2024年8月31日,我们面向全网,开展了“悬赏100万,征集一段话”有奖征答活动。在活动说明中,我们介绍说:在研究时空问题和爱因斯坦时空观过程中,我们遇到了一个科技发展史上前所未有的奇特现象。在人类历史上,它也有可能算是空前绝后的奇特景象。所以,在古今中外已有的词库和说法中,找不到合适的名词术语,来描述这个奇特现象和景象。因此,本人悬赏100万,面向全世界,邀请能人高手,帮忙遣词造句,对这个奇特现象和景象给出科学描述,推动人类科学技术发展。
具体说,在爱因斯坦相对论时空观中,在真空中惯性系理想条件下,在相对匀速直线运动的甲系乙系,爱因斯坦谈论了三部分内容:一是在甲系,爱因斯坦介绍了人们共有的时空认识,也就是人们使用眼睛观察、仪器实验和劳动实践等方法,获得的关于时间空间的公共认识。二是在乙系,爱因斯坦谈论了两部分内容:首先是乙系的独立时空认识,类似甲系拥有的独立时空认识那样;其次是爱因斯坦根据甲系的观察、实验和实践结果在自己头脑里给乙系假设猜想的时空图像,这是一种虚拟想象的理论图像和物理模型;可以说,上述两种内容都旨在揭示乙系的时空真相,所以二者确实有关系,但是却并不是一回事,而是各有来历,应该区别对待,不能混为一谈。
但是,爱因斯坦经常把他头脑里假设猜想、虚构想象的时空图像、物理模型,硬说成确有其事、就是真的;一直自觉不自觉地把乙系的独立时空认识招牌,挂在了在他头脑里给乙系假设猜想的时空图像上。这样做,就是张冠李戴,滥竽充数。可以说,爱因斯坦把他在头脑里给乙系假设猜想的时空图像,跟乙系独立的时空认识混为一谈,这种情况,就类似于你的一个同事,把他头脑里“假设猜想的你”,跟“实际存在的你”,混为一谈。他头脑里“假设猜想的你”,可以把你没有的坏事虚构出来,当成确有其事,对你真有的好事却是因为不知道,就一直当没有。在爱因斯坦之后,追随模仿者甚多,都是把自己头脑里假设猜想的时空图像,自以为是当成真的,自己昏昏误导别人。
在追光实验中,在爱因斯坦狭义相对论时空观中,爱因斯坦针对乙系混合使用“原封不动继承”和“按需放大缩小”两种方法,给△S2》△S3一大一小两段距离值假设速度值,给大距离△S2假设了足够大速度值u2=299792457.5米/秒,但是给小距离△S3却假设了更大速度值C2=299792458米/秒。这是不分大小,颠倒使用的荒诞结果;这是违反观察、实验、实践和逻辑规则的严重矛盾,是严重的困难和危机。在以往,对于分别使用“原封不动继承”和“按需放大缩小”两种方法,会制造出不分大小,颠倒使用的荒诞结果,爱因斯坦和后人都缺乏明确的认识,现在,通过追光实验,大家可以看清真相了。
我们推出上述有奖征答活动后,得到广大网友的热情关注和支持,有多位网友积极参加活动,发来应征答案,我们向广大网友表示诚挚谢意。但是,恰如一位权威人士所指出的那样:“你们确实发现了一个前所未有的奇特现象,然而,如果你们作为创始人,进行了最广泛深入研究,都难以找到合适的语言文字来描述这个奇特现象,那想让走马观花的网友能在短时间洞若观火、切中要害、一语中的、一锤定音,创造精辟入里的语句,做出震古烁今的描述,可能困难极大。”所以,我们告知大家,迄今为止,尚未征集到符合要求的网友答案。
现告知广大网友,上述有奖征答活动于2024年9月6日24时,已经正式结束。我们欢迎广大网友继续关注有关研究,积极献言献策。实际上,在目前,我们开展的关于时空问题和爱因斯坦时空观的交叉学科研究,已经发展为前景广阔的独角兽项目,正在开创新赛道。俗话说“早知三天先富十年”,每个时代都会有先行者成为财富巨人,今天有远见的积极参与者,将有可能收获新产业创始人的巨大收益,与源源不断的财富并肩而行,取得滚滚而来的长远大丰收。
可以说,面向未来,与爱因斯坦时空观有关的“大买卖”,已经是不可避免地走到了终点;中国新时空观正在取而代之,大展宏图地开创新产业。例如修改中学和大学课本的有关内容,基于新时空观研发新科技,推广普及创建新时空观的强脑方法,新时空观与人工智能深度融合共同发展,对新时空观和强脑方法进行科普发展,清除爱因斯坦相对论的不良影响,上述科技和教育活动,将会促生新产业,将带动成千上万的企业和机构共同发展共同丰收。这符合创新的科学技术是新质生产力,可以推动经济社会大发展的人类进步发展规律。
附文
爱因斯坦相对论把假设猜想当成观察实验,昏昏1百年该下课了
围绕爱因斯坦相对论时空观,存在100多年矛盾和争论。使用科学认识方法,把现代科技的物理学、计量学、宇航学、天文学、系统学、数学、逻辑学、科学史、科学哲学和心理学等学科的众多内容给予综合集成,创新发展,就可以发现更多真相,创建交叉学科时空观。基于交叉学科时空观进行比较研究,就可以解决矛盾和争论。
1、爱因斯坦的时空观中,三大内容共存,其中两个一直被混淆
科学认识方法,主要有如下内容和过程:确定认识对象,进行眼睛观察,进行仪器实验,进行劳动实践,产生头脑反映,给出语言描述,进行逻辑推理,进行数学描述,提出假设猜想,建立理论模型,实验逻辑检验,应用提高完善。
基于科学认识方法,研究爱因斯坦的时空观,就可以发现:在狭义相对论时空观中,在真空中惯性系理想条件下,针对相对匀速直线运动的甲系乙系,爱因斯坦主要谈论了三大内容:
一是在甲系,爱因斯坦介绍了人们共有的时空认识,也就是人们使用眼睛观察、仪器实验和劳动实践等方法,获得的关于时间空间的公共认识。举例说,中国航天科技工作者进行眼睛观察、仪器实验和劳动实践等,获得的时间空间认识,就是一种人们共有的时空认识,这是中国航天取得辉煌成就的科学认识基础。爱因斯坦把人们的时间空间公共认识称之为甲系观测者的观测结果,这样的内容,的确可以得到现代科技的观察、实验和实践的支持。
二是在乙系,爱因斯坦谈论了乙系的独立时空认识,也就是乙系观测者独立地进行观察、实验和实践等,独立地获得的时空认识,就像甲系的独立时空认识那样。实际上,在乙系,乙系观测者的确应该像中国航天科技工作者那样,进行眼睛观察、仪器实验和劳动实践等,获得独立的时间空间认识。但是,由于爱因斯坦的认识能力存在局限性,所以,在狭义相对论时空观中,爱因斯坦介绍的乙系观测者独立地进行的观察、实验和实践,以及独立地获得的时空认识,寥寥无几。例如乙系观测者独立地使用时钟量尺测量时间、空间、长度和速度,诸如所用时钟量尺、实验测量方案、测量过程、测量结果、误差分析和实验报告等,爱因斯坦给出的具体讨论,相当罕见,因为他确实所知不多。不过,爱因斯坦却一直把乙系的独立时空认识这个招牌,挂在了另一个内容上,张冠李戴。
三是在乙系,爱因斯坦阐述了他头脑里的假设猜想,也就是根据甲系的观察、实验和实践结果,爱因斯坦在头脑里给乙系假设猜想的时空图像。具体说,爱因斯坦根据甲系的观察、实验和实践内容,使用狭义相对论时空观的一系列数学公式和假设推理方法,包括两系互测等速假设(狭义相对性原理)、两系测光等速假设(光速不变假设)、洛伦兹变换、动钟变慢、动尺变短、同时的相对性和速度值变换关系等,给乙系转化变换出了一系列内容,在头脑里对乙系进行了假设猜想、虚拟想象,产生了时空图像和物理模型。对于这样产生的头脑内部假设猜想时空图像等,爱因斯坦把它称之为乙系观测者的观测结果。实际上,这个所谓的乙系观测者的观测结果,对甲系的观察、实验和实践结果具有高度依赖性,必须根据甲系的观察实验实践内容,使用狭义相对论时空观的数学公式,通过转化变换来获得。跟乙系观测者独立地进行观察、实验和实践,独立地获得时空认识,并不是一回事。
而且,爱因斯坦根据甲系的观察、实验和实践结果,在自己头脑里给乙系制造假设猜想的时空图像,制造虚拟想象的物理模型的时候,混合使用了对甲系观察、实验和实践结果“原封不动继承”方法,以及使用洛伦兹变换、动钟变慢、动尺变短等公式进行变换,“按需放大缩小”方法。把上述两种方法混合使用,在追光实验等案例中,会制造出荒诞结果,严重矛盾。
这也就是说,在乙系,爱因斯坦实际上是谈论了两部分内容:首先是乙系的独立时空认识,类似甲系拥有的独立时空认识那样;其次是爱因斯坦根据甲系的观察、实验和实践结果在自己头脑里给乙系假设猜想的时空图像,这是一种虚拟想象的理论图像和物理模型;可以说,上述两种内容都旨在揭示乙系的时空真相,所以二者确实有关系,但是却并不是一回事,而是各有来历,应该区别对待,不能混为一谈。
但是,爱因斯坦经常把他头脑里假设猜想、虚构想象的时空图像、物理模型,硬说成确有其事、就是真的;一直自觉不自觉地把乙系的独立时空认识招牌,挂在了在他头脑里给乙系假设猜想的时空图像上。这样做,就是张冠李戴,滥竽充数。在爱因斯坦之后,追随模仿者甚多,他们都是把自己头脑里假设猜想的时空图像,自以为是地当成真的,自己昏昏地误导别人。
可以说,爱因斯坦把他在头脑里给乙系假设猜想的时空图像,跟乙系独立的时空认识混为一谈,这种情况,就类似于你的一个同事,把他头脑里“假设猜想的你”,跟“实际存在的你”,混为一谈。他头脑里“假设猜想的你”,可以把你没有的坏事虚构出来,当成确有其事,对你真有的好事却是因为不知道,就一直当没有。
简而言之,按照科学认识方法,对于爱因斯坦根据甲系观察实验实践结果在头脑里给乙系假设猜想的时空图像,应该使用观察、实验、实践和逻辑等方法,判定它们的真伪优劣。这样,就可以确定爱因斯坦根据甲系观察实验实践结果在他头脑里给乙系假设猜想的时空图像,跟乙系观测者独立地进行观察实验实践获得的独立时空认识,二者到底是啥关系。而且,还应该从心理学等视角,对爱因斯坦在头脑里产生的假设猜想的时空图像进行交叉学科研究。研究假设猜想的时空图像在人头脑里产生的原理,脑内图像与观察实验实践的对应关系,对实际情况的写真程度,对科技实验和实践的指导价值等。
本文介绍的追光实验,就简略地介绍了上述交叉学科研究的一部分内容。通过本文介绍的内容,大家就可以看清围绕爱因斯坦的时空观产生100多年矛盾和争论的原因。这样,就可以更上一层楼,解决矛盾和争论了。
2、追光实验,展示甲系观测者的观察和实验结果
2.1 使用质点和暂停图方法,研究和解决物理问题
把地球月球简化成质点,可连成直线,可简称地月连线。设甲系的直角坐标系是oxyz,甲系原点o静止在地球上,x轴正方向指向月球;乙系的直角坐标系为OXYZ,甲系乙系x、X轴与地球月球连线重合,乙系向月球匀速直线运动。
设甲系乙系原点处时钟时间值t=T=0时,两系原点重合在地球上;甲系原点处点光源向月球发出一个光束;乙系原点处观测者在同地、同时、同向,也飞向月球,可称之为追光者,这就是一个追光实验。
在这里,要使用物理学在理想情况下研究问题的两个方法,一是质点方法,二是t时刻暂停图方法,来研究追光实验。
——质点方法
在物理学中研究问题时,为了突出重点,抓住关键,简化问题,速解难题,可以把有形状、有大小、有体积、有质量的物体,简化成无形状、无大小、无体积、有质量的数学点,这就是质点。质点是物理学的一个理想化模型。在物体的形状、大小和体积不起作用,或者所起的作用可以忽略不计,物体的质量发挥决定性作用时,就可以使用质点方法,来研究问题和解决问题。
在追光实验中,在一般情况下,对于甲系原点处的观测者及其时钟量尺、乙系原点处的观测者及其时钟量尺、甲系原点处点光源及其发出的光束等,都可以看成无形状、无大小、无体积、有质量的质点。
这样,在甲系乙系原点处时间值t=T=0,两系原点重合时,就可以认为甲系原点处观测者、乙系原点处观测者和甲系原点处点光源发出的光束等,三者重合在甲系乙系原点处。因此,同地、同时、同向,飞向月球的光束和追光者(乙系原点观测者),它们就具有“共同的出发点”,也就是重合在地球上的甲系乙系原点,就像百米赛跑运动员处在共同的起跑线。
——t时刻暂停图方法
太阳发出的光,从太阳运动到地球,需要经历8分钟时间值,走过1.5亿公里路程,这就是光信号延迟。在现代科技实验和实践中,光信号延迟普遍存在,已经是科学常识。为了看清光信号延迟效应,避免把“看到的同时”和“实际的同时”混为一谈,可以使用暂停法和暂停图,来研究和解决问题。参见图1。
人们在观看手机、电脑视频时,给播放中的视频按下暂停键,就可以得到暂停的视频平面图像。在暂停态视频平面图像中,图像中的每个具体内容都有确定的图像、形状、相对位置、相互关系等。
与上相似,在物理学理论研究中,可以做出如下假设:设甲观测者所持甲时钟显示t秒时,给全宇宙“按下暂停键”,这就类似于给电脑、手机播放的视频图像按下暂停键;由此,立体动态的、运动变化的宇宙就静止不动了,宇宙中所有的事物就全都凝固不变了,由此就构成了一幅t时刻立体的、暂停的宇宙图像,对此可称之为t时刻暂停图。
在理论图像中、物理模型中可以说,在t时刻暂停图中,在静止不动、凝固不变的立体宇宙图像中,所有事物都具有确定的结构、形状、相对位置、相互关系等。所有的光信号全都停在了路上,其中有些光信号停在了发出地,有些光信号停在了传播路上,有些光信号停在了观测者眼睛前面。在t时刻暂停图中存在的所有内容和状态,都是“t时刻同时事件”。
具体说,在t时刻暂停图中,人说话,五官表情,身体活动的情况,在t时刻暂停的一瞬间,就凝固成雕塑了;枪打出的子弹,在t时刻暂停图中,停在枪口处,停止飞行了;天上飞行的卫星、飞机、导弹,地面上奔驰的汽车、火车、轮船,在t时刻暂停的一瞬间,全都静止在原地了;地球上所有的事物,全都在t时刻暂停的一瞬间,凝固静止成不变的立体图像了;太阳在t时刻暂停的一瞬间,停止了运动变化,太阳发出的光线,全都停在路上,静止凝固了;宇宙的万事万物,全都在t时刻暂停的一瞬间,静止不动,凝固不变了……
对于手持时钟、处在地面特定位置的甲观测者而言,在t时刻暂停图中,在观测者的时钟显示t秒时,有大量光信号,同时到达了观测者的眼睛,被眼睛看见了,这都是t时刻看到光信号事件。t时刻看到光信号事件,让观测者的眼睛看到了各种事物的存在状况。
在t时刻暂停图中,观测者的眼睛同时看到的光信号,是有远有近的不同事物,在t-△t1、t-△t2、t-△t3……时刻,有先有后地发出,经历了不同的传播时间,经历了不同传播距离,同时到达了观测者的眼前。在这种情况中,观测者眼睛同时看到的各种情况,就是t时刻看到的同时事件。
对于手持时钟、处在地面特定位置的甲观测者而言,在t时刻暂停图中,当观测者的时钟显示t秒时,有远有近的不同事物还同时发出了光信号,这都是t时刻发出光信号事件。t时刻发出光信号事件,展示了各种事物的存在状况。
在t时刻暂停图中,各种事物发出光信号,所展示的共同存在情况,就是t时刻实际的同时事件。t时刻实际的同时事件发出的光信号,要经历不同传播时间,经历不同传播距离,在t+△t1、t+△t2、t+△t3……时刻,有先有后地飞行到观测者眼睛,被看到。
在t时刻暂停图中,t时刻同时发出的光信号,构成t时刻实际的同时事件;t时刻同时到达观测者的光信号,构成t时刻看到的同时事件;t时刻实际的同时事件,t时刻看到的同时事件,它们共同存在。使用t时刻暂停图,就可以看清光信号延迟现象,明确区分“实际的同时”和“看到的同时”,避免混为一谈。
人们讨论物理学问题时,有些情况,谈论的是t时刻暂停图的内容。有些情况,是把t时刻暂停态图的内容,跟t-△t时刻暂停图的内容,或者t+△t时刻暂停图的内容,进行前后对比。
在前后对比的情况中,应该给出必要说明,不能交错混谈。如果把t时刻暂停态图的内容,t-△t时刻暂停图的内容,t+△t时刻暂停图的内容,混为一谈,颠倒顺序,就可能制造出“关公战秦琼”,前后穿越的矛盾。
在甲观测者所持时钟显示t秒时,给宇宙“按下暂停键”,可以获得t时刻暂停图。给宇宙t时刻暂停图“取消暂停”,宇宙就恢复原状了,就会继续立体动态地发展变化。
在t+△t时刻再次给宇宙按下暂停键,就可以获得t+△t时刻暂停图,就可以进行比较研究。从t时刻到t+△t时刻的宇宙变化过程,构成了△t时间过程图。使用△t时间过程图,就可以对同步时钟和同长量尺给出描述。
设在甲时钟△t时间过程图中,甲时钟显示的时间值是△t;另有一个相对甲时钟静止或运动的乙时钟,在△t时间过程图中显示的时间值是△T;在上述情况下:如果甲时钟乙时钟的时间值关系为△t=△T,则甲时钟跟乙时钟就是同步时钟;如果是△t≠△T,甲时钟跟乙时钟就是非同步时钟。
设在甲时钟△t时间过程图开始时,平行放置的甲量尺和乙量尺,它们的起点刻度正好对齐,终点刻度也恰好对齐;在甲时钟△t时间过程图结束时,一直平行放置的甲量尺和乙量尺,它们的起点刻度仍然对齐,终点刻度也仍然对齐;在此情况下,甲量尺跟乙量尺就是同长量尺。否则,甲量尺跟乙量尺就是非同长量尺。
应该强调,给宇宙“按下暂停键”,获得t时刻暂停图;给宇宙“按下两次暂停键”,获得△t时间过程图,这都是科学研究的方法。使用t时刻暂停图和△t时间过程图,建立科学模型,跟使用质点方法,建立科学模型大同小异,都是物理学在理想情况下,研究和解决问题的方法。也类似于物理学在理想情况下假设存在惯性系,惯性系就是不受任何外力作用的参照系。
质点、惯性系、t时刻暂停图和△t时间过程图等,虽然在实际情况中可能无法存在,但是在头脑思维中,理论研究中,理论模型中,思维图像中,却是可以存在,而且可以在科学认识活动中发挥重要作用,甚至是必不可少。实际上,科学研究中所说的许多情况和许多内容,都是理论图像、科学模型,指出了“在理论研究中是那样子”。而眼睛观察和仪器实验发现的,大多是“在理论研究中是那样子”的近似情况。
2.2 甲系观测者使用时钟量尺测量距离值和速度值
在图2所示追光实验中,设甲系的多个观测者,使用自己的时钟量尺,测量获得了如下结果。
一、设甲系时钟显示的时刻值为t1=0秒时,给宇宙“按下暂停键”,由此可获得甲系时钟t1=0秒暂停图。
根据甲系时钟t1=0秒暂停图,甲系观测者可以观测到:在甲系时钟显示t1=0秒时刻,甲系原点观测者、乙系原点观测者(追光者)、点光源及其发出的光束,他们重合在甲系乙系原点处。光束和追光者处在甲系乙系原点这个“共同的出发点”,沿地月连线,同时、同地、同向,飞向月球。
二、设甲系时钟经历△t=1秒时间值,从t1=0秒增加到t2=1秒时,给宇宙再次“按下暂停键”,由此可以获得甲系时钟t2=1秒暂停图。
根据甲系时钟t2=1秒暂停图,设甲系多个观测者使用自己的时钟量尺,联合测得如下结果:在甲系时钟显示t=1秒时刻,地球月球距离值等于380000000米;光束相对甲系原点距离值为△s1=299792458米,光束相对甲系的光速值为v1=△s1/△t =299792458米/秒;追光者相对甲系原点距离值△s2=299792457.5米,追光者相对甲系的速度值v2=△s2/△t =299792457.5米/秒;光束相对追光者的距离值△s3=△s1-△s2=0.5米,此刻,光束在前领先0.5米,追光者尾随落后0.5米,光束相对追光者速度值v3=△s3/△t=0.5米/秒;光束与月球距离值为80000000米。
在追光实验中,甲系测到的上述距离值和速度值,跟宇航科技、天文观测、工程技术、信息科技的实践情况高度相符。上述测量数据,也是爱因斯坦相对论时空观认可的内容。
三、设光束飞到月球上,甲系时钟显示t3=380000000(米)/299792458(米/秒)=1.2675435618秒时,再次给宇宙“按下暂停键”由此可以获得甲系时钟t3=1.2675435618秒暂停图。
根据甲系时钟t3=1.2675435618秒暂停图,设甲系多个观测者使用自己的时钟量尺,联合测得如下结果:在甲系时钟显示t3=1.2675435618秒时,光束到达月球表面,光束相对甲系原点的距离值为△s1=380000000米,光束相对甲系的光速值仍为v1=299792458米/秒;追光者相对甲系原点的距离值△s2=379999999.3803251000米,追光者相对甲系的速度值仍为v2=△s2/△t =299792457.5米/秒;追光者落后于光束的距离值为△s3=△s1-△s2=0.6196749000米,追光者与月球距离值为△s3=0.6196749000米,光束相对追光者的速度值仍为v3=△s3/△t=0.5米/秒。
四、设追光者飞到月球上,甲系时钟显示t4=380000000(米)/299792457.5(米/秒)=1.2675435639秒时,再次给宇宙“按下暂停键”,由此可以获得甲系时钟t4=1.2675435639秒暂停图。
根据甲系时钟t4=1.2675435639秒暂停图,设甲系观测者使用自己的时钟量尺,联合测得如下结果:追光者飞到月球表面,追光者相对甲系原点的距离值为△s1=380000000米。
应该指出,在甲系时钟t2=1秒暂停图中,甲系多个观测者使用自己的时钟量尺测定的光束飞行距离值△s1=299792458米,追光者飞行距离值△s2=299792457.5米,都相当于地球赤道7.5圈的距离值。一般民航客机速度值为900公里/小时,即250米/秒,绕地球赤道飞行7.5圈大约需要飞行333小时,约为14天。
所以,甲系观测者使用自己的时钟量尺测定的“向月球飞行的光束相对甲系的光速值为v1=299792458米/秒”,“追光者相对甲系的速度值为v2=299792457.5米/秒”,这都是“秒飞地球七周半”的巨大速度值。
成年人手臂的长度,从肩膀到中指尖的距离大约是0.7米。甲系观测者使用自己的时钟量尺测量确定的“向月球飞行光束相对追光者的距离值△s3=0.5米”,没超过成年人一条手臂长度。
所以,甲系观测者使用自己的时钟量尺测量确定的“向月球飞行的光束相对追光者的速度值是v3=0.5米/秒”,这是“一秒没飞一臂长”的极小速度值。
在追光实验中,v1=299792458米/秒和v2=299792457.5米/秒具有“秒飞地球七周半”物理意义,v3=0.5米/秒具有“一秒没飞一臂长”物理意义,其前提是,甲系时钟量尺都遵守国际单位制。v1=299792458米/秒,v2=299792457.5米/秒,v3=0.5米/秒,三个速度值前面的数字不相等,但后面的速度值单位,三个“米/秒”都来自国际单位制,彼此完全相等。
3 在追光实验中,爱因斯坦给乙系假设猜想出时空图像
——针对追光实验等情况,爱因斯坦提出u假设C假设
爱因斯坦在真空中惯性系理想条件下,建立狭义相对论时空观的基本逻辑,如下所述:
首先,提出两系互测等速假设:在牛顿绝对时空观中,在相对匀速直线运动的甲系乙系,甲系观测者可以使用自己的时钟量尺测得乙系相对甲系的速度值是u1=△x/△t;乙系观测者可以使用自己的时钟量尺测得甲系相对乙系的速度值为u2=△X/△T;伽利略变换创建者假设u1和u2的量值永远相等为u=u1=u2;对于该假设,可简称为u假设。根据这个速度值u,伽利略变换创建者写出了伽利略变换。爱因斯坦创建狭义相对论时空观的时候,原封不动地继承了这个u,直接写进了洛伦兹变换里。这也就是继承了牛顿时空观的两系互测等速假设,也就是继承了u假设u=u1=u2。在这里,“原封不动继承”方法,首次登场。
其次,提出两系测光等速假设:爱因斯坦假设,在相对匀速直线运动的甲系乙系,甲系观测者可以使用自己的时钟量尺测量获得一个光束相对甲系的光速值是C1=△s/△t =299792458米/秒;乙系观测者可以使用自己的时钟量尺测量获得同一光束相对乙系的光速值为C2=△S/△T;爱因斯坦假设C1和C2永远相等为C=C1=C2=299792458米/秒,这也就是光速不变假设。对于该假设,可简称为C假设。这个C,就是爱因斯坦相对论时空观洛伦兹变换里的速度值C。
然后,根据u假设u=u1=u2和C假设C=C1=C2=299792458米/秒,爱因斯坦假设推理出洛伦兹变换、动钟变慢、动尺变短、同时的相对性和速度值变换关系等,建立了狭义相对论时空观。然后,使用狭义相对论时空观改造经典力学和电磁学等,建立狭义相对论。
把爱因斯坦的狭义相对论时空观落实到追光实验等情况,爱因斯坦会提出如下速度值假设:
一、在追光实验中,根据两系互测等速假设,爱因斯坦会假设:因为甲系测得乙系相对甲系的速度值是u1=v2=△s2/△t=299792457.5米/秒,所以,乙系测到的甲系相对乙系的速度值,就是u=u1=u2=△S/△T=299792457.5米/秒。
二、在追光实验中,根据两系测光等速假设,爱因斯坦会假设:因为甲系测得光束相对甲系的光速值为v1=299792458米/秒,所以,甲系使用自己的时钟量尺测定的光束相对甲系的光速值永远是C1= 299792458米/秒,对此可简称为光速不变第一假设;乙系使用自己的时钟量尺测定的同一光束相对乙系的光速值永远是C2=299792458米/秒,对此可简称为光速不变第二假设;这个光速不变第二假设,就是假设“乙系使用自己的时钟量尺测定的光束相对追光者的光速值永远是C2=299792458米/秒”。
在追光实验中,关于两系互测等速假设,可以说,甲系使用自己的时钟量尺进行测量活动,测得u1=v2=△s2/△t =299792457.5米/秒,这就是观察和实验结果。爱因斯坦给乙系假设u2=△S/△T=v2=△s2/△t =299792457.5米/秒,这就是原封不动地继承u1=v2=△s2/△t =299792457.5米/秒,这样做,首先可以得到甲系观察和实验的支持,其次也可以符合乙系独立的观察和实验结果。在这里,“原封不动继承”方法,得到应用。
因为两个速度值u1和u2,都拥有巨大数字299792458,都使用国际单位制的“秒”“米”做单位,所以,u1=299792457.5米/秒和u2=299792457.5米/秒,描述的都是“秒飞地球七周半”的大内容。速度值u1和u2的量值,与它们描述的内容,名副其实。
在追光实验中,关于光速不变第一假设,可以说:甲系多个观测者使用自己的时钟量尺测得光速值为v1=299792458米/秒,就是观察、实验和实践事实。爱因斯坦给甲系提出光速不变第一假设C1=299792458米/秒,这也是原封不动地继承v1=299792458米/秒,这必然会得到甲系观察、实验和实践的支持。在甲系,C1=299792458米/秒跟v1=299792458米/秒,彼此完全相符。在这里,“原封不动继承”方法,再次得到应用。
因为两个速度值v1和C1,都拥有巨大数字299792458,都使用国际单位制的“秒”“米”做单位,所以,v1和C1描述的都是“秒飞地球七周半”的大内容。速度值v1和C1的量值,与它们描述的内容,名副其实。
——爱因斯坦提出光速不变第二假设,违反实验规则和科学逻辑
关于光速不变第二假设和两系测光等速假设,可以说:爱因斯坦给乙系提出光速不变第二假设:“乙系测得光束相对追光者的光值是C2=299792458米/秒”,这个C2=299792458米/秒,貌似描述“秒飞地球七周半”的大内容;但是跟甲系观测者使用自己的时钟量尺测到的“光束相对追光者的速度值为v3=0.5米/秒”,描述“一秒没飞一臂长”的小情况,差别巨大。
在追光实验中,针对甲系时钟t=1秒暂停图,甲系观测者使用自己的时钟量尺,在地月连线上测得如下距离值:地球月球距离值380000000米;光束到地球距离值△s1=299792458米,追光者到地球距离值△s2=299792457.5米;光束到追光者距离值△s3=0.5米;光束到月球距离值8万公里;其中△s2》△s3,也就是追光者到地球距离值,远大于光束到追光者距离值。
就上述追光实验,甲系观测者使用自己的时钟量尺测得的时间值、距离值、速度值和光速值等数据,与宇航科技、天文观测、工程技术、信息科技的实践情况高度相符。爱因斯坦相对论时空观也认可甲系测得的上述一系列内容。
在追光实验中,在爱因斯坦狭义相对论时空观中,对于甲系测定的上述几个距离值,使用洛伦兹变换、动尺变短和动钟变慢公式等,把它们变换到乙系,几个距离值的大小会改变,但是几个距离值的量值大小对比关系,例如△s2》△s3的长度值大小对比关系,却不会改变。
因为使用洛伦兹变换、动尺变短和动钟变慢公式等,把甲系的△s2和△s3分别变换到乙系,所用的变换公式只改变△s2和△s3的量值大小,却不会改变△s2和△s3的量值大小对比关系。所以,把甲系的△s2和△s3变换到乙系,对应地在乙系产生△S2和△S3之后,在甲系具有的△s2》△s3量值大小对比关系,在乙系依然存在,依然具有△S2》△S3的量值大小对比关系。
但是,在乙系面对一大一小两段距离值△S2和△S3,及其量值大小对比关系△S2》△S3,爱因斯坦根据“两系互测等速假设”和“两系测光等速假设”,却分别假设出了如下速度值:
首先,对应乙系的大距离△S2,根据“两系互测等速假设”,以及甲系测得乙系相对甲系的速度值为u1=v1=299792457.5米/秒,爱因斯坦假设:“乙系测到的甲系相对乙系速度值是u2=u1=299792457.5米/秒”。这是对甲系测到的u1=299792457.5米/秒,原封不动地继承,对应乙系的大距离△S2,假设出了同样够大的速度值u2=299792457.5米/秒。在这里,爱因斯坦使用了“原封不动继承”方法。
其次,对应小距离△S3,根据“两系测光等速假设”,也就是光速不变假设,爱因斯坦根据他头脑里假设猜想的时空图像,他假设:“乙系测到的光束相对追光者的光速值是C2=299792458米/秒”。这就是对甲系测到的v3=0.5米/秒,使用动钟变慢和动尺变短公式进行放大,在乙系放大成了C2=299792458米/秒。这就是对应乙系的小距离△S2假设出了更大速度值C2=299792458米/秒。在这里,爱因斯坦使用了“按需放大缩小”方法。
这样,爱因斯坦就针对乙系混合使用“原封不动继承”和“按需放大缩小”两种方法,给△S2》△S3一大一小两段距离值假设速度值,给大距离△S2假设了足够大速度值u2=299792457.5米/秒,但是给小距离△S3却假设了更大速度值C2=299792458米/秒。也就是针对△S2》△S3的长度值大小对比关系,爱因斯坦假设的速度值u2和C2的量值大小对比关系,反倒是u2<C2。这是不分大小,颠倒使用的荒诞结果;这是违反观察、实验、实践和逻辑规则的严重矛盾,是严重的困难和危机。
实际上,针对追光实验等情况,在爱因斯坦狭义相对论时空观中,在甲系具备(u1=v2)>C/2、△s2>△s1/2和△s2>△s3条件后,对应△s2>△s3一大一小两个距离值假设速度值,对应大距离△s2假设大速度值,对应小距离△s3假设更大速度值的严重矛盾,就会立刻产生,一直存在。
在以往,对于混合使用“原封不动继承”和“按需放大缩小”两种方法,会制造出不分大小,颠倒使用的荒诞结果,爱因斯坦和后人一直缺乏明确的认识。现在,通过追光实验,大家可以看清真相了。
——光速不变假设要求和相对论逻辑,违反观察、实验、实践和逻辑
实际上,在追光实验等情况中,把爱因斯坦的两系互测等速假设和两系测光等速假设落实到乙系,所发生的“给△S2》△S3一大一小两个距离值假设速度值,给大距离△S2假设大速度值u2=299792457.5米/秒,给小距离△S3假设更大速度值C2=299792458米/秒”,这种荒诞结果、严重矛盾,充分体现了爱因斯坦的光速不变假设要求和相对论逻辑,以及“按需放大缩小”方法的本质。具体情况如下所述:
首先,爱因斯坦假定,在甲系乙系,在任何情况中,光速值都必须是常数C=299792458米/秒,在甲系必须永远是C1=△s /△t= 299792458米/秒,在乙系必须永远是C2=△S /△T= 299792458米/秒,因此永远有C=C1=C2= 299792458米/秒。这就是光速不变假设的要求。
其次,爱因斯坦假定,为保证甲系乙系的光速值永远是C=C1=C2= 299792458米/秒,当甲系测定一束光的光速值是C1=△s /△t= 299792458米/秒时,在乙系测量同一束光,可以先假定必须是C2=△S /△T= 299792458米/秒;然后,可以使用动钟变慢和动尺变短公式等,按照需要减小时间值△T的数字,按照需要增大距离值△S的数字,以此来保证C2=△S /△T= 299792458米/秒必须成立。这就是相对论的逻辑。
所以,在追光实验的情况中,即使面对甲系测得“光束相对追光者的距离值为△s3=0.5米,光束相对追光者的速度值是v3=0.5米/秒”,它们描述了“一秒没飞一臂长”的小情况;爱因斯坦依然会根据光速不变假设的要求,在乙系提出光速不变第二假设“光束相对追光者的光速值C2=△S /△T= 299792458米/秒。”然后按照相对论逻辑,使用动钟变慢和动尺变短公式等,按需减小时间值△T的数字,同时,按需增大距离值△S的数字,以此来保证C2=△S /△T= 299792458米/秒必须成立。
可以说,爱因斯坦制造的“给△S2》△S3一大一小两段距离值假设速度值,给大距离值△S2假设了大速度值u2=299792457.5米/秒,给小距离值△S3假设了更大速度值C2=299792458米/秒”,产生这种荒诞结果、严重矛盾,就是爱因斯坦坚持“按需放大缩小”方法,坚持光速不变假设要求和相对论逻辑,所导致的必然结果。
可以说,从根源上讲,就是因为爱因斯坦创建狭义相对论时空观的时候,他提出“两系互测等速假设”和“两系测光等速假设”的时候,一方面,爱因斯坦对时空问题缺乏广泛深入的研究,缺乏必要的观察、实验、实践和逻辑基础,另一方面,爱因斯坦过度依赖头脑里的假设猜想和虚拟想象。
举例说,在追光实验中,可以参照爱因斯坦曾经谈论过的“与光同行理想实验”及其思路,可以在光束上建立参照系,简称为光束参照系。然后,就可以立足光束参照系,研究光束参照系、甲系和乙系,三者的相对运动。参见图3。
爱因斯坦光速不变第一假设要求,沿x、X轴正方向运动的光束,相对甲系向右的光速值为C1=299792458米/秒。
爱因斯坦光速不变第二假设要求,沿x、X轴正方向运动的光束,相对乙系向右的光速值为C2=299792458米/秒。
根据爱因斯坦的狭义相对性原理假设,也就是两系互测等速假设,在光束参照系可以进行如下逻辑推理:
首先,因为光束相对甲系向右的光速值为C1=299792458米/秒,所以,甲系相对光束参照系向左的速度值应该是C1=299792458米/秒;
其次,因为光束相对乙系向右的光速值为C2=299792458米/秒,所以,乙系相对光束参照系向左的速度值应该是C2=299792458米/秒;
第三,因为甲系相对光束参照系向左的速度值是C1=299792458米/秒,乙系相对光束参照系向左的速度值是C2=299792458米/秒,这样,甲系乙系相对光束参照系向左的速度值就都是C=299792458米/秒,因此,甲系乙系的相对运动速度值就是u=0了。但是,u=0这种结果,显然与初始条件,甲系乙系以一定的速度值u相对运动,相互矛盾。
上述矛盾和困难,就是反映了爱因斯坦创建狭义相对论时空观的时候,他提出“两系互测等速假设”和“两系测光等速假设”的时候,爱因斯坦对时空问题缺乏广泛深入的研究,缺乏必要的观察、实验、实践和逻辑基础。
——使用动钟变慢动尺变短进行辩解,存在逻辑困难
在以往,针对光速不变假设和洛伦兹变换等相对论说法遭遇严重困难,爱因斯坦等人一直使用动钟变慢假设和动尺变短假设进行辩解。然而,在这样的辩解中,实际上是严重地违反了逻辑规律。
首先,在狭义相对论时空观中,在逻辑关系上讲,两系测光等速假设,也就是光速不变假设或C假设C=C1=C2=299792458米/秒,还有两系互测等速假设,也就是u假设u=u1=u2,它们是狭义相对论时空观的理论基础。基于C假设和u假设这两个一级假设,爱因斯坦假设推理出了二级假设洛伦兹变换,然后,继续假设推理出了三级假设动钟变慢、动尺变短等。
使用动钟变慢假设和动尺变短假设这种三级假设反过来证明其前提C假设这个一级假设的正确性,反过来证明其前提洛伦兹变换这个二级假设的正确性,这就是使用“逻辑推理的结论”反证“逻辑推理的前提”的正确性,这是违反逻辑规律的无效论证。
其次,有一些实验,例如飞机搭载原子钟绕地球赤道飞行实验等,一直被当做动钟变慢假设的支持证据。然而,在这些实验中,都是既存在“动钟变慢”现象,又存在“动钟变快”现象。而且,导致“动钟变慢”和“动钟变快”现象的原因,是时钟所受外界作用的差别,时钟的相对运动仅仅是表面现象。
爱因斯坦和狭义相对论时空观的维护者,片面地强调“动钟变慢”现象对动钟变慢假设提供了支持,但是却无视“动钟变快”现象对动钟变慢假设制造了否定,这属于牵强附会的非科学论证。与此同时,把相对运动表面现象当成时钟变慢或变快的原因,这属于曲解实验。
针对追光实验等情况,在狭义相对论时空观中,面对“给△S2》△S3一大一小两个距离值假设速度值,给大距离△S2假设大速度值u2=299792457.5米/秒,给小距离△S3假设更大速度值C2=299792458米/秒”,面对这种荒诞结果,严重矛盾,爱因斯坦等人可能也会辩解说:甲系使用自己的时钟量尺测得“光束相对追光者的速度值是v3=0.5米/秒”,描述了“一秒没飞一臂长”的小情况,这是正确的;但是,因为乙系相对甲系高速运动,在乙系发生了巨大的动钟变慢和动尺变短效应,所以,乙系使用自己的时钟量尺测得“光束相对追光者的速度值是C2=299792458米/秒”,描述的是“秒飞地球七周半”的大内容,这也是正确的。那么试问:
如果乙系的时钟量尺统一地、一视同仁地发生了动钟变慢和动尺变短效应,那么,使用发生了动钟变慢和动尺变短效应的乙系时钟量尺,对应于甲系测到的△s2、△s3和△s2》△s3,乙系观测者测到的△S2、△S3的量值大小可以跟甲系的△s2、△s3不一样,但是应该依然有△S2》△S3的大小对比关系吧?乙系△S2》△S3的大小对比关系,跟甲系的△s2》△s3大小对比关系,二者应该保持一致吧?如果在甲系存在的△s2》△s3量值大小对比关系,在乙系对应的距离值△S2和△S3上依然存在,在乙系依然有△S2》△S3量值大小对比关系,那么在此情况下,爱因斯坦分别假设出u2=299792457.5米/秒和C2=299792458米/秒,反倒是u2<C2,这就是不分大小、颠倒使用的荒诞结果吧?
而且,在狭义相对论时空观中,动钟变慢和动尺变短效应是相对性结论。所以,爱因斯坦可以说:因为追光者乙系相对地球甲系高速运动,所以在追光者乙系发生了巨大的动钟变慢和动尺变短效应,这让甲系“一秒没飞一臂长”的小速度值v3=0.5米/秒,在乙系变成了“秒飞地球七周半”大速度值C2=299792458米/秒;但是,基于动钟变慢和动尺变短效应是相对性结论,爱因斯坦还必须说:因为地球甲系相对追光者乙系高速运动,所以在地球甲系也必须发生巨大的动钟变慢和动尺变短效应,这种巨大的动钟变慢和动尺变短效应,也一定会在地球上导致可观测的变化。否则,动钟变慢和动尺变短效应就不是相对性结论了,就不符合相对论逻辑了。
那么,在地球上发生的“巨大的动钟变慢和动尺变短效应”,会导致啥样的可观测变化?具体有哪些“翻天覆地”的可观测变化?就此,爱因斯坦相对论时空观应该给出必要的说明吧?而且也可以使用甲系t时刻暂停图,或者乙系T时刻暂停图来给出具体描述吧?
与此有关,举例说,目前,美国费米实验室的加速器可把微观粒子加速到光速值C=299792458米/秒的0.99999956倍;欧洲核子研究中心大型强子对撞机可把微观粒子加速到光速值C=299792458米/秒的0.999999991倍;当两个加速器分别产生相对地球0.99999956C和0.999999991C运动的粒子时,理论物理学家可以立足地球参照系,给高速运动粒子计算出动钟变慢和动尺变短效应,要求高速运动粒子必须执行。
但是,按照爱因斯坦的相对论逻辑,也可以在高速运动粒子上建立参照系;这样,地球和太阳系等物质系统相对高速运动粒子参照系就有0.99999956C和0.999999991C的巨大运动速度值;由此,也可以在高速运动粒子参照系给地球和太阳系等物质系统计算出动钟变慢和动尺变短效应。
那么,地球和太阳系等物质系统,它们必须执行来自高速运动粒子参照系的动钟变慢和动尺变短“命令”时,在地球和太阳系等物质系统,会发生啥样的可观测变化?
类似加速器里的高速运动粒子,在宇宙中相当众多,因此,地球、太阳系和宇宙就必须不断地服从来自不同的高速运动粒子参照系的动钟变慢和动尺变短“命令”,就必须不断发生“动钟变慢”和“动尺变短”效应吗?就必须不断地“忽快忽慢”“忽大忽小”地动荡不定吗?
可以说,面对上述问题:爱因斯坦恐怕很难给出让大家口服心服的回答;难以给出服己服人的回答;尤其是要给出符合实验规则和科学逻辑的回答,恐怕更是困难;如果要求爱因斯坦在原子尺度和原子模型上,对动钟变慢和动尺变短效应给出合理解释,恐怕更是困难。
可以说,对于爱因斯坦相对论时空观使用相对运动效应解释的许多实验,对以往所谓的支持相对论时空观的许多实验证据,都可以重新审视,重新解释。
例如根据狭义相对论的质速关系,可以假设:伴随带电粒子的运动速度值不断增加,带电粒子的质量值会按照洛伦兹因子不断增加,这个质速关系假设曾经被用来解释加速器实验等实验现象。
针对所谓的质速关系和有关的实验,可以给出如下创新的解释。假设伴随带电粒子的运动速度值不断增加,带电粒子的质量值一直不变,带电粒子受到的库仑力作用却按照洛伦兹因子倒数不断减小,即有
使用这种“库仑力随速度减小减小”的观点,对于加速器实验等也可以给出合理解释,而且解释效果优于“质量随速度减小”的假设。这样的观点,还可以成为电磁学创新发展的理论探索方向和实验研究内容。
4、综合结论
在狭义相对论时空观中,在真空中惯性系理想条件下,在相对匀速直线运动的甲系乙系,爱因斯坦谈论了三部分内容:
一是在甲系,爱因斯坦介绍了人们共有的时空认识,也就是人们使用眼睛观察、仪器实验和劳动实践等方法,获得的关于时间空间的公共认识。
二是在乙系,爱因斯坦谈论了两部分内容:首先是乙系的独立时空认识,类似甲系拥有的独立时空认识那样;其次是爱因斯坦根据甲系的观察、实验和实践结果在自己头脑里给乙系假设猜想的时空图像,这是一种虚拟想象的理论图像和物理模型;可以说,上述两种内容都旨在揭示乙系的时空真相,所以二者确实有关系,但是却并不是一回事,而是各有来历,应该区别对待,不能混为一谈。但是,爱因斯坦经常把他头脑里假设猜想、虚构想象的时空图像、物理模型,硬说成确有其事、就是真的;一直自觉不自觉地把乙系的独立时空认识招牌,挂在了在他头脑里给乙系假设猜想的时空图像上。这样做,就是张冠李戴,滥竽充数。在爱因斯坦之后,追随模仿者甚多,都是把自己头脑里假设猜想的时空图像,自以为是当成真的,自己昏昏误导别人。
在追光实验中,在爱因斯坦狭义相对论时空观中,爱因斯坦针对乙系混合使用“原封不动继承”和“按需放大缩小”两种方法,给△S2》△S3一大一小两段距离值假设速度值,给大距离△S2假设了足够大速度值u2=299792457.5米/秒,但是给小距离△S3却假设了更大速度值C2=299792458米/秒。这是不分大小,颠倒使用的荒诞结果;这是违反观察、实验、实践和逻辑规则的严重矛盾,是严重的困难和危机。
而且,针对追光实验等情况,在爱因斯坦狭义相对论时空观中,在甲系具备(u1=v2)>C/2、△s2>△s1/2和△s2>△s3条件后,对应△s2>△s3一大一小两个距离值假设速度值,对应大距离△s2假设大速度值,对应小距离△s3假设更大速度值的严重矛盾,就会立刻产生,一直存在。
在以往,对于分别使用“原封不动继承”和“按需放大缩小”两种方法,会制造出不分大小,颠倒使用的荒诞结果,爱因斯坦和后人都缺乏明确的认识,现在,通过追光实验,大家可以看清真相了。
作者简介
齐新,交叉学科时空观创建者,交叉学科统一论创建项目牵头人,强脑方法和产品研发者,头脑简图发明人和专利权人,强脑创新方法和提高六大脑力方法发明人,抑郁症和极端行为预防方法研发者。《智胜爱因斯坦》和《管理大脑思想》图书作者。1964年2月出生于内蒙古赤峰市;1986年毕业于内蒙古师范大学物理系,此后在赤峰学院物理系任教多年;2002年至2014年先后在北方经济报社和内蒙古日报社工作;2011年11月成立新动力文化,并任负责人至今。2023年4月,在国家预印本平台发布文章《创建交叉学科时空观,速解爱因斯坦未解之谜和牛顿未解之谜》,此后陆续发布有关科学论文十余万字,介绍交叉学科时空观。