1、毛主席科学预言实现了!中国新时空观智胜爱因斯坦牛顿
史料表明,新中国成立后,为了领导中国的科技事业,毛主席曾经拿出大量时间和精力学习现代科技知识,进行思考和研究,交流和讨论。
通过广泛地读书和思考,对于人类发展史和科学技术发展史,毛主席都有广泛深入的了解。对于爱因斯坦相对论发展史,围绕爱因斯坦相对论一直存在大量争论,爱因斯坦相对论的发展前景等,毛主席也有很多了解,而且拥有自己的独立判断。
——毛主席启动“发展爱因斯坦相对论科学创新工程”
毛主席女儿李敏的丈夫,名字叫孔令华。孔令华妹妹孔淑静在其撰写的《唯实——我的哥哥孔令华》一书中写道:1962年前后,哥哥有一次很兴奋地对柳树滋说,主席最近在谈到科学发现的辩证历史过程时说“从牛顿的绝对论到爱因斯坦的相对论,再到相对与绝对统一论,这就是科学认识的辩证法。应当从这个高度来看待爱因斯坦及其相对论。”
科学史研究者胡大年在《爱因斯坦在中国》一书中也写道,1963年,孔令华曾把刚刚复刊的《自然辩证法研究通讯》转送毛泽东,其中刊载的日本物理学家坂田昌一之《关于新基本粒子的对话》一文,使毛泽东深感兴趣,并由此引发了毛泽东对现代物理学之哲学问题的一系列评论。关于相对论,毛泽东曾对孔令华说,“从牛顿的绝对论到爱因斯坦的相对论,再到相对与绝对统一论,这就是科学认识的辩证法,应当从这个高度来看待爱因斯坦及其相对论。”
有关的历史资料显示,毛主席有胆有识地提出发展爱因斯坦相对论,探索相对与绝对统一论的科学预言后,有很多中国科技工作者受到鼓舞,开展了科学大讨论。在当时,中科院、北大、清华、复旦,全国众多科研机构和大学,都有大量科技工作者积极参与了科学大讨论。对上述持续60多年,一直延续到今天,具有广泛深刻影响,推动产生了一系列重要创新成果的科学大讨论和创新接力,可称之为“创建统一论发展爱因斯坦相对论科学创新工程”,简称为“发展爱因斯坦相对论科学创新工程”。
可以说,毛主席高瞻远瞩地看到,中国人民站起来之后,中华民族要想走向世界前列,做到科技自立自强,加速实现伟大复兴,中国人就需要快速提高科学素质,既长脑子又长胆子,有胆有识敢于创新。通过科学大讨论,树立样板带动全局,进行全民大练兵,就可以快速实现目标。这就是毛主席启动和支持“发展爱因斯坦相对论科学创新工程”的重要原因和远见卓识。
60多年来,围绕“创建统一论发展爱因斯坦相对论科学创新工程”,国家杰出贡献科学家钱学森院士,国家科委原主任宋健院士,北京大学原校长周培源院士,中科院理论物理研究所原所长彭桓武院士,上海原子核研究所原副所长卢鹤绂院士,清华大学天文系原主任李惕碚院士,中科院大学副校长吴岳良院士,中国科学院北京纳米能源与系统研究所所长王忠林院士,他们带头行动,做出了重要贡献。北斗卫星团队和天地生人学术讲座团队为该工程奉献了重要成果。积极参与该工程的百千万科技工作者都是主力军。“创建统一论发展爱因斯坦相对论科学创新工程”的众多开路先锋,堪称科技创新样板,目前,该工程正在走向创新大丰收。
——钱学森院士支持创新工程,鼓励中国科学家“我们要敢干!”
对于毛主席启动的“创建统一论发展爱因斯坦相对论科学创新工程”,国家杰出贡献科学家钱学森院士给予了高度关注和支持。例如对于国防科技大学谭暑生教授进行的“从狭义相对论到标准时空论”创新研究,钱学森院士关注和支持了20多年,多次见面和写信,给予指导和支持。钱学森院士曾经鼓励谭暑生:“什么也不怕,胜利总要到来”。
1995年1月,钱学森给国内六位科技工作者写了一封信,在《钱学森现代军事科学思想》(北京:科学出版社2011年)一书的第176-177页,有该信全文。该信中写道:
王寿云同志、于景元同志、戴汝为同志、汪成为同志、钱学敏同志、涂元季同志:
元旦刚过,我就给诸位写这封信,这是因为我读了《中国科学报》去年12月26日4版上几篇纪念毛泽东主席诞辰101周年的“毛泽东与科学”研讨会的文章,心情久久不能平静。毛主席要我们创新,我们做到了吗?
回想在60年代,我国科学技术人员是按毛主席教导办的:
1.我国理论物理学家提出基本粒子的“层子”理论,它先于国外的“夸克”理论。
2.我国率先人工合成胰岛素。
3.我国成功地实现氢弹引爆的独特技术。
4.我国成功地解决了大推力液体燃料氧化剂火箭发动机燃烧稳定问题。
5.其它。
但是今天呢?我国科学技术人员有重要创新吗?诸位比我知道得更多。我认为我们太迷信洋人了,胆子太小了!
我们这个小集体,如果不创新,我们将成为无能之辈!我们要敢干!
奉上所说文章复制件,请阅并思考。
此致
敬礼!
钱学森
1995.1.2
钱学森院士提倡的 “我们要敢干!” 的科技创新精神,具有重要意义。1955年,钱学森到哈军工参观。军委陈赓大将问钱学森:“钱先生,你看我们国家能不能造导弹啊?”钱学森回答说:“怎么不能啊?外国人能造,我们中国人为什么不能造?中国人又不比外国人矮一截!”这就是钱学森头脑里勇敢创新能力发挥作用的结果。1956年,国防部成立第五研究院,钱学森任院长,中国开始研发导弹。1960、1964年,中国自主研发的第一、二代导弹先后成功发射,中国的航天事业也由此起步,走向两弹一星大丰收。
中国航天取得能取得举世瞩目的辉煌成就,钱学森头脑里的勇敢创新能力发挥了决定性作用,至关重要。人头脑里缺乏勇敢创新能力,就不敢树立创新目标,不敢创新实践;或者即使有所创新,也会浅尝辄止,遇难而退,难成正果。不敢创新,就只能一直尾随,被卡脖子,受制于人。人不敢创新实践,知识再多,也不会自动变成创新结果。人头脑里拥有勇敢创新能力,就敢于树立创新目标,然后不懈追求,不断学习知识,不断提高能力,不怕挫折失败,积极克服困难,这样,就一定能实现创新目标,取得创新大丰收。
——宋健院士质疑爱因斯坦相对论,呼唤青年科学家敢于创新
2004年11月24日,全国政协副主席、国家科委原主任宋健院士,北京大学原校长、国家自然科学基金委原主任陈佳洱院士,北京理工大学原校长王越院士,联合主持召开了“宇航科学前沿与光障问题”第242次香山科学会议。十几个院士、五十多名来自国内外的著名科学家,共同探讨了航天领域的重要问题,以及发展爱因斯坦相对论问题。
该次香山科学会议结束之后,宋健院士接受了《人民日报·海外版》记者采访,采访文章发表在2005年1月12日《人民日报·海外版》第二版,文章标题为《天赋人责——聆听宋健院士一席谈》。文中指出,宋健大胆质疑爱因斯坦,呼唤青年科学家敢于创新。在采访中,宋健院士指出:整整一百年前,爱因斯坦在他发表的那篇震惊世界科学界的关于狭义相对论的论文中,曾经提出过一句名言:“不可能存在任何大于光速的运动。”当今的科学界将此称为“光障”。然而,这个“外推”至今并没有任何直接试验的证明。
此后,宋健院士创办《前沿科学》杂志,亲自担任编委会主任。《前沿科学》杂志经常拿出一定版面,刊发一些发展爱因斯坦相对论的文章。宋健院士在其撰写的科学专著《航天纵横》中,也专门讨论了发展爱因斯坦相对论等问题。
——周培源院士创建新理论,致力于取代爱因斯坦广义相对论
胡大年在《爱因斯坦在中国》一书中写道:“广义相对论里有争议的问题很多,比如坐标应如何定义的问题。这是周(培源)自1930年代起,就开始思考但未能解决的一个问题。显然在此问题上他与爱因斯坦的意见不同……”
周培源院士,曾经担任北京大学校长等职。两弹一星功勋科学家、中科院理论物理研究所原所长彭桓武院士曾经是周培源的学生。彭桓武院士在《彭桓武八十自述:治学与为人之道》中写道:早在读大学本科的时候,我就开始了广义相对论方面的研究。我在四年级时的毕业论文就是做广义相对论,由周培源先生指导。其实周先生虽用爱因斯坦的观点教我们,但已对爱因斯坦的观点产生了疑问,酝酿提出新的解释。
直到 70 年代周先生在庐山物理学年会期间正式提出与爱因斯坦不同的观点,将谐和条件作为物理条件。这是一个很大的变化,因为这样一来就没有广义相对论的弯曲时空,只有狭义相对论的闵可夫斯基时空或伽里略时空。参考系理论仍是通常的洛仑兹变换理论。
周先生的观点告诉我们做研究要独立思考,实事求是,即使像广义相对论这样的著名学说,只要发现有问题仍然可以讨论。
——彭桓武院士“修正爱因斯坦广义相对论”,激励创新探索
2019年10月13日《光明日报》发表文章:彭桓武:“培养物理学家的物理学家”。文章介绍说:“2004年,他在《理论物理通讯》上发表了《广义相对论与狄拉克大数论假设的统一》,提出有关宇宙学的最新设想。2005年,他又在研讨会上做了题为《广义相对论——一个富于刺激性的理论》的学术报告。”
在文章中,彭桓武院士的学生、中国科学院原院长周光召院士说:“虽然老师已九十高龄,但他今天的发言依然是最前沿的。”有研究者指出,周培源-彭桓武时空观坚持“只能在平直时空描述引力规律,弯曲时空不过是描述引力现象的数学语言”,与爱因斯坦广义相对论“弯曲时空观”华山论剑,并肩而立,正在引起越来越多的关注,激励更多的科学创新和探索研究。
——李惕碚院士发展“周培源-彭桓武时空观”,开辟新方向
清华大学教授、天文系原主任,中科院高能所研究员李惕碚院士,一直是周培源-彭桓武时空观的坚决拥护者和创新发展者。
2021年2月16日在“中科馆大讲堂两院院士系列讲座”中,李惕碚院士做了标题为《爱因斯坦弯曲时空陷阱与周培源-彭桓武时空观》的学术报告。李惕碚院士在报告中指出:实际上所有的“广义相对论效应”,都只能用平直时空中的引力作用来解释。基于广义相对论的大爆炸宇宙模型,是一个自相矛盾的而且破坏基本物理规律的系统,只有在平直时空框架的基础上才能构建出一个自洽的合乎理性的宇宙。从方法论与世界观的角度比较时空观,结果表明:广义相对论及其弯曲时空就是一个现代版的托勒密体系;靠扭曲时空来解释物理现象的理论需要回归“物理”,回归到对于物质、能量系统的构成、相互作用及运动变化规律的探究,而不能脱离具体物理对象执迷于杜撰时空的几何。
2023年6月7日,在中科院大学第76期“院士大讲堂”上,李惕碚院士指出:“要正确认识和辩证看待爱因斯坦留给我们的遗产,将相对论时空观作为物理理论的基本架构,是近百年基础物理没有重大突破的一个重要原因。”
——吴岳良院士超越爱因斯坦广义相对论,创建新理论
吴岳良院士是中科院大学副校长,曾经担任中科院理论物理研究所所长。2016年1月,吴岳良院士推出了《超越爱因斯坦广义相对论的引力量子场论与量子暴涨宇宙》,积极发展爱因斯坦相对论。对此,《中国科学报》、《科技日报》、《光明日报》和各大网站都发布了有关的报道,影响巨大。2017年4月,吴岳良院士在中国人民大学附属中学演讲时曾呼吁:“要积极接纳新的思想,不要被所谓的权威所吓倒”。吴岳良院士的创新成果,相当于在爱因斯坦广义相对论旁边制造一个竞争性理论,并肩而立,让实验来判决,意在把爱因斯坦广义相对论取而代之。
2018年,吴岳良推出升级版理论“超统一场论”。2020年9月1 日,中科院理论物理研究所网站发布文章:《中国科学报》吴岳良:在科学史上留下属于中国学者的理论。文章介绍说:1982年,吴岳良考入周光召门下作硕士生和博士生。“理论物理只有世界第一,没有第二。”在吴岳良心中,导师周光召先生的这句话是自己科学研究路上的指路明灯。他努力创造一套属于中国学者提出的、被国际所认可的物理学新理论新概念。
——王中林院士拓展麦克斯韦方程组,绕开爱因斯坦狭义相对论
王中林院士是中国科学院北京纳米能源与系统研究所所长、首席科学家。2022年1月13日,王忠林院士在新闻发布会上宣布,他们的团队经过数年研究和实验验证,成功地将电磁场理论推广到运动的介质情形,对麦克斯韦方程组进行了拓展。研究者指出,这是面对电磁学问题,以不同于爱因斯坦狭义相对论的方式,发展麦克斯韦方程组,给出解决问题新方案。这是提出新观点,与爱因斯坦狭义相对论并肩而立,成为竞争性理论,意在取而代之。
关于麦克斯韦方程组对电磁场、电磁力和电磁波的认识和描述,最近有一个有关的比喻说,目前,人们对光和电磁波的认识,类似于早期的原子认识,把存在差别的不同光和不同电磁波都简单化了,都一概而论了,这是一种简单化的近似认识。当人们对光和电磁波的认识不断跨上新台阶之后,人们就可以发现更多真相,发现不同的光和电磁波,差别很大,功能各异。大家可以想象一下,一个猴子坐在高速路旁边,他看到高速路上快速驶过的汽车,他可能认为,高速路上所有的汽车都相同,大小相同,外观一样,颜色相同,速度值相等。这是由猴子的认识能力存在局限性决定的必然结果。但是,当猴子的认识能力提高到跟人同等高度后,他就会认识到,高速路上的汽车,大小不同,外观各异,颜色多样,速度值有大有小。快慢不同等。人们对于电磁场和电磁力的认识,也是类似情况。
——卢鹤绂院士敢为人先,把爱因斯坦广义相对论戳了一个洞
卢鹤绂(1914-1997)院士是中国著名核物理学家,曾经担任上海原子核研究所副所长,被誉为中国核能之父,曾经在复旦大学、北京大学等高校任教授。1991年,卢鹤绂院士与助手王世明撰写科学论文《对马赫原理的一个直接检验》,被称之为“对爱因斯坦理论的一个严肃挑战”,1995年11月,上述文章发表在美国《迦利略电动力学杂志》。卢鹤绂院士形容说,这篇论文“把天空戳了一个洞”,也就是把爱因斯坦广义相对论戳了一个洞。
卢鹤绂院士的儿子卢永亮在纪念文章“挑战爱因斯坦相对论的前前后后”中写道:“他在研究中发现爱因斯坦相对论有许多不足之处,所以他从1976年开始研究宇宙真空场结构。在1991年我父亲与他的助手王世明先生写出了《对马赫原理的一个直接检验》的论文。”
——北斗卫星团队提供重要证据,发展爱因斯坦相对论时空观
在中国北斗卫星建设的关键阶段,有一个必须解决的重要问题。那就是,在天上绕地球运转的多颗北斗卫星,每个卫星上都载有原子钟,北斗卫星地面指挥站也有原子钟。北斗卫星系统的这些相对运动的原子钟,应该如何校准?这些相对运动的原子钟,是否存在爱因斯坦相对论时空观提出的动钟变慢效应和引力红移效应等?
1998年,得到中国科协副主席、航天工业总公司总工程师庄逢甘院士推荐,中国学者齐新在《宇航学报》第2期发表科学论文“论GPS与相对论时空观”。该文以美国GPS卫星导航系统为例,指出了给卫星原子钟校对时间跟爱因斯坦相对论时空观的关系,为北斗卫星建设提供了重要参考,做出了积极的贡献。
郭衍莹曾任航空航天部研究室主任、总设计师等职。2020年9月11日,《科普时报》头版发表了郭衍莹撰写的文章“卫星导航系统的时钟需‘修正’吗”。
在该文中,郭衍莹指出,五零三所对外称北京无线电控制测量研究所。所长童凯院士曾向我们介绍,他曾组团去美国考察GPS。美方GPS专家告知,GPS官方文件从未说过系统调试中需作“相对论修正”,也从未说过不需要作“相对论效应”修正。童院士个人理解,就是无需专门对卫星导航定位系统进行“相对论效应”修正。郭衍莹在文章中指出,GPS和北斗卫星系统,都没有为爱因斯坦相对论提供支持证据。
——天地生人学术讲座支持创新接力,质疑和发展爱因斯坦相对论
天地生人学术讲座1990 年成立于北京,由中科院自然科学史所研究员宋正海等著名学者组成。是主要由天文学、地学、生物学、人文社会科学等诸多方面的学者自发组成的民间性质的、全开放、纯公益的多学科学术交流平台。天地生人学术讲座致力于不同学术观点的平心静气的讨论,从而吸引了各方专家、学者和广大知识界朋友的热情参与。讲座组织人基本是中科院、中国社科院、大专院校、出版系统等教科文机构的教授、研究员、编审、高工等。
天地生人学术讲座为推动爱因斯坦相对论学术争鸣作了很大贡献。从1997年开始,天地生人学术讲座开始举办“关于爱因斯坦相对论的争鸣系列讨论”等讲座和会议。1999年开始举办“关于爱因斯坦相对论的争鸣系列讨论”;2000年举办“爱因斯坦相对论问题学术座谈会”,出版《相对论再思考》,创办《关于爱因斯坦相对论的争鸣简报》;2003年举办“如何进一步开展爱因斯坦相对论问题的争鸣座谈会”以及“第二届全国爱因斯坦相对论问题学术会议”,会后出版了《时空理论新探》;2004年举办了“新引力理论和宇宙膨胀理论座谈会”;2006年举办了“相对论问题争鸣进展座谈会”以及“时空理论探索研讨会”,同时编印了《时空理论探索研讨会论文摘要汇编》。
——对爱因斯坦相对论,中科院“拉索”实验从“支持”到“破坏”
2022年2月11日,中国科学院高能物理研究所毕效军团队曾经宣布:“拉索”观测“再次验证了洛伦兹对称性,从而验证爱因斯坦相对论时空对称的正确性。”
到了2023年11月15日,经过19个月创新研究,毕效军团队走向了对立面,华丽转身,他们发布了颠覆性创新成果:“被认为是爱因斯坦狭义相对论基础的洛伦兹对称性有可能就要被破坏。”“对传统的相对论理论造成破坏。”
2023年11月15日,中国科学院高能物理研究所网站发布文章:“拉索”精确测量迄今最亮伽马射线暴高能辐射能谱,开启新物理探索之门。文章指出,国家高海拔宇宙线观测站(英文缩写LHAASO,中文简称“拉索”)正式发布了迄今最亮的伽马射线暴的高能伽马辐射的精确能谱,为检验爱因斯坦相对论的适用范围等新物理研究,提供了重要信息。在国家投资十几亿建设的高海拔宇宙线观测站,有数百名国内外一流科学家进行合作研究、协同创新。依托“拉索”观测结果,在不同方向进行研究的项目组,可以得出各自的创新认识。
2023年11月16日,《环球时报》发布文章:中国“拉索”再获重大发现,或将检验相对论适用范围。文章介绍了如下观点:“此次的发现无疑也会对此前的一些公认的物理理论提出挑战。例如被认为是爱因斯坦狭义相对论基础的洛伦兹对称性有可能就要被破坏。”“爱因斯坦相对论的基本前提之一就是假设光速,约为299,792.458米/秒,是一个常数,是不变的,而在现有的发现中,光速就不再是个常数了”“对传统的相对论理论造成破坏”“爱因斯坦的相对论在低能物理情况下是正确的,然而在高能物理情况下它可能就不太适用了”“开启了新物理探索之门”。
——中国交叉学科时空观应运而生,给爱因斯坦牛顿填补认识空白
2023年4月,中国学者齐新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,全面地介绍了交叉学科时空观。
据介绍,对时空问题进行交叉学科创新研究,把现代科技的计量学、物理学、天文学、宇航学、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。
中国交叉学科时空观指出了一系列创新认识:指出光信号延迟现象,发明了t时刻暂停图和△t时间过程图;指出“看到的同时”和“实际的同时”共同存在;针对相对匀速直线运动的甲系乙系,给甲系乙系建立了统一的国际单位制,研究出了时钟显示时间值规律和量尺显示长度值规律,给甲系乙系定义了同步时钟和同长量尺;设计追光实验,指出了在狭义相对论时空观里,爱因斯坦一直坚持他头脑里假设猜想的时空图像、虚构想象的物理模型,就是真的,确有其事,还挂上了乙系独立时空认识的招牌,挂上了乙系观测者独立观测结果的标签;设计六人六钟六尺测速实验,给爱因斯坦和牛顿的时空观创建了共同的实验基础,证明了爱因斯坦时空观洛伦兹变换里的速度值u和C不能共同成立,给爱因斯坦相对论时空观和牛顿绝对时空观填补了认识空白。
有研究者指出:中国交叉学科时空观与中国科学院“拉索”重大发现具有遥相呼应,相互支持的关系。它们都是从0到1的重大原始创新成果,已经都有希望获得诺贝尔奖等国内外科技大奖。实际上,从交叉学科时空观理论视角,从“拉索”等大科学装置的实验角度,继续创新研究,就可以发现更多的“对传统的相对论理论造成破坏”的情况。在更加广阔的视野对时空问题和爱因斯坦相对论时空观进行交叉学科研究,具有广泛深远的重要意义,可以取得重大突破,推动科技创新,推进自立自强。
2、追光实验:爱因斯坦时空观被吊打,交叉学科时空观大丰收
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。
2.1、爱因斯坦的时空观,头脑假设猜想被当成观察实验实践
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,进行科学实践,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两大内容:
一是在甲系,爱因斯坦谈论了甲系的独立时空认识,也就是甲系观测者独立地进行眼睛观察、仪器实验和科学实践,使用自己的时钟量尺测量时间、长度、空间和速度等,独立地获得的时间空间认识。爱因斯坦把这部分内容称之为甲系观测者的独立观测结果。
在这部分内容中,爱因斯坦介绍了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、仪器实验和科学实践,获得的时间空间认识,就是一种公共认识,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独立观测结果,这样的内容,必然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,就像甲系的独立时空认识那样。爱因斯坦把这样的内容称之为乙系观测者的独立观测结果。但是,在实际上,关于乙系观测者独立地进行观察、实验和实践,使用自己的时钟量尺测量时间、长度、空间和速度等,独立地获得时间空间认识,爱因斯坦介绍的具体内容寥寥无几。例如关于乙系观测者使用自己的时钟量尺测量时间、长度、空间和速度,具体到所用时钟量尺、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,偶尔有之,也是蜻蜓点水、浅尝辄止。因为爱因斯坦确实研究不多、所知不多。这是爱因斯坦的认识能力存在历史局限性,所决定的必然结果。所以,爱因斯坦所谓的乙系的独立时空认识,有名无实。
与此同时,在乙系,爱因斯坦根据甲系的观察、实验和实践内容,给乙系观测者提出了一系列的头脑假设猜想。具体说,根据甲系的观察、实验和实践内容,所获得的时空认识,爱因斯坦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。这些内容,就是爱因斯坦在头脑里对乙系情况进行假设猜想和虚拟想象,所产生的时空图像和物理模型。对于这样的头脑假设猜想、虚拟想象、时空图像和物理模型,爱因斯坦把它们称之为乙系观测者的独立观测结果,解释成了使用时钟量尺测量时间、长度、空间和速度等的观测结果。
应该强调,这个产生于爱因斯坦头脑里的所谓乙系观测者的独立观测结果,对甲系的观察、实验和实践内容具有高度依赖性,必须根据甲系使用时钟量尺测量时间、长度、空间和速度等的观测结果,使用狭义相对论时空观的数学公式,通过转化变换来获得。如果没有甲系的内容为依据,爱因斯坦就无法使用狭义相对论的数学公式,在头脑里给乙系转化变换出假设猜想等内容。
应该指出,在乙系,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数学公式进行转化变换,给乙系制造头脑假设猜想、虚拟想象、时空图像和物理模型的时候,混合使用了“原封不动继承”和“按需放大缩小”两种方法。例如根据甲系测得“乙系相对甲系的速度值是u1”,爱因斯坦假设乙系测到的“甲系相对乙系的速度值为u=u1=u2”,这就是“原封不动继承”。根据甲系观测者使用时钟测得一段时间值△t,爱因斯坦使用动钟变慢公式在乙系变换出对应的时间值△T,这就是“按需放大缩小”。
可以说,在乙系,如果真的有观测者独立地进行观察、实验和实践,使用自己的时钟量尺测量时间、长度、空间和速度等,独立地获得了时间空间认识,那么这样的乙系的独立时空认识,它跟爱因斯坦给乙系提出的头脑假设猜想和时空图像,必然是有关系,因为二者都旨在揭示乙系的时空真相。不过,因为二者各有来历,所以它们肯定不是一回事,应该区别对待,不能混为一谈。但是很可惜,在乙系,爱因斯坦并没有给出过名副其实的乙系独立的时空认识、乙系观测者独立的观测结果。
可以说,在乙系,挂着乙系独立的时间空间认识招牌的内容,挂着乙系观测者的独立观测结果标签的说法,都是来自爱因斯坦头脑里,都是根据甲系的观察、实验和实践内容,使用狭义相对论时空观的数学公式进行转化变换,给乙系制造的头脑假设猜想、虚拟想象、时空图像和物理模型。
形象地比喻,爱因斯坦把他头脑里假设猜想的时空图像、虚构想象的物理模型,跟乙系独立的时空认识、观测者的独立观测结果,混为一谈的情况,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。
在狭义相对论时空观里,爱因斯坦一直坚持他头脑里假设猜想的时空图像、虚构想象的物理模型,就是真的,确有其事,还挂上了乙系独立时空认识的招牌,挂上了乙系观测者独立观测结果的标签。这样做,实际上就是张冠李戴,有滥竽充数嫌疑。在爱因斯坦之后,类似的追随模仿者甚多,他们都是把自己头脑里假设猜想的理论图像、物理模型,自以为是地当成真的,自己昏昏地认为确有其事,广泛地传播,误导许多人。
按照科学认识方法,对于爱因斯坦头脑里假设猜想的时空图像、虚构想象的物理模型,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头脑里假设猜想的时空图像、虚构想象的物理模型,跟乙系观测者独立地进行观察、实验和实践,独立地获得的时空认识,它们到底是啥关系。而且,还应该从心理学等视角,对爱因斯坦头脑里的假设猜想的时空图像、虚拟想象的物理模型,进行交叉学科研究。研究人脑里产生假设猜想的时空图像和虚拟想象的物理模型的思维活动,脑内图像与观察、实验和实践的对应关系,脑内图像对脑外实际情况的写真程度,它们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。
2.2、追光实验,展示甲系观测者的观察和实验结果
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。
2.2.1 使用质点和暂停图方法,研究和解决物理问题
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。
不过,对于质点方法,也不能无条件滥用。例如对于甲系乙系的时钟,在研究它们的相对运动时,可以把它们简化为质点。但是在研究它们的时间值关系时,就不能把它们简化为质点了。而是应该把甲系时钟和乙系时钟都看成开放的物质系统,使用系统学方法,来研究它们的内部结构和运动,所受外界作用的差别,对它们显示的时间值所产生的具体影响等。
——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。
2.2.2 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。
2.3 在追光实验中,爱因斯坦给乙系假设猜想出时空图像
2.3.1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。可以说,在这里,“原封不动继承”的方法,得到了成功应用。
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。可以说,在这里,“原封不动继承”的方法,再次得到成功应用。
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。
2.3.2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”。这是使用“原封不动继承”方法,把甲系测到的u1=299792457.5米/秒,直接转化到了乙系。这是对应乙系的大距离△S2,假设出了同样够大的速度值u2=299792457.5米/秒。
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”。这是使用“按需放大缩小”方法,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变换放大,在乙系变换放大成了C2=299792458米/秒。这是对应乙系的小距离△S2,假设出了更大速度值C2=299792458米/秒。
这样,通过混合使用“原封不动继承”和“按需放大缩小”两种方法,爱因斯坦就在乙系对应△S2》△S3一大一小两段距离值,给大距离△S2假设了足够大速度值u2=299792457.5米/秒,给小距离△S3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。
2.3.3假设出“足够慢”的时钟和“足够短”的量尺,维护假设
在追光实验中,在理论研究上说,追光者等乙系观测者,如果他们使用特制的时钟量尺,按照需要放大时间值,或者按照需要缩小长度值,的确可以测得光束相对追光者的光速值就是C2=299792458米/秒,在数量上的确是“巨大速度值”。
一是让乙系使用“足够慢”的时钟。相应于甲系观测者的时钟经历△t=1秒,显示时间值t=1秒时,让乙系“足够慢”的时钟经历了△T=1/(2×299792458)秒时间值;而且在此情况下,让乙系使用自己的量尺测得“光束相对追光者的运动距离值”恰好是△S3=0.5米;这样,乙系使用自己的时钟量尺测得的“光束相对追光者的速度值”就是V3=△S3/△T=299792458米/秒了。这样,就能符合爱因斯坦光速不变第二假设的“巨大数量”要求了。
二是让乙系使用“足够短”的量尺。相应于甲系观测者的时钟经历△t=1秒,显示时间值t=1秒时,让乙系的时钟也经历△T=1秒,显示时间值T=1秒;但是在此情况下,让乙系“足够短”的量尺测得的“光束相对追光者的运动距离值”恰好是△S3=299792458米,这样,乙系使用自己的时钟量尺测得的“光束相对追光者的速度值”就是V3=△S3/△T=299792458米/秒了。这样,就能符合爱因斯坦光速不变第二假设的“巨大数量”要求了。
但是,在实际中,上述“足够慢”的时钟,“足够短”的量尺,都不可能存在。当然,在相对论时空观这种时空理论中,在相对论时空观这种物理模型中,按照需要,假设出、虚拟出上述“足够慢”的时钟和“足够短”的量尺,是完全可以的。这样的时钟量尺,它们可以为了支持爱因斯坦的光速不变第二假设而产生、而存在。
2.3.4光速不变假设要求和相对论逻辑,违反公认的逻辑
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,就会发生“给△S2》△S3一大一小两个距离值假设速度值,给大距离△S2假设了大速度值u2=299792457.5米/秒,给小距离△S3假设了更大速度值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。
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,在追光实验等情况中,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,爱因斯坦制造出“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,这就是爱因斯坦坚持光速不变假设要求和相对论逻辑,坚持“按需放大缩小”方法,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,而且自以为是地认为它头脑里的假设猜想和虚拟想象,都是真的,都是确有其事。
举例为证,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。
2.3.5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。
在狭义相对论时空观中,针对追光实验等情况,面对“给△S2》△S3一大一小两个距离值假设速度值,给大距离△S2假设了大速度值u2=299792457.5米/秒,给小距离△S3假设了更大速度值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,对应△S2》△S3,反倒是u2<C2,这就是不分大小、颠倒使用的荒诞结果吧?
类似的矛盾和困难,相当众多。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。
2.3.6 甲系乙系观测者测到的速度值关系,由实验决定
在追光实验中,对于乙系实际存在的观测者来说,实际上他们可以使用自己的时钟量尺,进行测量实验,测量获得有关的速度值。
例如针对乙系时钟T1=0秒暂停图,也就是甲系时钟t1=0秒暂停图,在理论研究上可以说,乙系观测者,包括追光者,他们可以使用自己的时钟量尺测量确定如下结果:在乙系时钟T1=0秒暂停图中,甲系原点观测者、追光者(乙系原点观测者)、点光源及其发出的光束,重合在甲系乙系原点处。此刻,相对追光者而言(这是测速起点),甲系原点处点光源发出的光束,沿地月连线,向月球飞去;甲系原点处观测者、点光源和地球等,沿地月连线,向X轴负方向,远离追光者飞走。
针对乙系时钟T时刻暂停图,也就是甲系时钟t2=1秒暂停图,在理论研究上可以说,乙系观测者,包括追光者,他们可以使用自己的时钟量尺测量确定如下结果:向月球飞行的光束,相对甲系原点的距离值和光速值分别是△S1、V1=△S1/△T(这种情况,甲系原点处是测速起点,光束所在处是测速终点);甲系原点相对追光者的距离值和速度值分别为△S2、V2=△S2/△T(这种情况,追光者所在处是测速起点,甲系原点所在处是测速终点);光束相对追光者的距离值和速度值分别为△S3、V3=△S3/△T(这种情况,追光者所在处是测速起点,光束所在处是测速终点)。△T是乙系时钟从T1=0秒增加到T秒的时间值,对应甲系时钟从t1=0秒增加到t2=1秒的过程。
在一般情况下,如果无法确定甲系乙系的“秒”“米”关系,无法确定甲系时钟和乙系时钟具有何种时间值关系,无法确定甲系量尺和乙系量尺具有何种长度值关系,那么在此情况下,乙系观测者使用自己的时钟量尺测定的:V1=△S1/△T,V2=△S2/△T,V3=△S3/△T,跟甲系观测者使用自己的时钟量尺测定的:v1=299792458米/秒,v2=299792457.5米/秒,v3=0.5米/秒,它们具有何种关系,就应该由具体的测量实验和结果来决定,实验结果是啥样,就是啥样。
在目前条件下,类似航空实践中进行风洞电脑模拟实验,对本文设计的追光实验,也可以进行电脑模拟实验,或者进行实际的实验研究。创新发展交叉学科时空观,发展完善爱因斯坦时空观,可以推动科技创新发展,更上一层楼走向大丰收。
2.4、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,针对相对匀速直线运动的甲系乙系,爱因斯坦主要谈论了两大内容:
一是在甲系,爱因斯坦谈论了甲系的独立时空认识,也就是甲系观测者独立地进行眼睛观察、仪器实验和科学实践,使用自己的时钟量尺测量时间、长度、空间和速度等,独立地获得的时间空间认识。爱因斯坦把这部分内容称之为甲系观测者的独立观测结果。
二是在乙系,爱因斯坦根据甲系的观察、实验和实践内容,给乙系观测者提出了一系列的头脑假设猜想。具体说,根据甲系的观察、实验和实践内容,所获得的时空认识,爱因斯坦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。这些内容,就是爱因斯坦在头脑里对乙系情况进行假设猜想和虚拟想象,所产生的时空图像和物理模型。对于这样的头脑假设猜想、虚拟想象、时空图像和物理模型,爱因斯坦把它们称之为乙系观测者的独立观测结果,解释成了使用时钟量尺测量时间、长度、空间和速度等的观测结果。
在乙系,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数学公式进行转化变换,给乙系制造头脑假设猜想、虚拟想象、时空图像和物理模型的时候,混合使用了“原封不动继承”和“按需放大缩小”两种方法。
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。
形象地比喻,爱因斯坦把他头脑里假设猜想的时空图像、虚构想象的物理模型,跟乙系独立的时空认识、观测者的独立观测结果,混为一谈的情况,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。
在狭义相对论时空观里,爱因斯坦一直坚持他头脑里假设猜想的时空图像、虚构想象的物理模型,就是真的,确有其事,还挂上了乙系独立时空认识的招牌,挂上了乙系观测者独立观测结果的标签。这样做,实际上就是张冠李戴,有滥竽充数嫌疑。在爱因斯坦之后,类似的追随模仿者甚多,他们都是把自己头脑里假设猜想的理论图像、物理模型,自以为是地当成真的,自己昏昏地认为确有其事,广泛地传播,误导许多人。
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。