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第五卷 总第10期 格物 Vol.5,Sum No 10
2005年 第 4期 Matter Regularity No 4 2005
狭义相对论公式的绝对论推导
江正杰(福建师大公共管理学院哲学教研室副教授 福建福州350007)
内容提要:从基本量子假定出发可以将狭义相对论的所有公式推导出来,并有所修正,从而将相对论改造为绝对论。此一改造解决了狭义相对论自身所遗留下来的一系列问题。
关键词:狭义相对论 基本量子 绝对论
依据我们今天的见解,物质的基本粒子按其本质来说,不过是电磁场的凝聚,而决非别的什么。
——爱因斯坦
我相信,现在没有任何一个活人真的会断言,他能够想象出时间是速度的函数。也没有一个活人愿意下这样的赌注:他坚持自己的“现在”是另一个人的“将来”,或是其他人的“过去”。
——马吉(M·F·Maqie前美国科学协会主席)
从物理学的观点来看,相对论理论至少也是健全的理智不能立即接受的。从爱因斯坦中得出的符合实际的全部结论,能够而且常常成功地借助其他理论用简单得多的方法得到,而且这些理论丝毫不包含任何不可理解的东西,与爱因斯坦理论所提出的要求也毫无相似之处。
——季米里亚捷夫(前苏联物理学家)
根据我们提出的自然哲学的基本原理:充满绝对空间(即道)中的宇宙本原——基元,以刹那生灭的方式连续传播生成具有波粒二象性的基本量子,并进而以基本量子为最基本粒子,按照道自身所具有的数学规律,生成和构成了所有实物粒子和宇宙万物,不仅可以对德布罗意波公式进行修正并对其物理意义进行解释,而且可以极自然地推导出狭义相对论效应的全部公式。在推导这些公式时,其物理意义也一清二楚,因而可以对于相对论中的一些重大观念进行澄清。而依据爱因斯坦本人对于狭义相对论公式的推导过程,虽然其结论绝大部分都已被实验所证明,但是,这些效应在物理机制上仍是不清楚的,因而导致众说纷纭的解释。人们往往只是因为实验的验证才相信相对论公式及其推导,而不是因为其推导的合理性进而相信结论的合理性。因为狭义相对论本身没有给出它的两个基本前提(特别是光速不变原理)与在实验中实际发生的相对论效应之间究竟有着怎样的内在联系,所有的只是一种表面上数学逻辑联系。对此,尽管多数盲从权威的人满足于流行的认为相对论效应纯粹是观察效应的解释,而不敢提出任何疑问,但却难以消除有“理性良知”的人们内心深刻的怀疑和不安,他们往往不顾相对论如何一再地被实验所证实,总是不接受相对论在观念上的荒谬性,总是试图提出一个新的理论来代替相对论,并能包含其中的合乎实验验证的成份。这样一种状况是物理学的其他理论所不曾有的现象。也正是这种背景导致了本书理论的发现。希望我们不是在不绝如缕的反相对论潮流上增加一个无足轻重的观点,而是对问题的真正的解决,是对相对论效应之谜的真正揭开。
为了与爱因斯坦的相对论在观念上区别开来,我们把本文的理论称为绝对论。我们认为虽然存在着相对运动效应,但所有这些效应原则上都可以在绝对空间实体坐标中加以描述和揭示。因此,我们的理论对爱因斯坦相对论的批判改造,虽然在数学上的改变并不太大,但在观念上的革命却是深刻的,它彻底暴露了相对论流行观念的荒谬性,消除了其不良影响。由于它将相对论归结为量子论和绝对论,所以可以说是自牛顿、爱因斯坦以来的物理学第三次重大革命,是自爱因斯坦对牛顿的第一次否定之后的又一次否定,是实现了对牛顿绝对时空观否定之否定的回归。
一、狭义相对论公式推导的新方法
首先让我们来看一个由光源发出的光子的动量合成的例子,如图1。
图1
这样的例子在现代物理学中是从来没有见过的,但它的合理性对于任何一个不带既定成见的物理学者来说应都是显然的。如果认为这个例子是不对的,那么必须指出不是从本书所要试图取代的理论出发的理由或实验根据。我相信谁也找不到这样的理由及根据。
设有一个相对绝对空间实体静止的光源O向一个方向发出一束相同频率ν0和波长λ0的光子,其中一个光子的质量(即所谓动质量)为m0,速度为C,则其动量为m0C。当光源相对于绝对空间获得一个绝对速度V时,则在光源的相同位置和方向上所发出的光子必定要改变其运动方向和频率,同时也改变其能量及质量。设改变后的质量为m、频率为ν、波长为λ,速度仍为C(依光速在真空中不变的原理),则其动量为mC。原光速C与V的夹角为θ。
在光源加速过程中,正要发射、但还未发射的光子在光源运动方向上所获得的动量应是改变后的光子质量乘以光源速度(mV),这一动量正是光子原动量改变的原因。关于这一点可以参考一个原子发射电子的例子。
设一个原子P在静止时向一方向发出一质量为m。速度为V。的电子e,当原子获得一个速度V时,根据相对论原子的质量要增加,则其内的电子质量也要增加,则在同一个位置上发射的电子质量也增加为m,设此时速度为V′,此电子在原子运动方向上因原子运动所获得的动量分量为mV,这一分量是使原来在V0方向上发出的电子改变其质量、运动方向及运动速度的原因,如下图所示:
图2
则根据动量合成原理有:
m0V0+mV=mV′
同样,对于如图6-1所示的光源发射光子的情况也类似。
根据动量合成规律有下列关系:
mC=m0C+mV (1)
即(mc)2=(m0c)2+(mυ)2+2m0cmυcosθ
从中解得
于是,我们得到改变后的光子的质量与光子的初始质量m0及θ、V的关系式。
1、现考察⑵式的特例:
当θ=90°时,得
这与相对论所得到的质量增加效应公式形式上完全一样,实质上有没有联系呢?实际上,相对论关于非光速粒子的质增效应公式,正应由此推得并得到理解。
设一个非光速粒子由n个基本量子构成。我们前面讲过,基本量子在绝对速度为0的粒子中是以基本量子量子环的形式存在的。在特殊情况下,基本量子环的平面与绝对速度方向垂直,在一般情况下,并不垂直。但是,两种情况下基本量子环的量子动量在粒子静止时没有外在的分量,即在V的方向上基本量子的动量分量为0,因此在总体上,我们可以把V理解为与粒子内部的初始光速及动量是垂直的。同时,对于以绝对速度V运动的粒子中的每一个基本量子都有符合⑶式的关系。这样,当⑶式中的m、m。分别为非光子粒子的动质量和静质量时依然成立。
这就是相对论质量随速度增加效应的物理机制。
若考虑到粒子内部的光速方向并不都与速度方向相垂直,可根据统计规律进行处理,求m的均值,结果极接近于(3)式。
2、从⑶式我们可以得到一个光子的质能公式:
ε=m c2=hv(4)
对于一个光子的情况,其动质量为m,则其动量可以用mC表示。则根据、德布罗意波公式有:
则λ=c/v=ch/m c2=h/mc
即得:ε=m c2=hv
此外,式(4)也可以借鉴爱因斯坦的推导方式推导如下:
设粒子内部一个基本量子环在受力F的作用下其表观的绝对速度从0加速到螺旋式前进运动速度为V时所获得的动能为Ek。
根据动能定理,当外力对物体作功时,物体动能的增量等于合外力对它所作的功,即:
dEk=FdS=FVdt=V(Fdt)=dmV
则:
应用β=υ/c可得:
Ek=∫0ββcd
即Ek=mc2-m0c2 (5)
单从上式,其实还无法象爱因斯坦那样得出结论认为:m c2是总能的表达式。如果这样认为,就仅仅是猜测而已,还不能说有物理根据。从下列的根据我们才能顺理成章地得出上述结论。
由于基本量子环所增加的动能量正是基本量子的能量增量,而基本量子环的能量可以用hν表示,故对于从基本量子环到基本量子螺旋运动过程有:
K=hν-hν0 (6)
由(5)(6)得
K=mc2-m0c2=hν-hν0 (7)
因此,对于一个基本量子环和基本量子螺旋的情况其总能必有关系:
ε0=hν0=m0C2 (8)
ε=hν=mc2
而对于由几个基本量子组成的粒子,同样有:
E0=Σhν0i=m0C2 (9)
E=Σhνi=mc2
这与经过修正了的德布罗意公式一致。
可见,本书完全可以从绝对论自身固有的逻辑自然得到质能关系,且使其物理意义得到清晰的显示,而不需借助于相对论的结论。
依据绝对论,质能公式E=mc2中的光速是有物理意义的,它是与实际存在的内部光速对应的,正如它适用于光子的情况一样。而且E=mc2并不是可以从非光速粒子中得到,然后应用于光子,而实际应当是相反,正因为对光子及基本量子有质能速频关系ε=mc2=hν,才导出非光速粒子的质能关系。这样,关于静质量与动质量的区分也就消失了,其本质的一致也就得到完全的说明。
此外公式m=m0/(1-υ2/c2)1/2之应用于光子的情况,也就不能
认为由于光子的静质量为0,而使其动质量:
m=0/0
显示出不定值,因而得出结论认为质增公式并不适用于光子。恰恰相反,此公式正因为首先适用了光子,才进一步适用别的实物粒子。依据绝对论,严格来讲根本不存在所谓静质量,非光速粒子的静质量只是指其表观的绝对速度为0的情况下的质量,而它本身乃是由基本量子光速运动的动质量构成的。
3、我们可以在此基础上进一步得到相对论效应的其他公式:
由(1)式
mC=m0C+mV
的特例θ=90°得
m2c2=mc2+m2υ2
两边同乘c2则有:
m2c4=m02c4+m2υ2c2
即(m2c2)2=(m0c2)2+p2c2
亦即ε2=ε02+p2c2 (10)
这是对于一个光子情况的所谓总能公式,可推广到由n个基本量子构成的粒子,(10)式两边同乘n2得:
(nmc2)2=(nm0c2)2+(nmυ)2c2
即得E2=E+P2c2 (11)
这就是相对论的总能公式。
4、接着让我们再来看一看爱因斯坦相对论所得到的时间膨胀以及尺缩效应的实质是什么?
由(4)式mc2=hν得
m=hν/c2
代入(3)式得
即
由于λν=c周期T=1/ν
则有
即λ=λ0(1-υ2/c2)1/2 (13)
及
即T=T0(1-υ2/c2)1/2 (14)
式(13)与相对论的尺缩效应公式
L=L0(1-υ2/c2)1/2
形式相近。
可以说,所谓尺缩效应,实质也就是光子波长的缩小效应,除此之处,尺缩效应没有任何其他物理意义。与尺缩效应对应的实质是光子波长的减小,此外与所谓观察效应完全无关。波长缩小这是很好理解的事,这里不需要任何绝对时空观的变革。但由于相对论所导出的尺缩效应使我们看不清其本质,因此试图用实验去证明它,许多科学家为此设想了许多实验,结果是至今为止也未有一个实验直接证明了尺缩效应。这又是一个理论的误区所导致的实验的误区的实例。
5、又(14)式与相对论的时间膨胀效应公式
t=t0/(1-υ2/c2)1/2 (14′)
虽然形式是不同的,但其本质是一样的,后者必须被归结为前者才是可理解的。(14)式直接反映了飞行铯原子钟的变慢效应的原因,乃是由于铯原子的电子及其发出的光子的周期变小的缘故。但是至今为止从未有人把时间膨胀效应的本质看作是与光子的波动周期相关的,而认为其中包含什么诸如同时性相对性之类的玄妙莫测的东西。对这些东西的迷信由于许多有关时间膨胀效应的实验验证而得到了加强。我们认为所有验证时空膨胀效应的实验都可以从基本量子波长周期的变化中得到说明,而不必假定绝对时空观的失效。基本量子的周期变化是与频率及波长变化相联的,它们是同一个运动变化的不同表现方式,它们必然同时表现出来,而不可能分别表现。
实际上我们还可以把粒子寿命看作是一个与其能量相关的量,从而亦即是与其总频率相关的量。粒子的总能或总频率增加了,其寿命也按相同的比例延长了。这种理解要比只依据(14′)去理解要自然得多,它反映了粒子衰变规律与粒子能量之间的联系。粒子越是有充足的能量,它就越是能抵抗衰变的趋势,这是与自然界其他现象一致的、相当普遍的规律。
依这样理解的时间膨胀效应是绝对不可能与双生子佯谬有任何联系。双生子佯谬问题其实应是一个极显然的可以驳倒相对论的一个例子,但是,物理学家围绕这个问题争论了那么久,结果竟然是大多数人认为可以使相对论应用于这个例子时不发生佯谬,这真是无聊之极的推论。它表明为了使一个权威理论被解释为与事实相符合,可以怎样地不择手段,撒弥天大谎。这只是相对论对人类理性的极大愚弄之特别突出的例子。
6、现在让我们继续看一看:爱因斯坦从洛伦兹变换所得到的另一个极重要的公式:多普勒效应公式,是否也可以通过绝对论而得到。
实际上,从光子的动量合成法则出发,光子的多普勒效应就可以得到很好的理解。光源的速度一变,其发出的光的频率自然也要变,而其变化的规律正是由光子的动量合成法则决定的。
由(2)式
用m=hν/c2代入得
即得
这才是多普勒效应的真正正确的公式。
将ν=c/λ代入上式得
式(15)与式(16)作为多普勒效应公式是等价的。
(15)(16)及(2)式的几种特例如下:
1)当θ=0°时
由(2)式得
由(15)式得ν=ν0c/(c-υ) (18)
由(16)式得
2)当θ=180°时
由(2)式得m=m0c/(c+υ) (20)
由(15)式得ν=ν0c/(c+υ) (21)
由(16)式得λ=λ0(c+υ)/c (22)
3)当θ=90°时
由(2)式得m=m0/(1-υ2/c2)1/2 (23)
由(15)式得ν=ν0/(1-υ2/c2)1/2 (24)
由(16)式得λ=λ0(1-υ2/c2)1/2 (25)
我们还可以将上述得到的多普勒效应的频率关系式(15)与爱因斯坦所得到的下述相应公式进行对比:
(26)与(15)式在形式上的差别是显而易见的。其原因之一在于两公式的角度含义是不同的。我们可以将式(15)中的θ化为与式(26)中的θ含义相同的角,设为α。如下图所示:
图3
则有mC-mV=m0C
即:m2c2+m2υ2-2mcmυcosα=mc2
求得
用m=hν/c2代入得:
即
亦表示为
可见,在角度含义相同的情况下,式(27)与(26)仍有差别。式(27)的几种特例如下:
1)当α=0°时
ν=ν0c/(c-υ) (28)
2)当α=180°时
ν=ν0c/(c+υ) (29)
上述两种特例与由⒂式得到的相同,这好理解。
3)当α=90°时
ν=ν0/(1+υ2/c2)1/2 (30)
由于在这种情况下α与θ的区别显示出来,故而结果不一样。
而式(26)的几种特例情况如下:
1)当θ=0°时[即与式(27)中的α=0°时同]
ν=ν0[(1+υ/c)/(1-υ/c)]1/2 (31)
2)当θ=180°时[即与式(27)中的α=180°时同]
ν==ν0[(1-υ/c)/(1+υ/c)]1/2 (32)
3)当θ=90°时[即与式(27)中的α=90°时同]
ν=ν0[1-υ2/c2]1/2 (33)
可见,在相同的特例情况下式(26)与式(27)所得到的公式仍是不同的。但究竟哪一个公式更精确地符合多普勒效应的实验,需通过计算可知。
但从理论上看,相对论所提供的对于多普勒效应公式的推导显得缺少合理性,而基于绝对论的推导则是极其自然的。实验已验证了(26)式的精确性,即(26)式所提供的多普勒二阶效应的预言已被证实。
但是(27)式同样具有二阶效应。从目前的业已完成的验证相对论多普勒效应的实验来看,完全不能判断式(26)与式(27)哪一个更符合实验结果。
我们知道多普勒效应的经典形式是:
ν=ν(1±υ/c) (34)
即:当V与C方向相同时
ν=ν0(1+υ/c) (35)
当V与C方向相反时
ν=ν0(1-υ/c) (36)
这是纵向普勒效应情况,而横多普勒效应则不是经典理论所能给出的。
(31)(32)相对于式(35)(36)多出二阶效应,由以下可见:
由式(31)得
ν=ν0[(1+υ/c)/(1-υ/c)]1/2=ν0[1+υ/c+υ2/2c2+……]
由式(32)得
ν=ν0[(1-υ/c)/(1+υ/c)]1/2=ν0[1-v/c+υ2/2c2+……]
而式(28)与(29)相对于(35)(36)亦多出二阶效应。
对于(28)式有:
ν0c/(c-υ)=ν0(1+υ/c+υ2/c2+……)
对于(29)式有:
ν0c/(c+υ)=ν0(1-υ/c+υ2/c2+……)
可见对于纵多普勒效应的情况,两种公式在数值上只有极其微小的差异。而对于横多普勒效应的情况,相差更小。
已知爱因斯坦的多普勒效应公式与验证它的实验符合得比较好,而我们的公式同样与实验符合得非常好,也可能符合得更好。由于我们在国内无法找到这方面实验的原始数据,故无法进行详细的计算。已有的验证相对论多普勒效应的实验都是在V<C的情况下进行的,最高的光源速度仅达0.05C,在这种情况下两套公式只有不到千分之一的差别,而这个实验本身即有3.5%的误差。[1]而当光源速度较接近于光速时两套公式则差别较多。如当V=c/2时,
对于式(28) ν=2ν0
对于式(31) ν=1.732ν0
对于(30)式 ν=0.866ν0
对于(33)式 ν=0.894ν0
因此,我们可以通过提高光源速度的办法来验证两套公式的优劣。我们相信我们提供的公式一定会是更合理的。
上述理论最难以被接受的是本文开头时的光子动量合成的例子,其实这个例子与我们在《道路》第四章第二节中提出的“基本量子螺旋运动”的模型类似。不管这显得多么勉强,但也要比相对论中被掩盖的勉强之处要好得多。我们的理论目的在于为相对论效应提供一个物理解,即这些效应是与粒子内部的光速不变性所确定的规律相关的,而这一点不是从洛伦兹变换出发的爱因斯坦相对论所能揭示的。我们对多普勒效应的推导也是为了表明这个效应的机理是由光子的动量合成决定的,而不是可以用洛伦兹变换来说明的。一句话,我们之所以要提出这个推理,在物理上是为了说明光速在物理规律中所起的特殊作用的真正原因所在;而在哲学上是为了证明绝对空间(道)的存在,一切物理事件都发生在道的支配之下。
二、绝对论与相对论之比较
接下来我们不准备继续探讨广义相对论的问题,这方面的问题我们的观点都已在“广义相对论评析”一节中说了。在此只想重复强调一点:也许我们全都误解了爱因斯坦的相对运动概念。爱因斯坦曾坚持把相对论的本质概括为“不存在绝对运动,”而所有的只是相对运动。但是,我们都把这里的相对运动理解为是经验可以确定的具体事物之间的相对运动,并且认为这些相对运动从彼此相对的事物任何一方来描述都是等价的。而在爱因斯坦看来实际上存在着两种根本不同形式的相对运动:一种是上述我们通常理解的具体有形事物之间的相对运动;另一种则是根据作为相对论全部理论前提的马赫原理而得出的,具体事物相对于宇宙全部质量的相对运动,亦即是对于空间的相对运动。承认这后一种相对运动是狭义相对论中的惯性概念以及广义相对论中的非惯性概念所赖以确立的前提。可是,马赫原理作为相对论的前提只是从爱因斯坦的思想来源上才看得清楚些,而这一点并没有被爱因斯坦表达在其关于狭义相对论的论文中。虽然在其广义相对论的论文中把马赫原理作为基本原理之一,但没有得到一致认同,而爱因斯坦对于自己的主张也没有加以更强的坚持和更清楚的论述。如果爱因斯坦明白确认马赫原理只是用另外一种未经证明的方式承认了牛顿的绝对空间所起的作用,那么随着他放弃马赫原理,他就得被迫承认其相对论并没有脱离牛顿力学的绝对空间基础,同时也就是要重新确认以太的作用。实际上,爱因斯坦通过“广义相对论以太”概念已然作出了这一确认。但是,这样还要求回过头来重新思考狭义相对论问题,重新思考光速不变性与广义相对论以太的关系,重新思考洛伦兹变换坐标的性质问题。但是,爱因斯坦没有这样做。虽然爱因斯坦也曾说过没有以太,光是不可能传播的,但是他的这个观点毕竟没有深入发展到对自己原先观点的批判,而任由相对论的通常观点流行。即使爱因斯坦完成了这些自我批判,也许也不可能触动其相对论的数学表达,但至少在概念上可以避免其荒谬性、理论体系的前后不一贯,以及理论与实验之间实际上存在的不一致及牵强附会的情况。令人不解的是爱因斯坦的深刻头脑并没有促使他作到这一点,相反在有的时候还重复其荒谬的相对主义观点,如主张托勒密体系与哥白尼体系等价的问题。这样也就使其理论的内在荒谬的逻辑显露无遗了。爱因斯坦在这些问题上虽然不是站在顽固立场上,而是不敢坚持由其理论所导出的明显荒谬的结论,但他也没有勇敢到明白地承认自己的理论存在着明显的谬误的程度。
我们所提出的绝对论的优点主要表现在使得相对论的上述问题完全不存在了。从具体来看,绝对论的优越性已经在本文及本书的有关论述中显明了,现在我们只加以概括如下:
1、绝对论解决了相对论与牛顿力学之间的冲突,揭示了两者之间的真正关系。通常认为牛顿力学是相对论在低速情况下的极限近似,但这只是就数学形式看是这样,而从两者基本概念的联系上却并非如此。相对论并没有确立自己的可以完全代替牛顿力学的概念基础。正如我们的分析所指出的,牛顿力学的绝对空间、绝对时间、惯性、质量等概念并没有为相对论所否定,而只是为相对论所发展。相对论揭示的粒子寿命受速度影响的事实并没有否定绝对时间;弯曲空间也没有否定绝对空间,它是在绝对空间这一本体空间基础上加上引力场的影响(即质量存在对绝对空间的反作用)而得出的结论;质量随速度变化的相对论效应仅只是否定了牛顿力学的质量不随绝对速度变化而变化的假定;而对于惯性定律相对论根本没有增加任何新东西。
2、绝对论解决了相对论与量子力学之间的不协调性,将相对论归结为量子论,并与牛顿力学的基本概念统一起来。相对论只是从光子的光速不变出发;量子论则只是从光子的量子性出发。而绝对论则从基本量子的光速不变性与量子性的统一出发,根本上完成了这两个理论的综合,揭示了相对论与量子论的内在联系。
3、绝对论的前提假定比相对论更简单。实际上绝对论涉及的假定只有一个:道创生基本量子的原理,它是从狭义相对论的两个前提之一(光速不变性)转化而来的。至于在论证过程中还附加了一些假定,那是为了说明相对论本身也不能说明的一些问题所必须的。相对论名义上只有两个前提假设,实际上,相对论在推导过程还加进了许多假设,如洛伦兹变换中光速的特殊放置,以及洛伦兹变换为什么能应用于非光速粒子运动的情况等。我们认为所谓相对性原理(即认为在任意的参照系物理定律都有一个统一的形式)之所以能成立,正是因为任何物理事件都发生在绝对空间中,因此也唯一地取决于绝对空间。通过洛伦兹坐标变换,实际上是变换到了具有一定的绝对速度的坐标上,那么在这个坐标上的物理事件的物理量自然也要发生相应的改变,而其物理定律之所以不变,正是由于物理事件仍在绝对空间中发生和被描述的缘故。在广义相对论的广义协变中,反映的同样是绝对空间(本体空间)与不同曲率的有场空间之间变换时物理量的变化。
4、绝对论的推导过程与狭义相对论相比更为简单,不需涉及坐标变换问题。它还揭示了洛伦滋变换所可能包含的真实的物理内涵,即反映了光的波长和周期的变化。
5、绝对论消除了狭义相对论中引起争论不休的荒谬问题:双生子佯谬问题,托勒密体系与哥白尼体系是否等价的问题,这些问题在绝对论中根本不会引起。
6、绝对论消除了相对论的许多错误问题。在相对论中对于相对论效应公式的推导,都是通过坐标变换进行的,而不是让物理对象本身发生加速,这就必然引起所谓观察效应说,将相对论效应看作没有客观性,而纯是观察引起的。这是极荒谬的,没有任何证据。在绝对论看来,一切过程都是在绝对空间中客观发生的。即使是在光的多普勒效应那里,如果不是单纯的光源运动引起的,(在这种情况下,其所发出的光的频率客观上发生了变化。)而是由观测者移动引起的效应,在这种情况下,观测值虽不反映光源发出的光的客观频率,但却反映了仪器与光子发生相互作用后频率的改变,因此也是客观的效应。
7、绝对论也消除了相对论关于光子静止质量问题上引起的混乱。相对论将质量随速度增加效应公式从非光速粒子推广应用于光子时,得到光子静止质量应为0的结论。在绝对论看来,这种应用根本是不能允许的,正确的是应反过来,从光子(基本量子)中得出的结论应用于非光速粒子。在绝对论看来所谓光子静止质量是根本不存在的概念,光子只有唯一的由能量确定的质量,所有关于测定光子静止质量的大量实验不过是由错误观念引起的多此一举而已。此外,绝对论还对非光速粒子的静质量与动质量的区分予以统一的理解。
8、绝对论可以说揭示了相对论效应之谜。在相对论那里,前提假设与结论之间内在关系未明,光速与非光速粒子之间内在关系未明,即非光速粒子的物理规律为什么要用光速来表达(E=mc2)未明。而这一切在绝对论的推导中已经一清二楚。
9、绝对论优于相对论的地方还在于它可能提供对于粒子结构规律进行说明的出发点。从绝对论的推导过程及结论来看,使我们益发相信基本量子是最基本粒子。而爱因斯坦本人已认识到相对论的一个缺点正在于不能对物质的结构提供解释。
10、绝对论对于相对论实验提供了更为一致的解释。按照相对论观念,相对论效应正如双生子佯谬一样完全是相对的:B对A有的效应,A对B也同样有。可是这一点没有任何实验可以证明。所有实验都只证明相对论效应是单向发生的,且这种效应是客观的,不是依赖于观测的。而且铯原子钟绕地球飞行的实验直接证明了相对论效应不是取决于相对运动,而是取决于绝对运动。
不仅如此,绝对论还对相对论不能包含或解释的实验给予了说明。如验证马赫原理的许多实验得到的否定的结果,可以为我们提供的对惯性的说明合理地解释;迈克尔逊-莫雷实验也得到了新的解释;远距离超光速相关性实验也可以与我们的绝对空间实体的假定相容;测定光子静质量的大量实验也符合绝对论的观点。后面我们还将这种理论与实际的相符推广到精神科学和人体科学中。
总之,绝对论提供了对于物理理论各分支的最大综合,提供了对于物理现象、物理实验的最大范围的一致解释,这一切都支持了我们的基本原理假设的正确性。当然对于绝对论的进一步完善乃是以后的事。
对于我们所建立的绝对论,最大的反驳无非来自以下两点,一是认为非光速实物粒子内部存在光速是没有根据的。二是认为宏观所得到的动量合成规律是不适合于微观的。
对于前一点批评我们可以作这样的回答:认为非光速实物粒子内部存在光速的基本量子固然是纯粹的假定,它没有任何直接的实验事实作为根据。但没有直接实验根据的东西在物理上并不是就不允许假定的。只要从这样的假定出发能够合理地解释许多物理现象,它就是被允许的。我们已经讲过,这个假定是这样显然,以至于缺少了这个假定,许多基本的物理现象就是不可理解的神秘现象,如实物粒子为何会发射出立即以光速运动的光子;如为什么实物粒子的能量必须根据质能关系式(ε=m c2)用光速来表示;如为什么粒子有普遍的自旋特性。所有这些现象都逼出了上述假定。何况我们从这个假定出发对上述现象的解释并非是纯粹定性的,而也包含了大量定量的内容。只要从这个假定出发所推导出的定量预言符合实验事实,就必须认为这个假定是合理的,并且具有一定程度的真实性。这一点难道不是发现物理理论的常用方法吗?
我们知道牛顿的几乎每一个重要概念无不是基于假定,不仅绝对空间、绝对时间是不可直接观察的假定,甚至是质量、力、惯性也是这样的假定。爱因斯坦在创立物理理论时所追求的理想只是使得做为出发点的基本假定要尽量简单,但不要求它们一定有直接的实验支持,只要由它们导出的结论得到实验的支持就够了。事实上,作为相对论出发点的光速不变原理并没有直接的实验支持,而只有间接的实验支持。因为我们不能直接测定单程光速,而只能测定双程回路光速。此外,现代粒子物理学的夸克理论中的夸克分数电荷的假定也没有直接的实验支持,但它的导出结论都有许多实验的支持,这使得我们也不得不接受这个理论,而不管这个理论的假定显得多么不可思议。
如果有人实在不能接受实物粒子存在内部光速的说法,那他也可以认为这种光速实际上是不存在的,而实际上存在的仅仅是以驻波形式存在的光速。这是很有可能的。无论如何作为束缚态的光速与自由态的光速是不同的。但有一点却是相同的,那就是它们都具有相同的由绝对空间决定的性质,因此它们也服从相同的物理规律。
第二种批评认为我们将动量合成原理运用到微观领域是不合理的。这里存在两个层次的问题,一是认为我们将动量合成原理用到光子那里是不合理的,二是认为我们进而将光子的规律用到非光速粒子内部存在的光速也是不合理的。实际上,真正来讲,物理规律没有一个适用于微观与宏观上的差别问题,所有的仅仅是能否将物理条件考虑周全的问题。牛顿力学并不是只适用于宏观而不适用于微观,也不是只适用于低速不适用于高速。这里的问题仅在于适用于不同的情况时产生的误差是不一样的,适用于宏观低速时误差较小,而适用于微观高速时,误差较大。而我们知道这里误差产生的原因完全是由于牛顿力学中存在的错误假定造成的,而与宏观和微观、高速和低速的差别并无关系,那就是它假定质量并不会随着速度的改变而改变等。除此之外,牛顿力学定律并没有适用范围的限定。至于说到它在处理微观问题时遇到的新问题,那完全是因为它没有考虑到微观系统的复杂性所致。在这里需要考虑到许多粒子所组成的系统的规律具有统计特征。对单个微观粒子孤立系统,经过相对论修正的牛顿力学规律还是完全适用的,而在不能适用的地方所需要的也不是抛弃牛顿力学的规律,而是需要更多的规律。对于电子运动的情况,没有哪个牛顿力学定律是不适用的,对于光子也同样。至于说牛顿力学不能处理电子、光子的所有问题那完全是另外一个问题,这里与宏观微观之区别无关。实际上,不是动量合成原理不适用于光子和电子,而是根本就没有人进行过这种尝试,于是看起来就觉得不顺眼。这里所存在的仅仅是偏见在作怪罢了。
至于讲到光子的动量合成不适于内部光速的情况,也是同样毫无根据。在这里如果有什么不适用的话,那也仅仅在于我们无法将非光速粒子内部的光子基本量子孤立出来加以处理。但我们知道束缚态的基本量子与自由态的基本量子是遵守同样的物理规律,因此它们也必然同样遵守动量合成原理。正因为基本量子符合动量合成法则,才决定了由它们合成的复杂结构系统的统计结果也符合同样的法则。可以说任何宏观的规律都是由微观的规律所决定的,断不存在没有微观来源的宏观规律。而且两种情况的规律从理念上说是同样的,只不过在处理具体问题时,由于复杂性的不同需要考虑到的条件和规律也不同。总的来说,处理微观问题需要考虑更多的物理规律,但断不至于存在宏观规律不适用于微观的情况,除了这个规律本来就有其特定范围的适用对象,但总之,动量合成法则不属于这样的规律。它是如牛顿三大力学定律和万有定律一样的定律,无论微观还宏观都是要遵守的。
注释:
[1]参见 张元仲,《狭义相对论实验基础》 北京:科学出版社,1994,第73页。
作者简介:江正杰,(1968.10— ),福建闽清人,工学学士,哲学硕士。论文在《自然辩证法通讯》、《人民政协报》等刊物发表。著有唯道主义的系列哲学著作,《道路——道的证明与唯道主义的自然哲学和科学》、《道德传真》(人民日报出版社2005)、《经典文化教育运动启示录》(大连出版社2004)等,有志于建构新时代的哲学体系,致力于复兴大道哲学和中国传统文化,使之在与现代科学的结合中获得新生,并使科学主义和人文主义沟通起来。现任福建师大公共管理学院哲学教研室副教授。(邮编350007,电话:0591-83416844)
To Deduct The Formula of Special Relativity from the Absolute
Jiang Zhengjie(the Col. of the common administer, the Fujian Normal University, 350007)
Abstract: All of the formulas of the Special Relativity may be derived from the basic quantum postulate, and should be amended, thence the relativity should be amended into the absolutism. The special relativity’s sequelae may be solved with this amendment.
Key Words: the special relativity; the basic quanta; the absolutism
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