羅安域

【摘要】洛倫茲變換不能直接測量，是不可測的。它的用處是導(dǎo)出相對論速度合成法。相對論的核心思想是它的速度合成法，相對論效應(yīng)就是速度效應(yīng)。雙生子佯謬是相對論中的嚴(yán)重困難，不能回避。有人用廣義相對論證明乘飛船者年輕，其實(shí)證法不對，佯謬至今未解決。本文明確回答了雙生子佯謬。

【關(guān)鍵詞】狹義相對論；洛倫茲變換；雙生子佯謬

狹義相對論已被科學(xué)界接受，但在對它的理解上，仍有值得討論的地方。愛因斯坦花大量篇幅闡述“坐標(biāo)系”、“方程的不變性”，實(shí)質(zhì)內(nèi)容是什么，始終含糊其詞。人們不容易看清理論的真實(shí)意圖，產(chǎn)生了雙生子佯謬，至今未能解決，成為相對論的巨大隱患，本文指出相對論的實(shí)質(zhì)性內(nèi)容，消除雙生子佯謬，有助于正確理解和維護(hù)相對論。

1.狹義相對論是運(yùn)動(dòng)學(xué)

狹義相對論是運(yùn)動(dòng)學(xué)，它不追究產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的原因。相對論速度合成法是運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)論，一切運(yùn)動(dòng)，無論是勻速或加速，都要遵守。

2.洛倫茲變換不能直接測量核實(shí)

說的是兩個(gè)慣性系之間測量同一事件的變換關(guān)系，兩系之間速度為v，無撇的是靜系，有撇的是動(dòng)系。既然兩系間速度為v，就無聯(lián)系，是隔絕的。如果有人從靜系出發(fā)，趕到動(dòng)系去核實(shí)測量結(jié)果，他的速度一定大于v，已不能代表靜系的觀測者，所以無法核實(shí)。洛倫茲變換成為無法核實(shí)的虛擬變換，是不可測的。不允許一個(gè)系的觀測者到另一系去核實(shí)測量結(jié)果，這就是隔絕的含義，于是有

結(jié)論1：洛倫茲變換不可測，相對論中慣性系間彼此隔絕。

所以，由洛倫茲變換導(dǎo)出的“鐘慢”也不能直接測量。由于對結(jié)論1缺乏認(rèn)識，出現(xiàn)了雙生子佯謬，愛氏不能回答，回避之。后來有人宣布用廣義相對論可證明乘飛船者年輕[1]，這種證明不對，本文不研究廣義相對論，將在討論廣義相對論的文章中作出說明。雙生子實(shí)驗(yàn)企圖核實(shí)“鐘慢”，違反慣性系間隔絕的規(guī)定，不允許作此實(shí)驗(yàn)，有結(jié)論

結(jié)論2：相對論中禁止提出雙生子佯謬實(shí)驗(yàn)。

乘飛船旅行是可實(shí)現(xiàn)的事件，到底誰年輕，總得回答。飛船在起飛和返回階段作加速運(yùn)動(dòng)，若很短暫，勻速飛行時(shí)間又很長，那么仍可在狹義相對論內(nèi)討論，不必搬到廣義相對論中。地球上的人看見乘飛船者年輕，飛船上的人看見地球上的人年輕，出現(xiàn)矛盾，只能運(yùn)用邏輯的力量，才能獲得解決，答案是兩人衰老程度一樣，他們經(jīng)歷的時(shí)間一樣。這樣理解，捍衛(wèi)了牛頓時(shí)空觀，捍衛(wèi)了狹義相對論。

運(yùn)動(dòng)鐘的“鐘慢”不可核實(shí)。上世紀(jì)70年代，美國學(xué)者企圖核實(shí)鐘慢，把兩個(gè)原子鐘在地面對準(zhǔn)，一個(gè)放上飛機(jī)作環(huán)球飛行，回來后和地面原子鐘對比，宣布發(fā)現(xiàn)時(shí)間差異，差異中包含狹義和廣義相對論效應(yīng)。應(yīng)該注意，影響原子鐘走時(shí)的因素太多，很難判斷各種因素起的作用，難以肯定實(shí)驗(yàn)結(jié)果。若將來再作類似實(shí)驗(yàn)，無論結(jié)果如何，都不能證明“運(yùn)動(dòng)的鐘慢”，只能分析其它因素對鐘的影響。

3.速度合成法和質(zhì)能關(guān)系成立

洛倫茲變換不可測，它的用處是導(dǎo)出相對論速度合成法則

速度合成法則不產(chǎn)生邏輯上的困難，是成立的，反映的是光速是速度極限這一論斷。“坐標(biāo)系”、“方程的不變性”是推導(dǎo)理論時(shí)使用的概念，是中間過程，不具有實(shí)質(zhì)性內(nèi)容，各種文獻(xiàn)以大量篇幅闡述，模糊了相對論的核心思想?，F(xiàn)在指出，相對論的核心思想是它的速度合成法，相對論效應(yīng)就是速度效應(yīng)。絕不是在這里作概念游戲，從速度出發(fā)理解愛氏理論，有助于正確理解和應(yīng)用相對論。

結(jié)論3：相對論的核心思想是它的速度合成法。

與速度合成有密切關(guān)系，也成立。設(shè)想有一威力強(qiáng)大的火箭，加速到接近光速，受速度合成限制，無法達(dá)到光速，發(fā)動(dòng)機(jī)在工作，提供能量，能量只好轉(zhuǎn)化為質(zhì)量，保證不達(dá)光速。此設(shè)想表明質(zhì)能關(guān)系與速度合成密切相關(guān)，相對論效應(yīng)就是速度效應(yīng)。

4.空間論

通常說法是相對論建立新的時(shí)空觀，否定了牛頓時(shí)空觀。

洛倫茲變換不可測，有虛擬性質(zhì)，很難說它建立起新時(shí)空觀。如果物體不動(dòng)，洛倫茲變換退化成伽利略變換，時(shí)空仍是牛頓的。相對論時(shí)空畸變，是在牛頓時(shí)空框架內(nèi)觀測到的，牛頓時(shí)空起到基礎(chǔ)作用，不能否定。前面宣布雙生子見面時(shí)衰老程度一樣，其實(shí)是在捍衛(wèi)牛頓時(shí)空。相對論歸結(jié)為速度效應(yīng)，速度是一維空間概念，現(xiàn)實(shí)空間是三維，從這點(diǎn)上看，也不宜說相對論建立了新的時(shí)空觀。

羅巴切夫斯基幾何建立后，數(shù)學(xué)家歡欣鼓舞，似乎空間真的彎曲了。他們忽略了這一事實(shí)，即羅幾何是二維的，沒有三維羅幾何。所以，三維空間彎曲無從談起。有很多作者把相對論植根于羅幾何，取得成功。既然羅幾何是二維，那么相對論也是二維的了，它不可能成為三維空間論。牛頓質(zhì)樸的時(shí)空觀具有堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，應(yīng)該維護(hù)它。

5.結(jié)論

簡明地說，相對論談的就是光速c是速度的極限，要想不超過c，必須由速度合成法保證，速度合成法又由洛倫茲變換導(dǎo)出，這些話概括了相對論的全部內(nèi)容，愛氏的工作到此為止。然而，這是不夠的，還要作補(bǔ)充規(guī)定，本文的洛倫茲變換不可測和慣性系隔離就是補(bǔ)充規(guī)定。雙生子佯謬是重大隱患，本文明確回答，雙生子重新見面，兩人衰老程度一樣。

流行的說法是相對論否定了牛頓時(shí)空，牛頓時(shí)空錯(cuò)，相對論時(shí)空對。這種說法欠妥，相對論沒有建立新時(shí)空理論，它揭示的是速度效應(yīng)，在今天看來，牛頓時(shí)空仍然是可信的，沒有理由去貶低它。

參考文獻(xiàn)

[1]哈里斯，現(xiàn)代理論物理導(dǎo)論（第一卷），上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1984.

[2]Rabinowitch，A.S.（1991）.InternationalJournalofTheoreticalPhysics，30，521.