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爱因斯坦没有认识到相对运动的两个参照系上有不同的重力加速度(即重力场场强),于是误认为伽利略相对性原理和狭义相对性原理成立(因此他对洛伦兹变换的推导不成立);他没有认识到参照系的变速运动使其上物体重力产生相应分力——牵连运动力和科氏运动力,于是误认为有惯性力和等效原理(因此他对光谱线红移和引力质量等于惯性质量的论证不成立);他没有认识到经典力学唯一基本定律是牛顿——梁氏定律(因此他对刹车时乘客感受到的力的解释不成立);他没有认识到有比伽利略变换更普遍的低速梁氏变换,有比洛伦兹变换更普遍的梁氏变换(因此他错误提出洛伦兹协变性);他没有认识到钟慢的相对性和尺缩的相对性违反哥白尼日心说而不能成立(因此他错误提出双生子佯谬);他没有认识到钟慢尺缩绝对性原理及其力学机理。因此,笔者(梁氏)以牛顿——梁氏定律为基本定律,以其表达式F→合=ma →合为基本方程,创立了适用于任何一个参照系的牛顿——梁氏力学;以光速不变性原理为基本原理,以梁氏变换为基本方程,创立了适用于相对运动的任何两个参照系(坐标系)的梁氏相对论。
0、引言
文献〔1〕从爱因斯坦《狭义与广义相对论浅说》〔2〕中找到他对经典力学的思考之错误:他没有认识到地面参照系S和相对于S匀速平动的参照系sv′ 以及相对于S变速运动的参照系 s′ 上有互不相同的重力加速度——分别为 g→、 g→v和 g→′ ,于是他误认为质量为m的同一物体在上述参照系上有相同的重力m g→。上述参照系上的质点动力学基本方程依次为
F →=ma→或mg→+ΣF→1=ma→ (0-1)
Fv →=ma→v 或mg→v+ΣF→1=ma→v (0-2)
F →′=ma→′ 或mg→′+ΣF→1= ma→′ (0-3)
其中 ΣF→1为质点受到的除万有引力(即重力)以外的其他作用力。爱因斯坦想不到上述三条实验方程(其中式(0-1)为牛顿发现,式(0-2)(0-3)为梁氏发现)反映的物理规律是牛顿——梁氏定律〔1〕。这三条方程可统一写为牛顿——梁氏方程
F→合=ma →合 (0-4)
上式为牛顿——梁氏定律表达式。爱因斯坦想不到 s′ 系相对于S系作牵连加速度a→e 和科氏加速度a→k 的加速运动时, s′上质量为m的物体要跟随 s′相对于S作加速运动,就必须从物体重力mg→ 中自动分解出相应的分力——牵连运动力F →e(=ma→e) 和科氏运动力 F →k(=ma→k) ,而重力mg→ 的另一个分力就是物体在 s′上的重力 〔1〕mg→ ′,于是有mg→ = mg→ ′+F →e+F →k。从伽利略到牛顿到爱因斯坦到文献〔3〕〔4〕的编著者均误认为有惯性系、惯性力、相对性原理和等效原理,关键错误是没有认识到 g→≠g→v≠g→′。综上,梁氏就有机会将牛顿力学修正为牛顿——梁氏力学。
文献〔5〕从《狭义与广义相对论浅说》中找到爱因斯坦对相对论(即时空理论)的思考之错误:他没有认识到狭义相对性原理和等效原理不成立,没有认识到广义相对性原理没有实验基础而没有物理意义,没有认识到有比洛伦兹变换更普遍的梁氏变换,没有认识到钟慢的相对性和尺缩的相对性不成立和实验证明有梁氏钟慢尺缩绝对性原理。因此,梁氏用梁氏变换和梁氏钟慢尺缩绝对性原理,将爱因斯坦相对论修正为梁氏相对论。下面是梁氏对爱因斯坦相对论问题的思考,最后就文献〔1〕〔5〕和本文得出令人瞩目的结论。
1、同时性的相对性没有物理意义
文献〔6〕以为“同时性的相对性是理解狭义相对论的关键性概念。”其实,同时性的相对性不可观察,没有实际意义(即物理意义)。文献〔2〕(P21)的火车实验,若要A、B处发出的光对AB中点M(或M’)上的观察者来说能区分其到达的先后,则AM(=BM)必须大于视觉滞留时间与光速之乘积,因此AB之长即火车之长已远远超出实际长度,于是该思想实验没有实际意义。因此,同时性的相对性不成立,相对论不需要这样没有意义的概念。
2、比伽利略变换更普遍的低速梁氏变换
应用推导伽利略变换相同的方法,可推导出两坐标系(参照系,下同)相对变速运动(变速平动、匀速转动和变速转动)时的时空变换——低速梁氏变换
x′=x-v→t、y′=y 、 z′=z 、t′=t (2-1a)
θ′= θ-ω→t、 ρ′=ρ、z′=z 、t′=t (2-1b)
其中 v→为平均速度, ω→为平均角速度。上式的逆变换不写出。考虑到哥白尼日心说可推广为宇宙旋转说——地球绕太阳转、太阳绕银河系中心转、银河系中心绕银河系集团中心转……,因此宇宙间所有参照系都是转动参照系而无惯性系,于是惯性定律〔2〕不成立(即没有物理意义)。文献〔2〕(P10)反映爱因斯坦只想到伽利略变换而想不到低速梁氏变换,更想不到经典力学不需要不成立的惯性定律和牛顿第三定律也不是经典力学基本定律。 3、比洛伦兹变换更普遍的梁氏变换
应用不可证伪的光速不变性原理可推导出洛伦兹变换〔5〕、梁氏变换和超光速梁氏变换。从伽利略变换到洛伦兹变换的变换因子是1-v2/c2 ,不难想到(依类比法)从低速梁氏变换到梁氏变换的变换因子是1-v2→/c2 和 1-(ρω→)2,于是得梁氏变换
x′=(x-v→t)/ 1-v2→/c2 t′=(t-v→x/c2)/ 1-v2→/c2 (3-1a)
θ′= (θ-ω→t)1-(ρω→)2 t′=(t-ρ2ω→θ/c2)/ 1-(ρω→)2 (3-1b)
上式的逆变换不写出。另外,我们将两坐标系相对靠拢时的梁氏变换称为准梁氏变换,将两坐标系相对匀速平动靠拢时的时空变换称为准洛伦兹变换(这里不写出)。爱因斯坦没有认识到准洛伦兹变换和梁氏变换,因此错误地提出洛伦兹协变性〔2〕,文献〔6〕(P29)误认为洛伦兹变换不变性“已成为引导物理学家探索物理规律和物理理论的一条强有力的基本准则”。文献〔5〕〔7〕应用梁氏变换解答了狭义与广义相对论诸多典型问题,说明梁氏相对论取代爱因斯坦相对论将是历史的必然。
4、钟慢的相对性与尺缩的相对性不成立
假设运动相对性原理成立,则地球相对于太阳的运动与太阳相对于地球的运动同样成立,可是,我们否定地心说而肯定日心说,于是反证运动相对性原理不成立。运动相对性原理不成立,自然使钟慢的相对性与尺缩的相对性不成立。另外,μ子实验〔8〕、原子钟环绕地球飞行实验〔9〕、光谱线红移〔2〕和双生子实验〔5〕都证明了动钟变慢——“钟因运动而比静止时走得慢了”〔2〕;迈—莫实验(证明干涉仪水平臂对太阳参照系而言缩短了)和水星近日点运动(证明水星绕日运行轨道对太阳参照系而言缩短了)都证明了静尺缩短,于是文献〔2〕(P30)说“钢尺在运动时比在静止时短”就错了。因此,实验证明钟慢的相对性和尺缩的相对性不成立;爱因斯坦提出所谓双生子佯谬之佯谬说不成立;文献〔6〕(P29)认为钟慢尺缩是同时性的相对性带来的时空属性而不是物质过程,这就错了(因为钟慢尺缩是物质过程)。
5、梁氏钟慢尺缩绝对性原理
时空理论要求用时空变换式说明相对运动的两只钟哪只慢和相对运动的平行的两把尺哪把短。我们将符合哥白尼日心说的相对运动称为哥白尼运动,于是哥白尼日心说隐含的梁氏钟慢尺缩绝对性原理可表述为:相对运动的两钟(或尺),作哥白尼运动的钟(或尺)慢(或长)。应用该原理很容易判定上述动钟变慢实验和静尺缩短实验之结果,而结果的数学解释由梁氏变换作出。因此,下面的原子钟转盘实验可作为梁氏变换判决实验(即预言实验):将相同的两只原子钟甲和乙分别固连于地面S上和转动的圆盘边上,开始时两钟同时拨零,然后钟乙跟随圆盘转动足够长时间后停下,钟乙停下后与钟甲比较,则钟乙变慢了。
6、光线弯曲非引力所为
设想在太阳参照系k上发射一小团光子,则它相对于k而言的轨迹为直线,但对相对于k作变速运动的参照系k’(例如地球)而言该光子团的轨迹一般来说是曲线(匀速直线运动与不共线的加速运动的合运动之轨迹为曲线)。因此,光线弯曲非引力所为〔7〕。k上的两条相交光线确定一个平面 ,这两条光线对 而言弯曲了,可见该平面 对 而言成了曲面 ,因此平面弯曲非引力场所为。
7、引力佯谬不成立
所谓Neuman—Zeeliger疑难,称为引力佯谬。根据万有引力定律和宇宙旋转说,我们可以建立地球附近各种参照系上的重力场场强方程(请参阅文献[1]),于是上述疑难不成立(实验也证明这一点)。北京师范大学物理系刘辽编的讲义《广义相对论》(上)说,上述疑难和万有引力定律不符合洛伦兹协变性是牛顿重力论的两个困难,也是爱因斯坦建立广义相对论(即爱因斯坦重力论)的出发点。可是,这些出发点不成立,说明广义相对论一开始就错了。实验证明万有引力定律成立,反证洛伦兹协变性不成立(即没有意义)。
8、爱因斯坦电梯实验和箱子实验
爱因斯坦电梯实验同文献[2](P56)的箱子实验一样是不可操作的思想实验。电梯(或箱子)处于无重力参照系s0 中,电梯(或箱子) s′相对于 s0 静止时对其内部仅受万有引力作用的物体(称为自由物体)而言均相对于电梯(或箱子)s′ 静止(例如s′ 内空中的物体相对于s′ 静止)。设想 s′相对于s0 以匀加速度 -g→上升,则 s′内的观察者将看到空间内所有物体都以加速度 g→匀加速下落,放在磅秤上的质量为m的物体的“重力”为 mg→,于是s′ 内的爱因斯坦得结论:“他自己以及箱子是处在一个引力场中”[2],引力场场强为g→ 。其实,很容易证明这个结论不成立:取s0 为静参照系而 s′为动参照系,取s′ 内的自由物体为研究对象,应用加速度相加定理可知这些自由物体相对于s′ 的加速度(即相对加速度) a→′与牵连加速度 a→e(=- g→)等值反向(此时绝对加速度即s′ 相对于s0 的加速度为零),即 a→′=-a→e= g→。可见s′ 内没有引力场,上述感觉到的“重力”其实是秤对物体作用力(正压力)的反作用力(物体仅受该正压力而无重力)。到此可见,爱因斯坦对等效原理的论证不成立,对惯性质量和引力质量相等的论证[2]也不成立(随之广义相对性公设不成立),因此广义相对论不成立。
9、迈—莫实验
迈—莫实验干涉仪水平臂对地球参照系 K′ 来说没有缩短,因此反射水平分光束的反射点 M1和反射竖直分光束的反射点 M2 为同一个圆上的点(圆心就是两分光束分开时的P1 点,图略),因此两分光束没有光程差。由于水平臂对太阳参照系K来说缩短了,因此该圆变成了椭圆, P1 点和两分光束会合的 P2点成为椭圆的两个焦点(图略),于是有P1M1+M1P2=P1M2+M2P2 ,可见两分光速没有光程差。因此,没有干涉条纹的移动。这就是迈—莫实验的简单解释。文献[6](P29)以为尺缩是同时性的相对性带来的时空属性而不是物质过程,文献[8](P31)以为尺缩不是物质的真实收缩,这就都错了。 10、钟慢尺缩的力学机理
动钟变慢绝对性原理:相对运动的两只相同的钟,作哥白尼运动的钟慢。力学机理是:两只同种元素做成的原子钟(以该元素原子内周期性运动计时),一个置于地球上(称为动钟),另一个置于太阳上(称为静钟);动钟受到的太阳吸引力恰好提供它跟随地球公转所需向心力,故动钟不受太阳吸引力影响;而静钟却受到太阳吸引力影响而走得比动钟快了(即周期性运动之频率较快)。因为钟慢有可积累性和原子钟使时间测量精度大为提高,所以动钟变慢实验具有可操作性。
静尺缩短绝对性原理:相对运动的两把平行的相同的尺,作哥白尼运动的尺长(因为另一把缩短了)。力学机理是:设想将迈—莫实验干涉仪水平臂(视为尺)等分为n段,则每段受到的太阳吸引力构成会聚力系而使相邻段之间相互挤压而相应收缩,故该水平臂对太阳参照系而言缩短了;可是,对地球参照系而言,该水平臂每段受到的太阳吸引力恰好提供它跟随地球公转所需向心力,上述会聚力系不能使水平臂相邻段之间产生相互挤压,故该水平臂对地球参照系而言没有缩短。因为尺缩没有可积累性,所以直接观察尺缩必须大尺度(例如水星绕日轨道的长度)。因此,很难找到可操作的尺缩实验(迈—莫实验是间接观察到的尺缩效应)。
11、实验方程
引入惯性力后得到的所谓质点相对运动动力学基本方程可表为
F→+f →e+ f →k=ma →′或 mg →+f →e+ f →k+Σ F→i= ma →′ (11-1)
其中牵连惯性力f →e=-ma →e ,科氏惯性力 f →k=-ma →k。因为惯性力不可测量,所以上式不可作实验检验,不是实验方程。文献〔3〕〔4〕应用上式解答S’系上的经典力学问题是没有物理意义的,这样的解答只能称为S’上的力学问题的数学解释。这些问题的正确解答只能由实验方程(0-3)式作出〔1〕。爱因斯坦错误地引入等效原理,企图使惯性力变为真实力。其实,若惯性力是真实力,则式(11-1)就成为实验方程,式(11-1)不是实验方程,反证惯性力是假想力(于是等效原理不成立)。另外,引入假想的惯性力,显然违反物理学是实验科学的本来意义。我们到S’上做质点动力学基本方程的实验,就会发现有式(0-3)而不必同文献〔3〕〔4〕那样凭空引入惯性力。
爱因斯坦提出所谓爱因斯坦重力场方程
Rμν+λgμν=-K(Tμν-12Tgμν) (11-2)
根本不可作实验检验,根本没有物理意义,只能误导人们将数学当成物理学。爱因斯坦不能从广义相对论两条基本原理推导出上式,说明广义相对论不成逻辑体系;广义相对论两条基本原理不成立,说明广义相对论根本不成立。
直接来源于可重复的可操作的实验之方程才能称为物理方程(有物理意义),又称为实验方程。由不可否定的公理(例如光速不变性原理)推导出来的方程(例如洛伦兹变换、梁氏变换和超光速梁氏变换)不是源于实验,没有物理意义,但与凭空想出来的不是推导出来的式(11-1)(11-2)不同,它可称为准物理方程(可给出相应一类物理学问题的数学解释)。
12、基本原理或基本定律愈少的理论愈好
爱因斯坦想不到只有一条基本定律的牛顿——梁氏力学是最好的(最简单的)经典力学,他也想不到只有一条基本原理的梁氏相对论和超光速梁氏相对论(基本方程分别为梁氏变换和超光速梁氏变换)是最好的相对论,他也想不到重力理论唯一基本定律是万有引力定律(基本方程是重力场场强方程)。到此可见:法国物理学家朗之万对爱因斯坦的评价“人类宇宙中有头等光辉的一颗巨星”不成立,这样的巨星是牛顿;联合国将2005年定为世界物理年值得商榷。2005年在长沙召开首届全国民间科技创新发展研讨会,会议发表《长沙宣言》,梁氏的交流论文《重大的科学发现——梁氏两方程一原理》令人瞩目。上述 F→合=m a→合和梁氏变换以及钟慢尺缩绝对性原理总称为梁氏两方程一原理。
13、结论
13.1经典力学的唯一基本定律是牛顿——梁氏定律,基本方程是牛顿——梁氏方程F→合=m a→合 。经典力学是牛顿——梁氏力学而不是牛顿力学。
13.2相对论的唯一基本原理是光速不变性原理,基本方程是梁氏变换。超光速相对论的唯一基本原理是光速不变性原理,基本方程是超光速梁氏变换。
13.3重力理论的唯一基本定律是万有引力定律,基本方程是重力场场强方程。
13.4梁氏发现 F→v=m a→v和 F→′=m a→′导致要改写经典力学与经典物理学史,梁氏发现梁氏变换和钟慢尺缩绝对性原理导致要改写爱因斯坦相对论与现代物理学史。因此,牛顿——梁氏力学和梁氏相对论(总称梁氏理论)要改写世界科学史及世界大中学物理教科书,成为中华文化与中华科学空前辉煌的篇章。
参考文献
[1]梁尺峰,爱因斯坦对经典力学思考的错误,北京,《中国教育与教学研究》杂志,2014年第 期。
[2]A·爱因斯坦,杨润殷译,《狭义与广义相对论浅说》,上海,上海科学技术出版社,1964。
[3]北京大学物理系普通物理教研室,《普通物理学》力学部分,北京,人民教育出版社,1961,43-56。
[4]程守洙、江之永主编(上海市高等工业院校物理学编写组),《普通物理学》第一册,北京,人民教育出版社,1978,119-132。
[5]梁尺峰,爱因斯坦对相对论思考的错误,待发表。
[6]陈熙谋等,物理通报主编,《物理教学的理论思考》,北京,北京教育出版社,1997,24-30。 [7]梁尺峰,怎样解决加速运动领域的力学问题和相对论问题,载于郝建宇等主编《时空理论新探》,北京,地质出版社,2005,99-107。
[8]蔡伯濂,《狭义相对论》,北京,高等教育出版社,1991,49-74。
[9]张元仲,《狭义相对论实验基础》,北京,科学出版社,1979。
●作者简介:梁尺峰(1942-10),男,广西桂平人,汉族,1966年毕业于广西师范大学物理系,广西桂平市下湾一中退休教师,改革开放才有机会研究牛顿力学和爱因斯坦相对论以及重力理论以寻找人生价值,发表论文几十篇,写有一本专著——《牛顿——梁氏力学与梁氏相对论》(时机成熟才能出版),要用牛顿——梁氏定律改写牛顿力学,要用梁氏变换改写爱因斯坦相对论。
● 与梁氏变换两方程要改写物理学教科书
实验和理论证明,经典力学唯一基本定律是牛顿——梁氏定律,基本方程是该定律之表达式 。应用该实验方程可解答任何一个参照系上的经典力学问题,不必引入惯性系和惯性力以及等效原理。牛顿第一定律不是实验定律而要扬弃,牛顿第三定律反映作用力与反作用力的关系而不是经典力学基本定律(该定律与基本方程 无关)。 包容了牛顿发现的地面参照系S上的实验方程 ,也包容了梁氏发现的相对于S匀速平动的参照系 上的实验方程 和相对于S变速运动的参照系 上的实验方程 。 的发现,证明伽利略相对性原理和狭义相对性原理不成立。 的发现,证明引入惯性力和所谓质点相对运动动力学基本方程是错的(该方程不是实验方程,没有物理意义)。因此,梁氏以牛顿——梁氏定律为基本定律,以 为基本方程,创立了适用于任何一个参照系的牛顿——梁氏力学(为牛顿力学修正之结果)。牛顿——梁氏力学取代牛顿力学,要改写大中学力学教科书。狭义相对性原理和等效原理不成立,说明从经典力学就发现狭义和广义相对论基本原理有错。
伽利略变换和洛伦兹变换都是两坐标系相对匀速平动时的时空变换,自然应该想到两坐标系相对变速运动时的时空变换——包容伽利略变换的低速梁氏变换和包容洛伦兹变换的梁氏变换。爱因斯坦误认为洛伦兹变换是最普遍的时空变换并错误提出洛伦兹协变性,说明他“天才的大脑”其实一般。时空理论(即相对论)要解答相对运动的两只相同的时钟哪只慢和相对运动的平行的两把相同的尺子哪把短的问题,应用梁氏变换可给出这些问题的简单的数学解释。另外,直线方程与非线性变换的梁氏变换联立可得曲线方程,可说明光线弯曲。因此,梁氏以光速不变性原理为基本原理,以梁氏变换为基本方程,创立了适用于相对运动的任何两个参照系的梁氏相对论(为爱因斯坦相对论修正之结果)。梁氏相对论取代爱因斯坦相对论,要改写大学相对论教科书。
爱因斯坦没有认识到重力理论的基本定律是万有引力定律,基本方程是重力场场强方程。他无法从广义相对论两条基本原理导出所谓爱因斯坦重力场方程,说明广义相对论不成逻辑体系。广义相对论两条基本原理都不成立,说明广义相对论是完全失败的重力理论。因此,白春礼主编的《科学世界》2005.6之封面写的“天才的大脑十人类100年的智慧”其实是错的。法国物理学家朗之万对爱因斯坦的评价——“人类宇宙中有头等光辉的一颗巨星”,被梁氏否定了,这样的巨星是牛顿。
狭义相对论问世不到十年,北京大学物理系即开设相对论课程。梁氏变换问世已20年,该系老师在讲授相对论时敢讲梁氏变换吗?中国媒体及时报导2011.9.22欧洲粒子物理研究所“发现”超光速现象,但不敢报导超光速梁氏变换(可合理解释核聚变质量亏损)。《人民日报》2013.12.12第6版报导清华大学物理系薛其坤院士《在量子世界实现“中国梦” 》,但不敢报导梁氏在经典力学和相对论实现“中国梦”。
中国科学界不敢评价要改写世界科学史的牛顿——梁氏定律和梁氏变换,媒体也不敢报导之,说明社会缺乏公平和正义。有权势的有识之士,能响应习近平号召——“促进社会公平正义”,能响应白春礼号召——“要创造一个鼓励创新、支持创新、保护创新的社会环境”,并非易事。为什么这样呢?
联合国教科文组织将2005年定为“世界物理年”,称为“人类100年的智慧”的是狭义与广义相对论,因此,梁氏揭示《狭义与广义相对论浅说》的错误要获得世界公认,难于上青天。爱因斯坦是人还是神?最后让历史去判定吧!历史是公正的。
在改革开放中,梁氏有机会以 和梁氏变换呐喊要改写世界科学史及世界大中学物理教科书,不枉此生!科学要发展是无法阻挡的。
0、引言
文献〔1〕从爱因斯坦《狭义与广义相对论浅说》〔2〕中找到他对经典力学的思考之错误:他没有认识到地面参照系S和相对于S匀速平动的参照系sv′ 以及相对于S变速运动的参照系 s′ 上有互不相同的重力加速度——分别为 g→、 g→v和 g→′ ,于是他误认为质量为m的同一物体在上述参照系上有相同的重力m g→。上述参照系上的质点动力学基本方程依次为
F →=ma→或mg→+ΣF→1=ma→ (0-1)
Fv →=ma→v 或mg→v+ΣF→1=ma→v (0-2)
F →′=ma→′ 或mg→′+ΣF→1= ma→′ (0-3)
其中 ΣF→1为质点受到的除万有引力(即重力)以外的其他作用力。爱因斯坦想不到上述三条实验方程(其中式(0-1)为牛顿发现,式(0-2)(0-3)为梁氏发现)反映的物理规律是牛顿——梁氏定律〔1〕。这三条方程可统一写为牛顿——梁氏方程
F→合=ma →合 (0-4)
上式为牛顿——梁氏定律表达式。爱因斯坦想不到 s′ 系相对于S系作牵连加速度a→e 和科氏加速度a→k 的加速运动时, s′上质量为m的物体要跟随 s′相对于S作加速运动,就必须从物体重力mg→ 中自动分解出相应的分力——牵连运动力F →e(=ma→e) 和科氏运动力 F →k(=ma→k) ,而重力mg→ 的另一个分力就是物体在 s′上的重力 〔1〕mg→ ′,于是有mg→ = mg→ ′+F →e+F →k。从伽利略到牛顿到爱因斯坦到文献〔3〕〔4〕的编著者均误认为有惯性系、惯性力、相对性原理和等效原理,关键错误是没有认识到 g→≠g→v≠g→′。综上,梁氏就有机会将牛顿力学修正为牛顿——梁氏力学。
文献〔5〕从《狭义与广义相对论浅说》中找到爱因斯坦对相对论(即时空理论)的思考之错误:他没有认识到狭义相对性原理和等效原理不成立,没有认识到广义相对性原理没有实验基础而没有物理意义,没有认识到有比洛伦兹变换更普遍的梁氏变换,没有认识到钟慢的相对性和尺缩的相对性不成立和实验证明有梁氏钟慢尺缩绝对性原理。因此,梁氏用梁氏变换和梁氏钟慢尺缩绝对性原理,将爱因斯坦相对论修正为梁氏相对论。下面是梁氏对爱因斯坦相对论问题的思考,最后就文献〔1〕〔5〕和本文得出令人瞩目的结论。
1、同时性的相对性没有物理意义
文献〔6〕以为“同时性的相对性是理解狭义相对论的关键性概念。”其实,同时性的相对性不可观察,没有实际意义(即物理意义)。文献〔2〕(P21)的火车实验,若要A、B处发出的光对AB中点M(或M’)上的观察者来说能区分其到达的先后,则AM(=BM)必须大于视觉滞留时间与光速之乘积,因此AB之长即火车之长已远远超出实际长度,于是该思想实验没有实际意义。因此,同时性的相对性不成立,相对论不需要这样没有意义的概念。
2、比伽利略变换更普遍的低速梁氏变换
应用推导伽利略变换相同的方法,可推导出两坐标系(参照系,下同)相对变速运动(变速平动、匀速转动和变速转动)时的时空变换——低速梁氏变换
x′=x-v→t、y′=y 、 z′=z 、t′=t (2-1a)
θ′= θ-ω→t、 ρ′=ρ、z′=z 、t′=t (2-1b)
其中 v→为平均速度, ω→为平均角速度。上式的逆变换不写出。考虑到哥白尼日心说可推广为宇宙旋转说——地球绕太阳转、太阳绕银河系中心转、银河系中心绕银河系集团中心转……,因此宇宙间所有参照系都是转动参照系而无惯性系,于是惯性定律〔2〕不成立(即没有物理意义)。文献〔2〕(P10)反映爱因斯坦只想到伽利略变换而想不到低速梁氏变换,更想不到经典力学不需要不成立的惯性定律和牛顿第三定律也不是经典力学基本定律。 3、比洛伦兹变换更普遍的梁氏变换
应用不可证伪的光速不变性原理可推导出洛伦兹变换〔5〕、梁氏变换和超光速梁氏变换。从伽利略变换到洛伦兹变换的变换因子是1-v2/c2 ,不难想到(依类比法)从低速梁氏变换到梁氏变换的变换因子是1-v2→/c2 和 1-(ρω→)2,于是得梁氏变换
x′=(x-v→t)/ 1-v2→/c2 t′=(t-v→x/c2)/ 1-v2→/c2 (3-1a)
θ′= (θ-ω→t)1-(ρω→)2 t′=(t-ρ2ω→θ/c2)/ 1-(ρω→)2 (3-1b)
上式的逆变换不写出。另外,我们将两坐标系相对靠拢时的梁氏变换称为准梁氏变换,将两坐标系相对匀速平动靠拢时的时空变换称为准洛伦兹变换(这里不写出)。爱因斯坦没有认识到准洛伦兹变换和梁氏变换,因此错误地提出洛伦兹协变性〔2〕,文献〔6〕(P29)误认为洛伦兹变换不变性“已成为引导物理学家探索物理规律和物理理论的一条强有力的基本准则”。文献〔5〕〔7〕应用梁氏变换解答了狭义与广义相对论诸多典型问题,说明梁氏相对论取代爱因斯坦相对论将是历史的必然。
4、钟慢的相对性与尺缩的相对性不成立
假设运动相对性原理成立,则地球相对于太阳的运动与太阳相对于地球的运动同样成立,可是,我们否定地心说而肯定日心说,于是反证运动相对性原理不成立。运动相对性原理不成立,自然使钟慢的相对性与尺缩的相对性不成立。另外,μ子实验〔8〕、原子钟环绕地球飞行实验〔9〕、光谱线红移〔2〕和双生子实验〔5〕都证明了动钟变慢——“钟因运动而比静止时走得慢了”〔2〕;迈—莫实验(证明干涉仪水平臂对太阳参照系而言缩短了)和水星近日点运动(证明水星绕日运行轨道对太阳参照系而言缩短了)都证明了静尺缩短,于是文献〔2〕(P30)说“钢尺在运动时比在静止时短”就错了。因此,实验证明钟慢的相对性和尺缩的相对性不成立;爱因斯坦提出所谓双生子佯谬之佯谬说不成立;文献〔6〕(P29)认为钟慢尺缩是同时性的相对性带来的时空属性而不是物质过程,这就错了(因为钟慢尺缩是物质过程)。
5、梁氏钟慢尺缩绝对性原理
时空理论要求用时空变换式说明相对运动的两只钟哪只慢和相对运动的平行的两把尺哪把短。我们将符合哥白尼日心说的相对运动称为哥白尼运动,于是哥白尼日心说隐含的梁氏钟慢尺缩绝对性原理可表述为:相对运动的两钟(或尺),作哥白尼运动的钟(或尺)慢(或长)。应用该原理很容易判定上述动钟变慢实验和静尺缩短实验之结果,而结果的数学解释由梁氏变换作出。因此,下面的原子钟转盘实验可作为梁氏变换判决实验(即预言实验):将相同的两只原子钟甲和乙分别固连于地面S上和转动的圆盘边上,开始时两钟同时拨零,然后钟乙跟随圆盘转动足够长时间后停下,钟乙停下后与钟甲比较,则钟乙变慢了。
6、光线弯曲非引力所为
设想在太阳参照系k上发射一小团光子,则它相对于k而言的轨迹为直线,但对相对于k作变速运动的参照系k’(例如地球)而言该光子团的轨迹一般来说是曲线(匀速直线运动与不共线的加速运动的合运动之轨迹为曲线)。因此,光线弯曲非引力所为〔7〕。k上的两条相交光线确定一个平面 ,这两条光线对 而言弯曲了,可见该平面 对 而言成了曲面 ,因此平面弯曲非引力场所为。
7、引力佯谬不成立
所谓Neuman—Zeeliger疑难,称为引力佯谬。根据万有引力定律和宇宙旋转说,我们可以建立地球附近各种参照系上的重力场场强方程(请参阅文献[1]),于是上述疑难不成立(实验也证明这一点)。北京师范大学物理系刘辽编的讲义《广义相对论》(上)说,上述疑难和万有引力定律不符合洛伦兹协变性是牛顿重力论的两个困难,也是爱因斯坦建立广义相对论(即爱因斯坦重力论)的出发点。可是,这些出发点不成立,说明广义相对论一开始就错了。实验证明万有引力定律成立,反证洛伦兹协变性不成立(即没有意义)。
8、爱因斯坦电梯实验和箱子实验
爱因斯坦电梯实验同文献[2](P56)的箱子实验一样是不可操作的思想实验。电梯(或箱子)处于无重力参照系s0 中,电梯(或箱子) s′相对于 s0 静止时对其内部仅受万有引力作用的物体(称为自由物体)而言均相对于电梯(或箱子)s′ 静止(例如s′ 内空中的物体相对于s′ 静止)。设想 s′相对于s0 以匀加速度 -g→上升,则 s′内的观察者将看到空间内所有物体都以加速度 g→匀加速下落,放在磅秤上的质量为m的物体的“重力”为 mg→,于是s′ 内的爱因斯坦得结论:“他自己以及箱子是处在一个引力场中”[2],引力场场强为g→ 。其实,很容易证明这个结论不成立:取s0 为静参照系而 s′为动参照系,取s′ 内的自由物体为研究对象,应用加速度相加定理可知这些自由物体相对于s′ 的加速度(即相对加速度) a→′与牵连加速度 a→e(=- g→)等值反向(此时绝对加速度即s′ 相对于s0 的加速度为零),即 a→′=-a→e= g→。可见s′ 内没有引力场,上述感觉到的“重力”其实是秤对物体作用力(正压力)的反作用力(物体仅受该正压力而无重力)。到此可见,爱因斯坦对等效原理的论证不成立,对惯性质量和引力质量相等的论证[2]也不成立(随之广义相对性公设不成立),因此广义相对论不成立。
9、迈—莫实验
迈—莫实验干涉仪水平臂对地球参照系 K′ 来说没有缩短,因此反射水平分光束的反射点 M1和反射竖直分光束的反射点 M2 为同一个圆上的点(圆心就是两分光束分开时的P1 点,图略),因此两分光束没有光程差。由于水平臂对太阳参照系K来说缩短了,因此该圆变成了椭圆, P1 点和两分光束会合的 P2点成为椭圆的两个焦点(图略),于是有P1M1+M1P2=P1M2+M2P2 ,可见两分光速没有光程差。因此,没有干涉条纹的移动。这就是迈—莫实验的简单解释。文献[6](P29)以为尺缩是同时性的相对性带来的时空属性而不是物质过程,文献[8](P31)以为尺缩不是物质的真实收缩,这就都错了。 10、钟慢尺缩的力学机理
动钟变慢绝对性原理:相对运动的两只相同的钟,作哥白尼运动的钟慢。力学机理是:两只同种元素做成的原子钟(以该元素原子内周期性运动计时),一个置于地球上(称为动钟),另一个置于太阳上(称为静钟);动钟受到的太阳吸引力恰好提供它跟随地球公转所需向心力,故动钟不受太阳吸引力影响;而静钟却受到太阳吸引力影响而走得比动钟快了(即周期性运动之频率较快)。因为钟慢有可积累性和原子钟使时间测量精度大为提高,所以动钟变慢实验具有可操作性。
静尺缩短绝对性原理:相对运动的两把平行的相同的尺,作哥白尼运动的尺长(因为另一把缩短了)。力学机理是:设想将迈—莫实验干涉仪水平臂(视为尺)等分为n段,则每段受到的太阳吸引力构成会聚力系而使相邻段之间相互挤压而相应收缩,故该水平臂对太阳参照系而言缩短了;可是,对地球参照系而言,该水平臂每段受到的太阳吸引力恰好提供它跟随地球公转所需向心力,上述会聚力系不能使水平臂相邻段之间产生相互挤压,故该水平臂对地球参照系而言没有缩短。因为尺缩没有可积累性,所以直接观察尺缩必须大尺度(例如水星绕日轨道的长度)。因此,很难找到可操作的尺缩实验(迈—莫实验是间接观察到的尺缩效应)。
11、实验方程
引入惯性力后得到的所谓质点相对运动动力学基本方程可表为
F→+f →e+ f →k=ma →′或 mg →+f →e+ f →k+Σ F→i= ma →′ (11-1)
其中牵连惯性力f →e=-ma →e ,科氏惯性力 f →k=-ma →k。因为惯性力不可测量,所以上式不可作实验检验,不是实验方程。文献〔3〕〔4〕应用上式解答S’系上的经典力学问题是没有物理意义的,这样的解答只能称为S’上的力学问题的数学解释。这些问题的正确解答只能由实验方程(0-3)式作出〔1〕。爱因斯坦错误地引入等效原理,企图使惯性力变为真实力。其实,若惯性力是真实力,则式(11-1)就成为实验方程,式(11-1)不是实验方程,反证惯性力是假想力(于是等效原理不成立)。另外,引入假想的惯性力,显然违反物理学是实验科学的本来意义。我们到S’上做质点动力学基本方程的实验,就会发现有式(0-3)而不必同文献〔3〕〔4〕那样凭空引入惯性力。
爱因斯坦提出所谓爱因斯坦重力场方程
Rμν+λgμν=-K(Tμν-12Tgμν) (11-2)
根本不可作实验检验,根本没有物理意义,只能误导人们将数学当成物理学。爱因斯坦不能从广义相对论两条基本原理推导出上式,说明广义相对论不成逻辑体系;广义相对论两条基本原理不成立,说明广义相对论根本不成立。
直接来源于可重复的可操作的实验之方程才能称为物理方程(有物理意义),又称为实验方程。由不可否定的公理(例如光速不变性原理)推导出来的方程(例如洛伦兹变换、梁氏变换和超光速梁氏变换)不是源于实验,没有物理意义,但与凭空想出来的不是推导出来的式(11-1)(11-2)不同,它可称为准物理方程(可给出相应一类物理学问题的数学解释)。
12、基本原理或基本定律愈少的理论愈好
爱因斯坦想不到只有一条基本定律的牛顿——梁氏力学是最好的(最简单的)经典力学,他也想不到只有一条基本原理的梁氏相对论和超光速梁氏相对论(基本方程分别为梁氏变换和超光速梁氏变换)是最好的相对论,他也想不到重力理论唯一基本定律是万有引力定律(基本方程是重力场场强方程)。到此可见:法国物理学家朗之万对爱因斯坦的评价“人类宇宙中有头等光辉的一颗巨星”不成立,这样的巨星是牛顿;联合国将2005年定为世界物理年值得商榷。2005年在长沙召开首届全国民间科技创新发展研讨会,会议发表《长沙宣言》,梁氏的交流论文《重大的科学发现——梁氏两方程一原理》令人瞩目。上述 F→合=m a→合和梁氏变换以及钟慢尺缩绝对性原理总称为梁氏两方程一原理。
13、结论
13.1经典力学的唯一基本定律是牛顿——梁氏定律,基本方程是牛顿——梁氏方程F→合=m a→合 。经典力学是牛顿——梁氏力学而不是牛顿力学。
13.2相对论的唯一基本原理是光速不变性原理,基本方程是梁氏变换。超光速相对论的唯一基本原理是光速不变性原理,基本方程是超光速梁氏变换。
13.3重力理论的唯一基本定律是万有引力定律,基本方程是重力场场强方程。
13.4梁氏发现 F→v=m a→v和 F→′=m a→′导致要改写经典力学与经典物理学史,梁氏发现梁氏变换和钟慢尺缩绝对性原理导致要改写爱因斯坦相对论与现代物理学史。因此,牛顿——梁氏力学和梁氏相对论(总称梁氏理论)要改写世界科学史及世界大中学物理教科书,成为中华文化与中华科学空前辉煌的篇章。
参考文献
[1]梁尺峰,爱因斯坦对经典力学思考的错误,北京,《中国教育与教学研究》杂志,2014年第 期。
[2]A·爱因斯坦,杨润殷译,《狭义与广义相对论浅说》,上海,上海科学技术出版社,1964。
[3]北京大学物理系普通物理教研室,《普通物理学》力学部分,北京,人民教育出版社,1961,43-56。
[4]程守洙、江之永主编(上海市高等工业院校物理学编写组),《普通物理学》第一册,北京,人民教育出版社,1978,119-132。
[5]梁尺峰,爱因斯坦对相对论思考的错误,待发表。
[6]陈熙谋等,物理通报主编,《物理教学的理论思考》,北京,北京教育出版社,1997,24-30。 [7]梁尺峰,怎样解决加速运动领域的力学问题和相对论问题,载于郝建宇等主编《时空理论新探》,北京,地质出版社,2005,99-107。
[8]蔡伯濂,《狭义相对论》,北京,高等教育出版社,1991,49-74。
[9]张元仲,《狭义相对论实验基础》,北京,科学出版社,1979。
●作者简介:梁尺峰(1942-10),男,广西桂平人,汉族,1966年毕业于广西师范大学物理系,广西桂平市下湾一中退休教师,改革开放才有机会研究牛顿力学和爱因斯坦相对论以及重力理论以寻找人生价值,发表论文几十篇,写有一本专著——《牛顿——梁氏力学与梁氏相对论》(时机成熟才能出版),要用牛顿——梁氏定律改写牛顿力学,要用梁氏变换改写爱因斯坦相对论。
● 与梁氏变换两方程要改写物理学教科书
实验和理论证明,经典力学唯一基本定律是牛顿——梁氏定律,基本方程是该定律之表达式 。应用该实验方程可解答任何一个参照系上的经典力学问题,不必引入惯性系和惯性力以及等效原理。牛顿第一定律不是实验定律而要扬弃,牛顿第三定律反映作用力与反作用力的关系而不是经典力学基本定律(该定律与基本方程 无关)。 包容了牛顿发现的地面参照系S上的实验方程 ,也包容了梁氏发现的相对于S匀速平动的参照系 上的实验方程 和相对于S变速运动的参照系 上的实验方程 。 的发现,证明伽利略相对性原理和狭义相对性原理不成立。 的发现,证明引入惯性力和所谓质点相对运动动力学基本方程是错的(该方程不是实验方程,没有物理意义)。因此,梁氏以牛顿——梁氏定律为基本定律,以 为基本方程,创立了适用于任何一个参照系的牛顿——梁氏力学(为牛顿力学修正之结果)。牛顿——梁氏力学取代牛顿力学,要改写大中学力学教科书。狭义相对性原理和等效原理不成立,说明从经典力学就发现狭义和广义相对论基本原理有错。
伽利略变换和洛伦兹变换都是两坐标系相对匀速平动时的时空变换,自然应该想到两坐标系相对变速运动时的时空变换——包容伽利略变换的低速梁氏变换和包容洛伦兹变换的梁氏变换。爱因斯坦误认为洛伦兹变换是最普遍的时空变换并错误提出洛伦兹协变性,说明他“天才的大脑”其实一般。时空理论(即相对论)要解答相对运动的两只相同的时钟哪只慢和相对运动的平行的两把相同的尺子哪把短的问题,应用梁氏变换可给出这些问题的简单的数学解释。另外,直线方程与非线性变换的梁氏变换联立可得曲线方程,可说明光线弯曲。因此,梁氏以光速不变性原理为基本原理,以梁氏变换为基本方程,创立了适用于相对运动的任何两个参照系的梁氏相对论(为爱因斯坦相对论修正之结果)。梁氏相对论取代爱因斯坦相对论,要改写大学相对论教科书。
爱因斯坦没有认识到重力理论的基本定律是万有引力定律,基本方程是重力场场强方程。他无法从广义相对论两条基本原理导出所谓爱因斯坦重力场方程,说明广义相对论不成逻辑体系。广义相对论两条基本原理都不成立,说明广义相对论是完全失败的重力理论。因此,白春礼主编的《科学世界》2005.6之封面写的“天才的大脑十人类100年的智慧”其实是错的。法国物理学家朗之万对爱因斯坦的评价——“人类宇宙中有头等光辉的一颗巨星”,被梁氏否定了,这样的巨星是牛顿。
狭义相对论问世不到十年,北京大学物理系即开设相对论课程。梁氏变换问世已20年,该系老师在讲授相对论时敢讲梁氏变换吗?中国媒体及时报导2011.9.22欧洲粒子物理研究所“发现”超光速现象,但不敢报导超光速梁氏变换(可合理解释核聚变质量亏损)。《人民日报》2013.12.12第6版报导清华大学物理系薛其坤院士《在量子世界实现“中国梦” 》,但不敢报导梁氏在经典力学和相对论实现“中国梦”。
中国科学界不敢评价要改写世界科学史的牛顿——梁氏定律和梁氏变换,媒体也不敢报导之,说明社会缺乏公平和正义。有权势的有识之士,能响应习近平号召——“促进社会公平正义”,能响应白春礼号召——“要创造一个鼓励创新、支持创新、保护创新的社会环境”,并非易事。为什么这样呢?
联合国教科文组织将2005年定为“世界物理年”,称为“人类100年的智慧”的是狭义与广义相对论,因此,梁氏揭示《狭义与广义相对论浅说》的错误要获得世界公认,难于上青天。爱因斯坦是人还是神?最后让历史去判定吧!历史是公正的。
在改革开放中,梁氏有机会以 和梁氏变换呐喊要改写世界科学史及世界大中学物理教科书,不枉此生!科学要发展是无法阻挡的。