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 马国梁 （emgl@sohu.com） 2007.05
第一章 狭义相对论中的若干不足
狭义相对论是研究时空性质与物质运动关系的科学理论。自从1905年爱因斯坦发表《论运动物体中的电动力学》一文为标志宣告诞生以来，至今已经近百年了。在当时经典物理学陷入严重危机，科学界众说纷纭、莫衷一是的情况下，爱因斯坦独辟蹊径，从一个新的视角研究了整个问题，提出了一系列新概念、新原理，建立了狭义相对论的理论体系。不仅解决了当时科学界所面临的一系列疑难问题，还为以后物理学的发展开辟了一条新的道路，为现代物理学的建立奠定了基础。近百年来，相对论在全世界广泛传播，被应用于各个学科领域，取得了辉煌的成就，在科学界赢得了崇高的地位。爱因斯坦在这一领域为人类做出了开拓性的 贡献。
但是科学总是不断向前发展的，任何科学理论都只是在一定历史条件下人类对物质世界认识的结果，都是相对正确的。狭义相对论也是这样。况且这个理论先天不足，自从它诞生以来就一直不断遭受人们的指责和怀疑。事到如今它自身原有的许多问题依然存在，这不仅影响着今后对它的应用，也影响着它自身的完善。它的诸多问题分别如下所述：
(一) 空虚空间。二十世纪初，爱因斯坦面对所有一切探测“以太风”的实验都失败的事实，认为“引入光以太”本来就是“多余的”，这样空间就又回到了一无所有的“空虚”状态。可是这样的认定在当时就不能自圆其说。面对空间能够传播电磁波的事实，爱因斯坦又认为空间“具有一种发送电磁波的性能”，是“物理空间”；在后来的广义相对论中，他认为空间的性质应由“物质的分布”来决定，实物体可以“弯曲”周围的空间。这些都显然与前面的空虚空间的定义相矛盾。空间既然一无所有，那它就不可能具有象物质一样的性质。还有，如果空间中真的一无所有，那么各实物体就成了一个个的孤立个体，彼此间互相隔绝，互不相关。因为没有中间物质相连接，所以物体间的相对位置变得没有意义且无法确定；因为没有连续的物质被跨越，所以物体间的相对运动也变得没有意义和无法确定；同时因为没有背景物质作参考，所以运动路径也就无所谓和测不出曲直多少。还有物体的惯性因为位置和运动的不确定所以也就无法再能体现。这就象人只有沿地面行走才能有经历，物体只有在空气中运动才能受阻发热、发声一样。离开了物质的空间环境，实物体就象离了水的鱼一样究竟还能有多少作为呢?
(二) 彼此等价的相对运动。既然空间成了空虚的，那么物体在其中也就没有了绝对运动，只有物体彼此间的相对运动，且这种运动是对等的。就象月球围绕地球转，也可认为地球围绕月球转，两者效果相同，都是正确的。……如果宇宙空间中只有两个物体，上述说法还勉强有理。可惜宇宙中不止两个物体，而是更多。在其它物体上公正的看，质量不同的两个物体，大物体运动得要少一些，小物体运动得要多一些。因此物体间的相对运动绝不是对等的。在大物体上的观测者的观测结果更接近真实。所以当我们观测比我们小得多的物体的运动情况时，观测结果是比较可靠的。还有在两物体上凡与运动有关的量彼此测量的结果也不可能是相同的。这样以来，我们前面关于参照系可以任意选择的想法也是错误的。参照系是一种理想模型，任何参照系都必须建立在物质上。其中相对质量小的物体因为变速快就不适合作惯性参照系，同时因为它的运动量较大故也不适合作静参照系。只有相对质量大的物体在一定条件下才可作为惯性参照系和静参照系。同理，物体与所在物质系统（质心），物体与其它各级物质系统之间的相对运动也都不是对等的。
(三) 光速不变原理。狭义相对论没有给出惯性参照系的确定方法。但它却认为：在任意惯性系中，光在各个方向上传播的单程速度都相同，与惯性系的运动状态无关（这里的光速是指测量值）。这是没有实验根据的。迄今为止所有的实验都不能证明这一点。迈克尔逊—莫雷实验和大多数光速测量实验用的都是往返闭合光路。闭合光路上的总平均光速恒定并不意味着各个方向上的单程光速也恒定.
即当（s+s）/（t1+t2）=
c恒定时
并不意味着s / t1 =
s / t2 = c也成立.
因为t1、t2不一定相等。还有，用测量光的波长和频率计算光速的方法也不能证明光速不变原理。因为测量波长所用的“尺”是一束特定的标准光，当将它与被测光放平行进行比较时，两束光在相同的方向上会发生相同的伸缩变化，结果使各方向上的测量结果都相同。但这不能反映光速的实际情况。其它各种测量光速的方法都可归纳到上述两类中去，不行的原因同上。如微波谐振腔法，在谐振时仍属往返闭合光路。
而罗默的天文测量法则明显的表明“光的单程速度与所在物体的运动状态有关”。实际观测情况是：当地球在公转过程中，先后朝向和背离木星运动时，木星卫星蚀间隔的时间分别变短和变长。这说明从卫星发向地球的光相对地球的运动速度分别变快和变慢。可惜我们前边一直没有承认和看重这一实验结论。
光速不变原理是狭义相对论的两大支柱之一。该原理的可疑和错误对原理论的影响都将是重大的、深远的。时间过去近百年了，现在是到了彻底澄清这个问题的历史关头了。
(四) 相对性原理。该原理认为：所有的惯性系都是等价的，一切物理规律在各惯性系中的形式都是相同的。这也是一条没有经过充分的实验证明的假说。例如对一定方向上传播的光，在各惯性系测来，其单程光速是不是都相同就很值得怀疑。根据罗默的实验结果，光速值应该是不相同的。对某些现象来说，各惯性系的描述可能有所不同。这是因为物质世界的存在具有客观独立性。有些现象的观测结果与观测者的方位和运动状态有关。同一现象对不同的观测者来说，观测到的结果不同，也可以说是协变的。所以协变性不应单指数学形式的不变性，这种不变性不是起主导作用的普遍规律。在现实世界中，有些不变性是不可能的。物质世界绝不会成为让每位观测者的观测结果都相同，它的面貌可随人的观测方位任意变化的塑性物，即使重叠、自相矛盾也在所不辞。
爱因斯坦只是一位朴素的唯物主义者，他不可能用辩证唯物主义的方法去认识问题，再加上历史条件的局限性，所以在他的理论中出现这样或那样的问题并不足为奇。科学正是在克服前人缺点的过程中得到发展的。
由上述可知，爱因斯坦确实已将人们的思维引向歧途。由于基础的不坚实，从而使他的理论发生了严重的倾斜或畸变。狭义相对论在理解上的艰难和推导上的繁琐是我们人所共知的， 这也是该理论几十年来先是被怀疑拒绝、后是被盲目崇拜的原因之一。它之所以难以理解还不单是数学推导上的原因，主要是其物理意义不明，情理上讲不通。例如对于时间变换公式：
t′＝ ( t —
u x /c c ) / SQRT ( 1 — u u / c c )
恐怕谁也无法确切的说明它的物理意义及原理。特别是分子上的修正项 u x / c c ，在这里为 什么与 u 呈线性关系?它又为什么与 x 有关，其内在联系是什么?这些至今都没有令人信服的解 释。
还有过去人们都认为，洛仑兹变换式在高速运动和低速运动中具有协变性，当运动速度远小于光速时洛仑兹变换即退变为伽利略变换。即当 u << c 时
因子 SQRT (
1 — u u / c c ) ≈1 t —
u x /c c ≈ t
1 —
u v / c c ≈1
可是这充分吗？当 x
>> c t 和 v >> c 时，u
x / c c和 u v / c c项还能忽略吗?
时间和空间虽然有一定联系，可以通过某种方式统一起来，但两者有着本质的不同，不应混为一谈。将“四维时空”转化为“四维空间”只是一种思维方式的转化，但绝不是说时空就没了绝对界线，可随观测者所在的参照系不同而划分。还有电场与磁场的情况也是如此。
另外，关于相对论与量子力学间的不协调问题也已被人们提出，成为当代科学的一大难题。 总之，不管人们愿意不愿意承认，狭义相对论的种种弊端都是不可争辩的事实。与其遮掩回避，不如正视解决。
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