論相對(duì)論時(shí)空理論的局限性

王少波

（廣東 東莞 523850）

論相對(duì)論時(shí)空理論的局限性

王少波

（廣東 東莞 523850）

世界萬(wàn)物是由一種“物質(zhì)”通過(guò)多種多樣的運(yùn)動(dòng)形成的，很久以前有人稱這種“物質(zhì)”叫“以太”，請(qǐng)?jiān)试S我在這里稱其為“動(dòng)子”。物質(zhì)是由“動(dòng)子”通過(guò)不同的群體運(yùn)動(dòng)形式表現(xiàn)出來(lái)，而物質(zhì)之外的時(shí)間、空間等元素都是因“動(dòng)子”的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生或改變。文章將初步建立一個(gè)由類似于相對(duì)論時(shí)空觀的時(shí)間、空間模型，并用這個(gè)模型來(lái)辨析相對(duì)論的時(shí)空理論。通過(guò)建立的模型證實(shí)相對(duì)論的時(shí)空理論存在的局限性。

動(dòng)子；類光子；相對(duì)論；以太；時(shí)空模型

上個(gè)世紀(jì)，以太理論與相對(duì)論一直存在爭(zhēng)論，以太理論的支持者中一直以來(lái)有人懷疑相對(duì)論的正確性，而相對(duì)論的支持者認(rèn)為以太的存在是多余的。那么到底誰(shuí)對(duì)誰(shuí)錯(cuò)呢？下面筆者將引入一個(gè)新時(shí)空模型來(lái)辨析這個(gè)問(wèn)題。

引入這個(gè)模型前我們先觀察一個(gè)人群運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，見(jiàn)圖1。

圖1

一排人站在公告欄前看公告，假如這排人最左邊每隔一段時(shí)間走2個(gè)人，而最右邊每隔一段時(shí)間進(jìn)來(lái)2個(gè)人，而其他人則在原地看公告。那么過(guò)一段時(shí)間后，這排人的位置明顯向右移動(dòng)了。這種現(xiàn)象在大自然其實(shí)很普遍，比如沙丘的運(yùn)動(dòng)、水及氣流的運(yùn)動(dòng)等。這些現(xiàn)象說(shuō)明了一個(gè)問(wèn)題，物體在一方向上總共接收的組成物體的元素?cái)?shù)量比失去的組成物體的元素?cái)?shù)量多時(shí)，就造成了物體在這個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)。

1 “動(dòng)子”模型假設(shè)

在這里我們引入一個(gè)由“動(dòng)子”組成物質(zhì)的初步模型：假設(shè)存在著一種物質(zhì)叫“動(dòng)子”，假設(shè)“動(dòng)子”是沿一個(gè)方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，而這種“動(dòng)子”是組成物質(zhì)的基本元素。其它物質(zhì)是由一群“動(dòng)子”從四面八方的方向運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)聚合在一起而形成的，見(jiàn)圖3。“動(dòng)子”模型建立后，物體的運(yùn)動(dòng)對(duì)于這個(gè)動(dòng)子模型來(lái)說(shuō)如何解釋呢？

在“動(dòng)子”模型內(nèi)，物體的運(yùn)動(dòng)如人群運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象一樣，物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)解釋為因?yàn)樵谝粋€(gè)方向上存在“動(dòng)子”的運(yùn)動(dòng)數(shù)量差。假設(shè)物質(zhì)是由n個(gè)“動(dòng)子”動(dòng)態(tài)組成的，那么我們可以把物質(zhì)的質(zhì)量寫成m＝km*n，km為一系數(shù)。而這個(gè)物質(zhì)在某個(gè)方向上的“動(dòng)子”數(shù)量差為Δn，那么我們可以把物質(zhì)的速度寫成V＝kv*Δn/n，kv為一系數(shù)。如果我們定義空間距離是不隨“動(dòng)子”數(shù)量而改變，則距離s仍用s表示。那么可得時(shí)間的表達(dá)式 t＝s/v＝kt*s*n/Δn，kt為一系數(shù)。從這個(gè)公式 t＝kt*s*n/Δn，可知每個(gè)參照系的時(shí)間都遵循一定的規(guī)律，并不是所有參照系都使用同一個(gè)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)的。

“動(dòng)子”模型可以解釋很多東西，例如加速度、力、動(dòng)能、動(dòng)量等，而使用“動(dòng)子”模型解釋物體為什么有慣性，這個(gè)問(wèn)題更加簡(jiǎn)單。同時(shí)正因?yàn)椤皠?dòng)子”模型的存在，而使得時(shí)空旅行只能往后旅行，不存在因果顛倒的情況。

那么萬(wàn)有引力及電磁理論“動(dòng)子”模型能否解釋呢？答案是肯定的。用“動(dòng)子”模型解釋萬(wàn)有引力：物質(zhì)內(nèi)是由“動(dòng)子”組成，物質(zhì)外也有“動(dòng)子”，物質(zhì)外的“動(dòng)子”的聚合我們稱為“動(dòng)子場(chǎng)”。萬(wàn)有引力之所以存在就是因?yàn)槲镔|(zhì)外存在“動(dòng)子場(chǎng)勢(shì)”。同時(shí)“動(dòng)子”模型也可解釋電磁場(chǎng)，見(jiàn)圖2。假設(shè)存在圖2這種狀態(tài)的“動(dòng)子”群體運(yùn)動(dòng)方式，其中形成 a模型的“動(dòng)子”群體運(yùn)動(dòng)方式我們命名為正電磁子，形成b模型的我們命名為負(fù)電磁子，當(dāng)空間內(nèi)有大量a模型或b模型的物質(zhì)沿v1正向或反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，即可形成電場(chǎng)。當(dāng)空間內(nèi)有大量 a模型或 b模型的物質(zhì)沿v2正向或反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，即可形成磁場(chǎng)。至于如何用“動(dòng)子”模型詳細(xì)解釋萬(wàn)有引力及電磁場(chǎng)的作用，這里不詳細(xì)介紹。

2 組建“類光子”模型，構(gòu)建新的時(shí)空理論

因?yàn)椤皠?dòng)子”現(xiàn)在只是假設(shè)存在，按照現(xiàn)時(shí)的條件無(wú)法證實(shí)其是否存在，我們可以先跨過(guò)“動(dòng)子”這一模型。假設(shè)現(xiàn)實(shí)中存在一些類似“光子”這種能量物質(zhì)（下面將簡(jiǎn)稱這些物質(zhì)為“類光子”），這些“類光子”物質(zhì)大概將按照“動(dòng)子組成物質(zhì)”的方式組成萬(wàn)物，則世界萬(wàn)物是由“類光子”這類物質(zhì)按照“類光子”的運(yùn)動(dòng)方式及群體運(yùn)動(dòng)方式聚合在一起的。而我們解釋物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)是因?yàn)樵谝粋€(gè)方向上存在“類光子”的數(shù)量差，見(jiàn)圖3。

圖2

圖3

那么針對(duì)由“類光子”組成的物體的時(shí)空模型是如何呢？下面將建立一個(gè)類似于相對(duì)論時(shí)空觀的時(shí)空模型。

假設(shè)在同一個(gè)空間內(nèi)，有一個(gè)相對(duì)于這個(gè)空間靜止的物體k1，同時(shí)也有一個(gè)相對(duì)于這個(gè)空間以速度u運(yùn)動(dòng)的物體k2，相對(duì)于空間靜止的物體k1可以看成參照系K（x，y，z，v，t），而以速度u運(yùn)動(dòng)的物體k2可以看成參照系K'（x'，y'，z'，v'，t'），K'沿參照系K的x軸方向以u(píng)的速度大小運(yùn)動(dòng)，見(jiàn)圖4。

圖4

而在這個(gè)假設(shè)空間內(nèi)，我們假設(shè)每個(gè)方向上的“類光子”的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)都是均勻分布的。同時(shí)我們定義慣性參照系K（x，y，z，v，t）的 x，y，z 與參照系 K'（x'，y'，z'，v'，t'）的 x'，y'，z'的單位長(zhǎng)度是相同的，即慣性參照系K（x，y，z，v，t）與參照系 K'（x'，y'，z'，v'，t'）的路程是等價(jià)的。意思即是一段1 m長(zhǎng)的棒子，在K參照系上被人們定義為1 m，那么在K'參照系上仍會(huì)被人們定義為 1 m，長(zhǎng)度不變，所以兩個(gè)參照系上的幾何尺度是相等的。

那么相對(duì)于空間靜止的物體k1上觀察到k2上有一束光線c以光速的速度運(yùn)行，見(jiàn)圖4。我們根據(jù)幾何學(xué)的矢量合成，那么c與u的反向速度合成Vx，而Vx與x軸夾角為Q。假設(shè)在k2上觀察到與x軸夾角為Q的方向上的光速為Vx'（Vx'為轉(zhuǎn)化為相當(dāng)于這個(gè)空間的速度，即Vx'＝kw*c，kw為一個(gè)變動(dòng)系數(shù)）。因?yàn)槲覀円呀?jīng)定義了兩個(gè)參照系的空間度量等價(jià)，所以在k2上觀察到與x軸夾角為Q的方向上的光速Vx'＝Vx。那么Vx與光速c及u的關(guān)系為：

由s＝vt公式得到t/t'＝v'/v，s，v，t分別是K參照系的距離、速度及時(shí)間，s'，v'，t'分別是 K'參照系的距離、速度及時(shí)間。由此可得到以下變換公式。

3 時(shí)間扭曲的解釋

由（5）、（6）、（7）三個(gè)式子可知道新建立的時(shí)空模型的時(shí)間、空間、速度等扭曲情況。

很多人見(jiàn)到公式（5）后會(huì)認(rèn)為這個(gè)公式（5）違反了光速速度不變的原則。其實(shí)（5）式并沒(méi)有違反光速不變?cè)怼Ｔ嚢眩?）式與（6）式相乘后得到，vt＝v't'，我們把t和t'都定為是單位時(shí)間，s定義為光在單位時(shí)間內(nèi)運(yùn)行的距離。那么兩個(gè)參照系測(cè)出來(lái)的速度都是“光速”，不過(guò)測(cè)量出來(lái)的“光速”大小是相對(duì)于自己的參照系而言罷了。因此可以得到結(jié)論，新的時(shí)空模型體現(xiàn)出因物體的運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致時(shí)間和速度扭曲了這種狀況。時(shí)間為什么會(huì)扭曲？如何扭曲？下面將詳細(xì)介紹。

見(jiàn)圖5左邊所示，有一個(gè)球形物體w1相對(duì)于空間是靜止的，我們假設(shè)這個(gè)空間每個(gè)方向上的“類光子”的運(yùn)動(dòng)都是均勻分布的，那么可以知道這個(gè)球形物體 w1在自己每一個(gè)方向上都能均勻接收到“類光子”數(shù)目為a，同時(shí)w1每個(gè)方向上的單位時(shí)間都是t，即每個(gè)方向上的單位時(shí)間都相等。

見(jiàn)圖5右邊所示，球體w2以u(píng)速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，各個(gè)方向的單位時(shí)間與靜止的球體w1比較，從ΔT0－ΔT1－ΔT2－ΔT3－ΔT4－ΔT5－ΔT6及ΔT0－ΔT11－ΔT10－ΔT9－ΔT8－ΔT7－ΔT6其單位時(shí)間大小應(yīng)該是沿著這個(gè)方向逐步增加，因此沿著這兩個(gè)方向時(shí)間的流速是由快到慢的。

圖5

4 新時(shí)空理論內(nèi)的質(zhì)量模型

從圖5中間那個(gè)圖可以推導(dǎo)出質(zhì)量的變化情況。那么質(zhì)量隨速度變化的情況是如何的呢？

之前我們介紹“動(dòng)子”模型時(shí)，曾定義過(guò)物體的質(zhì)量為動(dòng)子運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)組成的。如果物質(zhì)是由n個(gè)“動(dòng)子”組成的，那么我們就定義m＝km*n，km為一系數(shù)。所以，在“類光子”模型內(nèi)，我們定義質(zhì)量為：如果組成物質(zhì)的“類光子”數(shù)量為j，我們定義m＝km'*j，km'為一系數(shù)。見(jiàn)圖5中間圖中的w2球體。當(dāng)球體w2沿u方向運(yùn)行時(shí)，其每個(gè)方向上接收到的“類光子”數(shù)量都不相同，所以根據(jù)質(zhì)量的定義，w2每個(gè)方向上的質(zhì)量都不相同。那么我們不妨算一下與x軸夾角為Q的方向上能接收到的“類光子”數(shù)量。

5 辨析相對(duì)論，發(fā)現(xiàn)相對(duì)論的局限性

相對(duì)論認(rèn)為物體運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致時(shí)間及空間扭曲。這也是一種時(shí)空理論，只不過(guò)是變換的方式不同而已。我們?cè)囈幌掠靡陨夏Ｐ屯茖?dǎo)出相對(duì)論的時(shí)空變換方程。

我們假設(shè)速度不變，用圖 4的矢量圖進(jìn)行分析，見(jiàn)圖6：

我們假設(shè)a至d的距離為p（p為轉(zhuǎn)化為相當(dāng)于這個(gè)空間的距離大小，即 p＝kw*s'，kw為一個(gè)系數(shù)），而相對(duì)論是假設(shè)速度不變性，則Vx＝c，且光線由a到b和a到d是同時(shí)開(kāi)始、同時(shí)完成的。那么可以得到：s/p＝c/Vx。

圖6

從公式（9）、（10）中可知，如果Q＝90 ° 時(shí)，可得到愛(ài)因斯坦通過(guò)洛倫茲變換得出來(lái)的相對(duì)論時(shí)空變換公式。

為什么會(huì)剛好就是 Q＝90 ° 時(shí)得出相對(duì)論推導(dǎo)出的時(shí)間、空間公式，這個(gè)問(wèn)題我也曾經(jīng)思考過(guò)、分析過(guò)。下面介紹一下我的分析。

我仔細(xì)查過(guò)洛倫茲變換整個(gè)過(guò)程，發(fā)現(xiàn)有一點(diǎn)情況是造成這個(gè)的原因。以下我將發(fā)現(xiàn)的情況描述清楚。

洛倫茲變換［1］假設(shè)成立的兩個(gè)非常重要的式子如下：

（15）、（16）這兩個(gè)式子在兩個(gè)參照系上分別描述同一件事物，其表達(dá)式居然不相同。我們現(xiàn)在已經(jīng)學(xué)習(xí)了相對(duì)論，就用相對(duì)論的原理推導(dǎo)上面兩個(gè)公式是否描述同一件事物。下面指出出現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題的具體之處。

洛倫茲變換中提到：見(jiàn)圖7，自k1上觀察，在t時(shí)刻，對(duì)x'＝0 的點(diǎn)應(yīng)有 x＝ut，故可得 x'＝k（x－ut）。

圖7

據(jù)相對(duì)性原理，見(jiàn)圖8，自k2上觀察，在t'時(shí)刻，對(duì)x＝0的點(diǎn)，應(yīng)該有 x'＝－ut'（就是這里出錯(cuò)了），因?yàn)閷?duì)在 k2上觀察，u已反向了。如果繼續(xù)使用x'＝－ut'的話，x'＝－ut'這個(gè)公式描述的現(xiàn)象應(yīng)變?yōu)椋涸趉2上觀察的結(jié)果是k1物體正以u(píng)速度大小向k1靠近，那就與圖7描述的現(xiàn)象是兩種不同現(xiàn)象。

圖8

描述同一個(gè)現(xiàn)象，不管使用哪一個(gè)參照系來(lái)觀察，理論上來(lái)說(shuō)應(yīng)該有相同的表達(dá)式。而現(xiàn)在我們研究，到底什么地方能使（15）、（16）這兩個(gè)式子在兩個(gè)參照系上具有相同的表達(dá)式。經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)u的運(yùn)動(dòng)方向垂直于x軸時(shí)，這兩個(gè)表達(dá)式應(yīng)該成立。即與x軸的夾角Q＝90° 才能解決正、負(fù)符號(hào)而導(dǎo)致具有不同表達(dá)式這個(gè)問(wèn)題。從而洛倫茲變換只適合于圖4中Q＝90° 這種情況。這就使相對(duì)論的適用范圍大大限制于圖4中Q＝90° 這種情況。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)假設(shè)的“動(dòng)子”模型，初步建立一個(gè)由“類光子”組成萬(wàn)物的模型。物體通過(guò)“類光子”的得失變化解釋時(shí)空理論，并初步建立一個(gè)與相對(duì)論時(shí)空觀相似的時(shí)空模型。通過(guò)這個(gè)時(shí)空模型推斷出運(yùn)動(dòng)物體的時(shí)間公式、質(zhì)量公式等，同時(shí)以這個(gè)時(shí)空模型辨析相對(duì)論，并證明相對(duì)論的時(shí)空觀存在局限性。

On the limitation of the Space－time Theory of Relativity

Wang Shaobo

Everything in the world is a kind of “Matter” formed by a variety of motions.Long time ago, people called this “Matter” as“Aether”, while please allow me to call it as “Active cell” here.Matter appears in different kinds of group motions of “Aether”, whereas the elements like time and space beyond the Matter are all created or changed by the motion of “Aether”.In this paper I will initially establish a time & space model resembling the Relativistic space－time outlook, discriminate the space－time theory of relativity by this model.To verify the limitations existed in the space－time theory of relativity through the established model.

Active cell; Resembling photon; Relativity; Aether; Space－time model

O412

A

1000－8136（2011）03－0114－03