劉朝建

摘 要：本文首先通過對(duì)比分析論證光與物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)，提出光不是物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，缺乏事實(shí)和理論根據(jù)將建立在物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)上的慣性系等價(jià)原理拓展到光學(xué)中：其次，光速不變?cè)砼c伽利略坐標(biāo)變換從光學(xué)角度講并不存在矛盾，狹義相對(duì)論認(rèn)為二者之間存在矛盾，是因?yàn)楠M義相對(duì)論把光與實(shí)物機(jī)械運(yùn)動(dòng)，光速與機(jī)械運(yùn)動(dòng)的速度等同了：第三，經(jīng)典力學(xué)的適用范圍是物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)，而經(jīng)典光學(xué)的適用范圍是光的波動(dòng)：第四，經(jīng)典光學(xué)理論能夠科學(xué)合理地解釋邁克爾遜——莫雷光學(xué)實(shí)驗(yàn)，經(jīng)典物理學(xué)所謂萬(wàn)里晴空的一朵烏云，是把光看成是“以太”機(jī)械波并以此為基礎(chǔ)驗(yàn)證地球“以太”之間的速度在實(shí)驗(yàn)方法和基本原理上是錯(cuò)誤的，而并不是經(jīng)典力學(xué)與光學(xué)存在問題：第五，自然的真實(shí)空間性質(zhì)，如大小，三維正實(shí)性，并不會(huì)隨著物質(zhì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變而改變，也不會(huì)隨著人為設(shè)定的參照物的改變而改變，也不會(huì)因?yàn)閿?shù)學(xué)坐標(biāo)系發(fā)生改變而改變：第六，洛倫茲變換在現(xiàn)實(shí)中難以自洽：第七，狹義相對(duì)論的推論在現(xiàn)有的物理實(shí)驗(yàn)中不能確證。

關(guān)鍵詞：慣性系等價(jià)原理；光速不變?cè)?；邁克爾遜——莫雷光學(xué)實(shí)驗(yàn)；洛倫茲變換

中圖分類號(hào)：0412.1

“人類的大多數(shù)制度要求人們的絕對(duì)信仰，.而科學(xué)的態(tài)度則使懷疑成為美德?！?/p>

——默頓

1 光的運(yùn)動(dòng)是實(shí)物機(jī)械運(yùn)動(dòng)嗎？將建立在實(shí)物機(jī)械運(yùn)動(dòng)的力學(xué)相對(duì)性原理推廣到光學(xué)中有何事實(shí)和理論根據(jù)

學(xué)無(wú)止境是人們所追求的，但是人們對(duì)自然科學(xué)理論的認(rèn)識(shí)有時(shí)還停留在表面，這在一定程度上阻礙了社會(huì)的進(jìn)步。對(duì)此，人們不僅要了解自然科學(xué)理論，更要知道其原理和事實(shí)依據(jù)，全面深刻的認(rèn)識(shí)自然科學(xué)理論，才可以有效運(yùn)用。狹義相對(duì)論主要建立在兩大理論基礎(chǔ)上，即光速不變理論和慣性系等價(jià)原理的拓展。所以，只有了解并掌握了上述兩大理論基石，進(jìn)一步了解光學(xué)和力學(xué)，才可以全面認(rèn)識(shí)并理解狹義相對(duì)論。

光和物體的慣性運(yùn)動(dòng)在運(yùn)動(dòng)主體、運(yùn)動(dòng)形式等方面都存在差異，具體來(lái)說(shuō)，光是憑借電磁場(chǎng)才可以產(chǎn)生，而物體的慣性運(yùn)動(dòng)是通過實(shí)體在空間機(jī)械運(yùn)動(dòng)才可以產(chǎn)生，由此可知這兩者的運(yùn)動(dòng)主體完全不同，一個(gè)是無(wú)形的電磁場(chǎng)，一個(gè)是有形的實(shí)體物質(zhì)。從運(yùn)動(dòng)形式的角度出發(fā)，光是通過波動(dòng)的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的，而不是機(jī)械運(yùn)動(dòng)。從運(yùn)動(dòng)規(guī)律的角度出發(fā)，光運(yùn)動(dòng)包含直射、反射、折射等多種規(guī)律，而不包含力學(xué)三大定律。從描述方式的角度出發(fā)，光需要通過光程、光速、頻率等多種特性來(lái)詳細(xì)描繪和刻畫，其中，光程是光的路程，光速可以用下列等式表示：光速=光程/傳播時(shí)間，光速既是波速，也可以看成是速率，它是一個(gè)無(wú)方向數(shù)值恒定的標(biāo)量；對(duì)于實(shí)物機(jī)械運(yùn)動(dòng)來(lái)說(shuō)，基于牛頓力學(xué)，可以通過質(zhì)量、位矢、慣性速度等特性來(lái)進(jìn)行描述。在力學(xué)中，位矢描述的是物體位置，而不是物體通過的距離——路程，慣性速度是以時(shí)間為變量對(duì)位矢的求導(dǎo)，它受參照物的影響，因參照物異而異，它是一個(gè)方向，大小可變的矢量；物體的慣性運(yùn)動(dòng)與光還有一個(gè)差別，那就是前者存在相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，后者沒有。所以，經(jīng)過上述分析和比較，我們可以知道，光的運(yùn)動(dòng)和實(shí)物的機(jī)械運(yùn)動(dòng)各不相同。

由于光的波動(dòng)和機(jī)械運(yùn)動(dòng)存在本質(zhì)上的差異，所以牛頓在力學(xué)之外，建立了相獨(dú)立的光學(xué)理論，并對(duì)光的波動(dòng)和機(jī)械運(yùn)動(dòng)進(jìn)行研究和比較，進(jìn)而區(qū)分力學(xué)和光學(xué)，研究結(jié)論如下：光的運(yùn)動(dòng)和實(shí)物的機(jī)械運(yùn)動(dòng)各不相同，光學(xué)理論和力學(xué)理論之間沒有聯(lián)系；所以，如何從力學(xué)原理推廣到光學(xué)理論是當(dāng)前研究的重點(diǎn)。

在力學(xué)理論的基礎(chǔ)上，才可以描述實(shí)物的機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律。影響機(jī)械運(yùn)動(dòng)的因素有很多，其中包括參照物、坐標(biāo)系的選擇以及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等。具體而言，以參照物為基點(diǎn)，對(duì)實(shí)物的運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行詳細(xì)的位置描述；所謂位矢，就是以參照物標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)實(shí)物和參照物的空間位直進(jìn)行描述，所以，參照物的不同，位矢在數(shù)值大小以及方向上也就不同。機(jī)械運(yùn)動(dòng)遵照力學(xué)基本原理所成立的參照坐標(biāo)系就是慣性系，反之則是非慣性系。所以，處于慣性系中的機(jī)械運(yùn)動(dòng)符合牛頓力學(xué)的基本原理。這就是慣性系等價(jià)原理，只有在牛頓力學(xué)的基礎(chǔ)上，才能得出慣性系等價(jià)原理，由此可知，我們要拓展慣性系等價(jià)原理，進(jìn)一步將到拓展其他運(yùn)動(dòng)上，必定以牛頓力學(xué)為根據(jù)。

而光的描述的科學(xué)理論是光學(xué)，在光學(xué)理論中，如幾何、波動(dòng)光學(xué)中，對(duì)光描述與參照系的選擇和運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)聯(lián)。例如光程是光的幾何路程與介質(zhì)的折射率的乗積，而光的幾何路程是由光在空間中所經(jīng)過的幾何距離決定的，它們都與參照系的選擇沒有關(guān)聯(lián)，也不以參照物為基點(diǎn)描述的，不僅僅是光速與參照系的選擇和運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)聯(lián)，光的幾何路程、光程、光的傳播時(shí)間、光的周期、波長(zhǎng)以及光的直線、反射、折射、干涉、等光學(xué)定律都與參照系的選擇和運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)。因?yàn)樗鼈円膊皇且詤⒄瘴餅榛c(diǎn)描述的。參照物的改變也不會(huì)改變對(duì)它們的描述。所以在光學(xué)理論中，如幾何、波動(dòng)光學(xué)中，光學(xué)計(jì)算只需要考慮光學(xué)器件的幾何距離、光學(xué)路徑、光源性質(zhì)、介質(zhì)、實(shí)驗(yàn)方案等因素，而不需要確定參照系，它是否是慣性系，光的描述 與參照系的選擇和運(yùn)動(dòng)，與力學(xué)定律沒有關(guān)聯(lián)，而牛頓力學(xué)的慣性系等價(jià)原理與物體的慣性運(yùn)動(dòng)、力學(xué)定律、參照物的選擇和運(yùn)動(dòng)有關(guān)系，而且是建立以此為基礎(chǔ)的，因此，將慣性系等價(jià)原理拓展到光學(xué)中顯然是不合適的，是無(wú)視光與實(shí)物的性質(zhì)和機(jī)械運(yùn)動(dòng)存在的根本差異，是將慣性系等價(jià)原理脫離現(xiàn)實(shí)、無(wú)限制絕對(duì)化、擴(kuò)大化的結(jié)果。

2 對(duì)光速不變?cè)淼恼J(rèn)識(shí)是應(yīng)該建立在光學(xué)，還是力學(xué)上？從光學(xué)角度上講光速不變?cè)砼c伽利略變換之間是否存在不可調(diào)和的矛盾

對(duì)光速不變理論進(jìn)行了解，可知其也被稱作是光速不變定律，概念如下：光速×光的傳播時(shí)間=光程，由于光速為固定值，所以光程和傳播時(shí)間之比為固定值，決定這一固定值的因素是真空狀態(tài)下的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率；此外，光程和傳播時(shí)間之間存在正比例函數(shù)，根據(jù)這個(gè)，經(jīng)典光學(xué)理論主要是通過光程的計(jì)算，來(lái)確定光的傳播時(shí)間，進(jìn)而可以得知光的干涉條紋。綜上所述，這也是光運(yùn)動(dòng)和機(jī)械運(yùn)動(dòng)的差別之一。

伽利略坐標(biāo)變換是以時(shí)間、空間不變假設(shè)為前提建立的，所以，根據(jù)這個(gè)變換原理，我們可以判定：物體在空間的相對(duì)幾何距離不會(huì)發(fā)生改變。光通過物體的過程中，光速、光程以及傳播時(shí)間都是固定不變的，不會(huì)發(fā)生改變。同時(shí)，光的折射率也固定不變。在自然空間中，光程和傳播時(shí)間之比為光速，由于這個(gè)比值也固定不變，所以光速固定不變。對(duì)此，我們可以發(fā)現(xiàn)，伽利略坐標(biāo)變換和光速不變?cè)硭嬖诘拿苁强梢酝ㄟ^某種方式來(lái)緩解，自己調(diào)和的，只要能從本質(zhì)上了解并掌握光的運(yùn)動(dòng)，我們?cè)诳隙ü馑俨蛔冊(cè)淼耐瑫r(shí)，也不肯能否定伽利略變換法則，認(rèn)為它是錯(cuò)誤的。

從狹義相對(duì)論的角度出發(fā)，我們可以發(fā)現(xiàn)，光速恒定和伽利略變換矛盾的根源在于，光與物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，光程與位矢，光速與慣性速度被畫上等號(hào)，若它們等同，必有：在機(jī)械運(yùn)動(dòng)中，實(shí)物的位矢慣性速度都是在參照物基礎(chǔ)上確立的，所以，參照坐標(biāo)基點(diǎn)發(fā)生改變，那么位矢，慣性速度也就隨之改變，其中包括數(shù)值的大小以及方向。根據(jù)伽利略變換理論，我們可以知道實(shí)物的位矢以及速度并不是固定不變的，而是會(huì)發(fā)生變化的，從而會(huì)引申出光速恒定和伽利略變換的矛盾。而正如我們前面所討論的，這種等同是沒有理論和事實(shí)根據(jù)的，是一種錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)，這也是很多相對(duì)論支持者的認(rèn)識(shí)誤區(qū)，只有正確理解了光的運(yùn)動(dòng)，認(rèn)識(shí)到光與物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的差別，才能認(rèn)識(shí)到光速恒定和伽利略變換并不存在所謂的矛盾。

3 科學(xué)理論的適用范圍是什么

無(wú)論是怎樣的科學(xué)理論，都需要有客觀事實(shí)來(lái)支撐，并且在規(guī)定的范圍之內(nèi)可行，一旦超出了這個(gè)固定的范圍，這些科學(xué)理論就不再可行，因此科學(xué)理論是相對(duì)正確的。就比如說(shuō)在物理界中比較重要的兩個(gè)理論，經(jīng)典光學(xué)和牛頓力學(xué)，二者之間沒有關(guān)系，并且有其各自的界限。其中經(jīng)典光學(xué)理論是根據(jù)科學(xué)家們對(duì)于光的研究和觀察，所測(cè)量得出的數(shù)據(jù)，最終得出光的性質(zhì)和客觀規(guī)律，這是對(duì)于真實(shí)事物的客觀描述和反映。倘若用牛頓力學(xué)的相關(guān)理論來(lái)分析和計(jì)算光學(xué)的問題，就完全行不通。牛頓力學(xué)專注于對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的研究，從各種觀察和實(shí)驗(yàn)中得出數(shù)據(jù)，分析總結(jié)之后得出事物機(jī)械運(yùn)動(dòng)的客觀規(guī)律，因此牛頓力學(xué)適用于對(duì)實(shí)物的機(jī)械運(yùn)動(dòng)的研究，如果使用光學(xué)的計(jì)算方式同樣也得不到正確的答案。然而在愛因斯坦提出的狹義相對(duì)論中，牛頓力學(xué)的科學(xué)性驗(yàn)證卻是使用光學(xué)實(shí)驗(yàn)來(lái)完成的。

4 所謂經(jīng)典物理學(xué)萬(wàn)里晴空的一朵烏云是經(jīng)典物理學(xué)存在問題？還是把光看成是“以太”為介質(zhì)的物質(zhì)機(jī)械波并以此為依據(jù)驗(yàn)證地球相對(duì)于“以太”的速度在實(shí)驗(yàn)方法和原理上是錯(cuò)誤

任何結(jié)論都是要經(jīng)過事實(shí)驗(yàn)證，才可以稱之為科學(xué)理論，實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)原理，方案都是具有正確性，才可以確?？茖W(xué)理論驗(yàn)證的正確，我們應(yīng)該具備求知的精神，本著客觀嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，勇于對(duì)自然進(jìn)行探索。如果一種主觀猜測(cè)尚未經(jīng)過驗(yàn)證，其科學(xué)性有待驗(yàn)證，這也說(shuō)明該猜想可能是正確的，也可能是不正確的，我們要對(duì)其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)的過程中，我們可以假定這種猜測(cè)是合理的，通過實(shí)驗(yàn)來(lái)確定的猜測(cè)是否成立，但是，我們不能以這種假設(shè)作為實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)去驗(yàn)證其他的科學(xué)理論?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)必須要以客觀事實(shí)為依據(jù)，這樣才能確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性和客觀性。以不確定猜測(cè)為基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)其結(jié)果也將不確定的，在邁——莫光學(xué)實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)是假定光是“以太”的機(jī)械波，并以此為基礎(chǔ)用邁克爾遜——莫雷光學(xué)干涉儀去檢測(cè)地球與“以太”的之間的速度，如果光是“以太”機(jī)械波是成立的，則由邁——莫光學(xué)實(shí)驗(yàn)得出的地球與“以太”的之間速度為零的結(jié)必定成立，如 果光是“以太”機(jī)械波是不成立的，則邁——莫光學(xué)實(shí)驗(yàn)以此為基礎(chǔ)去檢驗(yàn)地球與“以太”的之間的相對(duì)速度在實(shí)驗(yàn)的方案和基本原理上是錯(cuò)誤的，由此引申出地球與“以太之間”的速度為零的論斷也必定是錯(cuò)誤的，正因?yàn)楣馐恰耙蕴睓C(jī)械波是不確定的猜想，以此為基礎(chǔ)得到的地球相“以太之間”的速度為零的論斷也是不確定的，用這種不確定的論斷去驗(yàn)證被無(wú)數(shù)實(shí)驗(yàn)所驗(yàn)證的經(jīng)典科學(xué)理論在方法上是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?。如果要用邁——莫光學(xué)干涉儀去檢驗(yàn)地球與“以太”之間的速度，首先要證明光是“以太”機(jī)械波是正確的。

主流物理學(xué)觀念認(rèn)為光是“以太”機(jī)械波是錯(cuò)誤的，這事實(shí)上是承認(rèn)：邁——莫光學(xué)實(shí)驗(yàn)以光是“以太”機(jī)械波為基礎(chǔ)去驗(yàn)證地球與“以太”之間的速度從實(shí)驗(yàn)的方法到基本原理都是錯(cuò)誤的，邁——莫光學(xué)實(shí)驗(yàn)中唯一正確論斷是：干涉條紋沒有移動(dòng)。

經(jīng)典物理學(xué)是建立在分析和論證觀察、實(shí)踐所得的現(xiàn)象，數(shù)據(jù)上的，牛頓力學(xué)是建立在觀察、實(shí)踐物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)所得到的現(xiàn)像、數(shù)據(jù)等客觀事實(shí)分析和論證上基礎(chǔ)的，而光學(xué)是建立在觀察、實(shí)踐光的運(yùn)動(dòng)所得到的現(xiàn)像、數(shù)據(jù)的等客觀事實(shí)分析和論證基礎(chǔ)上的，而不是以某種主觀的假定為基礎(chǔ)上，不是建立在光是“以太”為機(jī)械波的猜想上的，把光假定為“以太”機(jī)械波僅是某些物理學(xué)家的個(gè)人觀點(diǎn)，光是“以太”機(jī)械波是錯(cuò)誤的，這只能說(shuō)明某些物理學(xué)家的這種主觀臆測(cè)是錯(cuò)誤的，而不能證明經(jīng)典物理學(xué)如力學(xué)，光學(xué)存在問題， 對(duì)邁——莫光學(xué)實(shí)驗(yàn)正確合理的解釋是經(jīng)典光學(xué)理論——波動(dòng)光學(xué)和幾何光學(xué)，而不是用主觀臆測(cè)出的原理——光是“以太”機(jī)械波或把光當(dāng)成是一種實(shí)物的機(jī)械運(yùn)動(dòng)去解釋，即便是經(jīng)典理論——波動(dòng)和幾何光學(xué)不能合理解釋邁——雷光學(xué)實(shí)驗(yàn)，那也只能說(shuō)明經(jīng)典波動(dòng)和幾何光學(xué)尚需完善，而不能證明牛頓力學(xué)有缺陷，因?yàn)楣獾暮蛯?shí)物的機(jī)械運(yùn)動(dòng)是根本不同的運(yùn)動(dòng)。

在經(jīng)典波動(dòng)和幾何光學(xué)理論中，幾何路程是由光所經(jīng)過的幾何距離決定的，而光程是幾何路程與介質(zhì)的折射率的乗積，在邁-莫光學(xué)實(shí)驗(yàn)中，無(wú)論邁-莫干涉儀如何運(yùn)動(dòng)，反射鏡與半透鏡的幾何距離始終恒定，而介質(zhì)特性也沒有變化，因此，幾何路程，光程也必然保持恒定，自然光程差也不會(huì)變化，光程差不改變，干涉條紋自然不會(huì)移動(dòng)。

因此可以得出：邁克爾遜——莫雷光學(xué)實(shí)驗(yàn)并不能證明經(jīng)典物理學(xué)理論存在問題，現(xiàn)代物理學(xué)所謂“烏云”——地球“以太”的之間速度為零的結(jié)論，并不是由經(jīng)典物理學(xué)理論引起的，而是把光假定是“以太”機(jī)械波，并以此為根據(jù)驗(yàn)證地球相對(duì)于“以太”的速度在實(shí)驗(yàn)的方法和原理上是錯(cuò)誤的。狹義相對(duì)論正確地認(rèn)識(shí)到光不是“以太”機(jī)械波，但是卻沒有正確認(rèn)識(shí)到光與機(jī)械運(yùn)動(dòng)，光速與慣性速度的本質(zhì)區(qū)別，將二者等同了，結(jié)果從一個(gè)誤區(qū)滑向另一個(gè)誤區(qū)。

要得到符合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果的解釋只有正確利用科學(xué)理論，然而在相對(duì)論中，邁-莫光學(xué)實(shí)驗(yàn)的解釋，不是利用被觀察和實(shí)踐所證實(shí)的科學(xué)理論-經(jīng)典光學(xué)理論，而是把光看成是以太機(jī)械波，并以此為此為基礎(chǔ)去解釋邁-莫光學(xué)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)他們不能夠?qū)?shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果作出合理的解釋的時(shí)候，不是質(zhì)疑自身對(duì)光的理解是錯(cuò)誤的，不去懷疑自身對(duì)邁-莫光學(xué)實(shí)驗(yàn)的解釋在方法是錯(cuò)誤的，而是質(zhì)疑經(jīng)典光學(xué)理論，牛頓力學(xué)存在理論錯(cuò)誤。

5 自然存在的空間是否會(huì)隨著物質(zhì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變而改變，是否會(huì)隨著參照物的改變和參照物的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變而改變

對(duì)于自然界中的物質(zhì)來(lái)說(shuō)，性質(zhì)和規(guī)律都是客觀存在的，無(wú)法改變的，關(guān)于這些物質(zhì)的科學(xué)理論都是對(duì)于實(shí)際存在的反映，其中自然空間也是這樣一個(gè)真實(shí)存在的。對(duì)于人類來(lái)說(shuō)，自然空間的性質(zhì)是絕對(duì)存在的，是首要的，不會(huì)以人的意志為轉(zhuǎn)移，我們可以感受到它的存在，可以從日常事物中反映出來(lái)，可以對(duì)其進(jìn)行描述刻畫。人類對(duì)于自然空間性質(zhì)的認(rèn)識(shí)是基于對(duì)現(xiàn)實(shí)中對(duì)這種客觀事物的了解和觀察，而不是憑人的主觀想象出來(lái)的。

自然空間的實(shí)際大小不會(huì)改變，更不會(huì)因?yàn)槟硞€(gè)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化的，實(shí)際上，物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化之后也沒有改變自然空間的屬性，變化的只是他自身的運(yùn)動(dòng)特性?？茖W(xué)家曾經(jīng)針對(duì)這個(gè)在實(shí)驗(yàn)室中將電子的運(yùn)動(dòng)速度加速，直至光速，這個(gè)時(shí)候加速器、地球還有宇宙的性質(zhì)和狀態(tài)都沒有因?yàn)殡娮拥倪\(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變而產(chǎn)生變化，僅僅是電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了改變。所以科學(xué)家認(rèn)為自然空間是不會(huì)因?yàn)槠渲械奈镔|(zhì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化而產(chǎn)生變化，這個(gè)結(jié)論狹義相對(duì)論是不一至的。真實(shí)的空間不會(huì)依賴于某個(gè)物質(zhì)存在，也不會(huì)因?yàn)槟硞€(gè)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變而變化。

自然空間不能定義為運(yùn)動(dòng)和靜止。因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)的本質(zhì)是物體在空間位置的變化，運(yùn)動(dòng)主體是物質(zhì)，空間是從屬，若定義空間運(yùn)動(dòng)，則有空間在空間位置變化，這在定義上是自舉的，因此牛頓的絕對(duì)靜止空間的觀念是錯(cuò)誤的，錯(cuò)誤的根源是將參照物坐標(biāo)系當(dāng)成了真實(shí)的空間。

通常對(duì)于自然空間的描述都是以人作為主體，主觀規(guī)定參照物為靜止。因此參照物是人的主觀意識(shí)所演變出的，不是客觀存在的，會(huì)因?yàn)槿说男枰煌l(fā)生改變，在對(duì)于某個(gè)事物進(jìn)行研究的時(shí)候，就可以選擇相關(guān)的事物作為參照物來(lái)對(duì)其進(jìn)行觀察，描述，比如，我們可以選定地球，也可選定太陽(yáng)為參照基點(diǎn)來(lái)描述月球的運(yùn)動(dòng)，這取決于我們的需要，這放映了對(duì)現(xiàn)實(shí)中物體運(yùn)動(dòng)描述的相對(duì)性。

雖然參照物坐標(biāo)系是人類思維的產(chǎn)物，并沒有客觀存在，但是這是對(duì)于客觀事物的真實(shí)反映，是對(duì)于空間事物屬性的模擬。實(shí)際上，自然空間不會(huì)因?yàn)槭挛锏母淖兌兓?，所以無(wú)論選用哪種事物作為參照，空間坐標(biāo)的大小都不會(huì)變化，這就是伽利略坐標(biāo)變化的理論依據(jù)。和相對(duì)論的參照物坐標(biāo)變換不同的是，伽利略坐標(biāo)變化是從自然空間中得出的，不會(huì)因?yàn)槿说囊庵径淖儯墙⒃谡鎸?shí)自然空間上的坐標(biāo)。

參照物坐標(biāo)系是根據(jù)人類生活的三維空間上的，方向是參考方向，是對(duì)自然空間中真實(shí)存在的反映，是從現(xiàn)實(shí)生活中對(duì)于自然空間的觀察、分析、總結(jié)而建立的坐標(biāo)系，是建立在實(shí)踐基礎(chǔ)上的產(chǎn)物。如果不從現(xiàn)實(shí)的角度，而單純從數(shù)學(xué)角度，我們將無(wú)法理解參照物坐標(biāo)系是三維正實(shí)空間，因?yàn)閿?shù)學(xué)空間可以是N維，它可以是正，也可以是負(fù)的，而真實(shí)的空間只能有自然來(lái)決定。

在狹義相對(duì)論中提出，物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)能夠影響空間的變化，但是對(duì)于自然空間和物質(zhì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的關(guān)系卻沒有那么明確，在參照坐標(biāo)空間中，物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的變化還是能夠影響到空間變化，而自然空間則不會(huì)受到物質(zhì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的影響，但是如果參照物坐標(biāo)空間會(huì)隨著物質(zhì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化而變化就會(huì)和自然空間大小不變產(chǎn)生矛盾，這就能夠說(shuō)明參照物坐標(biāo)系沒法反映出自然空間的真實(shí)性質(zhì)。

一些物理學(xué)家認(rèn)為，狹義相對(duì)論的空間會(huì)發(fā)生改變，即物質(zhì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)會(huì)直接影響到其空間大小。物理學(xué)家通過深入的研究，做出如下結(jié)論：空間的大小并不是一成不變的，而是在參照物以及物質(zhì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變的基礎(chǔ)上，就會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，自然空間的大小不能直接測(cè)量，而是人們根據(jù)主觀傾向?qū)ζ溥M(jìn)行觀測(cè)得出的結(jié)論，也可以稱作是一種感性認(rèn)識(shí)。假若自然真的存在空間，物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)并不會(huì)影響該空間的大小，參照物的不同也不會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的影響，但是，認(rèn)為在觀測(cè)自然空間的過程中，選擇不同的參照物或者物質(zhì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的不同，所觀測(cè)到的空間大小也就不一樣；這樣的結(jié)論并沒有通過實(shí)驗(yàn)和檢驗(yàn)，人們完全有理由對(duì)這個(gè)結(jié)論提出質(zhì)疑。由此可知，我們對(duì)自然空間的觀測(cè)缺乏客觀性、真實(shí)性，不能直接反映出客觀規(guī)律，從實(shí)際的角度出發(fā)，狹義相對(duì)論的空間大小隨著物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變而改變，這個(gè)結(jié)論是經(jīng)過數(shù)學(xué)演邏推導(dǎo)所得。即洛倫茲變換理論的基礎(chǔ)上，一些物理學(xué)家持有不同觀點(diǎn)，即自然存在的空間大小不會(huì)因?yàn)橛^測(cè)和隨著參照物以及參照物的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變而改變，否者真實(shí)的空間性質(zhì)將是由人的思維來(lái)決定，而不是自然，這將面臨哲學(xué)上的困難，科學(xué)是認(rèn)識(shí)自然，還是用某種數(shù)學(xué)方式創(chuàng)造自然。

通過對(duì)狹義相對(duì)論了解，我們可以知道，其對(duì)空間性質(zhì)的認(rèn)識(shí)并不是以客觀事實(shí)為依據(jù)，而是人們的主觀猜想，所以其并不符合客觀規(guī)律。是為了將光速和實(shí)物慣性速度相匹配，緩解光速不變?cè)砗唾だ运俣茸儞Q法則所存在的矛盾而建立的。在洛倫茲變換基礎(chǔ)上，光速不會(huì)發(fā)生改變，但是不能讓空間和時(shí)間與現(xiàn)實(shí)相匹配，不符合客觀現(xiàn)實(shí)規(guī)律，而是主觀的產(chǎn)物。愛因斯坦曾經(jīng)說(shuō)過：“到目前為止，我們有理由相信那些我們通過實(shí)證和檢驗(yàn)的結(jié)論，自然可以通過最簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)觀念來(lái)表達(dá)，所以，我堅(jiān)信，純粹的數(shù)學(xué)推論可以幫助我們更好地探索自然，找尋自然的客觀規(guī)律，這樣我們才是真正的理解自然、融入自然。”這句話充分體現(xiàn)了狹義相對(duì)論的觀點(diǎn)，就是從數(shù)學(xué)觀念的角度出發(fā)，來(lái)理解自然、探索自然。我們要知道，數(shù)學(xué)方法、模型都不能客觀直接的反映自然，但是我們卻可以通過數(shù)學(xué)觀念來(lái)進(jìn)行推理，認(rèn)識(shí)自然并不是僅僅通過觀察和實(shí)驗(yàn)，而是要根據(jù)現(xiàn)有的了解來(lái)做出推測(cè)，再對(duì)推測(cè)進(jìn)行檢驗(yàn)，判斷其客觀性、真實(shí)性。但是問題的關(guān)鍵在于狹義相對(duì)論的洛倫茲變換并不是實(shí)證和檢驗(yàn)的結(jié)論前提的，而是在忽略了光與實(shí)物機(jī)械運(yùn)動(dòng)本質(zhì)區(qū)別的兩個(gè)猜想上，我們不能理所當(dāng)然將這兩個(gè)猜想看成是不可質(zhì)疑的絕對(duì)真理，而應(yīng)從理論和現(xiàn)實(shí)的角度。去分析和論證其合理性，只有這樣，數(shù)學(xué)推導(dǎo)的結(jié)論才具有科學(xué)性。，數(shù)學(xué)推導(dǎo)的結(jié)論也只是一種推測(cè)，其是否成立還必須以現(xiàn)實(shí)角度去分析和論證其合理性，科學(xué)的本質(zhì)始終是要求我們從現(xiàn)實(shí)，從對(duì)自然的觀測(cè)與實(shí)踐去認(rèn)識(shí)自然的一切，包括時(shí)間和空間的性質(zhì)，而不是某種推測(cè)和猜想。

6 狹義相對(duì)論的洛倫茲變換在現(xiàn)實(shí)中是否能自洽

假設(shè)機(jī)場(chǎng)A、B之間的距離為10000公里，在t=0時(shí)刻，一架飛機(jī)從A機(jī)場(chǎng)出發(fā)，飛往B機(jī)場(chǎng)，且飛機(jī)在做勻速直線運(yùn)動(dòng)，速度為1000Km/h，飛機(jī)起飛和降落所花費(fèi)的時(shí)間忽略不計(jì)，在兩個(gè)機(jī)場(chǎng)都有時(shí)鐘，由于機(jī)場(chǎng)A、B相對(duì)靜止，則有t1=t2。

以地面作為參照物，飛機(jī)在空中的飛行時(shí)間是：

t1=t2=10000Km/1000Km/h=10h

由此可知，經(jīng)過10h之后，飛機(jī)于B機(jī)場(chǎng)降落。從狹義相對(duì)論額角度出發(fā)，我們可以得出如下結(jié)論，即運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘比靜止的時(shí)鐘慢。所以，當(dāng)飛機(jī)到達(dá)B機(jī)場(chǎng)時(shí)，飛機(jī)時(shí)鐘的指向t0=t2/k，（k>1）。

在這個(gè)過程中，參照物是由人選擇的，我們也可以換一個(gè)參照物，即選擇飛機(jī)為參照物，當(dāng)飛機(jī)到達(dá)B機(jī)場(chǎng)時(shí)，飛機(jī)時(shí)鐘的指向t0=10/k時(shí)（k>1），基于此，可以計(jì)算出機(jī)場(chǎng)A、B之間的距離：

1000Km/h*（10/k）h=10000/k （k>1）

經(jīng)過上面兩處計(jì)算，我們可以知道，10000/k （k>1）顯然不等于10000，跟A、B機(jī)場(chǎng)的實(shí)際距離不符。從狹義相對(duì)論的角度出發(fā)，飛機(jī)雖然作為參照物，但是其也處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，所以，地面上的時(shí)鐘相對(duì)于飛機(jī)在運(yùn)動(dòng)，相對(duì)的，地面的時(shí)鐘顯然比飛機(jī)時(shí)鐘慢，則t1=t2=t0/k （k>1）；假設(shè)飛機(jī)于機(jī)場(chǎng)B降落時(shí)，飛機(jī)的時(shí)鐘指向10/k，那么地面的時(shí)鐘指向?yàn)閠1=t2=t0/k=（t0/k）/k=10/k2 （k>1），不符合地面時(shí)鐘的指向要求。

同樣的問題，如果不考慮狹義相對(duì)論，結(jié)果又是怎樣的呢？筆者讓一位小學(xué)生和物理學(xué)家進(jìn)行解答。小學(xué)生的答案是：飛機(jī)降落的時(shí)候，不論是飛機(jī)上的時(shí)鐘，還是地面上的時(shí)鐘，都是指向10點(diǎn)。在大多數(shù)人的觀念中，這的答案很符合客觀事實(shí)，從實(shí)際的角度出發(fā)，我們乘坐飛機(jī)的飛行距離是一定的，所以不論是何種參照物，飛機(jī)以1000km/h的速度飛行，飛行10000km，需要花費(fèi)10個(gè)小時(shí)。如果飛機(jī)開始飛行的時(shí)間為0點(diǎn)，飛機(jī)降落的時(shí)候必然是10點(diǎn)。這個(gè)結(jié)論遵循伽利略變換原理，是以客觀事實(shí)為基礎(chǔ)。而物理學(xué)家的結(jié)論卻是完全不一樣，物理學(xué)家由于考慮到狹義相對(duì)論理論，認(rèn)為時(shí)間會(huì)相對(duì)變慢，筆者不由想到《〈皇帝的新裝〉》，皇帝沒有穿任何衣服，但是大家都說(shuō)皇帝穿了最好看、最華麗的衣服，只有小孩子講出了真像。在這個(gè)故事中，大人以騙子的話作為判斷標(biāo)準(zhǔn)，傻瓜是看不到這件衣服的。若從狹義相對(duì)論的角度出發(fā)，將時(shí)間相對(duì)變慢作為科學(xué)結(jié)論，我們就不會(huì)受到客觀事實(shí)的影響，從而否定客觀事實(shí)?；诖?，我們需要具備批判精神，敢于質(zhì)疑真理。

所以，狹義相對(duì)論和客觀事實(shí)并不相符，在前面的問題中，由于設(shè)定的參照物不同，再結(jié)合慣性系等價(jià)原理以及洛倫茲變換，我們可以得到的結(jié)論是：處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的飛機(jī)上的始終既快又慢?；诖耍覀兛芍?，一個(gè)時(shí)鐘相對(duì)于另一個(gè)時(shí)鐘的快慢并不能證明狹義相對(duì)論；具體來(lái)說(shuō)，如果k=1，上述結(jié)論才得以成立，也符合客觀事實(shí)規(guī)律。然而，這是符合伽利略變換的結(jié)果，而不是洛倫茲變換。

7 現(xiàn)有的物理實(shí)驗(yàn)是否能確證狹義相對(duì)論的物理結(jié)論

不論是哪種物理理論，不可以根據(jù)自身的主觀意想去判斷，而是要本質(zhì)客觀、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度去展開實(shí)證，通過實(shí)證來(lái)確定推測(cè)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間的相似性程度，并在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步明確實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論之間所存在的邏輯關(guān)系，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是實(shí)驗(yàn)結(jié)果就是理論的客觀規(guī)律的體現(xiàn)，不是其他因素的所導(dǎo)致的。在物理實(shí)驗(yàn)中，充滿著許多不確定因素，例如實(shí)驗(yàn)環(huán)境、方法、過程等多個(gè)方面均有體現(xiàn)，此外，實(shí)驗(yàn)只能觀測(cè)到實(shí)物的外在表象，而不是內(nèi)在本質(zhì)，所以，實(shí)驗(yàn)的最終目的就是證實(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論之間所存在的邏輯關(guān)系。由于實(shí)驗(yàn)主體的不同，對(duì)待實(shí)驗(yàn)的態(tài)度和想法也就不一樣，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的理解也就存在差異；即使通過實(shí)驗(yàn)證明結(jié)果和理論之間存在邏輯關(guān)系，也不能完全排除偶然因素的影響，基于此，實(shí)驗(yàn)的客觀習(xí)慣和科學(xué)性就得不到完全的肯定。

經(jīng)過多種實(shí)驗(yàn)，我們雖然可以尋找到實(shí)驗(yàn)結(jié)果和狹義相對(duì)論之間的某種聯(lián)系，但是就不可以直接判定狹義相對(duì)性就是客觀、準(zhǔn)確的。舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)，在“高速粒子壽命增長(zhǎng)”的實(shí)驗(yàn)中，就是以粒子處于靜止?fàn)顟B(tài)且運(yùn)動(dòng)過程不會(huì)對(duì)粒子壽命產(chǎn)生影響為假設(shè)前提，若是沒有假設(shè)粒子運(yùn)動(dòng)過程不會(huì)影響其壽命，那么我們就不能準(zhǔn)確判定粒子壽命和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)毫無(wú)關(guān)聯(lián)，也就不能確定是否是“時(shí)間膨脹”的影響。再舉個(gè)例子，在“高速電子質(zhì)量變重”的實(shí)驗(yàn)過程中，電子質(zhì)量并不能直接測(cè)量出來(lái)，而是在靜電場(chǎng)、靜磁場(chǎng)的作用下的偏轉(zhuǎn)程度來(lái)判斷出來(lái)的。經(jīng)典典靜電場(chǎng)、靜磁場(chǎng)理論進(jìn)行相關(guān)了解，我們可以知道靜電場(chǎng)、靜磁場(chǎng)是一種恒穩(wěn)場(chǎng)，電磁場(chǎng)不會(huì)對(duì)電子的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生任何影響，而電子通過靜電場(chǎng)、靜磁場(chǎng)的過程中，也不會(huì)有輻射現(xiàn)象。從實(shí)際的角度出發(fā)，在靜電場(chǎng)和靜磁場(chǎng)的作用下，電子會(huì)產(chǎn)生輻射，而且電子的運(yùn)動(dòng)速度和產(chǎn)生輻射的大小之間具有正比例關(guān)系，即電子運(yùn)動(dòng)速度越快，產(chǎn)生的輻射就越大，反之，輻射越小。由此可知，靜電場(chǎng)、靜磁場(chǎng)對(duì)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)會(huì)產(chǎn)生的一定的影響，這也說(shuō)明“高速電子質(zhì)量變重”的實(shí)驗(yàn)結(jié)論缺乏科學(xué)性。所以，上述實(shí)驗(yàn)都可以反駁狹義相對(duì)論。

不論是何種理論，只要是沒有客觀驗(yàn)證的，都缺乏客觀性和真實(shí)性，我們不能憑借主觀意識(shí)去判斷，而是要堅(jiān)持實(shí)事求是的思想，對(duì)理論進(jìn)行批判，并采取相關(guān)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行證明；通過這樣的方式，才可以提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的嚴(yán)謹(jǐn)性、科學(xué)性、客觀性，避免主觀傾向?qū)?shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。

總而言之，科學(xué)真實(shí)是經(jīng)得起事實(shí)的考驗(yàn)，需要以客觀事實(shí)為基礎(chǔ)，而不是主觀的假設(shè)和猜想。假設(shè)是由于人的主觀傾向而產(chǎn)生的一種猜測(cè)和判斷，并不具備科學(xué)性，也不是絕對(duì)真理。對(duì)于假設(shè)，我們需要通過實(shí)驗(yàn)來(lái)證明，只有通過嚴(yán)格證明和檢驗(yàn)的假設(shè)，才可以確定其為科學(xué)結(jié)果，才可以納入到科學(xué)理論體系中。基于此，我們對(duì)自然的探索也不能停留在主觀假設(shè)上，而是要在提出假設(shè)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和檢測(cè)，提高我們認(rèn)識(shí)自然的程度。

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