相对论的非绝对性

艾育荣 原创 | 2017-03-10 15:16 | 收藏 | 投票

相对论的非绝对性

 

       艾育荣

 

据传,晚年的牛顿尽倾全力于用科学的方法试图证明上帝的存在。当然,他没有成功。

三百多年后,年轻的爱因斯坦没费太多力气就证明了上帝的存在,用的是如今举世文明的相对论。

当然,他自己并未意识到这点。并且应该也不会做如此想。将相对论推上这个人类思想最高地位的是它后来的信奉者。相对论者认为相对论超越了牛顿经典力学,成为了宇宙第一原理,并广泛宣扬传播,使之成为了真理之同时也解决了千古人类思想一个根本难题。

那就是相对论的成立,等同于证明了神的存在。

 

一、相对论证明了上帝吗?

似乎没有一个相对论者意识及此,那就先帮他们提点出来,并帮他们推倒。

古往今来,不知道有多少人想证明神的存在,同样也有众多的人想证明神的不存在。迄今为止没有任何人可以找到什么证据可以直接证明神的存在,或者是有逻辑推理得出神不可能不存在以令人信服。相反证明神不存在这一派,却有所建树。首先,他们不必去拿出物证来证明神不存在,毕竟不是天朝政府各部门的奇葩证明,所以只需逻辑推理。悖论就是推理某事某物不可能存在的最有效方式,其中最出名的就是“万能的上帝能否造出他举不起的石头”,至今没有一个令人信服的推理可以推翻这个悖论,于是它进而可以推导出“上帝不存在”的结论。

但反过来,如果能推翻此悖论,即证明上帝能造出它不能之物,也就能够证明上帝的存在。相对论便做到了这点。

众所周知,相对论的一个前提就是光速不变,在任何参照系下,恒定为c,由此推导出多个公式,其中最为人熟知的当属时间公式           t`=t×√(1-v2/c2)V即物体的运行速度,t`即它运动时相对的时间,现在泛滥于市的各类时光穿越,就是源自于此式。众人将不同的物体速度套入此式,却漏掉了一个最重要的物体,那就是光子。如果把v等于c放进公式,立马可得出t`等于0,即光子所在的时空为静止,也就是说光速运动的光子实际处于静止时空。你莫说光子不适用于此公式,除非它是神,神才不属于它所创的世!

著名的“星光实验”证明了光线的弯曲,所得数据玘爱因斯坦通过相对论公式计算的结果高度吻合。而这正是此实验才开始带给爱因斯坦如天王巨星班的名声,但是人们在欢呼的同时,却忽视了一个简单的道理,光线的弯曲说明它的速度发生了变化,任何物体运动轨迹变化必使物体速度变化,这应该约等于一个公理吧。莫说光子不适于此理,除非它是神,神才不受糨所制的约。

 后来当然有人指出这点,但不知为何不见有什么人以此来问相对论的合理性,而只是在一些书上悄悄的带上一句:光线速度发生了那么一小点的变化。也就是说默认了在光速永不变的前提下,可以推导出光速可能也会变。等于证明了那条“万能的神能创出他不能之事物”的悖论。同时,光又是不容置疑的存在,即等同于证明了上帝确实存在。

是用简单的逻辑推演如下:

前提:神能造出它不能之事物,证明此即证明万能。

恒速的光造出了相对论。

相对论推算出光速变化。

恒速的光造出了变速的光。

神是万能的,证明此即证明神的存在。

 

以上论述有戏说之嫌,但是明确地指出:相对论在绝对真理化后只是一套悖论。

下面从几方面简要而系统的进一步说明。

 

二、不精确的演算依据

 

爱因斯坦思考相对论的出发点是光线在一个运动物体上的速度为v运动的情况。所以他一系列的演算依据必然是速度叠加原理v`=v1±v2。即光的相对速度为(c±v)。以(c±v)t的关系经过系列变化,演算推导出狭义相对论的各个结论。

我们当知速度叠加是设定某种理想状况下的简化公式,这非精确计算的结果。如果要精确,必须考虑到物体之间相互作用力运动特性、空气阻力、角度、外力等个方面的因素进行计算。当然,这样一来就太复杂,所以就以v`=v1±v2来简化之。但是必须提醒的是光子不是普通的玻璃珠,它与光源的相互作用力、它的运动特性,还很不明确,就以(c±v)来简化,未免太过粗糙,要知道这是在推导一个新的原理。

另外相对论的多个结论,号称推翻了牛顿经典力学,但是它本身的推导依据又是经典的速度叠加原理,岂非又是一个悖论。

 

三、不可靠的推导条件

 

除了两大假设为前提外,相对论的推导还必须有一个前提条件,即宇宙中不存在“以太”。

以太的概念应该古已有之,而作为科学定义是由牛顿提出并经300年演进后大致地定义如下:“(1)充满宇宙,透明而密度很小;(2)具有高弹性,能在平横位置作振动,以太应是一种固体;(3)以太只在牛顿绝对时空中静止不动,即在特殊参照系中静止。” 

以太不仅是假设的一种宇宙最细微的基本粒子还是假设一种宇宙中绝对静止的参考系。如果以太存在,相对论是无法推导的,因为他的两大假设也就不成立了。例如a光子对于以太来说速度为c,反方向的光子b对以太来说,速度也为c,光子a对光子b的速度,就应为c+c等于2c。但相对论,前提假设说一直为c,哪怕是逆向光之间的相对速度也为c,也就是说相对论的前提假设是以假设以太这一假设不存在为前提的。

爱因斯坦自己设计了一个实验,以图证明以太不存在,但是没有另一个之前的实验出名,那就是获得过诺贝尔物理奖的迈克尔孙-莫雷实验,简称MM实验。

MM实验以其设计巧妙及结果出人意料(因其本意是想证明以太存在,却得出了也太不存在的结果)而在物理学史上声名显赫,备受推崇。但是深究一层就很容易发现其盛名难负,甚至令人沮丧。因为这个实验,从根本上就无法证明以太存在,也就更无法证明以太不存在。以下来简要说明:MM实验的细节设计确实一流,但是他的的立意就错了。MM想通过测得“以太风”来证明以太,所谓以太风就是指地球运转时高速穿过宇宙空间中的以太,就像皮球飞过空气中必定有风一样,会受到以太风。然后地球上的光遇到这风时,速度必会有影响。MM通过巧妙设计测出光速无任何影响,于是得出根本没有以太风,即以太不存在的结论。

但是这个实验,错在了根本之上,因为根据以太的定义怎么可能会产生风?何况也太作为最微小的微粒可以无阻力的穿过任何物质,包括地球,同样地也包括光子。无阻力也就无风。而后来被发现的中微子即是被证明的可以无阻地穿过地球、穿过人体、穿过细胞,据称每秒穿过人体的中微子数量达1千万个。

近期被大型探测装置LIGO发现的引力波似乎对以太的存在,提供了一个证明,然而这个引力波又是爱因斯坦依据相对论预言的,这是不是又构成了一个悖论呢?

 

 

四、不成立的证明

 

相对论发表后,并非即时引起众人注意,而是在星光实验证明后才获得世界级美誉,并得到众多科学家设计实验来证明,最终赢得20世纪最伟大发现之殊荣。

众多实验中最著名的无疑是星光此间,但其推导证明的却是悖论。第一节已述,不再重复。此处要提的是另一个应该算是第二有名的实验,即钟慢实验。1970年,Hafele设计了一个检验时间膨胀效应的环球航行实验,即两只在地球上同步的原子钟,一只留在地球上,另一只放到飞机上绕地球航行,飞机飞行一周后降落到地面,然后将这两只原子钟的读数进行比较。以此证明,高速运动物体的时间变慢了。

但是这只是证明了该原子钟并非是恒定无误的,而是会随着运动的速度而变快变慢。三岁孩童都知道钟的快慢不代表时间本身的变化。没有谁会指着一个不走的钟说糟糕,时间停止了。

一个运动的钟或是不同高度的钟其读数发生变化,不然推测出来,因为它本身内在的运动受到了外在速度变化及引力变化而变化。以钟的读数变化来证明时间变化的想法是直白的,但也是幼稚的。

 

 

 

五、不应绝对化的结论

 

相对论的结论公式有十来条,在此无意辨识这些结论的对错,而是想指出其失之于绝对化。特举其中四条对大众来说最有趣的来做简要探讨。

1、时间公式

    

t`=t×√(1-v2/c2) t为物体原有长度,v为物体运动速度,√为平方根号。

简而言之就是速度越快的物体所在的时间越慢。进一步探讨前,给一个著名的思维实验,即“双生子佯缪”。有双胞胎非aba乘近光速飞船进行太空旅行,b则留在地球上。四年后,飞船归来,年华已老的b迎接兄弟a。当a走出舱门,发现先a几乎还是50年前的模样。即是说a50年后比孪生兄弟比年轻的40多岁。因为近光速飞船上的时间过得极慢,地球上的50年只相当于飞船上的几年。

这个思维实验有两个很明显的漏洞:一是以地球的标准,飞船的旅行是50的时间年。任何人过了多少年,就是长了多少岁,并不存在ab年轻40多岁,哪怕他看上去年轻。二是在近光速飞船上的原子钟可能确实变慢了,但是人体机能将发生什么变化,目前无理论和实验推测,却臆想a仍能保持年轻,只有失于科学的严肃性。

时间对人类而言也许是一个最难琢磨的概念,聪明如牛顿者也无法给时间下一个定义,而只能用一段近乎诗意的话来说明:“绝对的、真实的数学时间,就其自身及其本质而言,是永远均匀流动的,它不依赖于任何外界事物。”。列举一个例子就能说明时间的不可定义性。金星的自转周期是243.01个地球日,而公转周期是224.65个地球日。即是说金星的一天比一年还长这,想想都脑瓜疼。定义都无法明白的时间想套上一个时间公式,不仅失之于绝对,而且近乎是儿戏了。

时间在不同惯性系里的量度是无法统一的,但是可以肯定的是在惯性系A的物体跃迁到另一个惯性系B运动后。它停留在惯性系B的时间量度取决于他是否回到A之上,如果回来,就以a的惯性时间来量度:如果不回来,A对其就是无法量度的。

 

2、长度公式

L = L0×√((1-(v/c)2))L0为物体原有长度,v为物体运动速度,√为平方根号。

长度相对于时间是清晰得很的概念。但是我们首先应清楚,它也是个相对概念,而非绝对概念。它取决于两个要素,加一个条件。要素一,观察者;要素二,刻度;条件则是被测的物体相对静止。

在公式中有速度v,表明物体是运动着的,即不符合上述条件。所计算出的长度,不可能是绝对值,而只是相对值。此时的观察者不在物体上,而是与其相对速度为v。如果要测出其绝对值,观测者必须在物体之上,以其相对静止。就算物体依公式发生了长度缩小,但是也不能测得出来,为什么呢?因为观测者他拿的刻度也同样会缩小,测量值必与以前相同。

 

3、速度变换公式

  

      V=(v+w)/(1+vw/c2)v为物体A原有运动速度,w为物体A所在物体B的运动速度

 

先看这样一段表述:假设光从一个速度为光速c的星球上发出,即v=cw=c,公共秩序代入上述公式中,光的相对速度V=(c+c)/(1+c×c/ c2)=2c/2=c。也就是说光子从光速的物体上发出,它的相对速度依然为c

是不是觉得很神奇?这个公式证明了光速永远是光速,哪怕它是从光速的物体上发出。

但稍冷静就能发现一个问题,这个公式的前提假设就是光速恒定为c,用其推导出光速恒定为c,那不就是一个同义反复吗?不就是以“因为AA,所以AA”这类语句当作伟大定理证明,岂不令人可笑?

 

 

4、时空弯曲

这个结论已属广义相对论,公式复杂,没有足够的物理学数学知识无法看得懂。转为通俗语言就是当一个物体质量足够大时,它周边的时空(此处爱因斯坦将时间空间当做一个整体)就会发生弯曲,任何运动到此的物体都会受到影响。比如上述星光实验中,光线发生弯曲不是真的弯曲,而是因为时空弯曲塌陷进去了一点,看起来才像发生了弯曲。

听起来很悬,但比喻起来并不难理解,一个钢珠从a滚向b,走的本来是直线,但是突然偏了方向走了曲线。原来中间有一块磁铁,是磁铁吸引让其发生了运动轨迹的变化。对,只是运动轨迹发生了变化。相对论却解释为时空发生了弯曲。这似乎不符合奥康姆剃刀原理。根据此原理,当事物有多种不同解释,取奇最简单而又行得通的。运动轨迹变化即是最简单的,为何又要用复杂的时空弯曲来解释呢?

 

 

六、不宜放大的影响

 

相对论从20世纪初开始对物理学甚至全世界产生重大而深远的影响。百年来这影响丝毫示减,仍在不断扩大。然而是不是该对这影响有所反思呢?对其衍生的一堆堆是是而非的高论,说一声,够了呢。

 

1、相对论,只是打开了一扇窗而非门。

当然,在现阶段来讨论是窗还是门,是一个比较主观的话题。关于门窗的定义,各有各的看法,所以在此不做过多讨论,而是想举一个似乎不太契合的例子来说明。

在地球的千百万种动物中,大多数是有眼睛可以看见光的,但还有少数是无视力和无眼睛不能看见光的,最为人所知的当属蝙蝠。它们是通过超声波来“看”世界的。也就是说在它们所“看到”的也是他所处的世界中最大的速度就是音速(340/秒)。如果蝙蝠中也出了个爱因斯坦,那在它们的相对论中340/秒即是不可超越的速度。这对于我们人类来说是多么可笑,人类的火箭,飞船早已超过了音速。如果将一只蝙蝠,放在飞船上进行太空旅行,它是否会穿越呢?

也许有那么一天,有种外星人坐着他们超光速的飞船到来,是否会将我们人类看作是一种蝙蝠呢?

 

2、不应将相对论当做空想的借口。

相对论的横空出世,除了间接引爆原子弹,此外也直接引爆了人类思维与想象的原子弹。当然是一件对人类有极大促进的贡献的是。但是过分了一点,将为数不少的聪明的大脑引入到空想的歧途。

其中很大一部分是围绕着时空旅行即穿越进行的。除了幻想小说与影视之外,还有不少正规的科学研究也是以此为方向。原来骗经费不仅只是天朝所独有。

所谓时空穿越依据的就是相对论中的时间公式:当速度大于光速c时,时间为负数。这个用来骗骗科盲娱乐一下,本来无所谓,但如果把其作为真有的可能性引发大量讨论并倾入金钱精力来研究,就是实在大不应该。为什么?因为根本不成立。相对论的前置条件,就是没任何速度可以超过光速c。不超过c就得不出时间为负的结果,何来时空穿越?如果超过了c,这个时间公式就不成立。没人知道该用什么公式计算,又何来时间为负的穿越?

这本是一个简单不过的悖论点。但却被很多人故意忽视。这些人要不是被对相对论的崇拜蒙住了眼,要不就是别有用心。

 

3、不成立的超越

在相对论者眼里,经典物理学被相对论超越颠覆替代。很多鼓吹者著书立说演讲之时总不忘加上一句,牛顿的经典力学大厦轰然倒塌。似乎不如是说,不足以证明他们因为跟对了新主子的英明。

牛顿力学倒没倒,根本不用去争辩。放眼相对论提出百年后的当今世界,从汽车飞机到高楼大桥,目之所及的那一样不是牛顿力学为基础的科技成果。

至于超不超越,也不想花太多篇幅去分析。只想指出的是牛顿力学对于人类科学的贡献,相当于指出地球是圆的,与其它天体一样是运动的。相对论至多相当于发现并计算了地球是绕太阳转动的。而部分相对论崇拜者,却以此将牛顿力学当作“地心说”来嘲笑,实际上也就是将相对论放在了“日心说”的尴尬位置。

实际上爱因斯坦本人从未认为他超越了牛顿。他提出相对论,只是为了给物理学增添一份新的内容,而不是要推翻什么打倒什么。

 

 

七、约定都有其约定的界限。

以上论述不是为了指摘爱因斯坦的思想,更不是妄图推翻相对论,而只是想试图指出相对论有其适用的范围。那就是物体运动速度比较大,比如大于百万分之一光速,并且不超过一个近光速度,比如万分之一光速,才有效地符合相对论,否则不适用。

大数学家彭加莱曾指出,科学猜想就是基于某种约定之上。因有了约定而设立的各种条件,科学假设就有了一定之规,而不会盲目涣散,不成体系。如果科学假设被证实和推演成功,便成了一个新的学说。而此前的约定,便是此学说的基石。如果假设被证伪,或是永不得到证实,那么此前的约定也只是一种概念,并无实质意义,就要被抛弃。还有如果新的发现,用现有的学说解证不通,就说明发现了此学说的边界。亦即发现了此约定的界限。便应果断放下此约定而重新订约,重新开创一个新的学说。必须留意的是,此处用的是放下,而不是放弃。原有的约定,在其界限内依然有效,比如“地心说”,只要将其界限的约定在普通人眼中的日出日落月升月降的概念内,依然是成立的。当然只要稍稍放大一点概念,突破了约定的界限就会发现“地心说”是多么可笑。

再看看前文所提出相对论适用的范围。当物体速度比较小时,套用相对论计算出的数值与经典力学计算的数值相差极其微小完全可忽略不计。根本体现不出来的相对论的功用。而当速度近光速呢?因为以目前的科学水平来说,这种速度根本是无法达到,所以适不适用相对论是无法证实的,既然无法证实,那就等效于它的界限。

本文第一节就指出相对论是一个悖论,那么此节又称其并非错误,是不是很矛盾呢?答案是否定的。这又要引出另外一个观点,所谓悖论的矛与盾,只是分别存在于其约定界限的内与外。

在星光实验中,光线弯曲表明光速发生了变化,与相对论前提之光速不变,确实是矛盾。但是光线弯曲是由于受到太阳的巨大引力造成的,而这个巨大引力在相对论初构时是没有考虑。亦即在它约定的界限之外,不应放在一起。也就是说,光速会因巨大引力而改变,并不影响相对论在一定范围内的试用。

关于上帝万能的悖论中,矛与盾也可以看作是错开的。在上帝的定义中,万能就是一个最重要的约定,即“万能”界定了上帝这个概念的范围。而“不能”已经超出了“万能”的界限,也就是说“万能的上帝能造出他不能之物”这个句子中,虽然表面只有一个主语上帝,实际上有两个主语上帝,一个是万能的,一个是也会不能的,根本不是一个概念,如何成矛盾呢?所以世界上有神论者与无神论者本就是共生共存,这也本就是应有之义。

 

 

相对论之所以令无数人着迷,而又有很多漏洞令人疑惑,原因在于它讨论的是时间。时间的存在似乎毋庸置疑,但时间真的存在吗?却又令人怀疑。数年前我拟了一个题目《宙非时》试图论述时间并不存在,宇宙中只有空间与运动而没有时间。但功力尚浅,迟迟未能动笔,也许不久后就可以开写了吧。本来以爱因斯坦的头脑,完全可以认识到时间并不存在并作出科学的论述,也许“宙非时”在他脑中一闪而过,便被相对时间所替代,否则当代的物理乃至世界都会是另一番模样。

 

 

 

 

2017.3.2

 

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