“同时性”是绝对的-引力场就是“以太”.doc

《“同时性”是绝对的》（第二稿）

“同时性”是绝对的，引力场就是“以太”
（第二稿）
费 邦 镜
2004/12/18

目 录
前言 …………………………………………………………………… 2
第一章 狭义相对论的“光速不变”假设值得怀疑 ………………… 2
——“光速不变”假设被提出100年来始终没能得到实验的证实
第二章 爱因斯坦的校钟方法存在“逻辑循环”的毛病 …………… 2
——爱因斯坦的校钟方法与“光速不变”互为前提
第三章 一种把爱因斯坦校钟法加以改进的校钟方法 ……………… 3
——可以省去“光速不变”这一前提的费氏校钟法
第四章 爱因斯坦否定“绝对同时性”的思想实验不成立 ………… 4
——在“爱因斯坦火车”上爱因斯坦偷换了参照系
第五章 “同时性”是绝对的 ………………………………………… 5
—— 一种可以把不同惯性系的钟校准同步的方法
第六章 一个大胆的假设——引力场就是“以太” ………………… 6
——“以太”并不是传播光的媒质，而是“光传播的物理环境”
结束语 ………………………………………………………………… 8
参考文献及注释 ……………………………………………………… 8

前 言
要讨论“同时性”，理应先明确什么是时间，但什么是时间呢？这真是一个神秘的问题，我们本能地感到自己是完全理解它的，但却无法向别人表达清楚。即使是伟大的牛顿，他也只能说：“我不给时间、空间、位置和运动下定义，因为那是大家都知道的。”（牛顿 著《原理》）时至今日，没有谁明确告诉我们“什么是时间”。
使人疑惑的是爱因斯坦为什么也没有给时间下个明确的定义呢？狭义相对论作为一个关于时间和空间的理论，却不给时间下个明确的定义，简直不可思议！“光速”是狭义相对论的核心，没有时间的定义，何来“光速”的定义？是疏忽？还是在故意回避着什么？
因为没有时间的定义，爱因斯坦就可以在“同时性”问题上随意发挥，也让我们在理解“同时性”问题时特别艰难，以至老是怀疑自己的智商。 但是，也正 因为没有时间的定义，给“绝对同时性”的翻案提供了可能性！
但愿读者能收敛几分钟对爱因斯坦的崇敬，听一听不同的声音。

第一章 狭义相对论的“光速不变”假设值得怀疑
——“光速不变”假设被提出100年来始终没能得到实验的证实
狭义相对论的两个基本假设之一是光速不变，而检验“单向光速”是否各向同性（即光信号沿任意给定方向的传播速度是否相同）是检验光速不变的主要内容之一。遗憾的是从1905年爱因斯坦提出狭义相对论至今已经整整100年了，假设却仍然还只是个假设，“各种检验光速不变性的实验都只证明了回路光速的不变性，并没有证明单向光速的不变性。”① 一个长期得不到验证的假设，无法不让人对它产生怀疑！

第二章 爱因斯坦的校钟方法存在“逻辑循环”的毛病
——爱因斯坦的校钟方法与“光速不变”互为前提
为了验证单向光速各向同性，必须先测量单向光速。而要测量单向光速，必须先把异地钟校准同步。那么如何才能把异地钟校准同步呢？爱因斯坦为我们选择了最好的校钟法：“我们必须在这两个钟的距离的中点处摄取这两个钟的电视图，在这个中点上观察它们。如果信号是同时发出的，它们也同时到达中点处。假使从中点上所观察到的两个好钟一直指示着相同的时间，那么它们便能很适宜于来指示距离很远的两点上的时间。” ② 我们可以很清楚地看到这种方法是以光速各向同性为前提的。也就是说，为了验证“光速不变”，必须先校钟，而校钟又必须以“光速不变” 为前提，这在逻辑上就陷入了循环! 简言之，用爱因斯坦的校钟方法，单向光速是不可测量的，“光速不变”是永远不可能得到验证的。

第三章 一种把爱因斯坦校钟法加以改进的校钟方法
——可以省去“光速不变”这一前提的费氏校钟法
那么能不能找到一种不需要以光速各向同性为前提的校钟方法呢？完全可以，请看笔者的设计：如图一所示的惯性系中，A、B为两只异地的同样的好钟，M为AB的中点，KM是AB的中垂线，我们在K处放置一个闪光信号发射器，只要K距离M足够远，那么光线KA和KB就可以认为是“同向”的，无论“光速各向同性”与否，它们当然等速③，又KA=KB，则从K发出的每一个闪光信号都会同时到达钟A和钟B，依此，我们就可以把钟A和钟B校准同步。 笔者把这种校钟法命名为费氏校钟法。
其实，如果我们把闪光信号发射器移动到M点进行校钟，那么就完全等同于爱因斯坦校钟法，但是这种情况下就不得不把“光速各向同性”作为校钟的前提。
简言之，如果光速各向同性，那么两种校钟法是完全等价的；如果光速各向异性，那么爱因斯坦校钟法就不能成立，而费氏校钟法却仍然能够胜任。
显然，费氏校钟法比爱因斯坦校钟法可以省去一个可疑的前提，当然更简约，更科学，更可靠。
如果在此惯性系的另一点C处也有一只同样的好钟，我们当然也可以用此法把钟B和钟C校准同步。且因为A、B同步，B、C同步，所以A、C亦同步！
如法炮制，我们可以把此惯性系的每一空间点上的同样的好钟全部校准同步。这样一来可就方便多了，今后我们要比较一个惯性系中两个相距遥远的事件是否同时发生，只要分别记下这两个事件发生时各自近旁的钟的时刻，事后再比较一下这两个时刻是否相同就可以了，完全不需要象爱因斯坦说的那样：以光速各向同性为前提，临时临刻跑到两个事件发生地的中点处去观察。

第四章 爱因斯坦否定“绝对同时性”的思想实验不成立
——在“爱因斯坦火车”上爱因斯坦偷换了参照系
要让人接受狭义相对论，最大的障碍莫过于人们意识中根深蒂固的“同时性的绝对性” 。1905年之前，爱因斯坦对“同时性”进行了近10年的思考，终于用“爱因斯坦火车”这一思想实验，一举粉碎了“同时性的绝对性” 。但是这个思想实验也是以光速不变为前提的！完全靠不住。更不幸的是，即使承认了光速不变这一假设，爱因斯坦的论证也不成立！
爱因斯坦论证道：“假设有一列很长的火车，以恒速v延着图1所标明的方向在轨道上行驶。……对于铁路路基来说是同时的两个事件（例如A、B两处雷击），对于火车来说是否也是同时的呢？我们将直接证明，回答必然是否定的。当我们说A、B两处雷击相对于路基来说是同时的，我们的意思是：在发生闪电的A处和B处所发出的光，在路基A→B这段距离的中点M相遇。但是事件A和B也对应于火车上的A点和B点。令M＇为在行驶中的火车上A→B这段距离的中点。正当雷电闪光发生的时候（从路基上判断），点M＇自然与点M重合，但是点M＇以火车的速度v向图中的右方移动。如果坐在火车上M＇处的一个观察者并不具有这个速度，那么他就总是停留在M点，雷电闪光A和B所发出的光就同时到达他这里，也就是说正好在他所在的地方相遇。可是实际上（相对于铁路路基来考虑）这个观察者正在朝着来自B的光线急速行进，同时他又是在来自A的光线的前方向前行进。因此这个观察者将先看见自B发出的光线，后看见自A发出的光线。所以，把列车当作参考物体的观察者就必然得出这样的结论，即雷电闪光B先于雷电闪光A发生。这样我们就得出以下的重要结果：对于路基是同时的若干事件，对于火车并不是同时的，反之亦然（同时性的相对性）。”④
在这里，爱因斯坦偷换了火车上M＇观察者的参照系！如果M＇观察者始终以火车为参照系，那么他所观察到的情景应该是如图四那样：在不动的火车上，A＇和B＇遭雷击，根据“光速不变”假设，来自A＇的雷电闪光和来自B＇的雷电闪光应该以相同的光速C向M＇行进，而决不会观察到来自B＇的雷电闪光更“急速”，而来自A＇的雷电闪光更缓慢（如果M＇真的观察到来自两个方向的闪光有急有缓，那么就直接推翻了“光速不变”的前提）。实质上爱因斯坦是把路基上的K偷换为火车上的M＇，而K确实“先看见自B发出的光线，后看见自A发出的光线”，但那是路基参照系内的事（如图三那样），可惜K并不是AB的中点，他对雷电闪光的同时性并无判断权。所以爱因斯坦借用这个思想实验否定“绝对同时性”的论证是不成立的。

第五章 “同时性”是绝对的
—— 一种可以把不同惯性系的钟校准同步的方法
估计大家对同一惯性系中的好钟用费氏校钟法校准同步不会有什么异议，那么笔者就得寸进尺，把费氏校钟法进一步推广到不同惯性系中去。
如图五a，有一批结构相同的好钟，分放在路基和火车两个惯性系内，每个钟近旁都有一位观察者，火车以速度v相对路基向右匀速运动，事先我们已经用费氏校钟法把路基上的A、B等钟校准同步，也用费氏校钟法把火车上的P、Q等钟校准同步。当钟P与钟A擦肩而过时，观察者A观察到钟A比钟P快了t秒，当然观察者P观察到的场景同观察者A观察到的场景是同一个场景，也观察到钟A比钟P快了t秒。于是，根据事先的约定，观察者P立即把自己身旁的钟拨快t秒，紧接着又通知火车上的所有观察者〔通知方法并不苛求用光信号，甚至可以用声音〕：把自己身旁的钟都拨快t秒。如此一来，不仅火车上的P、Q等钟依然同步，而且路基和火车两个惯性系内所有的钟全部都同步！今后我们要比较两个相距遥远的事件是否同时发生，无论观察者以哪个惯性系为参照系，只要分别记下这两个事件发生时各自近旁的钟的时刻，事后再比较一下这两个时刻是否相同就可以了。这就意味着：同时性是绝对的！
然而，事情并不如此简单，懂一点狭义相对论的人都知道：运动的钟会变慢即使把钟P和钟A在相遇时校准到同步，那么，随着时间的流逝，两个惯性系内的钟仍然不会同步。其实，这种情况是决不可能发生的。假设运动的钟真的会变慢，那么请看图五b，如果以路基为参照系，钟P是运动的，观察者P和B都会观察到：钟P的指针转过的角度一定比钟B的要小；而如果以火车为参照系，钟B是运动的，观察者P和B都会观察到：钟P的指针转过的角度一定比钟B的要大，两种结果互相矛盾，所以“运动的钟会变慢”这一假设不可能成立。这种情况类似于“双生子佯谬”，但是，相对论者对“双生子佯谬”尚可以用“其中一个惯性系经历了既加速又减速的过程，两个惯性系不对称”来解释，而在这里，路基和火车是两个完全等价的惯性系，“运动的钟会变慢”只能是真谬，而不是佯谬！同时性就是绝对的！

第六章 一个大胆的假设——引力场就是“以太”⑤
——“以太”并不是传播光的媒质，而是“光传播的物理环境”
狭义相对论是为了否定以太而诞生的，现在看来疑点不少，不禁让笔者萌动了重新寻找“以太”的念头。
根据沙比罗等人已完成的所谓“雷达回波的延迟”实验，证明了太阳的引力场能影响光速。爱丁顿等好几组科学家观察到通过太阳附近的星光会发生弯曲，也直接证明了太阳引力场会影响光速。……越来越多的实验证明：真空中引力场与光速的关系密切，笔者猜想：“引力场”是否可以担当起“以太”的重任？
如果“引力场”就是“以太”，那么这个以太已经不是经典意义的以太，它应具备下列属性：
Ø 引力场并不是光的转播媒质，而仅仅是“光传播的物理环境”；
Ø 光速是光在其所处的引力场中运动的特性，光速是引力场场强的函数；
Ø 在场强大小不同的引力场中，光速的大小是不同的，在地球附近引力场中，光速C＝300000 km/s，在远离星体的真空中，光速应大于300000 km/s；
Ø 在场强不均匀的引力场中，光并不会延直线行进（广义相对论把这叫作时空弯曲）；
Ø 能影响引力场分布的运动，都会曳引以太；不影响引力场分布的运动，都不会曳引以太；部分影响，则部分曳引。
现在来看一看，这个新以太论能否圆满解释狭义相对论创建前旧以太论所无法解释的实验事实
首先，就是旧以太论完全无法逾越的迈克尔逊—莫雷型实验。在新以太论看来，既然地球附近的以太（引力场）主要是地球自己发出的，那么这部分以太当然是被地球完全裹携着一起在公转轨道上运行，迈克尔逊—莫雷型实验测不到地球公转的以太风就是理所当然的。那么地球自转呢？根据新以太论，球体自转不影响引力场分布，当然不会曳引以太，应该有以太风，迈克尔逊为什么不能测到以太风呢？据笔者掌握的资料：迄今最精确的迈克尔逊一莫雷型实验也只能否定速度大于950m/s的以太漂移⑥，而地球赤道的线速度大约只有464m/s，地球上最大的以太风速一定不大于464m/s，迄今迈克尔逊—莫雷型实验没能测到地球自转的以太风是不奇怪的。
看到这里，马上就会有人就指出：1970年Isaak做的转动圆盘上的穆斯堡尔效应实验给出的以太风速上限只有0.05m/s，如何解释？其实，穆斯堡尔效应实验能证明的仅仅是：以太风昼夜变化的差不大于0.05m/s ⑦。即使以太风再大，只要它速度稳定，穆斯堡尔效应实验是无法否定的 。
随着实验技术的提高，一定能测到地球自转的以太风。
那么如何解释光行差和斐索曳引系数。
其实对于光行差效应，英国物理学家斯托克斯早就有了几乎是正确的解释⑧。现用新以太论进一步解释如下：地球沿轨道运动时，确实把附近的以太完全裹携走，不过里、外各层以太的速度不同，紧靠地球的以太几乎与地球有相同的轨道速度，越外层的以太速度就越小（因为地球引力场在那里参加迭加的量小，以太受地球运动的影响也就小），当外层光线射到里层时，必然要改变方向，这就是光行差效应。艾里在望远镜里灌满水，为什么丝毫也不能影响光行差效应？那是因为望远镜周围的引力场强几乎没有发生变化。
至于斐索曳引系数，那是因为：无论水管中水流的速度是多大，并不会影响光路中的引力场分布，所以水流并不能曳引以太，部分曳引是由于折射媒质的运动所致。
结 束 语
本文最后一章用“引力场就是以太”这一假设替换了“光速不变”假设，同样完美地解释了当年诱使爱因斯坦创建狭义相对论的所有实验事实，而且完全避免了那些玄虚而又复杂的变换。前面几章否定爱因斯坦校钟法、否定“同时性的相对性”，就是为了松动一下我们对爱因斯坦的迷信，为恢复“以太”假设作一点思想准备。
只要能测得地球自转的以太风，或者能测得在远离星体的真空中，光速大于300000 km/s，那么本假设就可以认为得到了验证。

参考文献及注释
①　张元仲 著《狭义相对论实验基础》（科学出版社，1979年9月第一版，第19～20页）。时至今日仍然未见有证实单向光速不变的实验报道。
②　A·爱因斯坦 著《物理学的进化》（上海科学技术出版社，1962年3月第1版，第132页）
③　严格些，应该说是：只要K距离M足够远，光线KA和KB的夹角就趋于零，如果光速各向异性，那么它们的速度差也趋于零。
④　A·爱因斯坦 著《狭义与广义相对论浅说》（上海科学技术出版社1964年8月第1版21～22页）
⑤ 本章所有观点全部摘编自笔者1984年2月的论文《给“以太”招魂》
⑥ 张元仲 著《狭义相对论实验基础》（科学出版社，1979年9月第一版，第55页）。
⑦　（美）J.D.杰克逊 著《经典电动力学》（高等教育出版社1980年5月第1版第46～51页）
⑧　（苏）В.И.雷德尼克 著《场》（科学普及出版社1981年1月第1版第50页）

作者姓名：费邦镜
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