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从相对论到可定论(第2讲洛伦兹变换的问题)

为解释不同惯性系中所测得的光速不变这一特殊现象,相对论以洛伦兹变换为基础对此做出了解释。洛伦兹变换由狭义相对性原理和光速不变原理推导得出。

狭义相对性原理:一切物理定律(力学定律、电磁学定律以及其他相互作用的动力学定律)在所有惯性系中均有效。

光速不变原理:单向光速是个常数且与光源的运动无关,换言之,在所有惯性系中,真空中的光速不变。

设想有两个惯性坐标系S系和S’系,S’系的原点O’相对S系的原点O以速率v沿X轴正方向运动。任意事件在S系、S’系中的时空坐标分别为(x,y,z,t)、(x,y,z,t)。t、t分别是S系和S’系时刻。两惯性坐标系重合时,分别开始计时。

若x = 0,则x+vt = 0。这是变换须满足的一个必要条件,故猜测任意一事件的坐标从S’系到S系的变换为:

式中引入了常数γ,命名为洛伦兹因子。根据相对性原理,因为不同惯性系的物理方程的形式应相同,上述事件坐标从S系到S’系的变换为:

狭义相对论以洛伦兹的时空变换为基础,结合动量守恒定律,推导得出狭义相对论的其他结论。广义相对论又以狭义相对论为基础,如果狭义相对论不成立,则广义相对论也就不成立。

这一公式的洛伦兹因子所表示的是:同一光子在两个惯性系中分别在t和 t时间内从S的原点到x和 x所走行的距离之比值,它反映了两个惯性系间的空间密度的比例关系。这个比值γ当然应是个不等于1的常数,因为如果等于1的话,就可通过伽利略变换计算。

上面公式中的vt的计算取值是错误的,因为对于公式(x+vt),它要计算的是光子是在S’中走行的距离,而速度v所表示的是整个S’相对于S的速度。所以只能先计算出光子在S中的走行距离vt,然后再通过洛伦兹因子将距离转换到S’中去。即在对应时间段内光子所走行距离的值应乘上γ-1。因此,该公式应更正为:

该公式的洛伦兹因子取值γ是错误的。洛伦兹变换中将其取值为γ的根据是相对性原理(或等价原理),相对性原理指一切物理定律(力学定律、电磁学定律以及其他相互作用的动力学定律)在所有惯性系中均有效。相对性原理无疑是正确的,但这个公式所反应的不是物理定律,物理定律是有关力的作用的定律,而这个公式所反映的是时间和速度与位置间的相互关系,与力的作用无关。这个公式取值γ的前提条件不是相对性原理,而应是两惯性系间的空间密度和时间节律分别相等。在以后的推导中,相对论却又以此为基础推导出不同速度惯性系间的时间和空间的变化关系,得出尺缩钟慢等结论。光速不变这一特殊的现象已说明不同惯性系的空间密度和时间节律并不一致,因此,反映两惯性系空间密度之比的两公式的洛伦兹因子应互为倒数关系。

公式γ= x/(x-vt)所表示的应是:同一光子分别在两个惯性系中在t和t时间内从S’的原点到x和x所走行的距离之比值。这一公式中的光子在S’所走行的距离,还应加上S’以v速在光子测量期间内所走行的距离,因此该公式应更正为:

洛伦兹因子是绝对化的两个空间的长度对比关系,计算时它可改变惯性系空间中所有研究对象的长度,即使对于做惯性运动的光子所走行的距离,计算时在另一惯性空间中也可改变其长度。所以,作为狭义相对基础的洛伦兹变换仍是一种将空间实在化的本体论哲学观。

可看出两惯性系之间的时间变换关系与惯性系中的x值有关,而不成正比例关系,也就是说,如果确定S是时间节律统一的惯性系,那么,变换后的S’中的不同x位置就有对应的不同的时间值,这说明变换后的参照系中的不同位置的时间节律不同。这不符合惯性系对时间节律统一性的要求,各种物理定律也必不适用于这样的参照系。这样的变换结果直接违背洛伦兹变换推导前设定的相对性原理。

相对论中的光速不变原理认为光速与光源的运动无关,这条假设是没有必要的,光子从光源射出后本来就与光源的运动没有关系,就如同子弹离开了枪管后的运动与枪没有关系是一个道理。

光速不变是人们在现有观测条件下所得到的观测结果,再多归纳的结果也不能保证结论的绝对性,不能把现象当作原理。就如同苹果往下落只是现象,万有引力规律才是原理。如果把物体往下落当作原理,就很可能得出重的物体比轻的物体下落速度更快的错误结论。光速的测量是通过光走行的距离除时间得到的计算结果,如果时间测量工具或距离测量工具有误差,测得的光速结果也就会不同。如果测量时时间和距离同程度地被改变,测得的光速也会不变。把目前条件下测得的结果当作绝对的恒定值,缺乏充分的理由。

目前人们对基本粒子做再多的加速都不能使之速度达到或超过光速,其它运动的物体也没有测出超过光速的现象,这只能说是人们在目前条件下测得的结果。尤其是对粒子的加速结果不能证明光速是不可超越的极限,因为加速都是通过外力对粒子加速,使之产生加速度。这种力一般都是电磁力,电磁力是电场和磁场作用的结果。而力就是物体对物体的作用,电磁场本身的传播速度不超过光速,通过它的作用无论如何也不能使粒子速度超过光速。就如风与云的关系,被风吹动的云的运动速度不会超过风的速度。如果我们能以大于光速的物体对粒子加速,应该就可使之速度超过光速。或者想办法使接近光速运动的粒子炸开分裂,根据动量守恒,应可测出有个别分裂部分的运动速度能超越光速。

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