毛逢銀

(四川輕化工大學 圖書館，四川 自貢 643000)

愛因斯坦等人在認識到“絕對論”的局限性之后，拋棄了絕對時空觀，以“相對性原則”和“光速不變原則”為基礎，建立了狹義相對論。雖然，該理論產生已經過去了一百多年，但對它的質疑和爭論依然不休。既有贊成者，也有反對之聲。有的要發(fā)展狹義相對論，有的則要求回到絕對論。因此，筆者曾對狹義相對論所面臨的問題和困難做過較全面的剖析，并在充分總結前人的理論思維成果和近代物理實驗的基礎上，通過哲學的綜合推論認為，“相對”與“絕對”是對立統(tǒng)一的矛盾雙方，雙方互為存在的前提，既互相對立又互相統(tǒng)一，失去一方，對方也將失去存在的條件，二者不能割裂。[1]因此，無論是牛頓的絕對時空觀還是愛因斯坦的相對論時空觀都只是相對真理，也必然會出現各種困難和爭論。所以，筆者提出，只有用“絕對與相對統(tǒng)一”的思想才能解決所面臨的困難。

一、 絕對與相對統(tǒng)一的本質意義

對狹義相對論的質疑與爭論涉及的問題如此之多，這除它的基礎不完備之外，還有一個更主要的原因是包括愛因斯坦本人在內，沒有對所涉及的相關問題的物理機制進行深入的研究，對所依據的兩個基本假設的本質也沒有進一步闡釋。比如光速不變，有人理解為回路光速不變，也有人認為是光源是否運動不改變光速(這一點已被實驗證實)，還有人認為不論光源是否運動以及觀測者是否運動都不改變光速(還未被實驗證實)。愛因斯坦本人也在不同時期有不同理解，在1905年使用雙向光速不變[2]，而在1952年則使用單向光速不變[3]90。以至于對其推導出的結果的理解都無法統(tǒng)一。因此，為避免歧義，先對絕對相對統(tǒng)一論依據的基礎做出說明。

第一，絕對相對統(tǒng)一論是絕對與相對的統(tǒng)一理論，它要求必然存在絕對靜止參考系(簡稱“靜止參考系”)。它相當于目前人們所說的真空系統(tǒng)或真空背景場，現代物理研究表明“真空不空”已經證明了這一點[4]；也類似于前人曾經提出的“以太”，把真空系統(tǒng)作為絕對靜止參考系，不能理解為“以太”在真空中就是絕對靜止不動的，相反，它應該是處在不停的劇烈的無規(guī)則運動中。真空充滿“以太”這一點是非常重要的，根據筆者的研究，它是組成物質粒子的基礎，也是萬物發(fā)生相互作用的基礎，更是光傳播的媒介，具體情況可參看文獻[5]。傳統(tǒng)的思維之所以無法調和以太相矛盾的基本屬性，甚至不能理解物體為什么能無摩擦地在以太中穿行，那都是因為前人把物質與以太割裂開來，把它們理解為相互獨立的兩個部分，從而得出真空中的以太密度極稀薄等的論斷。[5]

第二，狹義相對論認為的光速不變，沒有事先闡釋清楚其確切的意義，在其推導過程中也不統(tǒng)一。因此，對光速不變的本質就應重新認識。由于真空媒介必然存在，那么光就是在其中傳播的一種波，符合光的波動說(對這一點一定會有很多質疑，認為無法理解光的粒子性等，關于這一點筆者將在《光量子模型》一文中單獨論述)，那么光速不變應該是指所有慣性參考系發(fā)出的光(無論參考系以多大速度相對于靜止參考系運動)，在真空中傳播，由于傳播介質不發(fā)生整體運動，因此，必然與光源是否運動無關。即相對于靜止參考系的速度是不變的，且恒等于c；但與測量的參考系是否相對于靜止參考系運動有關(對這一點的理解可以參考聲波和水波的傳播過程)。

第三，相對性的意義。表明相對于靜止參考系運動的系統(tǒng)將產生相對運動效應。即相對于靜止參考系以不同速度運動的參考系，時間的流逝速率和物體的長度等，應該與其運動速度相關?；蛘呶覀儾荒苁孪却_定或規(guī)定它們之間的“比對”關系，更不能事先規(guī)定兩個參考系是平權的(而狹義相對論是根據宏觀物體在低速相對運動所表現出的現象進行的推論，從而假定勻速運動的慣性參考系之間是平權的)。另外，把時間理解為事物發(fā)展、 生長變化的快慢，因此定義為周期性事件節(jié)律變化的快慢。那么，處于靜止參照系中的時鐘按照“標準走時率”運動，處于相對靜止參考系運動的慣性參考系(簡稱“運動參考系”)的時鐘“走時率”將發(fā)生變化。

二、 絕對相對統(tǒng)一論的基本假設

根據前述絕對相對統(tǒng)一論的本質論述，我們提出如下假設。

假設一：存在一個在空間上顯示各向同性的真空系統(tǒng)，即靜止參考系，光在其中傳播，各方向的速度都為c。

假設二：相對于靜止參考系運動的物體，其長度的變化只發(fā)生在運動方向上，并只與運動速度相關，具有絕對意義。

假設三：由于狹義相對論沒有對時間做出定義，只把它設定為兩個事件發(fā)生的間隔，所以不涉及時間的本質意義。所有參考系之間的時間比對則靠相互測量來完成，而測量必須使用傳輸信號，且必然與參考系所處的空間位置有關。狹義相對論用光信號作為傳輸信號，所以與光速發(fā)生了聯(lián)系。這種方法測出的時間是一種表觀時間的流逝，必然會出現兩個相互運動的慣性參考系都會認為對方的鐘走得更慢的悖論。而根據絕對相對統(tǒng)一論的本質意義的第三條，時間為事物周期節(jié)律變化的快慢(也是時間流逝的快慢)，這種快慢與能量傳輸的快慢緊密相連，而能量的傳輸在微觀本質上與真空系統(tǒng)相聯(lián)系，并與光的傳播本質一致。因此假定時間的流逝速率與參考系運動速率相關，而與參考系運動方向無關。為不失一般性和便于比對，所以，把時間的量度設定為光在真空中走完同樣一個回路所需要的時間。

三、 絕對相對統(tǒng)一論的相關推導

根據絕對相對統(tǒng)一論的基本假設及其本質意義，導出相對靜止參考系運動的參考系與靜止參考系之間各物理量的比對關系。

為簡單起見，設光脈沖從A點出發(fā)經過距離L后到達B點的反光鏡再返回A點，完成一個周期。(如圖1所示。特別注意：A、B必須是通過中間物體相連的體系，而不能在空間上相互獨立，這樣才能代表是一個物體。) 設在靜止參考系中完成該過程的時間為T1，在相對靜止參考系以速度v運動的參考系完成該過程的時間為T2。

圖1 在靜止參考系中光走完一個回路的情形

在靜止參考系中，很明顯：

T1=TAB+TBA=2L/c

(1)

c為真空中的光速。在以速度v運動的參考系中，當運動方向與光路平行時(如圖2所示)，T2=TAB+TBA。在AB階段，光脈沖實際走過的距離為AB1，根據絕對相對統(tǒng)一論第二條，由于存在相對運動效應，不能事先認定運動參考系中AB的長度仍為L，因此假設為γL，γ為與速度相關的系數。則γL+VTAB

圖2 運動方向與光路平行的情形

同理，在BA階段：cTBA=γL-vTBA

(2)

(3)

當光路與運動方向垂直時(如圖3所示)，根據基本假設第二條，γ變?yōu)?，T2=TAB+TBA，在AB階段，光脈沖實際走過的距離為AB1。

圖3 運動方向與光路垂直的情形

(4)

(5)

根據基本假設第三條，將(3)直接代入(5)得：

上述推出的結果與狹義相對論一致。

四、 關于絕對相對統(tǒng)一論的說明

從推導出的公式可以得出，物體相對靜止參考系的運動速度不能等于或大于光速，即相對于靜止參考系運動的物體存在最高速度限制，不能超過光速(這是因為為加速物體提供能量的最高速度就是真空中的光速，這也是為什么加速接近光速的物體比較困難的原因)。但相對運動的兩物體之間的速度則可以超過光速。另外，狹義相對論使用光速c是作為信號傳輸速度，而絕對相對統(tǒng)一論則理解為能量傳輸速度，所以，兩者本質意義上的差異就明顯了。同時兩個理論都做了理想化處理，即假定為事件發(fā)生在真空環(huán)境下的情況。因此，不適用于有改變真空背景的場合，如在大質量物體或黑洞等附近。也就不能因為發(fā)現宇宙中有超過真空中光速的現象而否定這類理論。也就是說，假如可以利用超光速v傳輸信號，只需將光速c改為超光速信號的速度v即可；同樣，如果發(fā)現宇宙中存在超光速v傳輸能量，只需將光速c改為能量傳輸速度v，而不能因此否定絕對相對統(tǒng)一論(按絕對相對統(tǒng)一論，在真空場合，不存在超光速能量傳輸；在非真空場合，能量的傳輸速度將小于光速c，只需將光速換成實際的傳輸速度即可)。

絕對相對統(tǒng)一論解決了狹義相對論面臨的所有問題。如慣性參考系的定義不存在邏輯循環(huán)問題；孿生子佯謬也完全解決了，而不需要借助廣義相對論等。外出旅行的孿生子一定比地球上的年輕(注意：實際上地球也是運動參考系，不是靜止參考系，只有外出旅行的孿生子以高于地球相對靜止參考系運動的速度才會更年輕)；滑落悖論問題也好理解了，如果是滑塊處于絕對運動，其長度縮短，滑塊就會掉下去，如果是組成缺口的物體處于絕對運動，缺口長度收縮，滑塊會順利通過；與之類似的其他悖論如潛水艇悖論等同樣不存在了。

絕對相對統(tǒng)一論的驗證方法?？梢岳迷摾碚撆c狹義相對論在對光速認識上的差異來進行，即狹義相對論認為光速相對于慣性參考系是不變的，而絕對相對統(tǒng)一論則認為光速是與測量者的運動狀態(tài)相關的。因此，準確測量單程光速就是關鍵，董晉曦[6]提出了一個實驗方案，但該方案需要兩個高頻(109Hz)同頻開關(幾分鐘或更長時間內頻率漂移不超過1次)，目前的技術要達到這一點還存在一定困難。因此期待有新的實驗方法可以精確測量單程光速，測量地球繞太陽公轉和自轉引起測量參考系變化后光速的情況，就可以做出判定了。

綜上所述，絕對相對統(tǒng)一論解決了狹義相對論面臨的所有問題，為理論的發(fā)展提出了新的方向，也給相關實驗技術提出了方向和更高的要求。即使這些能夠得到實驗的驗證，我們也不能因此否認狹義相對論劃時代的偉大意義。愛因斯坦等一批科學家在認識了絕對論的不足之后，大膽提出了相對論，使人們對時空本質的相對性方面有了更多的認識和理解，也才有可能促使我們進一步認識時空的絕對相對統(tǒng)一性。