爱因斯坦模型的非模型意义(广义地震学•绝对论力学•第05章)


 

谈到模型就不能不谈爱因斯坦的质能关系式,它无疑是最有模型象或模型意义的东西了。大家知道,所谓质能关系式就是在一个封闭的系统中,如果有能量E的变化,必然伴随有质量m的变化;在一个封闭的系统中,如果有质量m的变化,也必然会伴随有能量E的变化——质能始终守恒的意思。上述可以说是比较容易理解的,因为它与古典力学上的那个“质能守恒与转化定律”没多大区别。可是,我要说爱因斯坦的质能关系式是“能量等于质量乘以真空下光速”的话,那么能够再理解它的人就不多了,因为里面加入了一个“质量乘以真空下光速”的概念。首先是“真空下光速”不太容易让人理解,如果再加上“乘以质量”内容,那就更不容易让人理解了。请问,爱因斯坦想表达什么?

 

 

01节·“广义协变原理”的非模型意义

 

谈到相对论就不能不谈爱因斯坦的四个原理,其中,在狭义相对论中有两个,一个是“相对性原理”,一个是“光速不变原理”;而在广义相对论中也有两个,一个是“等效原理”,一个是“广义协变原理”。于是,有一个问题需要回答,那就是爱因斯坦为什么要给人们整出这么多的“原理”出来。其实,道理很简单,因为爱因斯坦已经认识到了“原理”是一种绝对的、不变的、不可逆的东西,而他似乎业已意识到,“原理”还具有“事先”存在的性质。而从这个意义上说,一个未曾读过欧阳明之《理学》和未曾了解朱熹之“理在事先”思想的爱因斯坦,真有点“不简单”。

 

01·狭义相对论建立在两个基本假设前提下

 

第一个假设是相对性原理。所谓相对性原理是指,物体运动状态的改变与选择一个什么参照系无关。第二个假设是光速不变原理。所谓光速不变原理是指,对于任何一个参照系来说,光速都是相同的。基于上述两个假设,爱因斯坦以“同时性”问题当作突破口,他经过研究发现:如果两个事件在惯性系S中,是在同一时间、不同地点发生,那么相对于同一惯性系S,以匀速ט 运动的惯性系S’中测量,它们就不是同时发生的,即同时性不是绝对的而是相对的。

从两个假设及同时性的相对性出发,爱因斯坦得到与洛伦兹变换相同的、表示不同惯性系中时空坐标之间的变换关系,并得出如下结论:(1)一物体相对于观察者是静止的时候,其长度测量值最大;如果相对于观察者以速度v运动时,那么沿相对运动方向上,它的长度要缩短,速度越快,缩短越快,即运动着的尺子会缩短。这就好象科学小说所描述的,当自行车运动的速度非常大时,在观察者看来或对于观察者来说,车上的人会变成一条线。(2)时钟对于观察者来说静止时,走得快;如果它相对于观察者来说以速度v运动时,那么它就会变慢了,即运动着的时钟要变慢。

这就是人们常说的一对孪生兄弟,一个乘高速飞行器上天,一个留在地面,20年后,从天上回到地面的人正在风华正茂,而留在地面上的人已经是白发苍苍的了——(1)和(2)两点揭示的是所谓相对论的时空属性,这种属性与物体的内部结构无关,随着物体运动速度的变化而变化。(3)在任何惯性系中,任何物体的运动速度都不能超过光速。(4)如果物体的运动速度比光小,那么根据上述,相对论也就自然变成了牛顿的经典力学,说明相对论力学比经典力学更具有普遍意义。(5)物体的质量是它所含能量的度量,即物质质量m与能量之间,有下述关系式存在:E=mc²

我不知读者是否已经注意到,爱因斯坦在上述描述中,大量地使用了许多“对于观察者”或“相对于观察者”的字眼。笔者为什么要指出这一点?因为笔者想告诉我亲爱的读者,爱因斯坦是站在观察者的立场上,讲的都是“感觉”。

 

02·广义相对论是非惯性系下引力场理论

 

大家知道,物体运动速度的快与慢指在单位时间里所经过空间的长度(或距离),与人的“感觉”有联系,但肯定没有必然联系。比如,最近新开通的高速列车,坐在车里的人感不到它有多么快,但其实际速度却能够达到每小时350-380公里。如此,坐在车里的人能凭借自己的感觉来确定车速的快与慢吗?否。这就是爱因斯坦狭义相对论的无理之处。广义相对论又是一种什么东西?大家知道,它其实是在考虑非惯性系的情况下而建立起来的一种引力场理论。

像狭义相对论一样,广义相对论的创立也有两个前提,一个是等效原理,即物体的惯性质量与引力质量相等;另一个便是广义协变性原理,即狭义相对论的相对性原理——物体运动状态的改变与选择任何一个参照系无关——在引力场中也是适用的。于是,在上述前提下,为了解释物体在引力场中的变化,爱因斯坦抛开了欧几里德几何的平面空间概念,选用了黎曼几何为基本框架。爱因斯坦认为,在引力场区域空间性质不服从欧几里德几何而是遵循非欧几何。

得出以下结论:(1)现实的物质空间不是平直的欧几里德空间,而是弯曲的黎曼空间(三角形三个内角之和大于180°,曲率为正的空间)。(2)它的弯曲度取决于物质在空间的分布情况,物质密度大的地方,引力场的强度也大;空间弯曲的也就厉害,即空间曲率取决于引力场强度,时间也要相应的变慢。可见,广义相对论所揭示的空间与物质的关系比狭义相对论更为深刻了。也就是说,时空的性质不仅取决于物质的运动状态,也取决于物质本身的分布状态。

通过上述可以使我们认识到,所谓广义相对论,其实就是一种要把空间与物质的存在与运动状态考虑进去,而不能不考虑物质对空间的影响,说明时空与物质具有不可分割性。为此,爱因斯坦为了证明自己理论的正确,还提出了几种验证的条件与方法。比如“水星近日点的涌动”和“光线在引力场中的偏移”等。笔者以为,爱因斯坦的这些认识不仅是错误的,也是十分荒谬的。荒谬就荒谬在,他把不同物质与物质的相互影响,全都嫁祸到了无为的空间头上。

 

 

02节·“光速不变原理”的非模型意义

 

笔者经研究发现,并可以用无数的事实加以证明——在我们所了解和认识的这个世界上只有一种绝对的东西,它的名字就叫做空间,而万事万物及其运动的相对性都是由这个绝对空间决定的。可是,令人遗憾的是,我们伟大的爱因斯坦却给人整出了一个“绝对光速”或“不变光速”来,这实在是一件不能不令人感到遗憾的事。如果光速是相对的、可变的,而在现实世界里又没有一个“绝对真空”存在的话,那么,基于“真空下的光速”而建立起来的“质能关系式”能成立吗?回答当然是否定的了。诚然,笔者也没有说爱因斯坦的质能关系式没一点价值,必须得全盘否定。

 

01·说时间“加快”或“放慢”讲的都是感觉

 

大家知道,相对论发端于爱因斯坦对时间、空间的质疑。爱因斯坦在很小的时候就曾经有过一种猜想——假如坐上超过光速的飞行器会出现一种什么状态?最后,他经过缜密地思考之后得出了——如果人类能够坐上超过光速的飞行器,就能实现在历史与未来之间去畅游。假如上述猜想能够变成现实,那就自然能得到“时间、空间是很值得怀疑的东西”的结论。诚然,在爱因斯坦看来,时间之所以会有上述之变化,是由于事先有一个“光速不变原理”的存在。

也就是说,由于“光”这种物质(电磁质量)的运动速度不变,有绝对性,所以会有时间、空间的相对变化。反言之也就说明,只有假设光速是绝对的、不变的或是不可逆时,就会得到时间或是空间发生了变化的结论。相对论力学就是在此假设基础上创立起来的。可是,有这样一个问题需要回答,那就是,爱因斯坦凭什么说“光速不变”?应该承认:光子是一种物质,而一切形式与意义上的物质运动都会受到环境制约,即运动光速是相对的而不是绝对的。

如果光子是相对的而不是绝对的,试问,一个相对的物质形式又怎么会产生绝对的“不变光速”?天体物理学家说宇宙“大爆炸”时的“初始速度”数倍于光速,而中国物理学家已制造出了“光滞留”和“光停留”的现象。换言之,如果把光速当作是物质运动的一种速度,那就不该有“光速不变”原理的存在,不要说现实世界没有“绝对真空”。

大家知道,物质的运动速度与空间势必产生联系,如果光和光这种物质的运动速度是“可变”的而不是“不变”的话,那又怎么会有所谓“光速不变原理”的存在?什么叫原理?难道由人类假设出来的东西可以成为原理?爱因斯坦凭什么根据他的“光速不变原理”推断出“空间弯曲”这个结论?空间又是一种什么东西?如果空间“什么东西都不是”,又何谈所谓“弯曲”的问题?试问,究竟是“空间弯曲”了还是“物质弯曲”了,还是运动“走了弯路”?

 

02·光速不变原理建立在相对空间的基础上

 

爱因斯坦在晚年的时候曾经这样说道,“与其说我是物理学家,还不如说我是哲学家”。爱因斯坦为什么要说自己是一位哲学家?因为相对论与相对性一样,都是一个深刻的哲学命题,而之所以提出“绝对物质”和“不可光速”,目的就是为了得到“相对时间”和“相对空间”的范畴。比如,只有在“光速不变”的前提下,爱因斯坦才能预言和证明“水星近日点”每世纪将会有42’’的误差;也只有在“光速不变”的前提下,上述之理论判断、预言才能成立。

而笔者在这里却要说的是,无论物质、运动还是光速都不是绝对的而同样是相对的。因为,就算是从宇宙“大爆炸”的角度上去看问题,物质、时间、空间也仅仅是宇宙“大爆炸”的产物,即“大爆炸”后有了相对意义上的物质和物质时空。如果现代天体力学的研究成果成立,即宇宙“大爆炸”的“初始速度”数倍于光速,而光真的可以“放慢”或“停留”的的话,那么拿光速作为绝对参照物就不成立了。再有,我预言,正、反物质的湮灭也可产生超光速。

既然如此,上述哲学家、物理学家为什么还要分别拿出一个“绝对物质”和拿出来一个“不变光速”来?道理其实很简单,那就是,对于提出了“相对性”和提出“相对论”的人们来说,如果拿不出“绝对物质”或“不变光速”这两个“绝对”,他们的“相对性”和“相对论”就会由于失去具有绝对意义的“参照物”而不成立。那么,我们所了解和认识的这个世界上究竟到底有没有绝对的东西存在?当然有了,而它不是别的,正是笔者业已讲的“绝对空间”。

诚然,笔者这里的“绝对空间”不同牛顿那里的那个“绝对空间”,因为牛顿的空间是一种固态的、可压缩、有弹性的物质形式,而笔者这里所指的“绝对空间”是一种“绝对的无”,是对“什么都没有,什么都不是”的表达。笔者以为,如果没有“绝对”也就不会有“相对”;反之,如果没有“相对”也就不会有“绝对”,即“绝对”与“相对”互为存在条件,两者应该同处于一个“共同体”中,而“相对”与“绝对”,同样是“对应”的而不是“对立”的呀!