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―當(dāng)代物理主流理論的常識悖論之二十 作者 茍文儉 【導(dǎo)言】：物理理論的某種命題或觀念，如果與它自身涉及的基本事實(shí)完全矛盾，又違背了推理的邏輯常規(guī)，就稱是物理理論的常識悖論。 本文要陳述的，就涉及了當(dāng)代物理主流理論的第二十個(gè)常識悖論。 （－） 愛因斯坦創(chuàng)建廣義相對論（GR）的目的，是要解決如下兩個(gè)問題： 1、由于狹義相對論（SR）放棄了絕對時(shí)空，這就無法對慣性參照系做有確定意義的規(guī)定，現(xiàn)實(shí)世界也更不會有真正意義的慣性參照系。因此，只有取消慣性參照系在理論表述中的特殊地位，才能保證理論有可靠的邏輯基礎(chǔ)。 2、他認(rèn)為對所有物理定律的表述，都不能因?yàn)閰⒄障档牟煌鴷l(fā)生改變（具有協(xié)變性），因此也就應(yīng)當(dāng)把對引力的表述也納入相對論的框架。 創(chuàng)建了SR后，愛因斯坦又用了整整10年時(shí)間，他把相對性原理推廣到了非慣性參照系，形成了廣義相對性原理，最終創(chuàng)建了解決上述問題的GR。 廣義相對性原理的依據(jù)，是引力和慣性力等效的所謂“等效原理”。該原理的基礎(chǔ)，則是引力質(zhì)量與慣性質(zhì)量絕對相等的等價(jià)性。愛因斯坦認(rèn)為：在引力場的任意一點(diǎn)，都可以引入一個(gè)很小的自由降落的參照系，在該參照系內(nèi)既不受慣性力也不受引力，狹義相對論也就完全適用了；因此恒定加速度運(yùn)動(dòng)的非慣性參照系，也就等效于受恒定引力場影響的慣性參照系。 （二） 在愛因斯坦看來：參照系也就表示了時(shí)空，把引力與參照系聯(lián)系在了一起，引力場也就是時(shí)空本身的一種屬性，是幾何場。他認(rèn)為，離開時(shí)空單獨(dú)存在的引力作用沒有意義。 引力場又怎樣影響了時(shí)空？愛因斯坦是通過考察圓盤的轉(zhuǎn)動(dòng)來找答案的。他認(rèn)為：圓盤上的人會感受到圓盤有一個(gè)沿半徑指向的“引力場”；從地面上看圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的各點(diǎn)又都做加速運(yùn)動(dòng)，由狹義相對論，靠近邊緣位置的時(shí)間進(jìn)程會變慢，長度會變短，但沿著“引力場”的半徑方向，時(shí)空沒有變化。由此他的結(jié)論是：有引力場時(shí)空不再平直，是彎曲的。因此廣義相對性原理使用的任意參照系，就應(yīng)當(dāng)用彎曲的時(shí)空來描述。 由于光速在任意參考系內(nèi)都不變，這就等效于在四維時(shí)空中光的時(shí)空點(diǎn)靜止不動(dòng)，但在彎曲時(shí)空中它的徑跡自然也會彎曲；這也即是光受到了引力（但它不可被加速），而引力場則由彎曲時(shí)空的幾何屬性（曲率）來決定。 在數(shù)學(xué)家格羅斯曼的幫助下，愛因斯坦使用了能夠表示彎曲時(shí)空黎曼幾何與張量分析，使用了與表示時(shí)空坐標(biāo)性質(zhì)的度規(guī)相聯(lián)系的張量、就建立起了完全不同于牛頓引力定律的引力場方程，從而最終完成了對GR的數(shù)學(xué)表述。 （三） 在SR與GR關(guān)系上，當(dāng)代物理的主流觀念是：GR是SR的推廣，SR也是GR的特例；當(dāng)無引力場、時(shí)空曲率為零時(shí)，彎曲的黎曼時(shí)空就又恢復(fù)成了平直的閔可夫斯基時(shí)空，GR也就回到了SR。但實(shí)際上SR是與時(shí)空曲率取值大小毫不相干的理論。對此可以從如下三個(gè)方面來說明： 1、SR的描述對象是存在物的運(yùn)動(dòng)，表述的是以相對性運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)的物理規(guī)律，根本就不涉及存在物對外部時(shí)空的影響。即SR的描述對象及表述的物理規(guī)律，就都不涉及時(shí)空曲率的取值大小。 2、GR中曲率張量描述的是存在物對自身存在之外的時(shí)空性質(zhì)，而在SR中，描述的則是運(yùn)動(dòng)存在物自身實(shí)現(xiàn)存在的時(shí)空。因此，SR中涉及的時(shí)空、與GR中用曲率張量描述的存在物對自身存在之外的時(shí)空毫無關(guān)系。 3．SR中存在物的質(zhì)量不對自身實(shí)現(xiàn)存在的時(shí)空特征產(chǎn)生影響。因此，SR表述中的物質(zhì)存在、也與時(shí)空曲率取值的大小毫無關(guān)系。 綜上所述，說存在物對外部時(shí)空曲率影響為零就是SR的描述、完全是虛假的偽命題。GR的時(shí)空曲率為零，它只是GR描述的無引力場的特殊情形，但不論從哪個(gè)方面考察都與SR的描述無關(guān)，也都不是從GR又回到了SR。 GR是SR的推廣，當(dāng)時(shí)空曲率為零時(shí)GR就回到了SR。對當(dāng)代物理的這種主流觀念，有如下兩個(gè)顯而易見的問題： 1、由上述（三）就很容易明白：認(rèn)為從GR可以再回到SR，就與SR的描述與時(shí)空曲率取值大小毫無關(guān)系的基本事實(shí)完全矛盾。 2、由于SR與被描述存在物之外的時(shí)空彎曲程度無關(guān)，認(rèn)為時(shí)空曲率為零時(shí)GR就回到了SR，也就完全違背正確推理必須保持條件不變的邏輯常規(guī)。 因此認(rèn)為GR可以回到SR，這同樣也是當(dāng)代主流物理中地地道道的常識悖論。 還容易理解：（1）由于其它力并不是時(shí)空本身的性質(zhì)，因此，雖然恒定加速度運(yùn)動(dòng)的非慣性參照系，可以等效為受恒定引力場影響的慣性參照系，但并不就是受這種影響的慣性參照系；（2）由于光是電磁場量子，它在真空的自由傳播就只能與真空的電磁特性有關(guān)。因此光在引力場中受引力作用的徑跡彎曲，就只能是引力作用的結(jié)果，與真空中的時(shí)空自身是否彎曲無關(guān)。因此，愛因斯坦把相對性原理推廣到非慣性參照系的上述思考，僅僅只具有數(shù)量化的等效性，而在實(shí)際的物理意義上，GR并不是SR的邏輯延伸。 在GR中，不論是在愛因斯坦自己寫出的描述粒子運(yùn)動(dòng)的測地線方程，還是與人合作寫出的以度規(guī)張量為因變量的引力場方程，依據(jù)的總是被描述存在物自身存在之外的時(shí)空，這與SR描述的是存在物自身實(shí)現(xiàn)存在的時(shí)空完全是南轅北轍。在實(shí)際的表述內(nèi)容上，SR與GR也并不具有邏輯的一致性。 （五） 在作者創(chuàng)建的IV模型中：SR是一個(gè)表述做慣性運(yùn)動(dòng)的存在物自身時(shí)空特征的理論，而不是一個(gè)描述一般意義時(shí)空的理論；GR實(shí)際是用比對光子的引力，對引力所做的一種等效描述。在宇宙學(xué)領(lǐng)域，由于物質(zhì)的引力質(zhì)量遠(yuǎn)大于慣性質(zhì)量，等效原理不成立，GR只在等效原理成立的恒星系范圍有效，在星系范圍的無效。對此作者將在下一篇文章中做進(jìn)一步的具體介紹。 【特別說明】：對作者所述的當(dāng)代物理主流理論的常識悖論，本文已是第二十個(gè)了；真誠歡迎感興趣網(wǎng)友批評斧正作者所有這些認(rèn)識。作者的原則是：以無可?辯的自明的基本事實(shí)、以及公認(rèn)的邏輯常規(guī)為依據(jù)，而不使用華麗的數(shù)學(xué)表述。這是因?yàn)殡x開了基本事實(shí)的數(shù)學(xué)并不是物理學(xué)，而不服從邏輯常規(guī)也就不可能是數(shù)學(xué)的正確應(yīng)用。 |
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