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狭义相对性原理是狭义相对论(下称相对论)的公设之一,但揭批它的文章却很少——仅《相对论对相对性原理的扭曲》和《关于相对性原理》两篇(见本刊2003年第8期和2005年第1期)。可惜两文都未击中要害,且前文有较大失误。鉴于此,特撰写本拙文,但愿能为最终推倒相对论增添微薄之力。
一、什么是相对性原理
所谓相对性原理,就是十七世纪意大利物理学家伽利略所描述的发生在关闭船舱中的力学现象。他写道:“……只要运动是匀速的,也不忽左忽右地摆动。你将会发现,所有上述现象丝毫没有变化,你无法从其中一个现象来确定,船是在运动还是停着不动。即使船运动得相当快,在跳跃时,你将和以前一样,在船板上跳过相同的距离,你跳向船尾也不会比跳向船头来得远,虽然你跳到空中时,你脚下的船板向跳跃的相反方向移动。你把不论什么东西扔给你的同伴时,不论他是在船头还是在船尾,只要你自己站在对面,你也不需要用更多的力。水滴像先前一样,滴进下面的罐子,一滴也不会滴向船尾,虽然水滴在空中时,船已行了许多柞。鱼在水中游向水碗前部所用的力,不比游向水碗后部来得大:它们一样悠闲地游向放在水碗边缘任何地方的食饵。最后蝴蝶和苍蝇将继续随便到处飞行,它们也决不会向船尾集中,并不因为它们可能长时间留在空中,脱离了船的运动,为赶上船的运动显出累的样子。”(《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》)
伽利略的描述表明:在任何一个惯性参照系中,都不可能通过力学实验,来确定这个参照系是处于静止还是匀速直线运动状态。这就是力学相对性原理,简称相对性原理。实际上,它是惯性原理的另一种表达。
相对性原理告诉我们:不论在哪一个惯性系上进行力学实验,只要条件相同,都可以得出同样的结果。这就是说,在任何惯性系中,力学定律都具有相同的形式。
需要指出的是,相对性原理并不局限于力学,对声学、光学同样是适用的,它是一条普适原理。
二、狭义相对性原理解读
我们知道,爱因斯坦对狭义相对性原理有过多种表述。在《论动体的电动力学》中,为:“物理系统的状态据以变化的定律,同描述这些变化时所参照的坐标系究竟是用两个运动着的(惯性)坐标系中的哪一个无关”:在《相对论的意义》中,为:“一切惯性系对于物理现象的描述是平权的”;在瞅义与广义相对论浅说,中又为:“如果K’是相对于K作匀速运动而无转动的坐标系,那么,自然现象相对于坐标系K,的实际演变将与相对于坐标系K的实际演变一样依据同样的普遍定律。”这些表述虽各不相同,但都表明一种见解:自然现象对于不同的惯性系遵循相同的物理定律,因而一切惯性系对于物理现象的描述是平权的。这就是狭义相对性原理的要义。因此,千万不要把狭义相对性原理和伽利略相对性原理混为一谈。
然而,两个物理现象依据同样的物理定律演变,它们就是等价(平权)的吗?回答必然是否定的。例如,路边的果树上掉下一个苹果——自然现象,对所有的惯性系都服从牛顿第二定律,都有相同的加速度。但站立于路上的人的描述是“自由落体运动”,运动轨迹是一条直线:而坐在匀速直线运动的汽车上的乘客的描述是“平抛物体运动”,运动的轨迹是一条抛物线。难道直线和曲线可以平权吗?又如,路边上的一块大石,静止于路基上的人的描述是静止的(惯性运动的特例),动能为零;但坐在匀速直线运动火车上的乘客的描述是“以速度V运动”的,动能为mv2/2。试问:“动”与“静”,“有动能”和“无动能”可以平权吗?以上事例表明:同一事物在不同的惯性系所作出描述是不同的。爱因斯坦如此歪曲相对性原理,绝对不是出于无知或一时糊涂,而是假相对性原理之名行偷天换日之术,其真正目的就是为了兼容“光速不变原理’一没有它洛仑兹变换就无法炮制出来。
何谓广义相对性原理,根据爱因斯坦的陈述,为“所有参考物体K、K”等不论它们的运动状态如何,对于描述自然现象(表述普遍的自然界定律)都是等效的”(见《狭义与广义相对论浅说》)。这个“高论”,我这样的“倒相派”就无法接受,我想相对论的忠实信徒恐怕也都不会赞同吧。
三、相对性原理只适用于惯性系
有人认为,相对性原理不仅适用于惯性系,而且也适用于非惯性系。这种见解是不正确的。既然相对性原理是惯性原理的另一种表述,理所当然只适用于惯性系,这是毋庸置疑的。牛顿定律之所以可以在地球应用,因为地球是个近似的惯性系。需要指出的是:惯性系是理想化的,在现实生活中并不存在。因此,我们只有近似的惯性系,而没有真正的惯性系。
四、相对论违反相对性原理
现在我们用相对性原理来考查相对论的主要观点。
(1)相对论力的定义。按照相对性原理,不论在哪一个惯性系中,牛顿第二定律都具有相同的形式,即F=mdv/dt。显然,相对论力的定义,F=mdv/dt vdm/dt,违反了相对性原理,因而不成立的。
(2)相对论质量。按照相对性原理,同一物体不论在惯性系K还是K’,只要用同样的力去推它,必定产生同样的加速度。因此,如果物体的质量会随速度发生变化(亦即随惯性系发生变化),相对性原理就一定不成立。所以,质速关系式是不成立的。
(3)相对论动能和相对论动量。按照相对性原理,无论在哪一个惯性系中,动能公式必定具有相同的形式,即EK=mv2/2。显而易见,相对论的动能公式,Ek=mc2-moc2,是违反相对性原理的,因而是不成立的。同理,相对论动量也是不成立的。
(4)“钟慢”。我们知道,对于一个机械钟(表)来说,其行走快慢是由钟摆的周期或频率决定的。按照相对性原理,同样的钟摆不论在哪个惯性系中都有着相同的周期或频率,故“钟慢”之说不合理。石英钟和原子钟也是如此,除非你能证明振荡频率与惯性系有关。必须指出,钟的快慢并不等于时间的快慢。因此,“时间膨胀”可能只是头脑膨胀的产物。
(5)“尺缩”。既然钟的快慢不会随惯性系改变,那么,尺的长度,即坐标系的刻度也不会随惯性系改变,否则,在真空状态下,本参照系光源的光相对于本参照系就不可能具有恒定速度已由此可见,“尺缩”之说不成立。
在这里需要一提的是,相对性原理与光速不变原理是对立的。按照相对性原理,一个惯性系的光决不可能对所有的惯性系都具有恒定的速度已因此,相对论的逻辑谬误比比皆是。 五、关干相对论的检验问题 有人认为,相对论的真伪问题只能用实验去解决,并以“实践是检验真理的唯一标准”为据。这种见解是片面的,因为这里有一个“能不能”的问题。我们知道,并非事事都可以实践检验的,例如,“哥德巴赫猜想”、“大爆炸”、“恐龙灭绝于屁”、“太阳系星云说”等等就可能用实践去检验。同样地,“时间膨胀”、“空间弯曲”、“迟缩”、“孪生子佯谬”、“潜水艇接近光速时下沉”、“质增”,等问题也不可能用实践去检验。相对论(包括广义相对论在内)号称获得60多项实验验证,但美国物理学家康特剖析了那些实验之后得出结论:全都是基于错误的方法或无效的逻辑。这便是有力的证据。况且,不同的观点和心态对同一物理现象可以作出不同的解释。君不见“光行差’现象明明是对光速不变原理的否定,却被作为支持相地论的证据;王力军先生获得300倍超光速,这是对相对论的有力否证,但他本人却说“提高300倍的是群速,不是信号速度,两种速度概念不同。”还说什么“相对论已经获得了不少实验的验证,这已成为无庸置疑的定论”。这些事实说明:继续用实验验证或用实验否证相对论都并非明智之举。
实际上,对付相对论最简单、最有效、最经济的办法是逻辑论证和数学论证。既然相对论是“纸上谈兵”的东西,我们就要用刀对刀、枪对枪的方法去解决,检查它的假设是否合理,其推理是否符合逻辑,数学运算是否有违规现象,等等。如果这些方面都过不了关,还用得着实验检验吗?如果事事都要用实践去定真伪,试问理论知识还有何用?人类还有什么预见能力呢?
一、什么是相对性原理
所谓相对性原理,就是十七世纪意大利物理学家伽利略所描述的发生在关闭船舱中的力学现象。他写道:“……只要运动是匀速的,也不忽左忽右地摆动。你将会发现,所有上述现象丝毫没有变化,你无法从其中一个现象来确定,船是在运动还是停着不动。即使船运动得相当快,在跳跃时,你将和以前一样,在船板上跳过相同的距离,你跳向船尾也不会比跳向船头来得远,虽然你跳到空中时,你脚下的船板向跳跃的相反方向移动。你把不论什么东西扔给你的同伴时,不论他是在船头还是在船尾,只要你自己站在对面,你也不需要用更多的力。水滴像先前一样,滴进下面的罐子,一滴也不会滴向船尾,虽然水滴在空中时,船已行了许多柞。鱼在水中游向水碗前部所用的力,不比游向水碗后部来得大:它们一样悠闲地游向放在水碗边缘任何地方的食饵。最后蝴蝶和苍蝇将继续随便到处飞行,它们也决不会向船尾集中,并不因为它们可能长时间留在空中,脱离了船的运动,为赶上船的运动显出累的样子。”(《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》)
伽利略的描述表明:在任何一个惯性参照系中,都不可能通过力学实验,来确定这个参照系是处于静止还是匀速直线运动状态。这就是力学相对性原理,简称相对性原理。实际上,它是惯性原理的另一种表达。
相对性原理告诉我们:不论在哪一个惯性系上进行力学实验,只要条件相同,都可以得出同样的结果。这就是说,在任何惯性系中,力学定律都具有相同的形式。
需要指出的是,相对性原理并不局限于力学,对声学、光学同样是适用的,它是一条普适原理。
二、狭义相对性原理解读
我们知道,爱因斯坦对狭义相对性原理有过多种表述。在《论动体的电动力学》中,为:“物理系统的状态据以变化的定律,同描述这些变化时所参照的坐标系究竟是用两个运动着的(惯性)坐标系中的哪一个无关”:在《相对论的意义》中,为:“一切惯性系对于物理现象的描述是平权的”;在瞅义与广义相对论浅说,中又为:“如果K’是相对于K作匀速运动而无转动的坐标系,那么,自然现象相对于坐标系K,的实际演变将与相对于坐标系K的实际演变一样依据同样的普遍定律。”这些表述虽各不相同,但都表明一种见解:自然现象对于不同的惯性系遵循相同的物理定律,因而一切惯性系对于物理现象的描述是平权的。这就是狭义相对性原理的要义。因此,千万不要把狭义相对性原理和伽利略相对性原理混为一谈。
然而,两个物理现象依据同样的物理定律演变,它们就是等价(平权)的吗?回答必然是否定的。例如,路边的果树上掉下一个苹果——自然现象,对所有的惯性系都服从牛顿第二定律,都有相同的加速度。但站立于路上的人的描述是“自由落体运动”,运动轨迹是一条直线:而坐在匀速直线运动的汽车上的乘客的描述是“平抛物体运动”,运动的轨迹是一条抛物线。难道直线和曲线可以平权吗?又如,路边上的一块大石,静止于路基上的人的描述是静止的(惯性运动的特例),动能为零;但坐在匀速直线运动火车上的乘客的描述是“以速度V运动”的,动能为mv2/2。试问:“动”与“静”,“有动能”和“无动能”可以平权吗?以上事例表明:同一事物在不同的惯性系所作出描述是不同的。爱因斯坦如此歪曲相对性原理,绝对不是出于无知或一时糊涂,而是假相对性原理之名行偷天换日之术,其真正目的就是为了兼容“光速不变原理’一没有它洛仑兹变换就无法炮制出来。
何谓广义相对性原理,根据爱因斯坦的陈述,为“所有参考物体K、K”等不论它们的运动状态如何,对于描述自然现象(表述普遍的自然界定律)都是等效的”(见《狭义与广义相对论浅说》)。这个“高论”,我这样的“倒相派”就无法接受,我想相对论的忠实信徒恐怕也都不会赞同吧。
三、相对性原理只适用于惯性系
有人认为,相对性原理不仅适用于惯性系,而且也适用于非惯性系。这种见解是不正确的。既然相对性原理是惯性原理的另一种表述,理所当然只适用于惯性系,这是毋庸置疑的。牛顿定律之所以可以在地球应用,因为地球是个近似的惯性系。需要指出的是:惯性系是理想化的,在现实生活中并不存在。因此,我们只有近似的惯性系,而没有真正的惯性系。
四、相对论违反相对性原理
现在我们用相对性原理来考查相对论的主要观点。
(1)相对论力的定义。按照相对性原理,不论在哪一个惯性系中,牛顿第二定律都具有相同的形式,即F=mdv/dt。显然,相对论力的定义,F=mdv/dt vdm/dt,违反了相对性原理,因而不成立的。
(2)相对论质量。按照相对性原理,同一物体不论在惯性系K还是K’,只要用同样的力去推它,必定产生同样的加速度。因此,如果物体的质量会随速度发生变化(亦即随惯性系发生变化),相对性原理就一定不成立。所以,质速关系式是不成立的。
(3)相对论动能和相对论动量。按照相对性原理,无论在哪一个惯性系中,动能公式必定具有相同的形式,即EK=mv2/2。显而易见,相对论的动能公式,Ek=mc2-moc2,是违反相对性原理的,因而是不成立的。同理,相对论动量也是不成立的。
(4)“钟慢”。我们知道,对于一个机械钟(表)来说,其行走快慢是由钟摆的周期或频率决定的。按照相对性原理,同样的钟摆不论在哪个惯性系中都有着相同的周期或频率,故“钟慢”之说不合理。石英钟和原子钟也是如此,除非你能证明振荡频率与惯性系有关。必须指出,钟的快慢并不等于时间的快慢。因此,“时间膨胀”可能只是头脑膨胀的产物。
(5)“尺缩”。既然钟的快慢不会随惯性系改变,那么,尺的长度,即坐标系的刻度也不会随惯性系改变,否则,在真空状态下,本参照系光源的光相对于本参照系就不可能具有恒定速度已由此可见,“尺缩”之说不成立。
在这里需要一提的是,相对性原理与光速不变原理是对立的。按照相对性原理,一个惯性系的光决不可能对所有的惯性系都具有恒定的速度已因此,相对论的逻辑谬误比比皆是。 五、关干相对论的检验问题 有人认为,相对论的真伪问题只能用实验去解决,并以“实践是检验真理的唯一标准”为据。这种见解是片面的,因为这里有一个“能不能”的问题。我们知道,并非事事都可以实践检验的,例如,“哥德巴赫猜想”、“大爆炸”、“恐龙灭绝于屁”、“太阳系星云说”等等就可能用实践去检验。同样地,“时间膨胀”、“空间弯曲”、“迟缩”、“孪生子佯谬”、“潜水艇接近光速时下沉”、“质增”,等问题也不可能用实践去检验。相对论(包括广义相对论在内)号称获得60多项实验验证,但美国物理学家康特剖析了那些实验之后得出结论:全都是基于错误的方法或无效的逻辑。这便是有力的证据。况且,不同的观点和心态对同一物理现象可以作出不同的解释。君不见“光行差’现象明明是对光速不变原理的否定,却被作为支持相地论的证据;王力军先生获得300倍超光速,这是对相对论的有力否证,但他本人却说“提高300倍的是群速,不是信号速度,两种速度概念不同。”还说什么“相对论已经获得了不少实验的验证,这已成为无庸置疑的定论”。这些事实说明:继续用实验验证或用实验否证相对论都并非明智之举。
实际上,对付相对论最简单、最有效、最经济的办法是逻辑论证和数学论证。既然相对论是“纸上谈兵”的东西,我们就要用刀对刀、枪对枪的方法去解决,检查它的假设是否合理,其推理是否符合逻辑,数学运算是否有违规现象,等等。如果这些方面都过不了关,还用得着实验检验吗?如果事事都要用实践去定真伪,试问理论知识还有何用?人类还有什么预见能力呢?