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―當代物理主流理論的常識悖論之二十 作者 茍文儉 【導言】：物理理論的某種命題或觀念，如果與它自身涉及的基本事實完全矛盾，又違背了推理的邏輯常規(guī)，就稱是物理理論的常識悖論。 本文要陳述的，就涉及了當代物理主流理論的第二十個常識悖論。 （－） 愛因斯坦創(chuàng)建廣義相對論（GR）的目的，是要解決如下兩個問題： 1、由于狹義相對論（SR）放棄了絕對時空，這就無法對慣性參照系做有確定意義的規(guī)定，現(xiàn)實世界也更不會有真正意義的慣性參照系。因此，只有取消慣性參照系在理論表述中的特殊地位，才能保證理論有可靠的邏輯基礎。 2、他認為對所有物理定律的表述，都不能因為參照系的不同而會發(fā)生改變（具有協(xié)變性），因此也就應當把對引力的表述也納入相對論的框架。 創(chuàng)建了SR后，愛因斯坦又用了整整10年時間，他把相對性原理推廣到了非慣性參照系，形成了廣義相對性原理，最終創(chuàng)建了解決上述問題的GR。 廣義相對性原理的依據(jù)，是引力和慣性力等效的所謂“等效原理”。該原理的基礎，則是引力質(zhì)量與慣性質(zhì)量絕對相等的等價性。愛因斯坦認為：在引力場的任意一點，都可以引入一個很小的自由降落的參照系，在該參照系內(nèi)既不受慣性力也不受引力，狹義相對論也就完全適用了；因此恒定加速度運動的非慣性參照系，也就等效于受恒定引力場影響的慣性參照系。 （二） 在愛因斯坦看來：參照系也就表示了時空，把引力與參照系聯(lián)系在了一起，引力場也就是時空本身的一種屬性，是幾何場。他認為，離開時空單獨存在的引力作用沒有意義。 引力場又怎樣影響了時空？愛因斯坦是通過考察圓盤的轉(zhuǎn)動來找答案的。他認為：圓盤上的人會感受到圓盤有一個沿半徑指向的“引力場”；從地面上看圓盤轉(zhuǎn)動的各點又都做加速運動，由狹義相對論，靠近邊緣位置的時間進程會變慢，長度會變短，但沿著“引力場”的半徑方向，時空沒有變化。由此他的結(jié)論是：有引力場時空不再平直，是彎曲的。因此廣義相對性原理使用的任意參照系，就應當用彎曲的時空來描述。 由于光速在任意參考系內(nèi)都不變，這就等效于在四維時空中光的時空點靜止不動，但在彎曲時空中它的徑跡自然也會彎曲；這也即是光受到了引力（但它不可被加速），而引力場則由彎曲時空的幾何屬性（曲率）來決定。 在數(shù)學家格羅斯曼的幫助下，愛因斯坦使用了能夠表示彎曲時空黎曼幾何與張量分析，使用了與表示時空坐標性質(zhì)的度規(guī)相聯(lián)系的張量、就建立起了完全不同于牛頓引力定律的引力場方程，從而最終完成了對GR的數(shù)學表述。 （三） 在SR與GR關(guān)系上，當代物理的主流觀念是：GR是SR的推廣，SR也是GR的特例；當無引力場、時空曲率為零時，彎曲的黎曼時空就又恢復成了平直的閔可夫斯基時空，GR也就回到了SR。但實際上SR是與時空曲率取值大小毫不相干的理論。對此可以從如下三個方面來說明： 1、SR的描述對象是存在物的運動，表述的是以相對性運動為基礎的物理規(guī)律，根本就不涉及存在物對外部時空的影響。即SR的描述對象及表述的物理規(guī)律，就都不涉及時空曲率的取值大小。 2、GR中曲率張量描述的是存在物對自身存在之外的時空性質(zhì)，而在SR中，描述的則是運動存在物自身實現(xiàn)存在的時空。因此，SR中涉及的時空、與GR中用曲率張量描述的存在物對自身存在之外的時空毫無關(guān)系。 3．SR中存在物的質(zhì)量不對自身實現(xiàn)存在的時空特征產(chǎn)生影響。因此，SR表述中的物質(zhì)存在、也與時空曲率取值的大小毫無關(guān)系。 綜上所述，說存在物對外部時空曲率影響為零就是SR的描述、完全是虛假的偽命題。GR的時空曲率為零，它只是GR描述的無引力場的特殊情形，但不論從哪個方面考察都與SR的描述無關(guān)，也都不是從GR又回到了SR。 GR是SR的推廣，當時空曲率為零時GR就回到了SR。對當代物理的這種主流觀念，有如下兩個顯而易見的問題： 1、由上述（三）就很容易明白：認為從GR可以再回到SR，就與SR的描述與時空曲率取值大小毫無關(guān)系的基本事實完全矛盾。 2、由于SR與被描述存在物之外的時空彎曲程度無關(guān)，認為時空曲率為零時GR就回到了SR，也就完全違背正確推理必須保持條件不變的邏輯常規(guī)。 因此認為GR可以回到SR，這同樣也是當代主流物理中地地道道的常識悖論。 還容易理解：（1）由于其它力并不是時空本身的性質(zhì)，因此，雖然恒定加速度運動的非慣性參照系，可以等效為受恒定引力場影響的慣性參照系，但并不就是受這種影響的慣性參照系；（2）由于光是電磁場量子，它在真空的自由傳播就只能與真空的電磁特性有關(guān)。因此光在引力場中受引力作用的徑跡彎曲，就只能是引力作用的結(jié)果，與真空中的時空自身是否彎曲無關(guān)。因此，愛因斯坦把相對性原理推廣到非慣性參照系的上述思考，僅僅只具有數(shù)量化的等效性，而在實際的物理意義上，GR并不是SR的邏輯延伸。 在GR中，不論是在愛因斯坦自己寫出的描述粒子運動的測地線方程，還是與人合作寫出的以度規(guī)張量為因變量的引力場方程，依據(jù)的總是被描述存在物自身存在之外的時空，這與SR描述的是存在物自身實現(xiàn)存在的時空完全是南轅北轍。在實際的表述內(nèi)容上，SR與GR也并不具有邏輯的一致性。 （五） 在作者創(chuàng)建的IV模型中：SR是一個表述做慣性運動的存在物自身時空特征的理論，而不是一個描述一般意義時空的理論；GR實際是用比對光子的引力，對引力所做的一種等效描述。在宇宙學領(lǐng)域，由于物質(zhì)的引力質(zhì)量遠大于慣性質(zhì)量，等效原理不成立，GR只在等效原理成立的恒星系范圍有效，在星系范圍的無效。對此作者將在下一篇文章中做進一步的具體介紹。 【特別說明】：對作者所述的當代物理主流理論的常識悖論，本文已是第二十個了；真誠歡迎感興趣網(wǎng)友批評斧正作者所有這些認識。作者的原則是：以無可?辯的自明的基本事實、以及公認的邏輯常規(guī)為依據(jù)，而不使用華麗的數(shù)學表述。這是因為離開了基本事實的數(shù)學并不是物理學，而不服從邏輯常規(guī)也就不可能是數(shù)學的正確應用。 |
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