物理科学探疑--网友天空--系统观点--涂润生--当形式不变与内容不变不可兼得时，作何取舍

当形式不变与内容不变不可兼得时，作何取舍

---- 电动力学相对性原理的本质是用“内容变”维持“定律的形式不变”

涂 润 生
（湖北省黄冈市产品质量监督检验所，黄冈438000，2run3@sina.com）

[摘要] 已经发生了的因果关系中的原因和结果都成了客观现实，不会因观察者改变运动状态而发生实质性变化。承认“电动力学定律的数学形式与观察者的运动状态无关”必须否认“物理学定律发挥实际作用的客观性与观察者的运动状态无关”的事实。所以，电动力学相对性原必然与经验世界不符，存在尺缩疑难、时间疑难、同时性疑难和光子衰变疑难就是必然的。

关键词：因果关系， 相对性原理，尺缩疑难，时间疑难，同时性疑难，光子衰变疑难,内容变，形式不变。
分类号：O412·1

    内容决定形式（形式是内容的反映）是一条重要的客观规律。物理学定律的数学形式是“以物理学定律建构的因果关系为内容”的客观反映。事实表明，要保证电动力学定律的数学形式与观察者的运动状态无关就必须认为既定因果关系（即内容）与观察者的运动状态有关。就是说，在相对论中，我们必须以“内容变”来迁就、建构“形式不变”。同时的相对性还能直接破坏某些物理学定律的协变。

1 观察者改变运动状态，既定因果关系没有理由要改变

    原因通过物理学定律发挥作用而产生结果，就是物理学中包含三个要素（原因、结果及原因与结果间的逻辑联系）的因果关系。在已经发生了的因果关系中，其三要素都已成了客观的历史（或持续状态），不能因观察者改变运动状态而发生变化。承认相对性原理首先是承认物理学定律的数学形式不因观察者改变运动状态而变（即先承认形式不变），然后尽力寻找与形式不变对应的内容不变。在经典力学中，不同运动状态的观察者对同一相互作用的结果有统一的认识，内容不变和形式不变是统一的。例如，物体W因受力而加速。无论在哪个惯性系中观察，都有W因受力而加速的因果关系，且都符合F=ma的规律。但对于电动力学来说，存在形式不变和内容不变不可兼得的问题。例如，甲认为乙系的钟因运动而慢于甲系的钟（记为因果关系1）。乙却不承认因果关系1。相对论支持者解决这个问题的办法是认定“不同运动状态的观察者没有统一的认识”，即认定“对于电动力学而言，形式不变，内容变”。形式不变内容变（特别是以“内容变”迁就、建构形式不变）是违反哲学原理的。所以相对论的支持者就用“不同运动状态的观察者没有统一的认识”的提法掩盖这种违反哲学原理的事实。没有哪种实验事实能直接证实“对于电动力学相互作用的结果，不同运动状态的观察者绝对没有统一的认识”。也不能为“形式不变比内容不变更重要”举证。这样我们的结论是：不同运动状态的观察者对电动力学相互作用没有统一的认识，不是事实而是纯思辩的需要。电动力学相对性原理的特点是，以承认“内容变”的方式迁就“形式不变”。不难发现，相对论中的每个“形式不变”都是由对应的“内容变”支撑的。

2 时间疑难

    正统理论家已公认孪生子佯谬“已被广义相对论解决了”。但是，提出孪生子佯谬的人想知道相对性原理是否成立，解决孪生子佯谬的人却是利用“不要相互观察“的方式解决的。他们的共同点是“对相对性原理的怀疑不能因孪生子悖论的提出和解决而消除”。实际上，广义相对论也不能消除的时间疑难。

    因果关系1的三要素为：乙钟运动；电动力学定律的实际作用；乙钟慢于甲钟。根据相对论推知，即使是在同一个时间间隔之内，乙系中的观察者也必须否认因果关系1的“乙钟慢于甲钟”的 结果，就否认了因果关系1。仅仅由观察者的运动状态发生变化，就导致了因果关系1由成立变为不成立，显然是因果关系1与观察者的运动状态有关。承认甲、乙的认识都是客观的，就导致了一个逻辑矛盾：甲系的钟既慢于乙系的钟又快于乙系的钟。这是当形式不变和内容不变不可兼得时，选择了形式不变而放弃内容不变导致的错误。

     惯性系A和B各有一只静止的钟（钟a和钟b），在a、b相遇时将它们的时间读数都校拨到零。在a、b分离的同时让它们分别以渐开线的路径及相等的速度值绕a、b原来静止的点运动。当a、b再次相遇（只要a、b作渐开线式运动的速度值比A、B相对运动的速度值大得足够多，a、b就有多次相遇的可能）时，a的时间读数与b的时间读数哪个更大？由相对论知，在A中观察，钟b比钟a多出了一种平动自由度。A上的观察者确认的因果关系2的三要素为：①a的速度慢于b的速度；②电动力学定律的实际作用；③a的读数大于b的读数。要素③也是要素①和②在a、b两次相遇的时间间隔之内已经发挥作用的历史记录。如果一切都是相对的，则站在B上观察就必须否定①和③两要素（电动力学定律的作用对象也改变了）从而承认“a的读数小于b的读数”（即否认因果关系2，导致了因果关系2与观察者的运动状态有关）。站在B上观察为保持定律的形式美而否认要素②，就导致了“要保持电动力学定律的形式美必须丧失电动力学定律发挥实际作用的客观性”的两难问题。在其他地方，当形式美与内容美不可兼得时，我们会毫不犹豫地选择内容美。唯独在相对论中我们必须犯糊涂而坚决选择形式美。

    在同一时刻，a的读数既大于b的读数又小于b的读数，是一个逻辑悖论------相对论的时间疑难（无论是广义相对论还是狭义相对论都存在这个疑难）。说允许这种逻辑悖论出现的理论正是它的独特、新颖和深奥之处，是自欺欺人之举。不难看出，导致上述悖论的原因是：为了追求形式美而忽略内容的客观性。所以，即使把原本简洁的悖论搞复杂并利用复杂把人搞糊涂的方法消除了上述悖论，而不消除悖论产生的原因，也是不可信的。

3 尺缩疑难

    一列固有长度为10米的火车在前方有个8米长大坑的路基上以0.866c的高速行驶。火车能否嵌入坑内？站在路基上观察，因果关系3的三要素为：火车运动；尺缩效应物理学定律的实际作用；路基上的5米对应于火车上的10米（即火车收缩为5米可嵌入坑内）。根据相对论知，站在火车上观察必须全盘否定路基上的观察者认可的因果关系3从而得到“火车不能嵌入坑内”的结论。两种相反的结果（火车既能嵌入坑内又不能嵌入坑内）同时作用在相同的客体（火车和大坑）之上构成了逻辑悖论------尺缩疑难。

    有人认为尺缩效应是表观的［2］从而消除了尺缩疑难。如果运动的尺收缩是一条物理学定律，这种消除矛盾的方式，也是为了保持物理学定律的形式美而放弃了物理学定律起作用的客观性。因为它同时否认了尺缩效应中的因果关系三要素的真实性和客观性。另外，如果说出自洛伦兹变换的“尺缩效应”是表观的，就很难保证同样出自洛伦兹变换的“同时的相对性”是客观的，同样可以用尺缩的真实性把同时的相对性说成是表观的。如果说尺缩效应是表观的而钟慢效应是客观的，相对论性速度变换就没有意义，从而威胁了“光速不变原理”。可见，要维持电动力学尺缩公式的形式不变，同样需要“收缩的内容不真实”或“具体的收缩内容因观察者改变运动状态而变”。

    本节的分析与第一节的分析一起很容易说明“缪子的寿命实验不能为相对性原理举证”。原子钟的双向环球航行实验结果有否认电动力学相对性原理的倾向。

4 同时性疑难

    如图1所示，甲系中有一块很 长的发光平板，乙系中有一个高灵敏度的跷跷板。跷跷板与发光平板平行。甲系的运动方向平行于跷跷板，在甲系中让发光平板上的每个发光点同时产生一次闪光，绝大部分光线是垂直于跷跷板（或发光平板）的大动量光线。

    在甲系中观察，因跷跷板支点两边所受到的光压同时而相等，跷跷板不会跷动。在乙系中观察，若认为同时是相对的，则跷跷板两端所受的光压相等但不同时，跷跷板会发生跷动。此时的因果关系4的三要素为：作用于跷跷板两端的光压相等但不同时；力学定律的实际作用；跷跷板发生跷动。

    如果真实情况是跷跷板发生了跷动，则跷动也能被甲系中的观察者观察到，甲系中的观察者不承认因果关系4的三要素中的原因要素，必须认为跷跷板发生了无原因的跷动（即有“无因之果”）。如果真实情况是跷跷板不发生跷动。那么，在乙系中的观察者看来，就是一个非零转矩不能引起转动（即非零转矩必引起无阻力的只有一个支点的灵敏平衡物体转动的物理学定律不起作用）。那块跷跷板在受到一次平行光的光压作用时既发生跷动又不发生跷动的情况是不会发生的。所以，要么同时的相对性不是客观的，要么巳成事实的因果关系4也必须与观察者的运动状态有关。

在图2中，A、B、C、M是甲系中的四个固定点，其中M是的中点，D′点是乙系中的一个金属轱辘的轴心，轱辘上绕有多圈裸线。A、B、C、M、D′之间有导线相连。当乙系带着轱辘向左平移时，轱辘被连在甲系的C点上的导线拉得转动，D′、A、B、C、M五点间的有线联系不会因D′与A、B、C、M之间有相对运动而中断。
在甲系中让A、B两点同时发出一个初相不同的电脉冲信号（记为事件1和事件2）。由于电脉冲信号在导线中的传播速度（相对于导线的传播速度）是恒定值，因此，在甲系中观察，事件1和事件2的脉冲信号能同时到达M点，进而同时到达C点，并产生电脉冲干涉。只要事件1和事件2这两个电脉冲信号能同时到达C点并发生干涉，它们就一定能以相互干涉的形式同时到达D′点。对于“A、B两处的电脉冲同时产生引起它们在M点发生干涉”的因果关系（记为因果关系5），能被甲、乙两个惯性系中的观察者公认。换言之，因果关系5的客观存在与观察者的运动状态无关，事件1与事件2的“同时”是绝对的。

    假如从D′点发出一个电脉冲信号而使A、B两处的闪光灯开启（分别称为事件3和事件4）。由于“从D′发送一个电脉冲信号引发事件3和事件4”与“从C点发送一个电脉冲信号引发事件3和事件4”是完全等效的。因此，甲乙两系中的观察者都承认事件3和事件4是同时的。此结论与上个自然段中的完全一致。

    上述对钟方法（简称“涂氏对钟法”）不能得出“同时具有相对性”的结论，与爱因斯坦（Einstein）对钟方法得出的结论不一致。如果说使用斯坦对钟方法的理由比使用涂氏对钟方法的理由更充足则应放弃涂氏对钟方法而使用爱因斯坦对钟方法。反之亦然。然而，事实是，在科研实践和生产实践中，人们频繁地使用涂氏对钟方法（或类似的方法）。仅在纯理论陈述中才较多地使用爱因斯坦对钟方法。爱因斯坦对钟方法有着美丽的外表但在实用性方面没有绝对优势，我在《在超严格审查中狭义相对论能过几关》一文中设计了一种“殉爆对钟法”。这表明，我们没有充足的理由仅使用爱因斯坦对钟方法而排斥其他对钟方法。

    爱因斯坦对钟方法虽然具有形式上的对称美，但它的“同时”是根据表观视觉确定的，需要“凡是表观的全是真实的”的命题才能使用。涂氏对钟方法中的“同时”的确定已使用了视觉以外的感觉，不存在以表观代替客观的问题。这再次表明：为了追求形式美是以放弃内容的客观性为代价的。

    在一架双臂天平的两铁基吊盘下方各装一块电磁铁（两块电磁铁开启后对两吊盘的作用力相等）。在天平所在的惯性系K中，当天平达到平衡时用脆弱细线斜拉住天平的两臂和天平支柱，然后同时开启那两块电磁铁。细线断不断？在K系中观察，天平的平衡不能受到破坏，细线肯定不断。但在沿天平臂的伸展方向运动的惯性系K′中观察，由同时的相对性知，天平的两臂不同时受力，平衡受到破坏，细线会被拉断。如果说天平的平衡状态与观察者的运动状态无关，K′系中的观察者也承认细线不断（天平的平衡未受到破坏），那么他必须承认运动的天平保持平衡的条件不是两臂 力矩大小相等方向相反而是两臂的力矩大小不相等，“支点两侧的力矩不相等能导致杠杆旋转”的物理学定律在运动体系中不成立，或者我们都必须承认“同时的相对性是表观的而不是客观的”。此例表明：若“同时”的内容是相对的，要保持经典力学定律的形式美也是办不到的。

5 光子衰变疑难

    惯性系С中一静止光源发出一个频率略低于阀频的γ-量子，该光子与一重核相向运动。С中的观察者根据“频率低于阀频的光子不能衰变为电子偶的规律”推测，得到了该光子不能衰变为电子偶的结论。但站在与那个重核相联系的惯性系С′上观察，由于多普勒效应而使掠过静止重核的光子的频率超过了阀频，该光子可以衰变为电子偶。同一个光子既能衰变为电子偶又不能衰变为电子偶，构成了光子衰变疑难。
再讨论重核背离固有频率等于阀频的光子运动的情况。站在光源上观察，能量守恒和动量守恒可同时被满足，固有频率等于阀频的光子掠过运动的重核可以衰变为电子偶。符合此例的真实的光子衰变事件，就是光子衰变规律发挥实际作用的效果，是客观的内容，与观察者改变运动状态无关。站在重核上观察，出现了两难情况：那个光子的接收频率小于阀频，其能量也就低于电子偶的总能量，承认光子可衰变为电子偶就否定了能量守恒定律协变；否认光子可衰变，由相对论就得到了“空间中的一个高能光子既可衰变又不可衰变”的悖论，承认了已经发生了的光子衰变事件可根据理论分析加以否定（即承认光子衰变规律发挥实际作用的客观内容因观察者改变运动状态而变）。此例表明，为了维持“只有相对空间和相对运动”的形式美，必需放弃“光子衰变有个恒定的阀频”的物理学规律。

6 小结

    相对性原理在牛顿力学和电磁学领域近似成立，并不能消除将它推广到电动力学领域所犯的错误。归纳上面的论述，这些错误为：

a）认为根据表观原因和物理学定律的表观形式推出的是客观的结论；

b）承认因果关系或事物的历史进程与观察者的运动状态有关。

c）为了追求物理学定律的数学形式与观察者的运动状态无关（即物理定律的形式美）而承认物理学定律发挥实际作用的客观性与观察者的运动状态有关（即为追求物理学定律的数学形式不变而放弃物理学定律发挥实际作用的客观现实不变）。

    对于同一个因果关系，必须以“原因与观察者的运动状态有关或物理学定律发挥实际作用不具备客观性”的方式来保持电动力学定律的形式美。如果说形式不变是美的，那么内容不变岂不是更美？为了追求形式美（外在美）而破坏内容不变美（内在美）不是得不偿失吗？我们还值得为相对论的美而自豪吗？
形式不变与内容不变二者不可兼得是将相对性原理的适用范围从经典力学领域扩大到电动力学领域的最大障碍。正是它决定了选择相对性原理必然存在时间疑难等不可消除的悖论。形式和内容都不因观察者改变运动状态而变是相对性原理具有实用性和美感的必要条件。



参 考 文 献
［1］H.Poincar.Bull.Sci.Math.，［J］.1904，28∶302.
［2］R.T.Weidner，R.L.Sells.Elementary Modern Physics.3d ed［M］，Allyn and Bacon Inc.1980.

When form invariance and contents invariance can't be obtained at the same time,
which we should choose:the innate character of the electrodynamics relativity
principle is to uses "contents variance" maintain the "the form of the laws invariance"
Tu Runsheng
(Product Quality Inspection , Huanggang City,Hubei 438000,China.2run3@sina.com)

The reason with result inside of the causality that take place already ,both are objective actuality,and can't take place materiality variety because of the observer changes moving state.The acknowledgement "the mathematics form of the electrodynamics laws have nothing to do with the moving state of the observer" must deny "the objectivity of the actual function that the physics laws develops the fact have nothing to do with the moving state of the observer".It is the characteristic of special relativity principle to build form invariance with contents variance. So, the electrodynamics relativity principle is original inevitable out of accordance with experience world, exsit “ruler contraction knotty”, “time knotty”, “simultaneity knotty” and“electron-pair knotty” is also inevitable.

Keywords:Causality,Relativity principle, Ruler contraction knotty, Time knotty,Simultaneity knotty,Electron-pair knotty,Form invariance,Contents variance.

.


[作者简介]涂润生（1959----），男，1981年毕业于黄冈师专化学系，从1987年开始从事产品质量监督检验管理工作，1992年晋升为质量监督工程师。总结出了质量规律，建立了非线性经济学。正在为建立质量学而努力。通过导出测不准关系具有决定论和非决定论的双重意义而论证了“测不准关系与经典运动规律兼容”，在此基础上将量子力学的多个基本假设缩减至一个，从而大大美化了量子力学。在深入认识相对论方面创造了“实在性判据”等有说服力的方法，提出了“同时的相对性不是逻辑结论”、“相对论是用内容变来建构形式不变”等论据充足的见解。论证了建立求能欲概念和创新欲概念的必要性。创建了英才教育模式和数量教育学。巳发表论文20多篇。电话:07138388171

版权所有，保留一切权力，未经授权使用将追究法律责任 版权说明  © Copyright  Authors
物理科学探疑

返回首页