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關(guān)于相對性原理

 物理網(wǎng)文 2019-09-11

         相對性原理和光速不變原理是支撐愛因斯坦狹義相對論的兩條基礎(chǔ)性原理。關(guān)于這個理論的許多問題本人已經(jīng)有多篇文章予以闡述過了,這里不再贅述而只分析相對性原理。顯然,如果這個原理不能精確成立,那么狹義相對論,廣義相對論直至愛因斯坦的宇宙學(xué)理論均不成立。

        愛因斯坦的狹義相對性原理是伽利略相對性原理的推廣,即把只認為適用于力學(xué)定律的伽利略相對性原理推廣到適用于一切物理定律。顯然,這一推廣的前提是伽利略相對性原理必須精確成立,而且具有普遍性,否則,推廣之后不可能普遍成立。

        首先,物理學(xué)中至今存在許多不實際的概念沒有得到清理,前文所提到的‘空間’就是其一,以后本人還要指出‘場’和‘波’等都是不實在的概念。這里將要涉及的是牛頓的‘絕對空間’和‘慣性系’這樣一些虛無的或者至多是人類直覺觀念的概念,在這些概念基礎(chǔ)上建立起來的理論不可能具有普遍性。

       眾所周知,牛頓力學(xué)是關(guān)于物體絕對運動的學(xué)說,也就是物體相對于‘絕對空間’運動規(guī)律的學(xué)說。由于‘絕對空間’根本不存在,無法標示,牛頓創(chuàng)造了‘相對空間’概念,即他認為‘相對空間’是相對于‘絕對空間’作勻速平動的‘空間’。由于‘空間’無法定義,牛頓所謂的‘相對空間’實際上是‘慣性坐標系’,也就是相對于‘絕對空間’作勻速平動的坐標系。理論上,慣性系有無窮多個,因為平動速度可以是從負無窮到正無窮的任何值。又由于無法確定一個坐標系是否相對于‘絕對空間’作勻速平動,最后只能反過來用牛頓第二(或第一)定律定義慣性系,即牛頓第二(或第一)定律在其中成立的坐標系叫做慣性系。可見,牛頓第二定律并不是在‘絕對空間’中通過實驗建立起來的定律,而只是一個幸運的猜想,這也就規(guī)定了它不是真正的物理定律。事實上,并不存在牛頓第二定律在其中真正成立的坐標系,只有局部而且近似成立的坐標系。比如地面上的實驗室坐標系只是在很小區(qū)間內(nèi)第二定律近似成立;在地心恒星坐標系內(nèi)成立的區(qū)間比較大;而在日心恒星坐標系內(nèi)則在太陽系范圍內(nèi)近似成立。這三個近似的坐標系也并非處于相互勻速平動狀態(tài)。

        實際上,正如馬赫早已指出的那樣,只有一個物體相對于其他物體的相對運動,不存在絕對運動(一個物體相對于慣性系的運動也是一種絕對運動)。按照科學(xué)的唯物的觀點,一個物體相對于另一物體的運動是客觀的,確定的,與用哪一個坐標系描述無關(guān),即在哪一個坐標系中其運動規(guī)律都一樣,這才是真正的相對性原理。例如,從旗桿頂上落下的物體,它對于地球是自由落體,那么無論從火車還是從其他星球上看,它相對于地球都是自由落體,不能當從火車上看時用它相對于火車的運動代替它相對于地球的運動,二者當然不一樣。

        有了這些準備之后,我們來看伽利略相對性原理。這個原理是說,牛頓力學(xué)定律(也就是物體絕對運動的規(guī)律)在所有慣性參考系中的數(shù)學(xué)表達式具有相同形式,力學(xué)實驗不能確定你的慣性系相對于絕對空間是處于勻速運動還是靜止狀態(tài)。除此之外還有其他表述,比如,力學(xué)定律在一切慣性系中均相同;所有慣性系對于力學(xué)定律都是等價的;力學(xué)定律在伽利略變換下保持形式不變等等。至今沒有一個嚴格的權(quán)威的表述,致使對這個原理的討論沒有一個統(tǒng)一的參照。這種模糊性本身就是對這個原理的否定。

        無論怎樣表述,這條原理都存在多重錯誤。首先,已經(jīng)討論多年的機械能守恒定律就不遵循這條原理;其次,根本就不存在慣性系,因此這條原理本身就是空中樓閣;第三,即便承認地面坐標系是慣性系,伽利略通過觀察大船中的現(xiàn)象得出的‘力學(xué)實驗不能確定你的慣性系相對于絕對空間是處于勻速運動還是靜止狀態(tài)’的結(jié)論也是錯誤的,因為當大船接近第一宇宙速度時(這個速度并不算大)情況就完全不是那樣,而且, 地面上勻速前行的火車,水面上勻速前行的大船,它們都不是相對于地面坐標系勻速運動的系統(tǒng),因為將這些坐標系的Z-軸向下延伸,它們顯然都相交于地心(假定地球是標準球形),因此,火車和大船都是相對于地面系旋轉(zhuǎn)而不是平動的坐標系。這樣,我們實際上就證明了所謂的‘伽利略相對性原理’根本就沒有實驗依據(jù),是個錯誤結(jié)論;并進而看出,依其為基礎(chǔ)的愛因斯坦的相對論是個完全錯誤的東西;第四,如果說‘牛頓力學(xué)定律(也就是物體絕對運動的規(guī)律)在所有慣性參考系中的數(shù)學(xué)表達式具有相同形式’,或者‘力學(xué)定律在伽利略變換下保持形式不變’,表達的是數(shù)學(xué)表達式的數(shù)學(xué)性質(zhì),不是定律的物理性質(zhì),因此不能看成是物理學(xué)原理;最后,要特別指出,正如前面所說,由于實際上只存在局部慣性系,而且它們之間并非處于相互勻速運動狀態(tài),而是處于相互加速狀態(tài),因此,力學(xué)定律參照于不同的實際慣性系的數(shù)學(xué)表達式并不相同,這充分說明相對性原理實際上根本就是錯誤的(如所周知,在地面上處理比較精確問題時,必須考慮科利奧利力)。

        到此我們需要討論一下數(shù)學(xué)。數(shù)學(xué)是什么?數(shù)學(xué)是人類發(fā)明的東西,是人類創(chuàng)造出來的,一開始,在古希臘,是作為上層人士智力游戲而出現(xiàn)的東西,不是人類發(fā)現(xiàn)的原本就為了定量描述物理定律而自動存在于自然界的東西。宇宙中如果存在其他人類,他們的數(shù)學(xué)和我們的數(shù)學(xué)肯定完全不同。人類發(fā)現(xiàn)的是,數(shù)學(xué)可以用來擬合自然規(guī)律。擬合總是近似的,不可能達到完全一致。無論擬合得多么好,都不能把物理定律的數(shù)學(xué)表達式的數(shù)學(xué)性質(zhì)看成是定律本身的物理性質(zhì)。

        既然數(shù)學(xué)是人類發(fā)明創(chuàng)造出來的,那么人們所作的擬合是否正確、得到的結(jié)果哪些該取哪些該舍等等就都應(yīng)該根據(jù)是否符合物理實在作出判斷。那種認為得到的方程很‘美’、很‘對稱’,因此必然正確,其解也必然全部對應(yīng)物理實在的觀點都是荒謬的,不是數(shù)學(xué)應(yīng)該符合物理實在而是數(shù)學(xué)在創(chuàng)造物理實在了,是純粹的唯數(shù)學(xué)主義觀點。例如,對正方形的面積開平方求該正方形的邊長時,得到正、負兩個根,應(yīng)該取正舍負,不應(yīng)認為兩個都有實際意義;同理,對正立方體的體積開立方得到一個實數(shù)和兩個復(fù)數(shù)三個根,當然是實數(shù)根有意義,舍棄兩個復(fù)數(shù)根;當然,當今數(shù)學(xué)上已經(jīng)有了n維空間概念,人們當然也會想象什么正n維立方體了,對其‘體積’開n次方就會得到n個根,顯然這種思維推廣本身只是數(shù)學(xué)上的游戲,在物理學(xué)上完全是胡鬧。

        數(shù)學(xué)擬合還存在數(shù)學(xué)奇點問題。因為數(shù)學(xué)是人造的,所以由零除數(shù)而產(chǎn)生的數(shù)學(xué)奇點自然也是人造的,不可能對應(yīng)于任何物理實在,也就是我們擬合自然規(guī)律的數(shù)學(xué)表達式在這一點上離實際太遠。自然界是諧和的、一致的,不可能存在無限大的奇點。雖然自然界也有突發(fā)事件,但是任何突發(fā)事件在任何方面的影響都不可能無限大,因此把數(shù)學(xué)奇點看成是對應(yīng)于物理實在的觀點是錯誤的,由此產(chǎn)生的結(jié)論,諸如宇宙大爆炸,必然是荒謬的。

        很顯然,洛倫茲變換是洛倫茲為了使電磁方程組在坐標變換下保持不變而創(chuàng)造出來的,所以它里面包含的奇點自然就是人造的。洛倫茲變換是兩個相互勻速運動著的慣性系之間的坐標變換式,由于當動系的速度等于和大于光速時,變換式失去意義,愛因斯坦據(jù)此得出光速是速度極限的結(jié)論。如果愛因斯坦的邏輯成立,不難發(fā)現(xiàn),只要動系速度為虛數(shù),不論多大,變換式都成立。愛因斯坦不是把時間軸作為虛軸,得出了四維時空距離不變的公式嗎?時間是虛的,速度自然是虛的。我們也不妨把具有虛速度的慣性系稱為‘暗慣性系’。待到愛因斯坦理論的發(fā)揚和擁護者們,諸如霍金等人,發(fā)現(xiàn)需要用‘虛速度’和‘暗慣性系’來維護他們的理論的時候,他們會發(fā)現(xiàn),我為他們的理論做出了重大貢獻。洛倫茲變換是愛因斯坦四維時空理論的基礎(chǔ),也是他的廣義相對論的基礎(chǔ)。既然能從他的理論的數(shù)學(xué)推理中得出虛時間、暗物質(zhì)、暗能量、宇宙大爆炸等結(jié)論,那么從洛倫茲變換式推演出‘虛速度’和‘暗慣性系’不也順理成章嗎!

       現(xiàn)在來看愛因斯坦是怎樣推廣這一原理的。愛因斯坦在“論動體的電動力學(xué)”一文中對這一原理給出的表述是:"The laws by which the states of physical systems undergo changes are not affected, whether these changes of state be referred to the one or the other of two systems of co-ordinates in uniform translatory motion."翻譯過來是:物理體系的狀態(tài)據(jù)以變化的定律,同描述這些狀態(tài)變化時所參照的坐標系究竟是用兩個在相互勻速平動著的坐標系中的哪一個并無關(guān)系。簡單一點說是:參照一系列相互勻速平動的慣性坐標系中的任何一個物理定律都相同或不變。再準確一點應(yīng)該是,物理定律的數(shù)學(xué)表達式的形式相同或保持不變。怎么個‘相同或保持不變’?愛因斯坦沒說。我們知道,兩個坐標系之間是需要坐標變換的。力學(xué)相對性原理是說“在伽利略變換下”保持不變。愛因斯坦沒有說,不說的原因是為他不用伽利略變換做準備??墒牵徽f,原理的表述就不完備。沒有完全表達清楚的東西能稱為‘原理’嗎?

        事情總是這樣的——你只能欺騙人們一時欺騙不了人們永遠。這種模糊不清欺騙性的表述不應(yīng)該是愛因斯坦所為,也許是因為當初愛因斯坦還沒有徹底弄懂伽利略相對性原理,以至于后來騎虎難下吧。無理怎樣,我們前面的論證已經(jīng)說明,伽利略相對性原理根本不成立。同理,愛因斯坦的推廣也不能成立。

        最后,我想對唯數(shù)學(xué)主義者說句話;唯數(shù)學(xué)主義在物理學(xué)中只能支撐一時支撐不了永遠!

       http://blog.sina.com.cn/s/blog_12ce010ae0102uz8n.html 

 

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