲變換產(chǎn)生的三個效應(yīng),愛因斯坦開始也是認(rèn)為是尺縮、時鐘變慢和縱、橫質(zhì)量的變化,后來他又說這是空間收縮、時間膨脹、質(zhì)量變重。說白了愛因斯坦認(rèn)為無論空間、時間、質(zhì)量都是速度的函數(shù),在愛因斯坦的世界里又多了一個上帝,上帝決定一切!速度也決定時間、空間、物質(zhì),決定了一切。

速度是個啥東西?相對運(yùn)動的兩個桿之間只有一個運(yùn)動速度,何以得到一個桿不收縮而另一個桿必須收縮呢?因?yàn)橄鄬φ撜撐闹写_定一個桿是剛性桿,一個桿是普通桿嗎?那么愛因斯坦何不采取兩個剛性桿或者兩個普通桿來實(shí)驗(yàn)?zāi)??可見愛因斯坦已?jīng)事先在試驗(yàn)里注入了結(jié)果。

科學(xué)界把相對論捧為世界上最偉大的理論,有人說它是時空理論、也有人說它是運(yùn)動學(xué)理論、動力學(xué)理論,更有人說它是物理學(xué)中最精湛、最嚴(yán)密、最完美的科學(xué)杰作,而說不出相對論到底是個啥理論?

L是人們度量物體的長度單位,怎么能是空間呢?s也是時間的度量單位,而非時間本身!同理m是度量物體質(zhì)量多少的量度單位,在相同的度量單位下可以比較兩個物體的多少,在不同度量的單位中,僅憑數(shù)值不能比較大小。v是物體運(yùn)動速度的量度單位,所有運(yùn)動都是相對的,慣性運(yùn)動的條件下,相對v值的大小與物體的運(yùn)動速度以及運(yùn)動和不運(yùn)動無關(guān),與觀測方法有關(guān)、與時間單位的長度有關(guān)。把這些度量單位和洛倫茲收縮系數(shù)帶入在數(shù)學(xué)中去運(yùn)算,此消彼長就成了空間時間的變化?相對論只是一個游戲,是度量單位變化的游戲!

狹義相對論是時空理論嗎?開玩笑!看看狹義相對論書中有沒有對時、空概念進(jìn)行定義?有沒有論述時、空的性質(zhì)?再看看牛頓的《哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理》中對時空的描述和定義,思考一下再說話也不遲。不但愛因斯坦說不清時間、空間是什么,當(dāng)今所有科學(xué)家們也都說不清楚,當(dāng)然有人指責(zé)牛頓的時空觀有問題,盡管牛頓說過“過絕對運(yùn)動”但是到目前還沒有人超越牛頓對時空的描述。對時間和空間是什么都說不清的情況下,就敢說什么時間膨脹、空間收縮?膽子有點(diǎn)忒大了吧?

數(shù)學(xué)可以描述一切!同樣,描述出的東西可以不存在。數(shù)學(xué)是物理學(xué)的工具,不是物理學(xué)產(chǎn)生于數(shù)學(xué),可有人認(rèn)為物理學(xué)是孩子數(shù)學(xué)是媽,憑借假設(shè)通過數(shù)學(xué)就得到相對論。會數(shù)學(xué)就是懂得物理?在數(shù)學(xué)中導(dǎo)出L變小,那就是物體長度收縮?物體憑什么收縮?收縮的機(jī)理如何解釋?那不僅是長度收縮,而是空間也收縮!空間是什么?什么在收縮?憑你運(yùn)動,無限遠(yuǎn)的空間都會發(fā)生收縮?典型的人有多大膽,地有多大產(chǎn)!數(shù)學(xué)家發(fā)明黎曼幾何,空間就是彎曲的了?空間是本身是虛空,是什么都沒有,引力能引起物質(zhì)的分布發(fā)生變化或改變物體運(yùn)動方向,但是虛無的空間本身只能是平直!什么也不能把沒有、虛無變形?

狹義相對論的運(yùn)動環(huán)境是慣性運(yùn)動,慣性運(yùn)動是物體不受力的運(yùn)動,哪里來的相對論動力學(xué)呢?要說相對論屬于運(yùn)動學(xué)還貼點(diǎn)鋪襯,在運(yùn)動學(xué)中可以不管誰在運(yùn)動,只討論相對運(yùn)動的關(guān)系。

相對論的量桿和鐘在運(yùn)動中的行為純屬想象,量桿是人想的、時鐘是人造的,宇宙中的天體運(yùn)動既不需要量桿也不需要時鐘!愛因斯坦說什么沒有以太“不但光不能傳播,而且量桿和時鐘也不可能存在”,只不過是顛三倒四的囈語(1920年“以太與相對論”)。愛因斯坦的尺縮和洛倫茲收縮有什么本質(zhì)的不同嗎?數(shù)學(xué)再神奇也不能把沒有的東西變成有!狹義相對論的內(nèi)容純屬無中生有,三個效應(yīng)只是妖言惑眾。相對論不是“最精湛”而是最荒誕,不是“最嚴(yán)密”而是最虛無,不是“最完美”而是最妖惑!

愛因斯坦搞出狹義相對論后又搞了一個廣義相對論,廣義相對論講的是引力使空間彎曲,空間彎曲決定物體的運(yùn)動,引力也可以引起時鐘變慢,繼而認(rèn)為那是時間變慢。廣義相對論的引力引起空間彎曲和時間變慢,與狹義相對論的運(yùn)動引起時間變慢和空間收縮是完全不同的兩碼事,雖然都帶有相對論的名字,內(nèi)容沒有本質(zhì)的聯(lián)系,所以不存在用狹義相對論去證明廣義相對論,也沒有理由用廣義相對論去證明狹義相對論。萬有引力是物質(zhì)存在固有的效應(yīng),牛頓的萬有引力公式描述的很清楚,依據(jù)萬有引力定律人類實(shí)現(xiàn)了航天的夢想,這是不可否認(rèn)的事實(shí)。萬有引力可以影響空間中物體的運(yùn)動,愛因斯坦認(rèn)為物體在引力場中的運(yùn)動取決于空間彎曲,而萬有引力并不存在。這是愛因斯坦思考問題出于本末倒置的習(xí)慣,造成廣義相對論的舍本逐末。

愛因斯坦提出的相對論伊始,根本得不到科學(xué)界的認(rèn)同,不但很多的科學(xué)家們反對相對論,就連被愛因斯坦封為相對論先驅(qū)的馬赫、邁克耳遜、洛倫茲也不買相對論的帳!從狹義相對論問世已經(jīng)過去了14個年頭,科學(xué)家們對狹義與廣義相對論的態(tài)度都沒有發(fā)生根本性的改變。畢竟人們對時間和空間的困惑,對時間變慢和停止的好奇,誰都知道時間的停止意味著永生不老,這個暗示有極大的誘惑性,所以相對論也自然也會引起人們的關(guān)注。

1919年英國物理學(xué)家愛丁頓應(yīng)運(yùn)登場,他率領(lǐng)探險(xiǎn)隊(duì)去幾內(nèi)亞灣的普林西比島,去觀測5月29日發(fā)生的日全食,因?yàn)樵诖酥皭垡蛩固诡A(yù)言光線會在通過太陽附近的地方發(fā)生彎曲。觀測的結(jié)果證明了光線在太陽附近確實(shí)發(fā)生了彎曲,愛丁頓頓時名聲鵲起,隨著相對論傳遍歐美、世界。人們認(rèn)為世界上除了愛因斯坦就是愛丁頓真正懂得相對論了,然而事實(shí)遠(yuǎn)非如此!

1919年11月6日愛丁頓在倫敦的皇家學(xué)會向世界宣告了觀察結(jié)果,愛丁頓所做的只不過是科學(xué)鑒定會中的實(shí)驗(yàn)員的工作,實(shí)驗(yàn)員只負(fù)責(zé)向?qū)<医M匯報(bào)測試條件和測試結(jié)果,專家組負(fù)責(zé)分析、提問和論證,最后由科學(xué)家們聯(lián)合簽署結(jié)論??墒窃谶@個報(bào)告會上,除了愛丁頓匯報(bào)測試結(jié)果之外,其他程序一無所有。不但沒有分析產(chǎn)生光線偏轉(zhuǎn)的各種原因、各種機(jī)理,也沒有分析觀測結(jié)果與廣義、狹義相對論的關(guān)系,會議就懵懵懂懂的宣布相對論是正確的,現(xiàn)在看來這簡直是一個天大的荒唐!在科學(xué)對相對論毫無了解的情況下就被草草推入了洞房,雖然雙方毫無共同語言,如今畢竟一起過了將近100年了,想離婚也難!其實(shí)愛丁頓對廣義和狹義相對論的理論的區(qū)別都不清楚,就著急宣布結(jié)果,熱情有余、科學(xué)精神不足!事實(shí)證明愛丁頓根本不懂相對論!

愛丁頓一炮打響,他的名字也隨著相對論飛遍世界。就像我國的無產(chǎn)階級文化革命開啟的時候一樣,愛丁頓從“上海”發(fā)出光線彎曲的震驚消息,使得“北京”的物理學(xué)家們措手不及,只有招架之力沒有反手之功,加之“宣傳媒體”狂轟亂炸,當(dāng)時的歐、美的報(bào)紙連篇累牘地刊登了關(guān)于相對論的好評,開辟了在科學(xué)領(lǐng)域中大眾媒體參與推潑助瀾的先河,相對論一時間成為 “明白人”交流場合的時髦、家庭主婦們的奇談、生意人的廣告、產(chǎn)品的名牌。學(xué)術(shù)研究變成了一場轟轟烈烈的群眾運(yùn)動!相對論被封為一場革命產(chǎn)生的偉大理論,愛因斯坦在群眾的運(yùn)動中擁為世界上最偉大的天才!20世紀(jì)的兩場革命之中都出現(xiàn)天才,看來革命也有共同的特徽!

錯誤的東西必然會退出了歷史舞臺,但是愛因斯坦的名字會像安徒生一樣被人們永遠(yuǎn)的銘記,相對論也會像皇帝新裝的故事一樣永遠(yuǎn)流傳!相對論,一個美好的科學(xué)的童話。

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