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本文编号041016000002 本文分类编号: 041029prr001
对于时空理论的剖析与释疑
（作者：夏烆光）
意义：本文从“接触作用原则”与“相互作用传播速度的有限性”出发，论证了牛顿力学的“局限性”，以及爱因斯坦相对论的“逻辑谬误与概念错误”。另外从“时空的本性”出发，指出了“抽象的几何时空”与“现实的物理时空”的根本差异。从而证明：“数学的抽象只有在纯粹的数学中才是无条件地有效的”科学结论。进而指明：用现有数学理论去描述物体运动所形成的时空关系的时空理论（诸如爱因斯坦的相对论等），将不可避免地存在着难以克服的逻辑谬误。
内容提要：本文从相互作用（包括物理量的确定）必须通过某种接触、以及物质运动的传播速度总是有限的这两个基本的物理事实出发：首先分析了牛顿力学的局限性；然后指出了相对论问题的确切含义。在此基础上，根据客观性原理，提出了相对论问题的最新诠释，即广义时空相对论。随后，又指出了光速不变原理的物理本质；并剖析了爱因斯坦相对论的概念错误与逻辑谬误。
关键词：相互作用 牛顿力学 局限性 客观性原理 广义时空相对论
爱因斯坦相对论 逻辑谬误
一 接触是相互作用的基本前提
两个物体之间的“相互作用”必须通过某种形式的“接触”，如果没有任何形式的接触，就不可能发生相互作用。因此，在确定一个物体系统物理量的大与小时，必须通过某种形式的“接触操作”，如果没有某种形式的接触操作，就根本不可能实现对其物理量的“精确确定”。
一般地说，接触的形式仅有两种：一是“直接接触”，即两个物体之间的“碰撞”，或保持零距离；二是“间接接触”，即通过“第三种物体”作为媒介，在两个物体之间，通过“间接碰撞”而实现“能量交换”或“信息传递”。
二 牛顿力学的本质与局限性
（一）惯性坐标系统的确立。诚如所知，伽利略和牛顿所建立的惯性坐标系统，完全不考虑观测者的所在位置。也就是说，无论观测者处在什么位置上，都能绝对准确地给出运动事件相对于坐标原点
的空间坐标
换言之，研究一个物体的惯性运动，完全可以不考虑观测者本身的所在位置。——不难看出，只有在“相互作用传播速度等于无穷大、同时性是绝对的”前提条件下，这种思考方法才是正确的。
（二）相对性原理的内涵。伽利略相对性原理说得是：“一切彼此相对作匀速直线运动的系统对于描写运动的一切规律来说都是等价的（参见【1】第182页）”。这个原理说明：研究一个物体的运动，完全可以不考虑观测者本身的所在位置，即观测者完全可以置身事外。——这种情况也只有在“相互作用传播速度等于无穷大、同时性是绝对的”前提条件下，才是正确的。
（三）关于相对速度的定义。基于惯性坐标系统的定义，对于一个“不带撇的”惯性坐标系
牛顿力学所给出了相对速度为：
牛顿力学所给出的相对速度为：
——这些定义也意味着：只有在“相互作用的传播速度为无穷大、同时性是绝对的”前提条件下，才能够成立。
（四）相互作用传播速度的极限性。事实上，因为物质运动速度总是存在着某种极限，所以相互作用就必然存在着传播过程的滞后。目前，公认的极限速度等于真空中的光速，我们不妨就以这个速度作为相互作用传播的极限速度来看待。——即使将来发现了“超光速”物质，这种超光速物质的运动速度也不可能是“无穷大”，因而也不会违背我们的讨论原则。
（五）牛顿力学的局限性。诚如所述，牛顿力学是建立在“相互作用传播速度为无穷大、同时性是绝对的”前提条件下。然而，在事实上，相互作用传播速度最大只能等于真空中的光速，因此说，牛顿力学的前提假设与物理事实不符。——这正是牛顿力学的局限性！
三 相对论的基本概念
（一）传播速度有限性对时间坐标的影响。考虑到相互作用传播速度有限性这一基本的物理事实，我们必须采取“操作原则”。——这是物理事实对于思维逻辑的必然要求。那么，对时空起点均相同的一个“客观事件”，在确定其运动所经历的“时间坐标”时，就存在两种情况：一是，跟随事件一起运动的观测者（简称运动观测者，即同运动事件保持零距离的观测者），使用运动的钟，所得出的时间坐标
二是，离开运动事件的观测者（简称静止观测者，即同运动起点保持零距离的观测者），使用静止的钟，所得出的时间坐标
为体现“同时性的相对性”，这两个时间坐标就不能相同
否则，就等于承认“同时性是绝对的”，结果使问题又返回到牛顿力学之中！不言而喻，对站在这一运动两个端点上的观测者来说，距离却只有一个，所以：
（二）两种时间坐标的区别。这里，两种时间坐标的区别仅在于：受相互作用传播速度有限性的制约，导致了位于运动起点的静止观测者，记录这个运动事件到达终点的时刻时，存在着滞后的时间差。我们把这个滞后的时间差记作
由此而来，静止观测者就得出了
的观测结果。——这种考虑是必须的。不然的话，就不可能摆脱绝对同时性的时间观念！
（三）绝对速度的引入。为了表明“运动观测者”所得出的该事件相对于起点的速度同“静止观测者”所得出的该事件相对于同一个起点的运动速度之间的区别，我们把运动观测者记录的该事件的运动速度定义为绝对速度，并记作：
的时空起点可以完全独立，因而并非是同一个运动事件。）；而把静止观测者所记录的该事件的运动速度定义为相对速度，并记作：
当我们假设信号的传播速度等于无穷大、相互作用是超距的时候，就会有
——这正是牛顿力学的基本观点。所以说，牛顿力学的相对速度，只有在相互作用的传播速度是无穷大时才有意义！
（四）相对论的根本意义。基于上述讨论，我们说：相对论是两个不同的观测者（即运动观测者与静止观测者），对于“同一个运动事件”所得出的不同观测结果的相互比较，即分别地把两种时间坐标、以及两种运动速度加以相互比较。须指出，在客观上，这两个速度的“时空起点”和“时空终点”是绝对同一的，记录这一运动过程的“两个时钟”的技术性能也是绝对一致的，所以本应有
可是，就因为运动的钟与运动事件保持零距离，静止的钟与运动事件的起点保持零距离，所以才导致了记录结果的改变，即
之中，包含着主观因素；而运动观测者所记录的时间坐标
则是完全客观的。相对论问题，正是把带有主观因素的时间坐标
和相对速度
分别地加以比较，就得出这些物理变量各自对应的比例关系，从而构成了时空理论的最新诠释，——广义时空相对论。
四 客观性原理与广义时空相对论
（一）客观性原理。客观性原理叙述为：客体具有不依赖于主体的客观内容。它的物理意义在于：对于一个客观事物，它本身所表现出来属性、以及在运动中所形成的各种物理变量，都不应该随着观测者本身观测位置的不同而带来任何实质性的改变。——基于这一点，便可以建立基于主观因素而造成的、表面看去根本不相等的两个物理参量——如两种间隔平方之间——必然相等的内在联系。
须指出，客观性原理与协变性原理（或相对性原理）是不同的。协变性原理（或相对性原理）说得是：物理方程本身不因观测者所在位置的改变而改变。这一原理构成了物理学的基础。然而，对于指定的客观事物，其运动规律恰恰与观测者的所在位置密切相关。例如，对于一个指定的带电物体，同它保持相对静止的观测者，并不能观测到其周围存在着磁场。然而，同它保持相对运动的观测者，却可以观测到其周围存在着磁场。——可见，协变性原理（或相对性原理）与物理事实并不相符！
（二）客观性原理的哲学基础。可以说，客观性原理是辩证唯物主义的一个自然的推论，它体现了主观因素与客观因素之间的原则区别，反映了客观事物本身的“具体同一性”。例如，在一个运动事件的时间坐标中，它反映了时间坐标是如何地由同一（在运动起点处）而发展成为差别（离开了运动起点）。不难看出，在运动起点处的同一（或统一），是存在着“差别”在内的“同一”；相反，离开了运动起点处的差别，是存在着“同一”在内的“差别”。正是借助于客观性原理的帮助，我们才可以把客观事物的本质特征与人们对它的主观表象联系在一起。——这是唯物辩证法的“对立统一规律”的具体应用！
（三）客观性原理的物理意义。客观性原理给出了物理变量本身的“客观实在性”。诚如所知，在狭义相对论中，爱因斯坦所定义的“间隔平方”本身就是一个带有“主观因素”的物理量。这个物理量反映出：同一个运动事件（时间起点和空间起点都相同的运动事件），由于观测者的所在位置不同而有所改变。于是，基于客观性原理的帮助，我们就可以排除主观因素的影响，在两个表面上看去并不相等的间隔平方之间，建立“非本质性的”联系，从而实现在“间隔相等”前提下的“洛伦兹变换”。进而，建立了“广义时空相对论”（参见【2】第64页）。——这是广义时空相对论的精髓！
或许有人不肯接受这一点。分析起来，这是因为人们对于“辩证逻辑的公理体系”太不习惯。其实，正如恩格斯所说：“在高等数学中的几乎所有的证明，从微分学的最初的一些证明起，从初等数学的观点看来严格地说都是错误的。如果象在这里那样，要用形式逻辑去证明辩证法领域中所获得的结果，那末情况也不可能是另一个样子。（参见【3】第175页）”。
（四）广义时空相对论的基本公式。基于相对论的确切意义，根据客观性原理，我们就可以把运动观测者得出的一组时空变量与静止观测者所得出的另一组时空变量分别地加以比较，从而得出了一组一一对应的“广义时空相对论”的变换公式：
（五）广义时空相对论的主要成就。由上面给出的质能关系式（即第四个式子）可以得出：当
时，
这就是爱因斯坦静止能量的表达式；
将质能关系式按幂级数展开，可近似得出：
，这说明牛顿力学与狭义相对论都具有一定的正确性；在广义时空相对论中，还导出了光子静止质量的计算公式：
并证明：光子的静止质量
只占其总质量的71.9％左右；由此证明光子也存在着内部结构；基于这一结论，我们可以利用光子的“老化模型”，解释“恒星系光谱的红向移动”现象，从而否定“大爆炸模型”的宇宙生成论。……（参见【2】第139～212页）。
五 光速不变原理的实质
（一）传统的光速测量方法。传统光速的测量方法是：位于光源处的静止观测者，利用自己所在位置的时钟，记录了一个闪光往返于“光源”和“反光镜”之间所需时间过程的一半，作为本闪光在这个空间距离上“单程传播”所需要的时间过程
假设光源到反光镜之间的距离为
，那么，基于光线在往返路程上速度不变的假设
不难看出，按照上面提出的关于“相对速度”的定义，在这里，光的相对速度应为：
——这再一次说明：只有在信号传播速度是无穷大、滞后的时间过程
时，关于相对速度的概念才是有意义的！
（二）传统光速测量方法的实质。利用往返时间过程的“一半”，作为光线单程传播所需时间过程的观念，等于承认：“静止观测者”可以同与光线保持零距离的“运动观测者”同步地记录到该光线从光源出发到达反光镜的“准确时刻”。对于静止观测者来说，这种做法，在客观上等于承认运动信息的传播速度是无穷大，即静止观测者与运动观测者具有绝对相同的观测结果。——由此可见，这里也违背了“物质运动速度存在极限”的物理事实！
（三）光速不变原理的实质。不难看出，传统光速测量方法所给出的光速，实质上，等于跟随光子一起运动的观测者，利用自己携带的钟，即运动的钟，所得出的光子相对于光源的运动速度。根据上面关于“绝对速度”的定义可以看出，传统光速测量方法所得出的光速乃是光子相对于光源运动的“绝对速度”，而不是光子相对于光源运动的“相对速度”。显然，这个绝对速度与光源本身是否存在着运动是毫不相干的。——由此而论，光速不变原理的实质是：光线相对于光源运动的绝对速度不依赖于光源本身的运动速度。
六 爱因斯坦相对论的主要错误
（一）爱因斯坦相对论的逻辑谬误。当年，爱因斯坦反对牛顿力学的出发点，是基于“同时性的相对性”这一时间观念。而导致同时性的相对性的物理基础，是光速传播的有限性。可是，在爱因斯坦的狭义相对论中，所涉及到的物理概念和物理原理，诸如：惯性坐标系统、相对速度、狭义相对性原理等，都是牛顿力学所使用的基本概念。如上所述，这些概念又都是在“相互作用传播速度为无穷大”的前提假设下，才是正确的。这就说明，狭义相对论的前提假设与使用的物理概念是前后矛盾的。——因此说，爱因斯坦的相对论存在着逻辑谬误！
（二）爱因斯坦相对论的概念错误。必须指出：在时间起点和空间起点都不相同的两个事件之间进行相互比较，并没有实际的物理意义。正如黑格尔所说：“所谓差异（或多样性）即不同的事物，按照它们的原样，各自独立，与他事物发生关系后互不影响，因而这种关系对于双方都是外在的。由于不同事物之间的差别对于它们没有影响，无关本质，于是差别就落在它们之外而成为一个第三者，即一个比较者。这种外在的差别，就其为相关的事物的同一而言，是相等；就其为相关事物的不同而言，是不相等。（参见【4】第251页）”。爱因斯坦的相对论却是在两个时空起点都不相同的坐标变量之间的相互比较。例如，在狭义相对论中，时间坐标 与 、空间坐标 与 、相对速度 与 ，都不具有共同的起点。因此说，它们本来就不是“同一个事物”。那么，毫无疑义，在不同事物之间所进行的相互比较，就只能是“一个比较者”。对于存在着“这种外在的差别”的事物，人为地去进行比较，所得出的结论只能是：要么“是相等”；要么“是不相等”。——所以说，爱因斯坦的相对论存在着概念错误！
（三）狭义相对论的两条原理自相矛盾。爱因斯坦创立狭义相对论所依据的两条基本原理是“伽利略相对性原理”与“光速不变原理”。诚如所述，伽利略相对性原理是建立在“绝对同时性”的前提假设之上；而光速不变原理却表明了以下两点：第一，光的传播速度是个不依赖于光源的常数；第二，这个常数是有限的。由此可见，光速不变原理与伽利略相对性原理之间，存在着难以克服的矛盾。——承认光速不变原理，就必须否认伽利略的相对性原理。反之亦然！
参考文献
【1】上海市高等工业学校物理学编写组编《普通物理学》（初稿）下册，上海：上海教育出版社，1959年9月第一版。
【2】夏烆光著《广义时空相对论》北京：人民交通出版社，2003年1月第一版。
【3】马克思
恩格斯著《马克思恩格斯选集》第三卷，北京：人民出版社，1950年7月第一版。
【4】黑格尔著，贺麟译《小逻辑》北京：商务印书馆，1980年7月第二版。
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