物理科学探疑-网友天空-系统观点-尹保华-参照系与相对性原理
参照系与相对性原理
尹保华
提要：从时空及时空度量的客观性、绝对性出发，通过两参照系对给定运动描述间的比较，提出了新的相对性原理概念，指出了狭义相对论的错误。
关键词：时空绝对性 参照系 相对性原理
Abstract: Based on the objectivity of space, time and their measuring, the author gives a new relativity principle by comparing the description of given motion in different frames of reference, and points out the error of Einstein's theory of relativity.
Key words: the objectivity of space and time, frame of reference, relativity principle
1．时空观与时空尺度的绝对性
现实空间、时间是互相独立并不同于物质形式的客观存在。空间均匀、连续、各向同性；时间均匀、连续、单向流逝。
用以度量空间的尺度和度量时间的时钟（如某种机械构造运行或某种原子行为的周期）具有时空不变性，亦即尺度和时钟具有时空普遍性或称时空绝对性。
2．物质运动的描述
广义运动指物质本身性质及其之间相对位置的任何改变。
狭义运动指物质之间相对空间位置的改变，这也是运动学所研究的运动。下文中，均指狭义运动。
我们无法描述质点在空间中的运动或相对于空间的运动（空间是无法直接作为参照物的），只能描述一物相对于另一物的运动，为此我们引入下述概念：
参照系：被选取作为描述其它物体相对运动的任一物体。
运动速度：沿用经典的速度概念，即在给定相对矢径位置平均速度的极限（包括数值、方向）。
3．空间的测量
我们通过理想实验使其具有严格的意义。
如图（一）所示，AO为双刻度测距尺，测距尺分别以A、O为起点标示刻度。不难证明，恒有
推论：物体间距离及其测量是绝对的，与所处时空及选取的参照物无关。
4．参照系与相对性原理
如图（二）所示，相对于地面以速度
匀速直线运动的车厢中，O为粒子发射源，以相对发射源的速度
向A发射一粒子，地球引力忽略不计。
以车厢为参照系，粒子运动的路径为OA，速度为
粒子对于发射源的运动距离为OA，速度为
以地面为参照系，粒子运动的路径为OA′，速度为
发射源运动的路径为OO′，速度为
粒子对于发射源的运动距离为O′A′=
OA，速度为
由此两参照系对粒子运动描述对比看，粒子运动的路径、速度是不同的，但粒子对于发射源的运动距离、速度是相同的。
推而广之，两个作相对运动的物体O、A，对任意参照系M、N，虽然，
由以上分析，运动描述的相对性原理应是：对于任何参照系，描述给定物体间的运动规律（包括动力学规律和运动学规律）都是等价的（从本质物理意义上讲，它反映了运动的客观性或绝对性，因此，应更准确地称之为运动描述的绝对性原理）。
运动描述的相对性原理决不是说，对于任何参照系，描述给定物体对参照系的运动规律都是等价的；也不是说，两个运动物体间互为参照系描述对方的运动是等价的,因为这样的比较是无意义的。通俗地讲，在火星上描述太阳与地球间的相对运动规律，与在土星上描述是一样的；但在火星上描述地球的运动与在土星上描述地球的运动决非等价的；在太阳上描述地球的运动与在地球上描述太阳的运动相互比较是无意义的，只能以第三物为参照系才能判定日心说与地心说的区别；关于双生子悖论问题，除了不存在时间对速度的变化，其比较也只能以第三物为参照系为基础。
根据以上相对性原理可知，物体间相对运动的动力学量本质上由相对运动物体所处系统内的场力和所受外力决定，当采用与产生场力的场源保持相对静止或匀速直线运动的参照系时，牛顿第二定律成立。
力学的相对性原理（或称伽利略相对性原理）和伽利略变换描述的实际上是同一物体相对于不同参照系的运动之间的比较。当把物体对其中一个参照系的运动理解为作物体间的相对运动时，根据运动描述的相对性原理，力学的相对性原理必然成立；根据空间叠加原理，伽利略变换必然成立。它们描述的是在参照系（但并不必是惯性系）间互相保持匀速直线运动的情况下的特例。牛顿的惯性系概念是不准确的，惯性系应是针对具体力场的而非普遍适用的。
前述的相对性原理对速度的描述都必须以客观时间为基准。如果以参照点的观察结果来考察，就必须考虑光速有限性的影响（时间相对论效应，参见作者《时刻（间）相对论》）。
狭义相对论的相对性原理（即一切彼此相对作匀速直线运动的惯性参照系，对于描写运动的一切规律来说都是等价的）不成立；运动学相对性原理不成立，位移、运动速度对彼此相对作匀速直线运动的不同参照系是截然不同的。
如果按照狭义相对论的相对性原理，认为车厢和地面对于粒子运动的描述
是相同的，又虚妄地认为
时刻从发射源O点发出的光在车箱中的OA路径和地面上的OA′路径有相同的速度
(所谓光速不变原理，OA′路径上的光速实际应为
）,导出所谓的洛伦兹变换和与速度相关的相对论时空关系也就不足为奇了。故弄玄虚使用火车、闪电、光信号对钟、相对同时性等方法和概念，只是为了把概念搞混。
相对论所“卓有成效”解决的问题其实都是牵强附会。例如，质速关系
是不存在的，它是对实际存在的电场力
或电场力作功
关系的错误认识。
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尹保华
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