流体力学中我们已经看到了力学家怎样通过微团模型在流体中造出微观和宏观的两重空间，实际上它的微观空间是粒子间的场的一种表示。爱因斯坦的时空关系也是实物 (粒子)与暗物(波 )之间的相互作用关系的一种表现，由于现在被“物化”不再是一种物(暗物 ),而是两种物(实物与暗物)之间的相互作用过程。
系统首页 站点列表 分类列表 投稿指南 网管声明 网站简介 顾问简介 消息列表 友情网站 站内搜索 来稿登载 返回主页
1.许兆康的研究网站建立 2.袁育才新狭义相对论的研究网站建立 3.朱志峰网站建立 4.宋开福“初等数论”学教编研网站建立 5.林志德掀起科技大革命风暴网站建立
站内近5000文章全列表，请点击站内搜索访问。您也可以访问站点列表从各专栏站首页进入各专栏。
来稿登载专栏可以阅读尚无专栏的作者的文章。请关注：第三届“民科两会”顺利闭幕。
书1 6.1 狭义相对论的回顾和讨论
宋文淼 （wenmiaosong@gmail.com） 上传2007.10 浏览92
--------------------------------------------------------------------------------
《信息时代的物理世界——实物与暗物的数理逻辑》
第六章 相对论
§ 6.1 狭义相对论的回顾和讨论
19世纪所有物理学家，都把古典力学看作是全部物理学的，甚至是全部自然科学的牢固的最终的基础。但是麦克斯韦电磁场理论的出现，使情况发生了变化。虽然多数人仍在孜孜不倦地把这一时期取得全面胜利的电磁理论也建立在力学的基础之上。他们想象空间中到处充满称为以太的连续介质，光线以及无线电波是以太中的波，但是把麦克斯韦理论与牛顿理论统一起来始终只是一个无法实现的愿望。首先是麦克斯韦的理论不可能满足伽利略变换的不变性，荷兰物理学家洛仑兹首先提出了为了使麦克斯韦方程组的形式保持不变，必须用一种新的变换来代替伽利略变换，这种变换后来就称为洛伦茨变换。其次，人们关注的是光速能否像力学中粒子运动速度那样随发光体的运动而变化，当然波速与发射体的瞬时速度不存在牛顿力学中那样的相加性。于是人们有关心传播光的介质 (以太)相对于地球的运动速度对地球上发出的光的速度的关系，并想用实验测出地球相对以太的运动速度，而迈克尔逊和莫雷的实验否定了这一点，测量不出地球相对以太的运动速度。我想，最有意义的工作是 1897年卡夫曼完成了电子测速的实验，从这个实验中可以得出电子质量可以随速度而改变的事实。其实所有那些实验中除了卡夫曼的质量虽速度而改变的实验以外，只要不坚持用牛顿理论而用现代电磁波理论都可以简单明了的给以解释。
尽管有了这么多的事实，但是当时的科学家包括发现了哪些现象或实验结果的科学家都没有怀疑牛顿理论对于电磁波的适用性，而是用怀疑的眼光来看待那些麦克斯韦理论与牛顿理论无法相容的事实。
爱因斯坦在1905年写了三篇文章，建立了狭义相对论。他把洛仑兹变换看作真实的时间和空间关系，建立了相对论。在科学发展史上揭开了新的一页。 关于他的公设和那些类比方法，我们必须从历史的角度去看，在他那个时代实际上还没有任何扎实的感性材料和数学方法足以去建立新的物理世界的数理逻辑体系。爱因斯坦的一套令人眼花缭乱的时空变换最后的目的就是我们前面已经指出过的时空的“物化”过程。在流体力学中我们已经看到了力学家怎样通过微团模型在流体中造出微观和宏观的两重空间，实际上它的微观空间是粒子间的场的一种表示。爱因斯坦的时空关系也是实物 (粒子)与暗物(波 )之间的相互作用关系的一种表现，由于现在被“物化”不再是一种物(暗物 ),而是两种物(实物与暗物)之间的相互作用过程。所以，不得不搞得比以前要复杂得多。令我们感到惊奇的不是他的那些云遮雾障，扑朔迷离的方法，而是为什么他用这个方法确确实实地得到了至少被某些实践证明了的有合理性的结果，而其他人再用他的时空关系，去推导与质量与速度 (或能量与质量) 关系以外的各种逻辑结果，能得到被大家公认为有合理性东西极少，而大都只是各种佯謬或无法找到实践证明的虚无飘渺的理论。这说明在他的时空关系的背后确实包含着波与实物之间相互作用的某种合理的关系。
至今他的方法还指引着高能物理技术科学的发展。当我们试图用波与高能粒子之间的相互作用，而不用任何时空相对论假设的方法，来推导高能粒子与波之间相互作用规律的时候，仍然需要应用他的思想和理论的指引。更加令人惊奇的是，他的相对论关系居然应用到在高速飞行的气体动力学中，在喷气式飞机亚音速飞行接近音速时，质量出现类似于相对论关系的增长，但是这个相对论关系中光速被音速代替了。这确实有些令人惊奇，因为这一结果一方面说明了相对论逻辑结果不仅是合理的，而且对声波同样有用；但是另一方面正好也说明了他的逻辑结构不是真实的。看来爱因斯坦在晚年也感到了这个问题，要不他为什么强调逻辑结果，而对于相对论的逻辑结构只轻描淡写地说，这只是一种选择的自由；要不为什么他自己提出相对论是一个暂时的理论，会被别的理论所代替。
我们说相对论的时空关系的不合理性时，不要忘了爱因斯坦创立相对论的时代背景。这个时代离今天马上就要一百年了，而这一百年是科学技术怎样突飞猛进、日新月异的一百年啊。那时候电灯还刚刚问世，而电灯的发明人，上一世纪公认最伟大的发明家爱迪生，还顽固地反对交流电的应用，当然更没有人知道电磁波真正的精确的性质。在这种情况下，为了打破当时科学家所坚持的把古典力学看作是全部自然科学的牢固的最终的基础的那种僵化的科学观，爱因斯坦所提出的假设怎么可能是完美无缺的呢？当时爱因斯坦是无可选择的，如果直接提出牛顿力学是不完全的，质量不再是常数，而是可以随着物质运动而变化的，因而牛顿力学中所有的守恒定律也不再守恒了，如果光提出哲学式的观点，而没有相应的理论，这可能被接受吗？而历史已经证明从物理关系来打破 19世纪科学界对于牛顿理论的僵化，是一条比爱因斯坦时空相对论要艰难得多的路，在当时的历史条件下是根本走不通的，即使到今天，仍处于艰难的摸索过程中。
所以，我们觉得现在再来讨论狭义相对论的逻辑结构，它的公设、时间空间关系、独特的相对论数学方法时，让我们象培根所告诉我们那样去做吧：“ 所以，如果一个人的理解遭困难时，就让他研究数学吧”！这里重要的是研究而不是演绎，当大多数物理学家已经忘记了研究科学语言的逻辑和哲学基础，而只会按着几个人所指的毫无理性的方向去演绎的时候，物理学就会不可避免地要出现新的危机了 。因为狭义相对论的整个逻辑结构实际上只是一种为了获得狭义相对论的逻辑结果的暂时的方法。开始时爱因斯坦依赖很多的相对论公式，通过一对相对论性的全同粒子的碰撞来推导质量速度的关系。其实这一推导过程并没有严格的逻辑规范，而只是一堆杂乱无章的公式。好在已经有了卡夫曼的实验结果，最后总算是“推导”出来了。这样的事，在科学发展过程中是累见不鲜的，甚至可以说是科学原创性的一个特点。科学的创新总是与为了打破封闭的旧逻辑体系而采用的一些大胆假设联系在一起的。如果没有爱因斯坦的狭义相对论的假定，这一结果是不可能“推导”出来的。因为麦克斯韦理论出来以后，人们还没有习惯去对付存在两种性质物质的物理世界。其实这不仅是一个物理学的问题，也是哲学和社会问题。人群总是宁可有一个形式上统一的逻辑形式，尽管事实上它本身并没有合理的逻辑前提，也不愿意有一个没有统一逻辑规形式的世界。卡夫曼从实验结果所得到的质量和速度的关系，由于没有任何“理论”依据，连他本人也会感觉说不清楚，所以没有人认真看待这一结果，而爱因斯坦给了它一个证明这一结果的“理论体系”，尽管由于这一理论体系本身就是混乱不堪的，开始时没有人能够真正看得懂，但是实验证明这一结果比牛顿的旧理论更符合实际，所以渐渐地就得到了人们的认同。这就是在特殊时期，天才人物比常人高明的地方。但是这不是说以后的人们就可以再也不要逻辑而把那些不合逻辑的假说奉为神灵了。爱因斯坦也是希望一步一步地摆脱这些杂乱无章东西的阴影，寻找更理性的方法，但是这种事情一般说来不是一、两代人所能够做到的。其实爱因斯坦在建立狭义相对论时，也尽力避免哲学上或逻辑上的困难，所以把狭义相对论建立在惯性系的基础上，所有惯性系之间是不会有第二次相遇的。也就无从进行不同惯性系之间的时间和空间的比较。但是要把它作为一种较普遍些的工具就不得不面对种种问题。为此，就像我们前面已经指出过的那样，爱因斯坦常常宁愿把相互矛盾的东西放在大众的面前，他曾明确指出狭义相对论的两个公设实际上是相互矛盾的两个假定，以后他又建立了四维时空，直接利用四维时空的量度公式，给出了动量和质量。在那里已经没有任何物理意义上的推导，所有的质量与速度、能量与质量的公式都是直接假定的。这里实际上只用了一个相对时间的公式，其实像在流体力学中常用的两个“空间”那样，我们也容易把一种时间看成是逻辑时间，另一个只是与运动有关的假想的以“时间”形式表示的某种运动过程。广义相对论的哲学和逻辑困难也都没有了。
直接把一个时空关系拿来用作物理关系，它就只能满足那个对应的物理现象。亚里斯多德的天幕实际上只能用来描述对地球 (或地球对它)作圆周运动的轨迹。除了这个其它什么物质运动规律都描写不了。 所以狭义相对论也是一样，除了粒子与波在极端的理想条件下的相互作用外，其它什么物理规律都表示不了。 现在我们不难用实物和暗物的相互作用来求得狭义相对论同样的质量公式，因为这两个不同数学逻辑形式下的两个不同的微分方程组的组合，采用各种近似不知可以得到多少近似形式的结果，总能得到需要的公式。但真正有意义的不是这个，而是我们还需要更多的基于实际测量的感性材料。在两种物质形式下，一切物理量都需要重新研究和定义。仅仅是一个电磁波的速度现在还搞的一团糟：人们总是喜欢那种实际上并不能精确描述的与粒子速度相同的那种的“光速”，而不愿意去理解国际计量组织所提出的更严格的波速定义，因为根据那个波速定义，波速不再是一个矢量而是与空间位置有关的复数 (标量)。波的质量从逻辑上就更无法定义了，因为如果一定要定义的话，它可以通过动量来定义，质量成了复矢量；也可以通过能量来定义，质量就是一个标量。这些做法实际上就是爱因斯坦所反对的把麦克斯韦理论纳入牛顿理论框架的做法，但是直到现在实际上还没有一种能够不纳入牛顿理论框架的波理论。虽然我们的一些著作中已经初步提出了这样的理论框架但是远没有得到实际的应用。在目前的情况下，做很多逻辑不自洽的理论框架下的理论研究，或在不自洽理论框架指导下的实验测量，还不如去搞清楚哪些已经做过的在不合理的逻辑指导下的实验的重新认识和解释工作。例如：测量高能电子的速度和质量问题：速度显然是无法测准的，因为光的速度通过多少年的测量才达到了现在的精度，那也是先有了光速的新定义以后才测出来的。接近光速的电子速度实在想不到怎样能够测得准？那么质量呢？实际上更是无法测量的，要测量先要有一个电子质量的定义，因为实际上电子有没有引力质量就是一个搞不清的问题，因为在所有的电子学理论中电子器件中的电子运动都与地球引力无关，从来也不考虑电子器件的放置方向所产生的引力不同对器件性能的影响，所以电子没有中性物质的那种引力质量，而被电磁力的质量所代替了，在经典理论中所测量的荷质比实际上是从测量库仑力与直流磁场力联合作用下的电子运动中求出来的。在那里，这两种力可以独立存在的，所以可以进行实验。现在在波的情况下，电和磁的力不再独立存在，那么怎样来实验呢？电子的惯性质量也不好定义了，因为电磁力有无旋的和有旋的两种力，电子运动既有定向运动又有旋涡运动，电子的惯性指对那种运动？我们能不能在测量中分离这两种运动，电子的质量随速度在变，到接近光速时加速度也接近于零了。实际上电子速度的测量本身就是在狭义相对论逻辑前提下的测量。真正要搞清楚问题，恐怕不是用一个什么实验来简单肯定或否定狭义相对论那样的简单的问题。 从高能物理实验中电子的质量或速度的测量就可以看出，现在理论物理领域，已经离不开相对论的逻辑框架，在这样的逻辑框架下的所有实验结果也就谈不上能作为检验那个逻辑框架的真理性标准了。
——>继续阅读
姓名 Email
本目录下所有文章：
2009.06.05 书4.2.3 6.69KB
2009.06.05 砂、水分流——虹吸排沙的设想 12.01KB
2008.09.28 书4.1.3.4力学中的时间和空间的关系 5.14KB
2008.09.28 书4.1.3.3力、场与波——物质及物质间的相互作用 35.22KB
2008.09.28 书4.1.3.2牛顿物理框架与力学 23.99KB
2008.07.05 让我们一起来读好“大自然”这一本书 19.17KB
2008.05.01 书4.1.3.1万有引力与引力质量 13.07KB
2008.05.01 书4.1.3力学——关于物质、运动与相互作用的科学 15.2KB
2008.04.21 书4.1.2.4寻找新的物理世界的数理逻辑基元 7.91KB
2008.04.21 书4.1.2.3 电磁理论中的粒子、场与波 16.55KB
2008.04.21 书4.1.2.2简振模式下的经典电磁场理论 24.39KB
2008.04.21 书4.1.2.1 粒子与场 11.09KB
2008.04.21 书4.1.2 电动力学与电磁场理论 6.8KB
2008.04.21 书4.1.1.4牛顿理论框架的数学体系 6.39KB
2008.04.21 书4.1.1.3牛顿的时空观 13.37KB
2008.04.21 书4.1.1.2牛顿力学模型是一个没有结构的物质模型 14.14KB
2008.04.21 书4.1.1.1 人类认识物理世界的历史过程 20.16KB
2008.04.21 书4.1.1 牛顿力学 1.14KB
2008.04.21 书4.1 经典物理学 4.21KB
2008.03.30 让科学之风吹遍人间（《自然科学体系梳理》第二版序） 14.34KB
2008.01 文2.1 学习张志杰，一生做社会与科学的义工 10.21KB
2007.12 书4 前言 20.63KB
2007.11 书3 2.1.1 逻辑思维和形象思维 4.24KB
2007.11 书3 2.1 数字、运算与“数字”概念的扩展 8.68KB
2007.11 书3 2 关于数字、运算和数学的逻辑体系 3.47KB
2007.11 书3 1.4 逻辑的自洽性和自闭性 11.04KB
2007.11 书3 参考文献 2.39KB
2007.11 书3 4.4 小结——关于什么是真实知识的讨论 11.29KB
2007.11 书3 4.3 关于氢原子光谱讨论 12.53KB
2007.11 书3 4.2 现代数学发展中的数理逻辑问题 13.85KB
2007.11 书3 4.1 数理逻辑框架的探讨 5.25KB
2007.11 书3 1.3 数理逻辑体系 7.23KB
2007.11 书3 4 数理逻辑——人类思维发展的新阶段 2.92KB
2007.11 书3 3.4.4 理论物理学发展的正确方向 8.82KB
2007.11 书3 3.4.3 量子现象的物理内涵 4.29KB
2007.11 书3 3.4.2 波粒二象性不是一个科学的物质模型 6.28KB
2007.11 书3 3.4.1 关于相对性原理的讨论 6.73KB
2007.11 书3 3.4 关于“波粒二象性”和量子模型 3.63KB
2007.11 书3 3.3.4 关于宇宙常数 3.6KB
2007.11 书3 3.3.3 电磁波的数学体系和数理逻辑 4.53KB
2007.11 书3 3.3.2 牛顿粒子说的实质是什么 7.28KB
2007.11 书3 3.3.1 牛顿物理框架中的数理逻辑体系 5.32KB
2007.11 书3 1.2 关于逻辑前提或逻辑基元的讨论 8.23KB
2007.11 书3 3.3 关于物质的逻辑前提 1.66KB
2007.11 书3 3.2.4 关于无限大域下的函数和函数空间 7.65KB
2007.11 书3 3.2.3 关于复数和复数空间的讨论 5.83KB
2007.11 书3 3.2.2 时间与空间的相互联系性 8.22KB
2007.11 书3 3.2.1 时间逻辑前提的物理实在基础 6.26KB
2007.11 书3 3.2 时间逻辑界定和时间与空间的联系 2KB
2007.11 书3 3.1.4 三维空间中的矢量和矢量函数空间 3.3KB
2007.11 书3 3.1.3 希尔拜特的逻辑化的几何学 8.34KB
2007.11 书3 3.1.2 欧氏空间和非欧空间 5.72KB
2007.11 书3 3.1.1 作为数学原初逻辑前提的点和线的概念 5.65KB
2007.11 书3 1.1 关于形式逻辑的一般讨论 6.49KB
2007.11 书3 3.1 关于空间的概念 5.29KB
2007.11 书3 3 物理学与逻辑学 2.71KB
2007.11 书3 2.4.4 科学思维的发展道路 8.23KB
2007.11 书3 2.4.3 唯心主义和唯物主义 10.25KB
2007.11 书3 2.4.2 形而上学与辩证法 9.53KB
2007.11 书3 2.4.1 哲学与逻辑学的关系 3.1KB
2007.11 书3 2.4 关于哲学和逻辑中的一些概念的探讨 1.71KB
2007.11 书3 2.3.4 数学逻辑与数理逻辑 6.7KB
2007.11 书3 2.3.3 关于无限问题的数学逻辑 3.39KB
2007.11 书3 2.3.2 从幂运算到复数与复数运算和复数空间 9.67KB
2007.11 书3 1 关于逻辑学和哲学的一般讨论 6.5KB
2007.11 书3 2.3.1 幂运算与实数空间理论 7.23KB
2007.11 书3 2.3 关于运算和无穷概念的讨论 2.66KB
2007.11 书3 2.2.4 从幂运算和极限建立实数空间概念 13.65KB
2007.11 书3 2.2.3 关于现代数学的逻辑悖论和逻辑体系的探讨 10.04KB
2007.11 书3 2.2.2 牛顿时代的是怎样解决这些问题的 15.62KB
2007.11 书3 2.2.1 十九世纪数学家是怎样建立“实数空间”的 11.01KB
2007.11 书3 2.2 关于实数和实数空间的讨论 2.29KB
2007.11 书3 2.1.4 数学发展历史上的第一个逻辑悖论 9.5KB
2007.11 书3 2.1.3 数字概念与运算方法的扩展 4.56KB
2007.11 书3 2.1.2 数字的可运算性 4.99KB
2007.11 书3 前言 15.92KB
2007.11 书3 物理学原理（第二卷）哲学、数学、物理学 目录 3.97KB
2007.10 书2 2.3 亚里斯多德与逻辑学 13.29KB
2007.10 书2 2.2 亚里斯多德关于物质和运动的观念 9.42KB
2007.10 书2 2.1 亚里斯多德时代的宇宙学说 14.47KB
2007.10 书2 2 古希腊文化中的物理学 10.39KB
2007.10 书2 1.4 关于中华古文明的思考 7.57KB
2007.10 书2 1.3 从盖天说到浑天说 6.58KB
2007.10 书2 1.2 测量时间(光阴)的科学 12.85KB
2007.10 书2 参考文献 2KB
2007.10 书2 4.4 现代物理学与牛顿的物理框架 13.64KB
2007.10 书2 1.1 关于易经的历史传说 5.7KB
2007.10 书2 4.3 光与牛顿物理框架的关系 12.55KB
2007.10 书2 4.2 热力学与牛顿物理框架的关系 12.31KB
2007.10 书2 4.1 关于力与质量的讨论 21.91KB
2007.10 书2 4 从牛顿到二十世纪的物理世界 14.07KB
2007.10 书2 3.4 牛顿的第一和第三运动定律 7.65KB
2007.10 书2 3.3 牛顿理论体系的“有限论域”讨论 18.04KB
2007.10 书2 3.2 牛顿的质点动力学体系的核心——对于质量的逻辑界定 17.94KB
2007.10 书2 3.1 从开普勒、伽利略到牛顿的物质运动理论 12.58KB
2007.10 书2 3 从伽利略到牛顿的古典力学世界 16.24KB
2007.10 书2 2.4 希腊古文明对我们的启示 12.13KB
2007.10 书2 1 中华传统文化中的物理学 2.52KB
2007.10 书2 物理学原理（第一卷）时间、空间、质量 目录 1.96KB
2007.10 书2 前言 15.12KB
2007.10 书1 2.3 波函数空间理论的数理逻辑和实践基础 8.53KB
2007.10 书1 2.2 为什么不能把波理论纳入经典理论的框架 4.57KB
2007.10 书1 2.1 电磁场的算子理论和电磁场基本方程组 8.83KB
2007.10 书1 2 现代电磁场理论 3.4KB
2007.10 书1 1.4 关于自然哲学的数学原理 5.28KB
2007.10 书1 1.3 关于光本质的讨论 4.2KB
2007.10 书1 参考文献 2.35KB
2007.10 书1 7.3 结束语 8.56KB
2007.10 书1 7.2 量子理论的未来 4.01KB
2007.10 书1 7.1 自然科学体系的逻辑重建 8.93KB
2007.10 书1 7 科学的未来是什么 3.2KB
2007.10 书1 6.4 爱因斯坦哲学观和对我们时代的贡献 5.18KB
2007.10 书1 6.3 有关相对论实验的分析 6.05KB
2007.10 书1 1.2 相对论与量子理论矛盾的实质——波粒二象性 4.57KB
2007.10 书1 6.2 爱因斯坦的广义相对论和霍金的广义相对论 11.51KB
2007.10 书1 6.1 狭义相对论的回顾和讨论 9KB
2007.10 书1 6 相对论 2.26KB
2007.10 书1 5.4 实物与暗物的数理逻辑体系 6.53KB
2007.10 书1 5.3 暗物(或虚物 ) 12.89KB
2007.10 书1 5.2 实物 6.51KB
2007.10 书1 5.1 物质存在及其运动的基本形式的探讨 11.82KB
2007.10 书1 5 实物与暗物 2.19KB
2007.10 书1 4.4 关于绝对运动和绝对速度问题 8.84KB
2007.10 书1 4.3 逻辑时空中的数学问题 10.37KB
2007.10 书1 1.1 物理学发展的历史回顾 9.27KB
2007.10 书1 4.2 时空框架的历史发展过程 10.01KB
2007.10 书1 4.1 物理时空和逻辑时空 4.87KB
2007.10 书1 4 时间和空间 2.29KB
2007.10 书1 3.5 引力场、力学波、引力波及其与电磁场和波的比较 7.74KB
2007.10 书1 3.4 流体力学中数理逻辑结构的进一步推讨 6.13KB
2007.10 书1 3.3 流体力学中涡与波 5.53KB
2007.10 书1 3.2 流体力学中的两种分析方法 6.42KB
2007.10 书1 3.1 牛顿力学与引力场 9.18KB
2007.10 书1 3 宏观力学中的数理逻辑问题 3.98KB
2007.10 书1 2.4 关于光速、光速的测量和超光速问题 8.05KB
2007.10 书1 1 20世纪物理学进展与问题 2.15KB
2007.10 书1 信息时代的物理世界——实物与暗物的数理逻辑 目录 3.05KB
2007.10 书1 前言 10.08KB
2007.10 文1.6 终结——为后信息社会的到来做好真备了吗？ 10.35KB
2007.10 文1.5 画在水晶球面上的最后一个圆——悼章钧豪先生 10.14KB
2007.10 文1.4 微观世界的太阳系——氢原子光谱 10.87KB
2007.10 文1.3 基础科学研究决定国家和人类的未来 9.59KB
2007.09 文1.2 科学的品格——兼谈“科学共同体” 8.51KB
2007.09 文1.1 人类有史以来的几次自然哲学大论战 8.5KB
系统首页 站点列表 分类列表 投稿指南 网管声明 网站简介 顾问简介 消息列表 友情网站 站内搜索 来稿登载 返回主页
1.许兆康的研究网站建立 2.袁育才新狭义相对论的研究网站建立 3.朱志峰网站建立 4.宋开福“初等数论”学教编研网站建立 5.林志德掀起科技大革命风暴网站建立
站内近5000文章全列表，请点击站内搜索访问。您也可以访问站点列表从各专栏站首页进入各专栏。
来稿登载专栏可以阅读尚无专栏的作者的文章。请关注：第三届“民科两会”顺利闭幕。
书1 6.1 狭义相对论的回顾和讨论
宋文淼 （wenmiaosong@gmail.com） 上传2007.10 浏览92
--------------------------------------------------------------------------------
《信息时代的物理世界——实物与暗物的数理逻辑》
第六章 相对论
§ 6.1 狭义相对论的回顾和讨论
19世纪所有物理学家，都把古典力学看作是全部物理学的，甚至是全部自然科学的牢固的最终的基础。但是麦克斯韦电磁场理论的出现，使情况发生了变化。虽然多数人仍在孜孜不倦地把这一时期取得全面胜利的电磁理论也建立在力学的基础之上。他们想象空间中到处充满称为以太的连续介质，光线以及无线电波是以太中的波，但是把麦克斯韦理论与牛顿理论统一起来始终只是一个无法实现的愿望。首先是麦克斯韦的理论不可能满足伽利略变换的不变性，荷兰物理学家洛仑兹首先提出了为了使麦克斯韦方程组的形式保持不变，必须用一种新的变换来代替伽利略变换，这种变换后来就称为洛伦茨变换。其次，人们关注的是光速能否像力学中粒子运动速度那样随发光体的运动而变化，当然波速与发射体的瞬时速度不存在牛顿力学中那样的相加性。于是人们有关心传播光的介质 (以太)相对于地球的运动速度对地球上发出的光的速度的关系，并想用实验测出地球相对以太的运动速度，而迈克尔逊和莫雷的实验否定了这一点，测量不出地球相对以太的运动速度。我想，最有意义的工作是 1897年卡夫曼完成了电子测速的实验，从这个实验中可以得出电子质量可以随速度而改变的事实。其实所有那些实验中除了卡夫曼的质量虽速度而改变的实验以外，只要不坚持用牛顿理论而用现代电磁波理论都可以简单明了的给以解释。
尽管有了这么多的事实，但是当时的科学家包括发现了哪些现象或实验结果的科学家都没有怀疑牛顿理论对于电磁波的适用性，而是用怀疑的眼光来看待那些麦克斯韦理论与牛顿理论无法相容的事实。
爱因斯坦在1905年写了三篇文章，建立了狭义相对论。他把洛仑兹变换看作真实的时间和空间关系，建立了相对论。在科学发展史上揭开了新的一页。 关于他的公设和那些类比方法，我们必须从历史的角度去看，在他那个时代实际上还没有任何扎实的感性材料和数学方法足以去建立新的物理世界的数理逻辑体系。爱因斯坦的一套令人眼花缭乱的时空变换最后的目的就是我们前面已经指出过的时空的“物化”过程。在流体力学中我们已经看到了力学家怎样通过微团模型在流体中造出微观和宏观的两重空间，实际上它的微观空间是粒子间的场的一种表示。爱因斯坦的时空关系也是实物 (粒子)与暗物(波 )之间的相互作用关系的一种表现，由于现在被“物化”不再是一种物(暗物 ),而是两种物(实物与暗物)之间的相互作用过程。所以，不得不搞得比以前要复杂得多。令我们感到惊奇的不是他的那些云遮雾障，扑朔迷离的方法，而是为什么他用这个方法确确实实地得到了至少被某些实践证明了的有合理性的结果，而其他人再用他的时空关系，去推导与质量与速度 (或能量与质量) 关系以外的各种逻辑结果，能得到被大家公认为有合理性东西极少，而大都只是各种佯謬或无法找到实践证明的虚无飘渺的理论。这说明在他的时空关系的背后确实包含着波与实物之间相互作用的某种合理的关系。
至今他的方法还指引着高能物理技术科学的发展。当我们试图用波与高能粒子之间的相互作用，而不用任何时空相对论假设的方法，来推导高能粒子与波之间相互作用规律的时候，仍然需要应用他的思想和理论的指引。更加令人惊奇的是，他的相对论关系居然应用到在高速飞行的气体动力学中，在喷气式飞机亚音速飞行接近音速时，质量出现类似于相对论关系的增长，但是这个相对论关系中光速被音速代替了。这确实有些令人惊奇，因为这一结果一方面说明了相对论逻辑结果不仅是合理的，而且对声波同样有用；但是另一方面正好也说明了他的逻辑结构不是真实的。看来爱因斯坦在晚年也感到了这个问题，要不他为什么强调逻辑结果，而对于相对论的逻辑结构只轻描淡写地说，这只是一种选择的自由；要不为什么他自己提出相对论是一个暂时的理论，会被别的理论所代替。
我们说相对论的时空关系的不合理性时，不要忘了爱因斯坦创立相对论的时代背景。这个时代离今天马上就要一百年了，而这一百年是科学技术怎样突飞猛进、日新月异的一百年啊。那时候电灯还刚刚问世，而电灯的发明人，上一世纪公认最伟大的发明家爱迪生，还顽固地反对交流电的应用，当然更没有人知道电磁波真正的精确的性质。在这种情况下，为了打破当时科学家所坚持的把古典力学看作是全部自然科学的牢固的最终的基础的那种僵化的科学观，爱因斯坦所提出的假设怎么可能是完美无缺的呢？当时爱因斯坦是无可选择的，如果直接提出牛顿力学是不完全的，质量不再是常数，而是可以随着物质运动而变化的，因而牛顿力学中所有的守恒定律也不再守恒了，如果光提出哲学式的观点，而没有相应的理论，这可能被接受吗？而历史已经证明从物理关系来打破 19世纪科学界对于牛顿理论的僵化，是一条比爱因斯坦时空相对论要艰难得多的路，在当时的历史条件下是根本走不通的，即使到今天，仍处于艰难的摸索过程中。
所以，我们觉得现在再来讨论狭义相对论的逻辑结构，它的公设、时间空间关系、独特的相对论数学方法时，让我们象培根所告诉我们那样去做吧：“ 所以，如果一个人的理解遭困难时，就让他研究数学吧”！这里重要的是研究而不是演绎，当大多数物理学家已经忘记了研究科学语言的逻辑和哲学基础，而只会按着几个人所指的毫无理性的方向去演绎的时候，物理学就会不可避免地要出现新的危机了 。因为狭义相对论的整个逻辑结构实际上只是一种为了获得狭义相对论的逻辑结果的暂时的方法。开始时爱因斯坦依赖很多的相对论公式，通过一对相对论性的全同粒子的碰撞来推导质量速度的关系。其实这一推导过程并没有严格的逻辑规范，而只是一堆杂乱无章的公式。好在已经有了卡夫曼的实验结果，最后总算是“推导”出来了。这样的事，在科学发展过程中是累见不鲜的，甚至可以说是科学原创性的一个特点。科学的创新总是与为了打破封闭的旧逻辑体系而采用的一些大胆假设联系在一起的。如果没有爱因斯坦的狭义相对论的假定，这一结果是不可能“推导”出来的。因为麦克斯韦理论出来以后，人们还没有习惯去对付存在两种性质物质的物理世界。其实这不仅是一个物理学的问题，也是哲学和社会问题。人群总是宁可有一个形式上统一的逻辑形式，尽管事实上它本身并没有合理的逻辑前提，也不愿意有一个没有统一逻辑规形式的世界。卡夫曼从实验结果所得到的质量和速度的关系，由于没有任何“理论”依据，连他本人也会感觉说不清楚，所以没有人认真看待这一结果，而爱因斯坦给了它一个证明这一结果的“理论体系”，尽管由于这一理论体系本身就是混乱不堪的，开始时没有人能够真正看得懂，但是实验证明这一结果比牛顿的旧理论更符合实际，所以渐渐地就得到了人们的认同。这就是在特殊时期，天才人物比常人高明的地方。但是这不是说以后的人们就可以再也不要逻辑而把那些不合逻辑的假说奉为神灵了。爱因斯坦也是希望一步一步地摆脱这些杂乱无章东西的阴影，寻找更理性的方法，但是这种事情一般说来不是一、两代人所能够做到的。其实爱因斯坦在建立狭义相对论时，也尽力避免哲学上或逻辑上的困难，所以把狭义相对论建立在惯性系的基础上，所有惯性系之间是不会有第二次相遇的。也就无从进行不同惯性系之间的时间和空间的比较。但是要把它作为一种较普遍些的工具就不得不面对种种问题。为此，就像我们前面已经指出过的那样，爱因斯坦常常宁愿把相互矛盾的东西放在大众的面前，他曾明确指出狭义相对论的两个公设实际上是相互矛盾的两个假定，以后他又建立了四维时空，直接利用四维时空的量度公式，给出了动量和质量。在那里已经没有任何物理意义上的推导，所有的质量与速度、能量与质量的公式都是直接假定的。这里实际上只用了一个相对时间的公式，其实像在流体力学中常用的两个“空间”那样，我们也容易把一种时间看成是逻辑时间，另一个只是与运动有关的假想的以“时间”形式表示的某种运动过程。广义相对论的哲学和逻辑困难也都没有了。
直接把一个时空关系拿来用作物理关系，它就只能满足那个对应的物理现象。亚里斯多德的天幕实际上只能用来描述对地球 (或地球对它)作圆周运动的轨迹。除了这个其它什么物质运动规律都描写不了。 所以狭义相对论也是一样，除了粒子与波在极端的理想条件下的相互作用外，其它什么物理规律都表示不了。 现在我们不难用实物和暗物的相互作用来求得狭义相对论同样的质量公式，因为这两个不同数学逻辑形式下的两个不同的微分方程组的组合，采用各种近似不知可以得到多少近似形式的结果，总能得到需要的公式。但真正有意义的不是这个，而是我们还需要更多的基于实际测量的感性材料。在两种物质形式下，一切物理量都需要重新研究和定义。仅仅是一个电磁波的速度现在还搞的一团糟：人们总是喜欢那种实际上并不能精确描述的与粒子速度相同的那种的“光速”，而不愿意去理解国际计量组织所提出的更严格的波速定义，因为根据那个波速定义，波速不再是一个矢量而是与空间位置有关的复数 (标量)。波的质量从逻辑上就更无法定义了，因为如果一定要定义的话，它可以通过动量来定义，质量成了复矢量；也可以通过能量来定义，质量就是一个标量。这些做法实际上就是爱因斯坦所反对的把麦克斯韦理论纳入牛顿理论框架的做法，但是直到现在实际上还没有一种能够不纳入牛顿理论框架的波理论。虽然我们的一些著作中已经初步提出了这样的理论框架但是远没有得到实际的应用。在目前的情况下，做很多逻辑不自洽的理论框架下的理论研究，或在不自洽理论框架指导下的实验测量，还不如去搞清楚哪些已经做过的在不合理的逻辑指导下的实验的重新认识和解释工作。例如：测量高能电子的速度和质量问题：速度显然是无法测准的，因为光的速度通过多少年的测量才达到了现在的精度，那也是先有了光速的新定义以后才测出来的。接近光速的电子速度实在想不到怎样能够测得准？那么质量呢？实际上更是无法测量的，要测量先要有一个电子质量的定义，因为实际上电子有没有引力质量就是一个搞不清的问题，因为在所有的电子学理论中电子器件中的电子运动都与地球引力无关，从来也不考虑电子器件的放置方向所产生的引力不同对器件性能的影响，所以电子没有中性物质的那种引力质量，而被电磁力的质量所代替了，在经典理论中所测量的荷质比实际上是从测量库仑力与直流磁场力联合作用下的电子运动中求出来的。在那里，这两种力可以独立存在的，所以可以进行实验。现在在波的情况下，电和磁的力不再独立存在，那么怎样来实验呢？电子的惯性质量也不好定义了，因为电磁力有无旋的和有旋的两种力，电子运动既有定向运动又有旋涡运动，电子的惯性指对那种运动？我们能不能在测量中分离这两种运动，电子的质量随速度在变，到接近光速时加速度也接近于零了。实际上电子速度的测量本身就是在狭义相对论逻辑前提下的测量。真正要搞清楚问题，恐怕不是用一个什么实验来简单肯定或否定狭义相对论那样的简单的问题。 从高能物理实验中电子的质量或速度的测量就可以看出，现在理论物理领域，已经离不开相对论的逻辑框架，在这样的逻辑框架下的所有实验结果也就谈不上能作为检验那个逻辑框架的真理性标准了。
——>继续阅读
姓名 Email
本目录下所有文章：
2009.06.05 书4.2.3 6.69KB
2009.06.05 砂、水分流——虹吸排沙的设想 12.01KB
2008.09.28 书4.1.3.4力学中的时间和空间的关系 5.14KB
2008.09.28 书4.1.3.3力、场与波——物质及物质间的相互作用 35.22KB
2008.09.28 书4.1.3.2牛顿物理框架与力学 23.99KB
2008.07.05 让我们一起来读好“大自然”这一本书 19.17KB
2008.05.01 书4.1.3.1万有引力与引力质量 13.07KB
2008.05.01 书4.1.3力学——关于物质、运动与相互作用的科学 15.2KB
2008.04.21 书4.1.2.4寻找新的物理世界的数理逻辑基元 7.91KB
2008.04.21 书4.1.2.3 电磁理论中的粒子、场与波 16.55KB
2008.04.21 书4.1.2.2简振模式下的经典电磁场理论 24.39KB
2008.04.21 书4.1.2.1 粒子与场 11.09KB
2008.04.21 书4.1.2 电动力学与电磁场理论 6.8KB
2008.04.21 书4.1.1.4牛顿理论框架的数学体系 6.39KB
2008.04.21 书4.1.1.3牛顿的时空观 13.37KB
2008.04.21 书4.1.1.2牛顿力学模型是一个没有结构的物质模型 14.14KB
2008.04.21 书4.1.1.1 人类认识物理世界的历史过程 20.16KB
2008.04.21 书4.1.1 牛顿力学 1.14KB
2008.04.21 书4.1 经典物理学 4.21KB
2008.03.30 让科学之风吹遍人间（《自然科学体系梳理》第二版序） 14.34KB
2008.01 文2.1 学习张志杰，一生做社会与科学的义工 10.21KB
2007.12 书4 前言 20.63KB
2007.11 书3 2.1.1 逻辑思维和形象思维 4.24KB
2007.11 书3 2.1 数字、运算与“数字”概念的扩展 8.68KB
2007.11 书3 2 关于数字、运算和数学的逻辑体系 3.47KB
2007.11 书3 1.4 逻辑的自洽性和自闭性 11.04KB
2007.11 书3 参考文献 2.39KB
2007.11 书3 4.4 小结——关于什么是真实知识的讨论 11.29KB
2007.11 书3 4.3 关于氢原子光谱讨论 12.53KB
2007.11 书3 4.2 现代数学发展中的数理逻辑问题 13.85KB
2007.11 书3 4.1 数理逻辑框架的探讨 5.25KB
2007.11 书3 1.3 数理逻辑体系 7.23KB
2007.11 书3 4 数理逻辑——人类思维发展的新阶段 2.92KB
2007.11 书3 3.4.4 理论物理学发展的正确方向 8.82KB
2007.11 书3 3.4.3 量子现象的物理内涵 4.29KB
2007.11 书3 3.4.2 波粒二象性不是一个科学的物质模型 6.28KB
2007.11 书3 3.4.1 关于相对性原理的讨论 6.73KB
2007.11 书3 3.4 关于“波粒二象性”和量子模型 3.63KB
2007.11 书3 3.3.4 关于宇宙常数 3.6KB
2007.11 书3 3.3.3 电磁波的数学体系和数理逻辑 4.53KB
2007.11 书3 3.3.2 牛顿粒子说的实质是什么 7.28KB
2007.11 书3 3.3.1 牛顿物理框架中的数理逻辑体系 5.32KB
2007.11 书3 1.2 关于逻辑前提或逻辑基元的讨论 8.23KB
2007.11 书3 3.3 关于物质的逻辑前提 1.66KB
2007.11 书3 3.2.4 关于无限大域下的函数和函数空间 7.65KB
2007.11 书3 3.2.3 关于复数和复数空间的讨论 5.83KB
2007.11 书3 3.2.2 时间与空间的相互联系性 8.22KB
2007.11 书3 3.2.1 时间逻辑前提的物理实在基础 6.26KB
2007.11 书3 3.2 时间逻辑界定和时间与空间的联系 2KB
2007.11 书3 3.1.4 三维空间中的矢量和矢量函数空间 3.3KB
2007.11 书3 3.1.3 希尔拜特的逻辑化的几何学 8.34KB
2007.11 书3 3.1.2 欧氏空间和非欧空间 5.72KB
2007.11 书3 3.1.1 作为数学原初逻辑前提的点和线的概念 5.65KB
2007.11 书3 1.1 关于形式逻辑的一般讨论 6.49KB
2007.11 书3 3.1 关于空间的概念 5.29KB
2007.11 书3 3 物理学与逻辑学 2.71KB
2007.11 书3 2.4.4 科学思维的发展道路 8.23KB
2007.11 书3 2.4.3 唯心主义和唯物主义 10.25KB
2007.11 书3 2.4.2 形而上学与辩证法 9.53KB
2007.11 书3 2.4.1 哲学与逻辑学的关系 3.1KB
2007.11 书3 2.4 关于哲学和逻辑中的一些概念的探讨 1.71KB
2007.11 书3 2.3.4 数学逻辑与数理逻辑 6.7KB
2007.11 书3 2.3.3 关于无限问题的数学逻辑 3.39KB
2007.11 书3 2.3.2 从幂运算到复数与复数运算和复数空间 9.67KB
2007.11 书3 1 关于逻辑学和哲学的一般讨论 6.5KB
2007.11 书3 2.3.1 幂运算与实数空间理论 7.23KB
2007.11 书3 2.3 关于运算和无穷概念的讨论 2.66KB
2007.11 书3 2.2.4 从幂运算和极限建立实数空间概念 13.65KB
2007.11 书3 2.2.3 关于现代数学的逻辑悖论和逻辑体系的探讨 10.04KB
2007.11 书3 2.2.2 牛顿时代的是怎样解决这些问题的 15.62KB
2007.11 书3 2.2.1 十九世纪数学家是怎样建立“实数空间”的 11.01KB
2007.11 书3 2.2 关于实数和实数空间的讨论 2.29KB
2007.11 书3 2.1.4 数学发展历史上的第一个逻辑悖论 9.5KB
2007.11 书3 2.1.3 数字概念与运算方法的扩展 4.56KB
2007.11 书3 2.1.2 数字的可运算性 4.99KB
2007.11 书3 前言 15.92KB
2007.11 书3 物理学原理（第二卷）哲学、数学、物理学 目录 3.97KB
2007.10 书2 2.3 亚里斯多德与逻辑学 13.29KB
2007.10 书2 2.2 亚里斯多德关于物质和运动的观念 9.42KB
2007.10 书2 2.1 亚里斯多德时代的宇宙学说 14.47KB
2007.10 书2 2 古希腊文化中的物理学 10.39KB
2007.10 书2 1.4 关于中华古文明的思考 7.57KB
2007.10 书2 1.3 从盖天说到浑天说 6.58KB
2007.10 书2 1.2 测量时间(光阴)的科学 12.85KB
2007.10 书2 参考文献 2KB
2007.10 书2 4.4 现代物理学与牛顿的物理框架 13.64KB
2007.10 书2 1.1 关于易经的历史传说 5.7KB
2007.10 书2 4.3 光与牛顿物理框架的关系 12.55KB
2007.10 书2 4.2 热力学与牛顿物理框架的关系 12.31KB
2007.10 书2 4.1 关于力与质量的讨论 21.91KB
2007.10 书2 4 从牛顿到二十世纪的物理世界 14.07KB
2007.10 书2 3.4 牛顿的第一和第三运动定律 7.65KB
2007.10 书2 3.3 牛顿理论体系的“有限论域”讨论 18.04KB
2007.10 书2 3.2 牛顿的质点动力学体系的核心——对于质量的逻辑界定 17.94KB
2007.10 书2 3.1 从开普勒、伽利略到牛顿的物质运动理论 12.58KB
2007.10 书2 3 从伽利略到牛顿的古典力学世界 16.24KB
2007.10 书2 2.4 希腊古文明对我们的启示 12.13KB
2007.10 书2 1 中华传统文化中的物理学 2.52KB
2007.10 书2 物理学原理（第一卷）时间、空间、质量 目录 1.96KB
2007.10 书2 前言 15.12KB
2007.10 书1 2.3 波函数空间理论的数理逻辑和实践基础 8.53KB
2007.10 书1 2.2 为什么不能把波理论纳入经典理论的框架 4.57KB
2007.10 书1 2.1 电磁场的算子理论和电磁场基本方程组 8.83KB
2007.10 书1 2 现代电磁场理论 3.4KB
2007.10 书1 1.4 关于自然哲学的数学原理 5.28KB
2007.10 书1 1.3 关于光本质的讨论 4.2KB
2007.10 书1 参考文献 2.35KB
2007.10 书1 7.3 结束语 8.56KB
2007.10 书1 7.2 量子理论的未来 4.01KB
2007.10 书1 7.1 自然科学体系的逻辑重建 8.93KB
2007.10 书1 7 科学的未来是什么 3.2KB
2007.10 书1 6.4 爱因斯坦哲学观和对我们时代的贡献 5.18KB
2007.10 书1 6.3 有关相对论实验的分析 6.05KB
2007.10 书1 1.2 相对论与量子理论矛盾的实质——波粒二象性 4.57KB
2007.10 书1 6.2 爱因斯坦的广义相对论和霍金的广义相对论 11.51KB
2007.10 书1 6.1 狭义相对论的回顾和讨论 9KB
2007.10 书1 6 相对论 2.26KB
2007.10 书1 5.4 实物与暗物的数理逻辑体系 6.53KB
2007.10 书1 5.3 暗物(或虚物 ) 12.89KB
2007.10 书1 5.2 实物 6.51KB
2007.10 书1 5.1 物质存在及其运动的基本形式的探讨 11.82KB
2007.10 书1 5 实物与暗物 2.19KB
2007.10 书1 4.4 关于绝对运动和绝对速度问题 8.84KB
2007.10 书1 4.3 逻辑时空中的数学问题 10.37KB
2007.10 书1 1.1 物理学发展的历史回顾 9.27KB
2007.10 书1 4.2 时空框架的历史发展过程 10.01KB
2007.10 书1 4.1 物理时空和逻辑时空 4.87KB
2007.10 书1 4 时间和空间 2.29KB
2007.10 书1 3.5 引力场、力学波、引力波及其与电磁场和波的比较 7.74KB
2007.10 书1 3.4 流体力学中数理逻辑结构的进一步推讨 6.13KB
2007.10 书1 3.3 流体力学中涡与波 5.53KB
2007.10 书1 3.2 流体力学中的两种分析方法 6.42KB
2007.10 书1 3.1 牛顿力学与引力场 9.18KB
2007.10 书1 3 宏观力学中的数理逻辑问题 3.98KB
2007.10 书1 2.4 关于光速、光速的测量和超光速问题 8.05KB
2007.10 书1 1 20世纪物理学进展与问题 2.15KB
2007.10 书1 信息时代的物理世界——实物与暗物的数理逻辑 目录 3.05KB
2007.10 书1 前言 10.08KB
2007.10 文1.6 终结——为后信息社会的到来做好真备了吗？ 10.35KB
2007.10 文1.5 画在水晶球面上的最后一个圆——悼章钧豪先生 10.14KB
2007.10 文1.4 微观世界的太阳系——氢原子光谱 10.87KB
2007.10 文1.3 基础科学研究决定国家和人类的未来 9.59KB
2007.09 文1.2 科学的品格——兼谈“科学共同体” 8.51KB
2007.09 文1.1 人类有史以来的几次自然哲学大论战 8.5KB
选择“Disable on www.wenxuecity.com”
选择“don't run on pages on this domain”
