狹義相對論七問

劉朝建

摘 要：本文首先通過對比分析論證光與物體機械運動，提出光不是物體的機械運動，缺乏事實和理論根據(jù)將建立在物體機械運動上的慣性系等價原理拓展到光學(xué)中：其次，光速不變原理與伽利略坐標(biāo)變換從光學(xué)角度講并不存在矛盾，狹義相對論認(rèn)為二者之間存在矛盾，是因為狹義相對論把光與實物機械運動，光速與機械運動的速度等同了：第三，經(jīng)典力學(xué)的適用范圍是物體機械運動，而經(jīng)典光學(xué)的適用范圍是光的波動：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)實驗，經(jīng)典物理學(xué)所謂萬里晴空的一朵烏云，是把光看成是“以太”機械波并以此為基礎(chǔ)驗證地球“以太”之間的速度在實驗方法和基本原理上是錯誤的，而并不是經(jīng)典力學(xué)與光學(xué)存在問題：第五，自然的真實空間性質(zhì)，如大小，三維正實性，并不會隨著物質(zhì)運動狀態(tài)的改變而改變，也不會隨著人為設(shè)定的參照物的改變而改變，也不會因為數(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)實中難以自洽：第七，狹義相對論的推論在現(xiàn)有的物理實驗中不能確證。

關(guān)鍵詞：慣性系等價原理；光速不變原理；邁克爾遜——莫雷光學(xué)實驗；洛倫茲變換

中圖分類號：0412.1

“人類的大多數(shù)制度要求人們的絕對信仰，.而科學(xué)的態(tài)度則使懷疑成為美德。”

——默頓

1 光的運動是實物機械運動嗎？將建立在實物機械運動的力學(xué)相對性原理推廣到光學(xué)中有何事實和理論根據(jù)

學(xué)無止境是人們所追求的，但是人們對自然科學(xué)理論的認(rèn)識有時還停留在表面，這在一定程度上阻礙了社會的進(jìn)步。對此，人們不僅要了解自然科學(xué)理論，更要知道其原理和事實依據(jù)，全面深刻的認(rèn)識自然科學(xué)理論，才可以有效運用。狹義相對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)識并理解狹義相對論。

光和物體的慣性運動在運動主體、運動形式等方面都存在差異，具體來說，光是憑借電磁場才可以產(chǎn)生，而物體的慣性運動是通過實體在空間機械運動才可以產(chǎn)生，由此可知這兩者的運動主體完全不同，一個是無形的電磁場，一個是有形的實體物質(zhì)。從運動形式的角度出發(fā)，光是通過波動的形式來實現(xiàn)運動的，而不是機械運動。從運動規(guī)律的角度出發(fā)，光運動包含直射、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/傳播時間，光速既是波速，也可以看成是速率，它是一個無方向數(shù)值恒定的標(biāo)量；對于實物機械運動來說，基于牛頓力學(xué)，可以通過質(zhì)量、位矢、慣性速度等特性來進(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，慣性速度是以時間為變量對位矢的求導(dǎo)，它受參照物的影響，因參照物異而異，它是一個方向，大小可變的矢量；物體的慣性運動與光還有一個差別，那就是前者存在相對靜止?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，光的運動和實物的機械運動各不相同。

由于光的波動和機械運動存在本質(zhì)上的差異，所以牛頓在力學(xué)之外，建立了相獨立的光學(xué)理論，并對光的波動和機械運動進(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：光的運動和實物的機械運動各不相同，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。

在力學(xué)理論的基礎(chǔ)上，才可以描述實物的機械運動規(guī)律。影響機械運動的因素有很多，其中包括參照物、坐標(biāo)系的選擇以及運動狀態(tài)等。具體而言，以參照物為基點，對實物的運動過程進(jìn)行詳細(xì)的位置描述；所謂位矢，就是以參照物標(biāo)準(zhǔn)，對實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。機械運動遵照力學(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，處于慣性系中的機械運動符合牛頓力學(xué)的基本原理。這就是慣性系等價原理，只有在牛頓力學(xué)的基礎(chǔ)上，才能得出慣性系等價原理，由此可知，我們要拓展慣性系等價原理，進(jìn)一步將到拓展其他運動上，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、波動光學(xué)中，對光描述與參照系的選擇和運動無關(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描述的，不僅僅是光速與參照系的選擇和運動無關(guān)聯(lián)，光的幾何路程、光程、光的傳播時間、光的周期、波長以及光的直線、反射、折射、干涉、等光學(xué)定律都與參照系的選擇和運動無關(guān)。因為它們也不是以參照物為基點描述的。參照物的改變也不會改變對它們的描述。所以在光學(xué)理論中，如幾何、波動光學(xué)中，光學(xué)計算只需要考慮光學(xué)器件的幾何距離、光學(xué)路徑、光源性質(zhì)、介質(zhì)、實驗方案等因素，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動，與力學(xué)定律沒有關(guān)聯(lián)，而牛頓力學(xué)的慣性系等價原理與物體的慣性運動、力學(xué)定律、參照物的選擇和運動有關(guān)系，而且是建立以此為基礎(chǔ)的，因此，將慣性系等價原理拓展到光學(xué)中顯然是不合適的，是無視光與實物的性質(zhì)和機械運動存在的根本差異，是將慣性系等價原理脫離現(xiàn)實、無限制絕對化、擴大化的結(jié)果。

2 對光速不變原理的認(rèn)識是應(yīng)該建立在光學(xué)，還是力學(xué)上？從光學(xué)角度上講光速不變原理與伽利略變換之間是否存在不可調(diào)和的矛盾

對光速不變理論進(jìn)行了解，可知其也被稱作是光速不變定律，概念如下：光速×光的傳播時間=光程，由于光速為固定值，所以光程和傳播時間之比為固定值，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，光程和傳播時間之間存在正比例函數(shù)，根據(jù)這個，經(jīng)典光學(xué)理論主要是通過光程的計算，來確定光的傳播時間，進(jìn)而可以得知光的干涉條紋。綜上所述，這也是光運動和機械運動的差別之一。

伽利略坐標(biāo)變換是以時間、空間不變假設(shè)為前提建立的，所以，根據(jù)這個變換原理，我們可以判定：物體在空間的相對幾何距離不會發(fā)生改變。光通過物體的過程中，光速、光程以及傳播時間都是固定不變的，不會發(fā)生改變。同時，光的折射率也固定不變。在自然空間中，光程和傳播時間之比為光速，由于這個比值也固定不變，所以光速固定不變。對此，我們可以發(fā)現(xiàn)，伽利略坐標(biāo)變換和光速不變原理所存在的矛盾是可以通過某種方式來緩解，自己調(diào)和的，只要能從本質(zhì)上了解并掌握光的運動，我們在肯定光速不變原理的同時，也不肯能否定伽利略變換法則，認(rèn)為它是錯誤的。

從狹義相對論的角度出發(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，光與物體的機械運動，光程與位矢，光速與慣性速度被畫上等號，若它們等同，必有：在機械運動中，實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，我們可以知道實物的位矢以及速度并不是固定不變的，而是會發(fā)生變化的，從而會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根據(jù)的，是一種錯誤的認(rèn)識，這也是很多相對論支持者的認(rèn)識誤區(qū)，只有正確理解了光的運動，認(rèn)識到光與物體機械運動的差別，才能認(rèn)識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

無論是怎樣的科學(xué)理論，都需要有客觀事實來支撐，并且在規(guī)定的范圍之內(nèi)可行，一旦超出了這個固定的范圍，這些科學(xué)理論就不再可行，因此科學(xué)理論是相對正確的。就比如說在物理界中比較重要的兩個理論，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)家們對于光的研究和觀察，所測量得出的數(shù)據(jù)，最終得出光的性質(zhì)和客觀規(guī)律，這是對于真實事物的客觀描述和反映。倘若用牛頓力學(xué)的相關(guān)理論來分析和計算光學(xué)的問題，就完全行不通。牛頓力學(xué)專注于對物體運動的研究，從各種觀察和實驗中得出數(shù)據(jù)，分析總結(jié)之后得出事物機械運動的客觀規(guī)律，因此牛頓力學(xué)適用于對實物的機械運動的研究，如果使用光學(xué)的計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論中，牛頓力學(xué)的科學(xué)性驗證卻是使用光學(xué)實驗來完成的。

4 所謂經(jīng)典物理學(xué)萬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)機械波并以此為依據(jù)驗證地球相對于“以太”的速度在實驗方法和原理上是錯誤

任何結(jié)論都是要經(jīng)過事實驗證，才可以稱之為科學(xué)理論，實驗方法、實驗原理，方案都是具有正確性，才可以確保科學(xué)理論驗證的正確，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，勇于對自然進(jìn)行探索。如果一種主觀猜測尚未經(jīng)過驗證，其科學(xué)性有待驗證，這也說明該猜想可能是正確的，也可能是不正確的，我們要對其進(jìn)行實驗。在實驗的過程中，我們可以假定這種猜測是合理的，通過實驗來確定的猜測是否成立，但是，我們不能以這種假設(shè)作為實驗的基礎(chǔ)去驗證其他的科學(xué)理論。科學(xué)實驗的基礎(chǔ)必須要以客觀事實為依據(jù)，這樣才能確保實驗結(jié)果的真實性和客觀性。以不確定猜測為基礎(chǔ)的實驗其結(jié)果也將不確定的，在邁——莫光學(xué)實驗中，實驗是假定光是“以太”的機械波，并以此為基礎(chǔ)用邁克爾遜——莫雷光學(xué)干涉儀去檢測地球與“以太”的之間的速度，如果光是“以太”機械波是成立的，則由邁——莫光學(xué)實驗得出的地球與“以太”的之間速度為零的結(jié)必定成立，如 果光是“以太”機械波是不成立的，則邁——莫光學(xué)實驗以此為基礎(chǔ)去檢驗地球與“以太”的之間的相對速度在實驗的方案和基本原理上是錯誤的，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誤的，正因為光是“以太”機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證被無數(shù)實驗所驗證的經(jīng)典科學(xué)理論在方法上是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹Ｈ绻眠~——莫光學(xué)干涉儀去檢驗地球與“以太”之間的速度，首先要證明光是“以太”機械波是正確的。

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

經(jīng)典物理學(xué)是建立在分析和論證觀察、實踐所得的現(xiàn)象，數(shù)據(jù)上的，牛頓力學(xué)是建立在觀察、實踐物體的機械運動所得到的現(xiàn)像、數(shù)據(jù)等客觀事實分析和論證上基礎(chǔ)的，而光學(xué)是建立在觀察、實踐光的運動所得到的現(xiàn)像、數(shù)據(jù)的等客觀事實分析和論證基礎(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”為機械波的猜想上的，把光假定為“以太”機械波僅是某些物理學(xué)家的個人觀點，光是“以太”機械波是錯誤的，這只能說明某些物理學(xué)家的這種主觀臆測是錯誤的，而不能證明經(jīng)典物理學(xué)如力學(xué)，光學(xué)存在問題， 對邁——莫光學(xué)實驗正確合理的解釋是經(jīng)典光學(xué)理論——波動光學(xué)和幾何光學(xué)，而不是用主觀臆測出的原理——光是“以太”機械波或把光當(dāng)成是一種實物的機械運動去解釋，即便是經(jīng)典理論——波動和幾何光學(xué)不能合理解釋邁——雷光學(xué)實驗，那也只能說明經(jīng)典波動和幾何光學(xué)尚需完善，而不能證明牛頓力學(xué)有缺陷，因為光的和實物的機械運動是根本不同的運動。

在經(jīng)典波動和幾何光學(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)實驗中，無論邁-莫干涉儀如何運動，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，自然光程差也不會變化，光程差不改變，干涉條紋自然不會移動。

因此可以得出：邁克爾遜——莫雷光學(xué)實驗并不能證明經(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”機械波，并以此為根據(jù)驗證地球相對于“以太”的速度在實驗的方法和原理上是錯誤的。狹義相對論正確地認(rèn)識到光不是“以太”機械波，但是卻沒有正確認(rèn)識到光與機械運動，光速與慣性速度的本質(zhì)區(qū)別，將二者等同了，結(jié)果從一個誤區(qū)滑向另一個誤區(qū)。

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

5 自然存在的空間是否會隨著物質(zhì)運動狀態(tài)的改變而改變，是否會隨著參照物的改變和參照物的運動狀態(tài)的改變而改變

對于自然界中的物質(zhì)來說，性質(zhì)和規(guī)律都是客觀存在的，無法改變的，關(guān)于這些物質(zhì)的科學(xué)理論都是對于實際存在的反映，其中自然空間也是這樣一個真實存在的。對于人類來說，自然空間的性質(zhì)是絕對存在的，是首要的，不會以人的意志為轉(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，可以對其進(jìn)行描述刻畫。人類對于自然空間性質(zhì)的認(rèn)識是基于對現(xiàn)實中對這種客觀事物的了解和觀察，而不是憑人的主觀想象出來的。

自然空間的實際大小不會改變，更不會因為某個物體的運動狀態(tài)的變化的，實際上，物體的運動狀態(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動特性。科學(xué)家曾經(jīng)針對這個在實驗室中將電子的運動速度加速，直至光速，這個時候加速器、地球還有宇宙的性質(zhì)和狀態(tài)都沒有因為電子的運動狀態(tài)改變而產(chǎn)生變化，僅僅是電子的運動狀態(tài)發(fā)生了改變。所以科學(xué)家認(rèn)為自然空間是不會因為其中的物質(zhì)運動狀態(tài)變化而產(chǎn)生變化，這個結(jié)論狹義相對論是不一至的。真實的空間不會依賴于某個物質(zhì)存在，也不會因為某個物質(zhì)運動狀態(tài)改變而變化。

自然空間不能定義為運動和靜止。因為運動的本質(zhì)是物體在空間位置的變化，運動主體是物質(zhì)，空間是從屬，若定義空間運動，則有空間在空間位置變化，這在定義上是自舉的，因此牛頓的絕對靜止空間的觀念是錯誤的，錯誤的根源是將參照物坐標(biāo)系當(dāng)成了真實的空間。

通常對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所演變出的，不是客觀存在的，會因為人的需要不同而發(fā)生改變，在對于某個事物進(jìn)行研究的時候，就可以選擇相關(guān)的事物作為參照物來對其進(jìn)行觀察，描述，比如，我們可以選定地球，也可選定太陽為參照基點來描述月球的運動，這取決于我們的需要，這放映了對現(xiàn)實中物體運動描述的相對性。

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，但是這是對于客觀事物的真實反映，是對于空間事物屬性的模擬。實際上，自然空間不會因為事物的改變而變化，所以無論選用哪種事物作為參照，空間坐標(biāo)的大小都不會變化，這就是伽利略坐標(biāo)變化的理論依據(jù)。和相對論的參照物坐標(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，不會因為人的意志而改變，是建立在真實自然空間上的坐標(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，是對自然空間中真實存在的反映，是從現(xiàn)實生活中對于自然空間的觀察、分析、總結(jié)而建立的坐標(biāo)系，是建立在實踐基礎(chǔ)上的產(chǎn)物。如果不從現(xiàn)實的角度，而單純從數(shù)學(xué)角度，我們將無法理解參照物坐標(biāo)系是三維正實空間，因為數(shù)學(xué)空間可以是N維，它可以是正，也可以是負(fù)的，而真實的空間只能有自然來決定。

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

一些物理學(xué)家認(rèn)為，狹義相對論的空間會發(fā)生改變，即物質(zhì)運動狀態(tài)會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)運動狀態(tài)發(fā)生改變的基礎(chǔ)上，就會發(fā)生相應(yīng)的變化。從本質(zhì)上來說，自然空間的大小不能直接測量，而是人們根據(jù)主觀傾向?qū)ζ溥M(jìn)行觀測得出的結(jié)論，也可以稱作是一種感性認(rèn)識。假若自然真的存在空間，物質(zhì)的運動狀態(tài)并不會影響該空間的大小，參照物的不同也不會產(chǎn)生相應(yīng)的影響，但是，認(rèn)為在觀測自然空間的過程中，選擇不同的參照物或者物質(zhì)運動狀態(tài)的不同，所觀測到的空間大小也就不一樣；這樣的結(jié)論并沒有通過實驗和檢驗，人們完全有理由對這個結(jié)論提出質(zhì)疑。由此可知，我們對自然空間的觀測缺乏客觀性、真實性，不能直接反映出客觀規(guī)律，從實際的角度出發(fā)，狹義相對論的空間大小隨著物質(zhì)的運動狀態(tài)的改變而改變，這個結(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，即自然存在的空間大小不會因為觀測和隨著參照物以及參照物的運動狀態(tài)的改變而改變，否者真實的空間性質(zhì)將是由人的思維來決定，而不是自然，這將面臨哲學(xué)上的困難，科學(xué)是認(rèn)識自然，還是用某種數(shù)學(xué)方式創(chuàng)造自然。

通過對狹義相對論了解，我們可以知道，其對空間性質(zhì)的認(rèn)識并不是以客觀事實為依據(jù)，而是人們的主觀猜想，所以其并不符合客觀規(guī)律。是為了將光速和實物慣性速度相匹配，緩解光速不變原理和伽利略速度變換法則所存在的矛盾而建立的。在洛倫茲變換基礎(chǔ)上，光速不會發(fā)生改變，但是不能讓空間和時間與現(xiàn)實相匹配，不符合客觀現(xiàn)實規(guī)律，而是主觀的產(chǎn)物。愛因斯坦曾經(jīng)說過：“到目前為止，我們有理由相信那些我們通過實證和檢驗的結(jié)論，自然可以通過最簡單的數(shù)學(xué)觀念來表達(dá)，所以，我堅信，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)了狹義相對論的觀點，就是從數(shù)學(xué)觀念的角度出發(fā)，來理解自然、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)觀念來進(jìn)行推理，認(rèn)識自然并不是僅僅通過觀察和實驗，而是要根據(jù)現(xiàn)有的了解來做出推測，再對推測進(jìn)行檢驗，判斷其客觀性、真實性。但是問題的關(guān)鍵在于狹義相對論的洛倫茲變換并不是實證和檢驗的結(jié)論前提的，而是在忽略了光與實物機械運動本質(zhì)區(qū)別的兩個猜想上，我們不能理所當(dāng)然將這兩個猜想看成是不可質(zhì)疑的絕對真理，而應(yīng)從理論和現(xiàn)實的角度。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，其是否成立還必須以現(xiàn)實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，從對自然的觀測與實踐去認(rèn)識自然的一切，包括時間和空間的性質(zhì)，而不是某種推測和猜想。

6 狹義相對論的洛倫茲變換在現(xiàn)實中是否能自洽

假設(shè)機場A、B之間的距離為10000公里，在t=0時刻，一架飛機從A機場出發(fā)，飛往B機場，且飛機在做勻速直線運動，速度為1000Km/h，飛機起飛和降落所花費的時間忽略不計，在兩個機場都有時鐘，由于機場A、B相對靜止，則有t1=t2。

以地面作為參照物，飛機在空中的飛行時間是：

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

由此可知，經(jīng)過10h之后，飛機于B機場降落。從狹義相對論額角度出發(fā)，我們可以得出如下結(jié)論，即運動的時鐘比靜止的時鐘慢。所以，當(dāng)飛機到達(dá)B機場時，飛機時鐘的指向t0=t2/k，（k>1）。

在這個過程中，參照物是由人選擇的，我們也可以換一個參照物，即選擇飛機為參照物，當(dāng)飛機到達(dá)B機場時，飛機時鐘的指向t0=10/k時（k>1），基于此，可以計算出機場A、B之間的距離：

1000Km/h*（10/k）h=10000/k （k>1）

經(jīng)過上面兩處計算，我們可以知道，10000/k （k>1）顯然不等于10000，跟A、B機場的實際距離不符。從狹義相對論的角度出發(fā)，飛機雖然作為參照物，但是其也處于運動狀態(tài)，所以，地面上的時鐘相對于飛機在運動，相對的，地面的時鐘顯然比飛機時鐘慢，則t1=t2=t0/k （k>1）；假設(shè)飛機于機場B降落時，飛機的時鐘指向10/k，那么地面的時鐘指向為t1=t2=t0/k=（t0/k）/k=10/k2 （k>1），不符合地面時鐘的指向要求。

同樣的問題，如果不考慮狹義相對論，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：飛機降落的時候，不論是飛機上的時鐘，還是地面上的時鐘，都是指向10點。在大多數(shù)人的觀念中，這的答案很符合客觀事實，從實際的角度出發(fā)，我們乘坐飛機的飛行距離是一定的，所以不論是何種參照物，飛機以1000km/h的速度飛行，飛行10000km，需要花費10個小時。如果飛機開始飛行的時間為0點，飛機降落的時候必然是10點。這個結(jié)論遵循伽利略變換原理，是以客觀事實為基礎(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論理論，認(rèn)為時間會相對變慢，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。若從狹義相對論的角度出發(fā)，將時間相對變慢作為科學(xué)結(jié)論，我們就不會受到客觀事實的影響，從而否定客觀事實。基于此，我們需要具備批判精神，敢于質(zhì)疑真理。

所以，狹義相對論和客觀事實并不相符，在前面的問題中，由于設(shè)定的參照物不同，再結(jié)合慣性系等價原理以及洛倫茲變換，我們可以得到的結(jié)論是：處于運動狀態(tài)的飛機上的始終既快又慢。基于此，我們可知，一個時鐘相對于另一個時鐘的快慢并不能證明狹義相對論；具體來說，如果k=1，上述結(jié)論才得以成立，也符合客觀事實規(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)有的物理實驗是否能確證狹義相對論的物理結(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)度去展開實證，通過實證來確定推測和實驗結(jié)果之間的相似性程度，并在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步明確實驗結(jié)果和理論之間所存在的邏輯關(guān)系，簡單來說，就是實驗結(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。在物理實驗中，充滿著許多不確定因素，例如實驗環(huán)境、方法、過程等多個方面均有體現(xiàn)，此外，實驗只能觀測到實物的外在表象，而不是內(nèi)在本質(zhì)，所以，實驗的最終目的就是證實實驗結(jié)果和理論之間所存在的邏輯關(guān)系。由于實驗主體的不同，對待實驗的態(tài)度和想法也就不一樣，對實驗結(jié)果的理解也就存在差異；即使通過實驗證明結(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，實驗的客觀習(xí)慣和科學(xué)性就得不到完全的肯定。

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

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

總而言之，科學(xué)真實是經(jīng)得起事實的考驗，需要以客觀事實為基礎(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)生的一種猜測和判斷，并不具備科學(xué)性，也不是絕對真理。對于假設(shè)，我們需要通過實驗來證明，只有通過嚴(yán)格證明和檢驗的假設(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)行實驗和檢測，提高我們認(rèn)識自然的程度。

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