搭建相对论后

物理学的框架___比较物理学

作者：杨升山 常住地：河南孟州市（邮编454750） 时间：2009.12.26

引言:（借用歌词二段表达我的心情）：

没有花香、没有树高，我是一棵无人知道的小草。

从不寂寞、从不烦恼，你看我的伙伴遍及天涯海角。

春风呀春风，你把我吹绿；

阳光呀阳光，你把我照耀；

河流呀山川，你育哺了我；

大地呀母亲把我紧紧拥抱。

另一段歌词也很好(记录的)。咏梅

风雨送春归，

飞雪迎春到，

已是悬崖百丈冰，犹有花姿俏。

俏也不争春，只把春来报，

待到山花烂漫时，它在丛中笑。

简介：

爱因斯坦的相对论是思维方法出了错误，但是他又依据试验，只是对实验的解释别出心裁。他把速度以光的速度分成了两部分。对于低于光的速度部分，既可以用用牛顿力学来解释，又可以用相对论来解释；对于高于光速的部分，不承认有超过光的速度的现象，就只有用相对论的时间延长或用相对论的长度缩短了来解释，其实这两种解释与速度变快了来解释有相同的功能。对于这样的解释很难区分对于错，我就从这些方面进行一下分析。

关键词：牛顿力学　相对论　比较基准　时间　空间

第一:物理学研究的是什么

物理学进入20世纪,一些新的发现冲击着物理学，物理学把原来认为是开玩笑的一些说法当成解决运动问题的正确解答,从而改变了物理学的前进方向,现在这个问题到了解决的时候了。

物理学研究的是什么,这看是古老的问题,需要重新提出来解决,不能不说是一大遗惑的事情。

在这里讨论物理学中的理论，不知道物理学研究的是什么，那就没有讨论的必要了，因为是不可能得出正确的结果的。

这里有两种说法。

其一:人类重点研究的是这个世界如何影响我们。世界要影响我们，只能是通过信息（光，电等）的传递来实现。

下面是在《反相吧》中的有关[同时性]的一段发言。

同时和不同时的相对性是观测效应，同时和不同时的绝对性是客观存在，是不可观测量的。也许有人说，这种不可观测的所谓“客观真实”有什么实际意义？本人也承认，人类重点研究的是这个世界如何影响我们。世界要影响我们，只能是通过信息（光，电等）的传递来实现。如果有一天，人类能掌握较完全的信息传递规律（目前显然远远不够，对光本性的模糊认识就是一个例子），前面所说的“客观世界”就有了存在意义：由客观世界的现状态，考虑信息传递的延迟和扭曲等影响，可以推知将来出现的观测效应;反过来，逆推也是可以的。从这一点上来说，我是反对过分强调同时的相对性而忽视同时的绝对性这一做法的。

其二: 物理学只研究可观测到的物质现象以及对我们的影响。

下面也是在反相吧中的一段发言。

其实相对论之所以饱受批评，就是因为人们把这里的时间想当然的理解为哲学上的绝对时间，而物理学家们指的是依赖于物质周期变化规律来确定的物理时间。绝对时间不会变，物理时间由于物质的能量变化所以可变，所以有人认为相对论是错的。也怪爱自己不说清楚。

总之一句话吧，物理学只研究可观测到的物质现象以及对我们的影响。一些直觉或者哲学上的东西，在物理上不一定都有意义，讨论物理问题，最好不要脱离范围。

这里的两种说法都是对同时性的理解爱因斯坦的同时性就是观测效应。如果物理学只研究可观测到的物质现象以及对我们的影响，那么请问，雷电交加时，是雷声与闪电不同时发生的么，他们作用于我们的感官可真的不是同时的。

古代的故事《瞎子摸象》，大象本来与那几个瞎子毫无关系，只是好事者出的鬼点子，看看瞎子如何进行判断才搞出的事件。我们难道不应该全面地认识大象，而是凭摸它一下就做判断么？

如果认为看到的就是真实，俗话说《眼见为实》么？可是现在是高科技时代了，我们每天都在看电视，电视上的图像是真的人在屏幕上表演么？

物理学研究的是什么？是观测者的感觉？还是事件本身？这可是个大事。

就拿闪电这个现象来说，闪光与雷声是不是同时发生的？距离事件的远近不同，得到的感觉就会不同，能不能说闪电与雷声不是同时发生的？观测者的位置不同得到的结论不同，可以通过光速与声速的不同及所用的时间不同，推出雷电发生地与观测者的距离，也可以推出其他距离的观测者会得到什么感觉。不能用一个观测者的感觉代替其他观测者的感觉吧？

说一点现实的情况。我们每天都可以从电视上看到许多影像，可是电视上许多都是人们编造的，特别是动画片，神话片，哪里有妖怪？哪里见过动物与人们进行交流？

物理学的确是研究一切客观存在的事物的基本规律的科学，不能是研究观测者所看到的科学，因为观测者所在的位置不同，看到的情况肯定不同，我们就应该从这些不同中找出原因，这和判案有相似的地方，就是不能被假象迷惑。

一个事件，有许多中向外传递信号的方式，不能只按照接收到的一个信号来作出判断。

举例来说，一个人在铁轨的上进行了一次敲击，另一人如果在铁轨的另一处，就会听到从铁轨上传来的敲击信号，听到从空中传来的敲击信号，如果有望远镜，甚至可以看到那个敲击的动作。我们只有通过对这些信息进行分析整理,得到事件的真实状况,才可能对另一个不在本处的人会得到什么概念作出估计..

现在必须知道,爱因斯坦的相对论,统治近代物理学一百余年,它的本质是什么？为什么必须退出历史舞台？

第二:相对论的根本问题在何处？

这里说的相对论，是指爱因斯坦的相对论（包括狭义相对论与广义相对论），不是文艺界搞的[我爱相对论]指的那个相对论。

我认为是思想方法问题，也可以说的思想体系问题。

相对论是一个思想体系，涉及的方方面面很多，简单的几句话是说明不了问题的，下面我就试着说说。

1.速度表达式中的问题。

比如我们要测量一个物体的运动，应该是先测量它的空间坐标，用空间坐标的差数来计算物体的位移，同时看计算位移须用的时间。然后才能计算它的运动速度，这是牛顿力学常使用的方法。

现在有了相对论，相对论有一个比例因子β，β=√（1-v^2/c^2），运动系中的时间会因这个比例因子的作用而延长，运动系中的行程会因为这个比例因子的作用而缩短。这里就有个问题，用哪个数据来表示物体运动的速度？没有速度怎样预测他在下一步的位置？

如果用运动系的时间或用运动系的行程，就必须首先求出比例因子中的速度v。

这就形成了两个速度值

爱因斯坦的相对论，对于缓和对经典力学的质疑起到了很大作用，许多当时不能解释的问题得到了解释，认为相对论才是完整的表达方法,又承认牛顿力学是近似的表示方法，这对相信牛顿力学的人是个安慰。由于相对论还是依据实验结果的，只不过用了不同参照系有不同的比较基准，就可以随心所欲的解释现象，但所有解释都是似是而非的。

对于相对论与牛顿力学的关系，我认为，狭义相对论不是牛顿力学的推广形式，只是在处理低速运动时，尚能给出近似正确的结论。但在解释高速运动时，所给的答案误差就太大了。

速度表达式中的问题，关心的人很少，而这是最基本的问题，在牛顿力学中，运动系与静止系使用同样的时间单位与长度单位，不须分清时间与长度是从那个系中来的。而爱因斯坦的相对论不同，他让运动系与静止系有不同的时间读数和长度读数，不能有个时间读数就拿来用吧？事实上，测量都是用测量者所在的参照系中的时间单位与长度单位进行测量的，不需要被测方的时间读数和长度读数。

速度是怎样定义的？速度是物体运动的形成与所用时间的比值。光速的数值也是在首先确定了长度基准与时间基准后，通过对测量出的数据通过计算才得出来的。光速也是速度的一种，他不应该特殊。

光速为什么会不变？看看爱因斯坦的说法就很有意思。

看看来自爱因斯坦文集中文版第二集154页

[ 这些钟可以这样来校准，使得真空中任何光线的传播速度------用这些钟来量度--------总是等于一个普适常数c.]

可见爱因斯坦的想法了 ，他就没有把速度定为不变，它是用改变时间与长度基准的方法去让速度不变的。照这样的方法，火车与飞机的速度就可以说成是相同的，只是飞机会把它的行程缩短，或说成飞机把它的时间延长了。

按照爱因斯坦的方法，不仅光速可以是不变的，，声速也是可以不变的，甚至人类的步行速度也可以是不变的，因为他让变化的量改为时间与长度了。大家想想，如果从南京到上海去，里程为300公里左右，步行需要（20）天，骑马需要（10）天，乘火车需要（6）小时，乘飞机需要（1）小时，这是在把时间基准与长度基准不变的情况下进行比较的，在速度与时间与长度的关系上，原来变化的量是时间，所有的数学运算公式都是把时间作为自变量的，现在按照爱因斯坦的办法，变化的量不再是速度，而是时间了，就可以说这几种情况下的速度是相同的，只是骑马把骑马人的时间延长了，乘火车延长的更狠。乘飞机时时间就几乎停止了，时间是不是停止了呢？不是，只是把行走完这段路程用的时间与步行用的时间进行比较的结果，仍认为乘飞机也需要步行同样的时间。这是原来的数学运算公式就不能继续应用了。所以他们就首先从空间的度量上做起，不再用欧式空间，而是用了闵氏空间。只是他们没有考虑到，闵氏空间的坐标原点不同了，所有的描述都需要改变。

在牛顿力学中，运动系与静止系使用相同的时空基准，速度表达式中时间与长度取自那个参照系，是不需要说明的。在爱因斯坦的相对论里，因为有了运动系的时空基准与静止系的时空基准，就有了速度表达式中时间与长度取自那个参照系的问题，运动系中的时间会延长，我们又不能到运动系去，因为到了运动系就会与运动的物体相对静止，与在静止系中的数值就会相同了。由此看来，速度表达式中的时间与长度数值只能取自测量者所在的参照系。运动系中的数值只是推算。

2.同时性问题

爱因斯坦创立“狭义相对论”是从 对同时性的讨论开始的。

爱因斯坦在<<狭义相对论的意义>>中写道:为了完成时间的定义，可以使用真空中光速恒定的原理。假定在K系各处放置同样的时计，相对于K保持静止，并按下列安排校准。当某一时计Um指向时刻Tm时，从这只时计发出光线，在真空中通过距离Rmn到时计Un；当光线遇着时计Un的时刻，使时计Un对准到时刻Tn=Tm+Rmn/c。光速恒定原理于是断定这样校准时计不会引起矛盾。

其实这样是不能操作的，

假定在K系各处放置同样的时计，相对于K保持静止，这里有多少时计？这些时计与光源之间的距离不可能都相等，也就是Rmn不是常数，从Un返回的光线不可能同时返回到Um时计，Um世纪的起点也就没有办法确定了。

如果是运动系与静止系两个系中的对钟，因为两个时计的距离Rmn是在不断变动的，光线运动时它也在变动，就不会是一个确定值，也就是不会首先确定这个数值，使时计Un对准到时刻Tn=Tm+Rmn/c也就不能确定了。

爱因斯坦的所谓光速恒定原理，依据的是不同的参照系中都要使用光线来观察物体的运动，其实在不同的参照系中看到的是不同频率的光线。他这样做就是让这些接受到光线的点，都把接收到光线的时刻作为时间的起点，只是没有想到这些时计之间的时间会不会还有差别。

运动系与静止系中的时间会不会不同？那要看使用什么样的周期信号了。如果把无限远处的脉冲星的脉冲周期来量度它们的时间，就不会显示出差别来。

3.因果关系的问题

因为爱因斯坦认为一切物体的运动速度都小于光速，就可以避免因果关系倒置的结果，其实这样做是掩耳盗铃。事实的存在与否并不以人们的意志而转移，在同样的行程情况下，（田径比赛），那位运动员用的时间最少，他就会得冠军，也就是他的速度最快。在同样的时间内，那位运动员能跑较长的行程，同样也说他的速度最快。

用相对论确实也能解释这些现象，不过要说这位运动员的速度是固定的，这是他把这段行程变短了或者说它把他的时间延长了，不过有那个人会相信这样的说法？同样的说法用到高速运动的粒子身上，不知为什么就会有人相信了。

4.对于错的判定问题．

对于一个运动，可以有几种理论来解释，这些理论解释的结果可能不同，那么那个理论正确，那个理论错误，应该有一个评判标准，实验得到的结果与计算出来的结论相符。但是实验是不是有人们没有觉察出来的误差，很长一段时间是不很明白的。这里可以用判断运动的情况来比较。

一个物体是不是运动，在没有比较物体时，是不明确的。在有了比较物体后，可以测量出比较物体的运动速度，从而觉察出自己的运动速度，但是真实的时那个物体运动，还是不明确的。只有经过大量的测量，也就是与很多物体比较后，通过分析，把自己看成运动，其它物体运动的表达式就可以简化，说明自己是在运动着。地球中心说能够存在1千余年，就是把地球看成宇宙的中心，其他天体在围绕着地球运动，也能解释天体运行，只不过表示天体的运动方程式复杂一些。用太阳中心说来解释，太阳系中的其它行星的运动方程就可以简化，从而说明地球也在运动。用银河系中心学说，是同样的道理。

那么测量物体的速度会不会出错，测量一两个物体也是不会发现的，测出的结果与依据理论预测的数值不符，可能是理论出错，也可能是测量出错，爱因斯坦是不认为测量出错的，因为测量高速运动的仪器都是用已知的电磁理论制造的，这些理论经过了多次考验。那就从改造理论下手了。理论有错，应该修改，这是没有疑问的，但是经过修改，不但修改长度，时间，还要修改质量，那么会不会是测量出的速度数值低了，才造成很多物理量都要变化？也是存在这种可能的。我经过实际计算，发现把洛仑兹变换中的比例因子用到测量出的速度上，就可以让尺与钟不变化，也可以让质量不变化。

考虑到现实中的问题，我们测量一个物体的运动速度，只能是用测量者手中的尺与钟，被测量方使用何种时空基准，是不必关心的，因为他是不参与速度的表达的。大多数物体是没有生命的，他们是不可能与测量方交流的。就算他们也有语言，在没有翻译存在的情况下，交流也是非常困难的。如果是敌人，他们还要千方百计隐藏他们的行踪，要想让他们提供他们的时空基准信息无异于向虎谋皮。

至于仪器出错的原因，还需要详细研究。可能就是电磁场的传递速度是有限的造成的。

附录１：我在格致物理网站的相对论介绍中看到一段，抄录在下面。

[1983年，光速取代了米被选作定义标准，约定为299,792,458米/秒，数值与当时的米定义一致。秒和光速的定义 值，表示1米从此定义为光在真空中1/299,792,458秒内走过的距离。因此自1983年以来，不管我们对光速的测量作了多少精确的修正，都不会影响到光速值，却会影响到米的长度。你有多高事 实上是由光速定义的。]

这里说得很清楚，从前是用基准尺-米来定义光速的，现在要用光速来决定基准-米了，那么这里的光速还是不是原来表示的速度？。

附录2：爱因斯坦知道用普通方法是不能说服大家的，就用四维时空理论来说明，人们只能在三维时空中活动与生活，三维的人不能理解四维的情况，这就像是神学的天堂学说一样，解释问题时就可以随心所欲。

至于[东方先生：你能保证什么材料做的尺长度不变?“标准尺”变了，其他物体的长度去适应它，这就很合理？己经证实了光速比任何材料做的尺可靠，有何不可?]的提问，

我可以回答你，任何材料作成尺都不能保证它的长度不变，只是在发现用这些尺子测量可能造成了误差时，用其它系数来表示这种误差，比如用线膨胀系数与体膨胀系数。究其原因，就是尺与钟是理想化后的比较基准，实物只是代用品。这些实物是可以随时更换的。

国际上使用光速作基准，也是看中了[他是一个周期信号，在光源方面来看，它的速度是不变的。]只要不把他们的关系倒置，也是可行的。

这样的说法你可能不信，你就说说为什么他们的数值不是整数？不用整数就是为了使这里定义的长度与原来定义的相同，也就是仍然用原来定义的长度。我们规定一个单位，没有这种现象的，大部分都是规定为1。

第三: 爱因斯坦四维时空理论的本质

物理学的发展是我们接触到了速度较高的运动，我们借以认识自然的媒介---光线—给我们出些难题，由于它的速度是有限的，他就给我们提供了错误的信息，我们怎样处理这些信息，造成了物理学的危机。爱因斯坦用四维时空理论解释了这些运动，那么四维时空理论的本质是什么？

我认为，物体用三维坐标就可以表示了，物体的光信号（包括自身发射的光与反射的光）用哪种方法表示，就会用到第四维了，为了区别几何体的三维，把时间为作为虚数维。这就是爱因斯坦的四维时空连续区的表达式表达的内容。光信号在运动方向上是可以叠放的，所以会有长度上的视觉收缩（爱因斯坦说得运动学形状）。

说光速c是一个普适常数，是爱因斯坦的言论，光速是速度的一种，与其他物体的速度并没有本质的不同，速度是怎样定义的？光速为什么会不变？看看爱因斯坦的说法就很有意思。

看看来自爱因斯坦文集中文版第二集154页.

[这些钟可以这样来校准，使得真空中任何光线的传播速度—――用这些钟来量度—――

总是等于一个普适常数c。]

就可见爱因斯坦的想法了 ，他就没有把速度定为不变，它是用改变时间与长度基准的方法去让速度不变的。

运动系与静止系是不是应该有一个统一的比较基准？这才是问题的关键。

把光线走向当成直线，而说时空是弯曲的，就是歪曲事实的说法。人在河边走，鱼在水中同向游，有人拿个鱼叉照着看到的方向去叉鱼，结果没有叉到鱼，把鱼吓跑了。不说光线在这里发生了折射，而说空间这时发生了弯曲，也是一种解释，不过谁会相信这种解释？

他是用改变时间长度的方法让光速保持为常数的，为此他让不在同一参照系中的物体有不同的时空基准，因为用这种方法可以解释大多数运动现象，因而受到了欢迎 。

物体运动与光速有什么关系？一点关系也没有，有光线时他在运动，没有光线时他也在运动，光线可能会影响这个物体的运动，对于大质量的物体，这种影响可以忽略不计。相对论把物体的运动与光线联系在一起，是因为我们观测物体的运动依靠这光线，它反映的时物体运动的光信号的传递规律。

物体运动是用坐标系中的数据来表示的。

在直角坐标系中，行程是√(Δx^2+Δy^2+Δz^2)，光信号的行程是cΔt

爱因斯坦让 √(Δx^2+Δy^2+Δz^2)=cΔt

从这个式子√(Δx^2+Δy^2+Δz^2)=cΔt就可以看出爱因斯坦就是把物体的光信号的行程等于物体运动的行程了。因为不论在运动系或是在静止系，都有许多不同的运动。它们的运动速度不会全都是光速，也不都是发射一个球面波。只有光源才会是发射球面波的。把一切运动都看成是光的运动，肯定是错了。

爱因斯坦为什么会觉得光速不变，实际是个错觉。现在说的光速不进行变化，是我们的感觉，原因就是我们的眼睛只能接受一定能量的光子，超过或低于这个界限，我们就感觉不到了。而物体发射出的光子能量有很大的范围，也可以说，我们感知的光线可能就是经过多普勒频移后的光线。

对于相对论的讨论，讨论的中心还是时空观上的分歧。任何物质都可以有他们的生物钟，我们测量他的运动速度时，是不用去考虑它的生物钟状况的，我们只能用我们手中的尺与钟。

这个情况在对敌人的飞行器的测量中体现得很清楚，我们如果发现了敌人的飞行器，就会对他进行测量，敌人的飞行器上如果感到有人对他们测量就会运用反测量的措施，常见的就是敌人的飞机在空中撒布金属材料，让我们的雷达员无法从雷达回波中发现他们。

有矛就会有盾，根据多普勒原理，人们制造了动目标显示雷达，用于区分静止的目标与运动着的目标。现在不是经常可以看到有隐身飞机的消息么？敌人总是要隐藏他们的行踪的。

所以这里的测量，不可能要求敌人向我们提供它们的时空信息，我们只能依靠自己。要敌人提供他们的时空信息，无异于向虎谋皮，是行不通的。事实上，我们测量的对象往往是没有生命的，他们不可能对我们的测量提供任何帮助。

空间的维数是人们定义的，现在人们使用直角坐标系时，空间规定为三维。当使用极坐标系时，维的概念就不同了。

在原来的空间的三维坐标系统上加上一个时间维，也不是不可以，那就表示了物体变化或运动的过程。不过物体变化的过程是原位置的物体消失，新位置的物体产生，不是原位置物体保留，新位置又有物体产生

相对论与牛顿力学是站在不同的立场上来解释问题的。

如科普著作《物理世界奇遇记》中说：“究竟是我们骑得快，还是街道变得短，这又有什么不同吗？我需要跑过十个交叉路口才能到达邮局，如果蹬得快一点，街道也就会变得短一些，而我们也就到得早一些。瞧，我们事实上已经到了。”

实际上，这种说法就是要求能够解释过去就行了，至于是不是科学的解释，那是用不着去关心的。在自然科学的新发现冲击物理学经典理论的浪涛中，许多科学家满足于能够解释自然现象，“狭义相对论”的产生正好迎合了这种思潮。

相对论的确能解释大多数运动问题，但是照着这些解释是没有办法操作的。没有办法操作就要找出能进行操作的理论来。