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應(yīng)該廢棄狹義相對論
費邦鏡
摘要：本文首先論證了“引力場”就是傳播光的“以太”,；又指出了洛倫茲變換并不能化解光的傳播定律與相對性原理的抵觸,；接著論證了相對性原理并不正確；又為牛頓第一定律打了個補丁,，使得舍棄相對性原理有了理論依據(jù),。
引言 什么？要廢棄狹義相對論,？說夢話吧——相對論和量子力學(xué)是近代物理學(xué)的兩大支柱,，那是能夠廢棄得了的嗎？ 其實,，這兩大支柱必有一錯,，因為它們的基本觀點是對立的：1、根據(jù)相對論,，光速是極限，而“量子力學(xué)允許超光速現(xiàn)象存在”,；2,、相對論認(rèn)為，時間是相對的,，同時性也是相對的,，而“量子力學(xué)在絕對意義上使用時間的概念，同時性也具有絕對的意義”,。[譚署生《從狹義相對論到標(biāo)準(zhǔn)時空論》湖南科學(xué)技術(shù)出版社,，2007，P238] 兩者相比較,，相對論出錯的可能性更大——據(jù)【科壇春秋】2015-11-08《物理界的撕逼大戰(zhàn),，愛因斯坦的終身敗筆？》報道：【近幾年,，“證明愛因斯坦是錯的”似乎成了各大高?？蒲袌F隊的熱門項目……愛因斯坦和玻爾終身都在爭論一個問題——量子糾纏……近幾年，越來越多的大學(xué)科研組織都在進行著量子糾纏實驗,，而實驗結(jié)果幾乎都倒向波爾一邊……早在2013年,，中國科技大學(xué)潘建偉教授主持的量子隱形傳態(tài)研究項目組就測出，量子糾纏的傳輸速度至少比光速高4個數(shù)量級……愛因斯坦似乎在離真理越來越遠?！?/span> 歷史上,，許多一流的物理學(xué)家，如洛倫茲,、邁克爾遜,、J.J.湯姆遜、龐加萊,、馬赫等等,，他們都終生反對相對論，然而,，他們?nèi)际×?。一百多年來，人們對相對論的批判從來就沒有停息過,，我也曾斗膽挑戰(zhàn)過多次,，但是，相對論依然堅如磐石,。 這是為什么呢,？我逐漸意識到，這與我們對牛頓水桶實驗的誤解有關(guān),，也與牛頓力學(xué)存在瑕疵有關(guān),！ 本文僅九千余字，但愿您花費幾十分鐘時間,，能分享到我?guī)?/span>十年的挑戰(zhàn)心得,，能欣賞到福爾摩斯式的推理。
一,、導(dǎo)致創(chuàng)建狹義相對論的第一原因是對“以太”探尋的失敗 十九世紀(jì)末,，經(jīng)典物理學(xué)已經(jīng)有了相當(dāng)?shù)陌l(fā)展和可喜的成果，但眼光獨到的開爾文指出：在物理學(xué)晴朗的天空上還有兩朵令人不安的烏云,。其中一朵是指“經(jīng)典物理學(xué)無法解釋對‘以太’的探尋實驗”,。 什么是“以太”？古希臘的思想家亞里士多德認(rèn)為,，天體間一定充滿了一種看不見的物質(zhì),，當(dāng)時就稱這物質(zhì)為“以太”。17世紀(jì),，笛卡爾最先將以太引入科學(xué),，認(rèn)為物體之間的所有作用力都必須通過直接物體接觸或通過以太這種中間媒介物質(zhì)來傳遞，而且,，光也是通過以太進行傳播的,。 關(guān)于光的本質(zhì)究竟是粒子還是波，在古希臘就已經(jīng)產(chǎn)生了分歧，一直爭論不休,。直到1864年麥克斯韋建立起電磁學(xué)的基本定律——麥克斯韋方程組,，并指出“光”也是一種電磁波，從此,，才有了光傳播的真正理論,。普遍認(rèn)為，光既然是波,，其傳播也一定需要媒質(zhì),，此媒質(zhì)當(dāng)然就是以太。 物理學(xué)家們都堅信,，每一個關(guān)于運動的陳述都包含著一個物理的參考系,，我們只能參照其他物體來量度位移和速度。而由麥克斯韋方程組導(dǎo)出的光速c是一個恒量,，那么,，這一恒定的速度是相對于何物而言的呢？正如聲速的參照物是傳播聲音的媒質(zhì)一樣,，光速的參照物應(yīng)該是傳播光的媒質(zhì)——以太,。以麥克斯韋、洛倫茲為首的大多數(shù)物理學(xué)家都持這樣的觀點,。 然而,，以太無影無蹤，其性質(zhì)也難以琢磨,，物理學(xué)家們從十七世紀(jì)下半葉開始認(rèn)真地探尋以太,，但化了兩百多年時間也沒能找到它！于是大家又探究運動物體能否曳引以太,。意想不到的是，各種探究結(jié)果都相互沖突： 1）1728年,，布拉德雷發(fā)現(xiàn)光行差現(xiàn)象：為了能看到天頂附近的恒星,，不能將望遠鏡絕對豎直地放置，而必須將望遠鏡軸線調(diào)整到偏向地球的公轉(zhuǎn)運動方向,，向前傾斜20.5’’ 角度,。 普遍認(rèn)為，地球在以太中穿行,?！爱?dāng)我們開始利用光的理論來分析光行差現(xiàn)象時，粒子模型顯然能夠提供一個非?，F(xiàn)成的解釋：光行差現(xiàn)象恰好同下落的雨滴的情形類似,。然而，只要以太完全不受地球運動的干擾，借助在以太中穿行的波動也能解釋這一效應(yīng),。另一方面,，如果地球附近的以太隨地球而動，那么就不會發(fā)生光行差現(xiàn)象,?！?/span>[1] 以太論者認(rèn)為，光行差現(xiàn)象證明了地球運動并沒有拖曳以太,。 2）1818年菲涅爾提出部分曳引假說,，即在透明物體中，光可以部分地被這一透明物體曳引：曳引系數(shù)k = 1 - 1/n2 ,，其中n為透明物體的折射率,。1851年斐索做了正反流水中比較光速的實驗，“證實了菲涅爾的部分曳引假說,，從而使這一假說成了以太理論的重要支柱”,。[2] “斐索實驗可以簡單地用以太既不為儀器拖曳又不為儀器中運動的水拖曳這種說法給以解釋，部分曳引是由于折射媒質(zhì)的運動所致”,。[3] 而且,，“斐索實驗的結(jié)果可以看作是對恒星光行差觀測的加強支持。兩種實驗結(jié)果均能通過下面的假定予以解釋：運動物體并不把它的任何運動速度傳給以太”,。[1] 3）既然光行差現(xiàn)象和斐索實驗都證明地球不能拖曳以太,，而地球又在軌道上以30公里/秒的速度運行，那么在地球上應(yīng)該能檢測到以太風(fēng),。在麥克斯韋的激勵下,，邁克爾遜發(fā)明出一種空前靈敏的干涉儀，他確信可以根據(jù)干涉條紋的位移推算出這以太風(fēng)速,，但他并沒能如愿,。 后來，邁克爾遜又邀請莫雷一起,，進一步改進了干涉儀實驗,，把精度提高到可以分辨0.01個條紋間距的位移。他們原來推測以太風(fēng)速為30公里/秒,，據(jù)此,，預(yù)期可觀測到0.4個條紋間距的位移。1887年,，邁克爾遜與莫雷連續(xù)4天從早到晚進行實驗,，卻始終觀測不到預(yù)期的條紋位移。過了半年以后,，他們又做了一次觀測,，仍然沒有發(fā)現(xiàn)預(yù)期的條紋位移,，這使他們大失所望。他們的結(jié)論是：“即使由于地球與光以太之間的相對運動會使條紋產(chǎn)生任何位移,，這位移不可能大于條紋間距的0.01,。” [2] 邁-莫實驗的結(jié)果發(fā)表后,，幾乎所有的科學(xué)家都膛目結(jié)舌,！ 這是因為：邁-莫實驗相當(dāng)于“零結(jié)果”，等于是充分證明了地球完全拖曳了以太,，這與斐索實驗和光行差現(xiàn)象的結(jié)論恰恰相反,！這似乎是對菲涅爾部分曳引假說這一以太理論支柱的致命打擊。 4）但是,，邁克爾遜和莫雷堅信以太理論,，他們傾向于用斯托克斯的“完全曳引假說”來解釋這個零結(jié)果。[2] 1845年,，斯托克斯提出黏性流體運動理論,，次年，他曾用這一理論漂亮地解釋了光行差現(xiàn)象：“緊挨著地球的以太應(yīng)當(dāng)整個地同地球一起運行,，圍繞地球的以太云在地球沿軌道運動時為地球所完全裹攜走,。不過，這云的各層是以不同的速度在運行的：云層離開地球越遠,，它的速度就越小,。由于光速在緊挨地球的比較密的以太層中減慢，所以來自恒星的光的波前就轉(zhuǎn)向,，這正確解釋了所觀察到的光行差”,。[4] 邁克爾遜和莫雷認(rèn)為，既然緊挨著地球的以太整個地同地球一起運行,，那么地表當(dāng)然不會有以太風(fēng),，這能很好地解釋邁-莫實驗的零結(jié)果。 5）然而,，從斯托克斯假說出發(fā),，必然會引出一個結(jié)論，即在運動物體表面有一速度梯度的區(qū)域,，在運動物體附近，總可以察覺出這一效應(yīng),。于是洛奇在1892年做了一個鋼盤轉(zhuǎn)動實驗,，專門用以試驗這一效應(yīng)。但洛奇的實驗證實：緊挨著鋼盤的以太,，完全沒有被高速轉(zhuǎn)動的鋼盤帶動,，這一結(jié)果導(dǎo)致人們對斯托克斯的假說失去了信心,。[2] 總之，所有對以太探尋的結(jié)果似乎都相互矛盾,，無法調(diào)和,，物理學(xué)家們對此一籌莫展。這就是開爾文所指的那朵物理學(xué)上空的烏云,。 正是為了驅(qū)散這朵烏云,，26歲的愛因斯坦，初生牛犢不怕虎,，獨辟蹊徑,，干脆“拋棄以太”，創(chuàng)建了狹義相對論,。他1922年在日本京都大學(xué)的演講《我是怎樣創(chuàng)造相對論的》中回憶：“最初,，我并不懷疑以太的存在，不懷疑地球相對以太的運動……如果承認(rèn)邁克爾遜的零結(jié)果是事實,，那么地球相對于以太運動的想法就是錯的,，這是引導(dǎo)我走向狹義相對論的第一步?！?/span>[2] 那么,，探尋以太之路真的窮盡了嗎？ 參考文獻一 [1] A.P.弗倫奇《狹義相對論》人民教育出版社,，張大衛(wèi)譯,，1979，P44,、50 [2] 郭奕玲,、沈慧君《物理學(xué)史（第2版）》清華大學(xué)出版社，2009,，P166～167,、170～171、186 [3] R.瑞斯尼克《相對論和早期量子論中的基本概念》上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,，上師大物理系譯，許國寶校,， 1978,，P30 [4] В.И.雷德尼克《場》科學(xué)普及出版社，周昌忠譯,，1981,，P50
二、探尋“以太”之路并未窮盡,，“引力場”就是“以太” 牛頓年青時主張光的微粒說,，但在他的光和顏色理論受到胡克和惠更斯等人的批評后,，他開始向以太說妥協(xié)，“1674年左右,，牛頓寫了一篇《論空氣和以太》手稿,，反映出他向以太的妥協(xié)由光學(xué)擴展到整個物質(zhì)觀方面”，“牛頓的重力觀點轉(zhuǎn)向以太效應(yīng)”,。[1] “愛因斯坦相信,，牛頓所最強烈反對的是一種能夠自己在空虛空間中傳遞力的概念，牛頓希望用‘以太’來把超距作用歸結(jié)為接觸力”,。[2] 可見牛頓當(dāng)年就曾認(rèn)為,，光和萬有引力都是依賴以太傳遞的。 在現(xiàn)代的我們看來,，萬有引力當(dāng)然是通過引力場傳遞的,，“引力場”難道不就是牛頓終生探尋不到的以太嗎？可惜牛頓不知道居然會有“場”這種無形物質(zhì),！ 既然“引力場”這個以太可以傳遞引力,，那么為什么不可以也傳播光呢？我們不妨假設(shè)“引力場”就是光以太,，看看能否驅(qū)散那朵物理學(xué)上空的烏云： 斯托克斯解釋光行差現(xiàn)象所借助的“以太云”,，難道不正是非常形象的“引力場”嗎？——全宇宙的引力場不是統(tǒng)一而均勻的,，緊挨著地球的引力場必然整個的隨地球一起在軌道上運行,，而離開地球越遠，那里的引力場越來越過渡為太陽的引力場,，其受地球運動的曳引當(dāng)然就越來越小,，恒星的光線從太陽引力場射向地球引力場當(dāng)然會發(fā)生偏轉(zhuǎn),。而邁-莫實驗是在與地球“同步”的地面引力場中進行的,，既然“同步”,，何來以太風(fēng),？ 而洛奇的鋼盤，無論怎樣高速旋轉(zhuǎn),，光路中的質(zhì)量分布并沒變化,，當(dāng)然引力場也沒有變化,，所以旋轉(zhuǎn)鋼盤完全不會帶動以太,，這與斯托克斯的假說毫無矛盾,！ 至于斐索實驗，其流水無論如何流動,，光路中的質(zhì)量分布并沒變化,，當(dāng)然引力場也沒有變化，所以流水就不會拖曳以太,，部分曳引并非是以太被拖曳,，而是透明介質(zhì)的運動導(dǎo)致了介質(zhì)中的光速發(fā)生了變化。這與洛奇旋轉(zhuǎn)鋼盤不能帶動以太是同樣的道理——并非一切物質(zhì)運動都能曳引以太,，而只有能改變光路中的質(zhì)量分布的物質(zhì)運動才能曳引以太,。可見,，菲涅爾的部分曳引假說這一“以太理論支柱”完全正確,！ 且慢，有人質(zhì)疑：既然洛奇旋轉(zhuǎn)鋼盤不能帶動以太,，那么,，地球自轉(zhuǎn)時其質(zhì)量分布也幾乎沒變動，地球自轉(zhuǎn)應(yīng)該也不會帶動以太,，因此,，邁-莫實驗就應(yīng)該能測出以太風(fēng)，而不應(yīng)該是零結(jié)果,。 其實,，邁-莫實驗并非真正零結(jié)果。1887年邁克爾遜與莫雷最終的實驗結(jié)論是：“最大的條紋移動量小于0.01……‘以太漂移’速度的上限是4.7公里/秒”,。[4] 這相對于預(yù)期的30公里/秒的以太風(fēng)速而言,，可以說是零結(jié)果！換言之,，邁-莫實驗確實可以否定地球公轉(zhuǎn)的以太風(fēng),，但并不能否定地球自轉(zhuǎn)的以太風(fēng)——地球自轉(zhuǎn)的最大線速度（赤道處）僅0.464公里/秒。 李立新博士反駁：1973年有實驗表明以太風(fēng)速小于3.8厘米/秒,。2000年之后,，有多個實驗表明以太風(fēng)速小于米/秒級別，[5] 這難道不能否定地球自轉(zhuǎn)的以太風(fēng)嗎,？但我同曹廣軍博士的觀點一樣,，對這些實驗的真實性或有效性表示懷疑。 我更相信張操教授的觀點：【沙涅克（Sagnac）的實驗事實表明：單向光速是有方向性的,?！俊?/span>[6] 我也相信黃新衛(wèi)先生的觀點：【楊新鐵教授率先發(fā)現(xiàn)：受地球自轉(zhuǎn)影響,，電磁波往返中國西安和日本東京的時間不相等,。黃德民高工率先從靜止于地面的光纖陀螺儀能夠敏感到地球自轉(zhuǎn)角速度看出問題：這直接否定地球表面光速各向同性?！?/span>[7] 我認(rèn)為這些都證明了地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生了以太風(fēng),。 綜上所述，引力場就是光以太這個假設(shè),，能非常圓滿地解釋幾乎所有的相關(guān)實驗,，并無任何矛盾,，因此該假設(shè)完全能夠成立。當(dāng)年愛因斯坦依據(jù)邁-莫實驗而拋棄以太顯然是錯誤的,！ 不過,，僅憑這一點，并不能徹底否定狹義相對論,，因為導(dǎo)致創(chuàng)建狹義相對論還有另外一個重要原因,。 參考文獻二 [1] 閻康年《牛頓的科學(xué)發(fā)現(xiàn)與科學(xué)思想》湖南教育出版社，1989,，P300,、418 [2] 許良英等編譯《愛因斯坦文集第一卷》商務(wù)印書館，1976,，P622 [3] 劉遼 等《狹義相對論》科學(xué)出版社,，2008，P5 [4] 張元仲《狹義相對論實驗基礎(chǔ)》科學(xué)出版社,，1994,，P26 [5] 李立新《爭鳴觀點之七：曹廣軍》 http://blog.sina.com.cn/s/blog_3c806cc90102v55v.html [6] 張操《物理時空理論探討》上海科學(xué)技術(shù)文獻出版社,，2011,，P105
[7] 黃新衛(wèi)《給中國科協(xié)的信》http://blog.163.com/hubeihxw@yeah/blog/static/701140962016102045728673
三、導(dǎo)致創(chuàng)建狹義相對論的第二原因是光的傳播定律與相對性原理的抵觸 1864年,，麥克斯韋建立起一套能完美描述電磁學(xué)基本定律的理論——麥克斯韋方程組,，由它可導(dǎo)出真空中光速c=1/√(ε0μ0)，其中的ε0為真空電容率,，μ0為真空磁導(dǎo)率,。電磁學(xué)中，ε0和μ0均是基本物理常量,，是普適的,，因此，真空中光速c亦是一個普適常量,，“與光源的速度沒有關(guān)系,，也與參考系沒有關(guān)系”。[1] 愛因斯坦把“光（在真空中）的速度c是恒定的”稱為光的傳播定律,。[2] 愛因斯坦說：“誰會想到這個簡單的定律竟會使思想周密的物理學(xué)家陷入智力上的極大的困難呢,？”[2] 因為根據(jù)伽利略變換，如果在慣性系S中光速為c,，那么,，在相對于S以速度v運動的慣性系S’中，光速應(yīng)為c+v，或者c-v,，而不可能仍然恒定為c,。可見在慣性系S’中的光速不再由ε0和μ0來決定,，這說明在慣性系S’中的電磁現(xiàn)象不再服從麥克斯韋方程組,。 1905年前后，大多數(shù)物理學(xué)家認(rèn)為,，光的傳播定律與相對性原理是嚴(yán)重抵觸的。鑒于電磁學(xué)的實驗精確度遠比力學(xué)的要高,，因此,，“許多著名的理論物理學(xué)家比較傾向于舍棄相對性原理”。[2] 唯獨26歲的愛因斯坦認(rèn)為：“相對性原理和光的傳播定律實際上絲毫沒有抵觸之處,，如果系統(tǒng)地貫徹這兩個定律,，就能夠得到一個邏輯嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚摗保椽M義相對論,。[2] 可見,，如何化解這個抵觸，是導(dǎo)致創(chuàng)建狹義相對論的第二個原因,。 那么,，這個抵觸真的被愛因斯坦化解了嗎？ 參考文獻三 [1] 楊桂林 等《近代物理》科學(xué)出版社,，2004,，P372 [2] A.愛因斯坦《狹義與廣義相對論淺說》上海科學(xué)技術(shù)出版社,，楊潤殷 譯,，1964，P15,、17
四,、洛倫茲變換并不能化解光的傳播定律與相對性原理的抵觸 愛因斯坦化解這個抵觸的方法是：對于兩個慣性系之間的坐標(biāo)變換，不采用“伽利略變換”,，而采用 “洛倫茲變換”,！ 果然，采用了洛倫茲變換之后,，在不同的慣性系中光速確實都能恒定為c了,！抵觸似乎已被化解?！奥鍌惼澴儞Q”因此而成為狹義相對論的核心思想,。 但是，洛倫茲變換需要顛覆“同時性是絕對的”這一幾乎是我們與生俱來的觀念！它還會導(dǎo)致“運動的鐘變慢,、尺縮短”,，甚至讓基本的物理量“時間”，成為派生出來的物理量“速度”的函數(shù),，產(chǎn)生了一系列怪異的思想,。 而正是這些怪異而又“正確”的思想，讓大部分人都哀嘆自己不夠聰明,，使得愛因斯坦名聲大振,。 其實，愛因斯坦在這里犯了一個嚴(yán)重的錯誤,！ 因為根據(jù)麥克斯韋方程組,，真空中光速c是一個普適常量，“與光源的速度沒有關(guān)系,，也與參考系沒有關(guān)系”,。那么，既然與參考系無關(guān),，當(dāng)然就意味著不僅在各慣性系中光速恒為c ,，而且，在非慣性系中光速也都恒為c,。 然而,，洛倫茲變換并非是普適的，它僅僅適用于慣性系之間的坐標(biāo)變換,，該變換雖然可讓各慣性系中的光速恒為c,，但是，并不能讓非慣性系中的光速也都恒為c,！顯然,，洛倫茲變換并沒能真正化解這個抵觸！狹義相對論的這個核心思想是錯的,！ 那么，當(dāng)年許多著名的物理學(xué)家主張“舍棄相對性原理”,，是否可行呢？
五,、相對性原理違反事實,，應(yīng)該舍棄 愛因斯坦反對舍棄相對性原理，因為他堅信：“有兩個普遍事實在一開始就給予相對性原理的正確性以很有力的支撐,?！?/span>[1] 那就讓我們仔細看看他“精選”出來的是兩個怎樣的事實： 【第一個普遍事實】 愛因斯坦說：“必須承認(rèn)經(jīng)典力學(xué)在相當(dāng)大的程度上是‘真理’……因此，在力學(xué)的領(lǐng)域中應(yīng)用相對性原理必然達到很高的準(zhǔn)確度,。一個具有如此廣泛的普遍性的原理,，在物理現(xiàn)象的一個領(lǐng)域中的有效性具有這樣高的準(zhǔn)確度，而在另一個領(lǐng)域中居然會無效,，這從先驗的觀點來看是不大可能的,?！?/span>[1] 簡言之,，愛因斯坦認(rèn)為，伽利略相對性原理在力學(xué)領(lǐng)域中非常有效,，當(dāng)然可以擴展到全部物理學(xué)領(lǐng)域,。 其實，伽利略相對性原理并沒有可靠的實驗依據(jù),，所能查證的,，僅僅就是伽利略描述的在勻速航行的大船中所觀察到的那些極其粗略的力學(xué)現(xiàn)象。而我們大家都以“舟行不覺”的經(jīng)驗很自然地接受了它,。 物理學(xué)史上,，不乏被“經(jīng)驗”誤導(dǎo)的深刻教訓(xùn),，因此,，對伽利略相對性原理進行深入的考證是有必要的。 愛因斯坦對伽利略相對性原理有嚴(yán)格的定義：“假使力學(xué)定律在一個坐標(biāo)系中是有效的，那么在任何其他相對于這個坐標(biāo)系作勻速直線運動的坐標(biāo)系中也是有效的,。假使有兩個坐標(biāo)系，相互作不等速運動,，則力學(xué)定律不會在兩者之中都是有效的,?！?/span>[2] 根據(jù)這個定義，只要我們不把眼光只盯著伽利略大船,，就可以輕易地發(fā)現(xiàn)伽利略相對性原理并不符合事實： 1）力學(xué)定律在固定于地球的坐標(biāo)系中是非常有效的，不然,，伽利略、牛頓等科學(xué)家怎么可能在地球?qū)嶒炇抑?，歸納,、總結(jié)出力學(xué)定律呢？ 2）愛因斯坦指出：“關(guān)聯(lián)于太陽的坐標(biāo)系比關(guān)聯(lián)于地球的坐標(biāo)系更象一個慣性系,?！?/span>[2] 這當(dāng)然是指力學(xué)定律在關(guān)聯(lián)于太陽的坐標(biāo)系中非常有效。 3）在月球上,，宇航員們已證明了力學(xué)定律是有效的。 4）愛因斯坦指出：對自由落體電梯內(nèi)的觀察者來說,，力學(xué)定律是有效的,。[2] 5）在地球同步衛(wèi)星內(nèi),，宇航員們也證明了力學(xué)定律非常有效,。 上述這五個坐標(biāo)系，難道它們相互之間是在作勻速直線運動嗎？當(dāng)然都不是,！但是，力學(xué)定律居然在它們之中“都”非常有效,！ 可見,，伽利略相對性原理明顯違反事實,！即使在力學(xué)領(lǐng)域中它也無效,，遑論擴展到全部物理學(xué)領(lǐng)域。 有人反駁：伽利略相對性原理的成立,，必是有其邊界條件與適用范圍的,。然而,，他們誰也說不出上述事例究竟超越了什么邊界條件與適用范圍,。 【第二個普遍事實】 愛因斯坦指出：“由于我們的地球是在環(huán)繞太陽的軌道上運行,，因而我們可以把地球比作以每秒大約30公里的速度行駛的火車車廂。如果相對性原理是不正確的,，我們就應(yīng)該預(yù)料到,，地球在任一時刻的運動方向?qū)谧匀唤缍芍斜憩F(xiàn)出來，而且物理系統(tǒng)的行為將與其相對于地球的空間取向有關(guān)……但是,，最仔細的觀察也從來沒有顯示出地球物理空間的這種各向異性（即不同方向的物理不等效性）,。這是一個支持相對性原理的十分強有力的論據(jù)?！?/span>[1] 愛因斯坦的這段話邏輯非常清晰：如果能找到地球物理空間各向異性的證據(jù),，就可以證明相對性原理是不正確的！ 很不幸,，居然被我找到了兩個這樣的證據(jù)： 第一個各向異性：【1728年,，布拉德雷發(fā)現(xiàn)光行差現(xiàn)象：為了能看到天頂?shù)暮阈牵荒軐⑼h鏡絕對豎直地放置,，而必須將望遠鏡軸線調(diào)整到偏向地球的公轉(zhuǎn)運動方向,，向前傾斜20.5’’ 角度?！?/span>[3] 這當(dāng)然意味著地球物理空間是各向異性的,！各向同性的話，望遠鏡還需要總是向一個方向傾斜嗎,？ 第二個各向異性：【1971年,，Hafele和Keating……將四只銫原子鐘放到飛機上,，飛機在赤道平面附近高速度向東及向西繞地球航行一周后回到地面，然后將飛機上的四只銫原子鐘與一直靜止在地面上的銫原子鐘的讀數(shù)進行比較,，發(fā)現(xiàn)向東飛行時四只原子鐘的讀數(shù)比地球上的原子鐘讀數(shù)平均慢了59×10-9秒,；而向西飛行時四只原子鐘的讀數(shù)比地球上的原子鐘讀數(shù)平均快了273×10-9秒?！?/span>[4] 也就是說：向東飛行的原子鐘會變慢,，而向西飛行的會變快。這當(dāng)然也直接顯示了地球物理空間的各向異性,！ 上述這兩個各向異性,，都直接否定了愛因斯坦自認(rèn)為“支持相對性原理的十分強有力的論據(jù)”。 這真讓我們大跌眼鏡——愛因斯坦用洪荒之力精選出來的兩個支撐相對性原理的“普遍事實”,，居然統(tǒng)統(tǒng)違反事實,！ 而且，2009年朱永強,、季灝,、郝建宇等人在復(fù)旦大學(xué)實驗室進行了一個“帶電體運動產(chǎn)生磁場的跟蹤觀察”實驗：讓一個高靈敏度的磁場檢測儀跟隨帶電電容板“同步”作勻速直線運動，用來檢測帶電體運動產(chǎn)生磁場究竟是以什么為參考系,。結(jié)論是：“在地球上帶電體運動產(chǎn)生磁場的‘運動’,，不可能以任何的運動參考系統(tǒng)為參考系，必須以地球為參考系和不依賴于觀察系統(tǒng)的運動狀態(tài),?！?/span> [5] 這是一個直接否定相對性原理的有力證據(jù)。
然而,，舍棄相對性原理會產(chǎn)生非常嚴(yán)重的后果——普遍認(rèn)為,，“慣性定律說明靜止與勻速直線運動都是物體在不受外力作用下，能不斷維持下去的狀態(tài),；相對性原理則說明在靜止與勻速直線運動這兩種狀態(tài)中,，力學(xué)定律是相同的,。這就揭示了力學(xué)中的靜止?fàn)顟B(tài)與勻速直線運動狀態(tài)的等價性,。” 因此,，盡管否定相對性原理的理由非常充分，但幾乎很少有人敢舍棄它,！ 參考文獻五 [1] A.愛因斯坦《狹義與廣義相對論淺說》上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,，楊潤殷 譯，1964,，P12,、13、17 [2] A.愛因斯坦《物理學(xué)的進化》上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,，周肇威 譯，1979,，P114,、156、159 [3] R.瑞斯尼克《相對論和早期量子論中的基本概念》上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,，上師大物理系譯，1978,，P26 [4] 張元仲《狹義相對論實驗基礎(chǔ)》科學(xué)出版社,，1994，P64 [5] 朱永強,、季灝,、郝建宇《帶電體運動產(chǎn)生磁場的跟蹤觀察》前沿科學(xué)（季刊），2009年第1期,，P81 [6] 林德宏《科學(xué)思想史》江蘇科學(xué)技術(shù)出版社,，2004，P87
六,、應(yīng)該為牛頓第一定律打個補丁 毋庸置疑,，牛頓第一定律是整個牛頓力學(xué)的基礎(chǔ)，牛頓力學(xué)的驚人成功和巨大貢獻決定了這個基礎(chǔ)不可能被推翻,。 然而,，迄今為止，幾乎全部與“慣性”相關(guān)的問題都仍是迷,。如：慣性的起源是什么,？為什么無法找到一個真正的慣性系？等等,。這些問題,，令一代又一代的物理學(xué)家糾結(jié)不已。這引起我思考：牛頓第一定律本身是否存在瑕疵呢,？ 經(jīng)過三年多時間反反復(fù)復(fù)的深思,、辯論、修正,，我在2016年9月2日完成了一篇較為成熟的博文《應(yīng)該為牛頓第一定律打個補丁》,！簡述如下： 【本文首先強調(diào)了牛頓第一定律的實驗基礎(chǔ)是伽利略斜面實驗,，該實驗的結(jié)論中，慣性運動是沿水平面,，并不是沿直線,；又論證了牛頓水桶實驗中的“水”是相對于“絕對處所”——“引力場”在作絕對運動，而不是普遍所誤解的“相對于絕對空間”,！依此,，第一定律所適用的參考系既不是絕對空間，也不是慣性系,，而是“絕對處所”——“引力場”,；既然慣性運動是引力場中的運動，若沿直線,，將違反機械能守恒定律,。上述兩方面的理由，相互印證了慣性運動不是直線運動,。 繼而指出,，亞里士多德的“自然運動”應(yīng)該是指僅僅在萬有引力作用下的運動，在牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力“之前”,，普遍認(rèn)為自然運動是被自身推動的,，這個“自身推動力”應(yīng)該就是牛頓所謂的“物質(zhì)固有的力”——慣性！因此可推斷,，慣性就是萬有引力,！這個推斷具有非常厚實的實驗基礎(chǔ)——至今的一切實驗都證明了慣性質(zhì)量等于引力質(zhì)量，精度已高達10-12,；且這個推斷與愛因斯坦的“慣性與引力本質(zhì)統(tǒng)一”觀點是殊途同歸,！但這個推斷比等效原理更簡明、更可信,。 又對伽利略斜面實驗中小球受力情況進行分析,，歸納出“慣性運動”就是在恒定大小引力作用下的最簡單的自然運動，從而明確了第一定律的物理機制,，以此為第一定律打了補?。?/span>相對于其所處的引力場，任何物體都保持靜止的或沿等勢面向前作勻速率運動的狀態(tài),，除非它所受到的引力大小發(fā)生了變化,，或有其他的力作用于它,，迫使它改變那個狀態(tài),。其優(yōu)越性是顯著的：1、明確了所適用的參考系,；2,、完全符合伽利略斜面實驗的結(jié)論,；3、不違反機械能守恒定律,。 還指出,，按力學(xué)原理的分類原則，補丁后的第一定律妥帖地歸屬為不變分的積分原理,，而原第一定律則相當(dāng)于其微分形式,，通常情況下原第一定律仍然可用。因此,，這個補丁并非另起爐灶,，而是讓牛頓力學(xué)更完善。】 （如想深入了解該文,，歡迎訪問http://blog.sina.com.cn/s/blog_940c9bd40102wupu.html） 如此補丁之后,，慣性運動不再是沿直線的，靜止與勻速直線運動不再具有等價性,，更重要的是,，這個補丁明確了第一定律所適用的參考系是引力場，而不是一組相互作勻速直線運動的平權(quán)的慣性系,。這當(dāng)然就意味著伽利略相對性原理失去了補丁后第一定律的支撐,。換言之，補丁后的牛頓第一定律,，為舍棄相對性原理提供了理論依據(jù),。
總論 在我看來，萬有引力是無法屏蔽的,，“引力場”就是一把解決物理學(xué)懸疑問題的金鑰匙,！ 為什么在伽利略相對性原理已經(jīng)得到確立的情況下，牛頓還要堅持提出包含了絕對時間,、絕對空間,、絕對處所、絕對運動的絕對時空觀呢,？因為相對性原理完全否定了絕對運動的存在,，而牛頓力學(xué)對于絕對運動的需要是不可或缺的，牛頓寫作《原理》這篇巨著的目的“正是為了推知真正的運動”,。當(dāng)我們清楚了水桶實驗中的水是在相對于引力場作轉(zhuǎn)動,，我們就明白了引力場就是“絕對處所”，相對于引力場的運動就是“絕對運動”,；也就可以知道,，牛頓定律所適用的參考系就是引力場，而不是絕對空間或一組相互作勻速直線運動的慣性系；我們才發(fā)現(xiàn)“慣性”其實就是萬有引力,，萬有引力定律并不是游離于牛頓三定律之外的流浪者,；我們才明白牛頓第一定律必須打補丁，相對性原理確實應(yīng)該被舍棄,。 而在清楚了引力場就是光以太之后,，光速c就有了明確的參照物——地球引力場，因此,，光速c并非是普適的,！既非普適，何來“光速不變”,！麥克斯韋方程組所適用的參考系當(dāng)然同牛頓定律一樣,，也是引力場！（這一點太和諧了?。?i>ε0和μ0并不是π那樣的常數(shù),，而只是地球引力場的基本物理常量！光的傳播定律與相對性原理的抵觸是物理性抵觸,，根本不可能用洛倫茲變換這種純數(shù)學(xué)變換來加以化解,，解決抵觸的唯一辦法只能是舍棄相對性原理。 有了“引力場”這把金鑰匙,，狹義相對論的第一條基本原理——“相對性原理”必然被舍棄,；第二條基本原理——“光速不變”也不可能成立。如此,，狹義相對論難道還不應(yīng)該被廢棄嗎,？
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