半個(gè)多世紀(jì)以來,由于對(duì)相對(duì)論的種種誤解,人們?cè)谡軐W(xué)、科學(xué)、科學(xué)史,特別是在科普宣傳方面,產(chǎn)生了諸多分歧和思想沖突,至今尤甚。根本原因在于:傳統(tǒng)的哲學(xué)工作者,不能理解相對(duì)論所討論的理論物理問題;研究相對(duì)論的專家,往往忽視科普或哲學(xué)理解中的錯(cuò)誤。在這一真空地帶,任由思想自由馳騁,好處是思想活躍,壞處是思想混亂。
一、狹義相對(duì)論的本質(zhì)
狹義相對(duì)論是四維時(shí)空的數(shù)學(xué)框架,其本質(zhì)和牛頓的三維絕對(duì)空間加一維時(shí)間相同。它只是對(duì)客觀物理時(shí)間和空間的理論抽象,僅僅是一種數(shù)學(xué)合理化的抽象,是研究工作所利用的工具。運(yùn)動(dòng)中的尺子會(huì)“收縮”,時(shí)鐘會(huì)“變慢”都是因?yàn)槲覀冇霉庾龉ぞ邔?duì)運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)行測(cè)量的結(jié)果,如果不是用光做工具,或者不是對(duì)運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)行測(cè)量,就不會(huì)發(fā)生任何效應(yīng)。因此原子鐘環(huán)球飛行實(shí)驗(yàn)、u子衰變、質(zhì)量增加等現(xiàn)象不能用狹義相對(duì)論來解釋,這些物理現(xiàn)象是高速運(yùn)動(dòng)物體客觀上內(nèi)在固有的真正的物理變化,而不同于狹義相對(duì)論的觀測(cè)效應(yīng),研究這些物理現(xiàn)象的本質(zhì)將是現(xiàn)代物理學(xué)的一個(gè)重要命題。
狹義相對(duì)論的這一性質(zhì),使我們更多地把它看成是用物理名義所闡發(fā)的哲學(xué)原則:即同一位觀測(cè)者,觀測(cè)同一個(gè)對(duì)象(物體),因?yàn)橛^測(cè)條件的不同(觀測(cè)者坐標(biāo)系相對(duì)于運(yùn)動(dòng)物體坐標(biāo)系的運(yùn)動(dòng)狀態(tài))而得到完全不同的觀測(cè)結(jié)果(尺縮鐘慢)。這樣就說明了一個(gè)哲學(xué)原理:條件決定規(guī)律和觀測(cè)結(jié)果?;蛘哒f,狹義相對(duì)論的成立,需要極其嚴(yán)格的條件,在現(xiàn)實(shí)中,這種條件根本不存在。所以,用現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與狹義相對(duì)論相對(duì)應(yīng),來說明狹義相對(duì)論的“正確”或“錯(cuò)誤”的方法是不正確的。另一方面,用數(shù)學(xué)演算的方法來證明狹義相對(duì)論的科學(xué)性、正確性或者其錯(cuò)誤,也是多此一舉。原因是用一種數(shù)學(xué)計(jì)算去證明另一種數(shù)學(xué)規(guī)則的正確性、科學(xué)性,與現(xiàn)實(shí)中是否存在這一真理毫不相干,它只是數(shù)學(xué)系統(tǒng)內(nèi)部的證明,就像由2+2=4證明2×2=4正確一樣,只是同語反復(fù)。
由此可見,擁護(hù)或反對(duì)狹義相對(duì)論的部分學(xué)者,都沒有搞清楚狹義相對(duì)論的本質(zhì)。所有“證明” 狹義相對(duì)論“正確”或“錯(cuò)誤”的試驗(yàn)討論,都是對(duì)狹義相對(duì)論原理的誤解,包括μ介子壽命延長(zhǎng)、雙生子佯謬、潛水艇悖論等等。
二、廣義相對(duì)論的本質(zhì)
廣義相對(duì)論是用“彎曲空間”形式所表述的引力理論。人們從任何事物都是一個(gè)過程出發(fā),抽象出“時(shí)間”的概念;又從任何物體都要占據(jù)一定的位置,有長(zhǎng)度、高度、寬度等表現(xiàn)這一事實(shí)出發(fā),抽象出空間的概念,然后又力圖去尋找到那個(gè)具體被稱為時(shí)間或空間的東西,也就是企圖讓“時(shí)空物質(zhì)化”。這一愿望的荒謬是明顯的,我們找不到時(shí)空,正如我們只能找到桃、李、杏而無論如何也找不到叫做“水果”的東西一樣。但是,由于時(shí)空是存在的基本形式,其在物理學(xué)上的重要性不言而喻,所以用哪種形式表述引力理論,是物理學(xué)中十分重大的問題。
江西贛南師范學(xué)院呂家鴻教授用自己的研究證明,用絕對(duì)空間加時(shí)間的傳統(tǒng)方法,可以充分準(zhǔn)確地表述廣義相對(duì)論的全部成果,結(jié)果不帶根式,比傳統(tǒng)的帶根式的做法更方便、更直觀。我國(guó)學(xué)者章均豪、付昱華等人,也曾用平直空間表述廣義相對(duì)論結(jié)論并取得一定進(jìn)展。用平直空間表述廣義相對(duì)論的內(nèi)容,和傳統(tǒng)的彎曲空間方法相比,用哪種空間表述力學(xué)理論,僅僅是形式問題,而不是本質(zhì)問題。時(shí)間、空間既然不是單獨(dú)的存在,僅僅是形式,它們也就不可能有彎曲和平直之分??臻g無大小,時(shí)間無快慢,是時(shí)空的基本屬性。所謂彎和直,都只是數(shù)學(xué)家在觀念形態(tài)上的需要,這不是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的強(qiáng)制法。
三、 相對(duì)論須正確對(duì)待
相對(duì)論提出已經(jīng)100多年了,人們對(duì)待相對(duì)論的態(tài)度各不相同。在前蘇聯(lián)和我國(guó)的“文革”時(shí)期,都曾經(jīng)發(fā)生過“批判相對(duì)論”的所謂“運(yùn)動(dòng)”。參加這種“全盤否定相對(duì)論”運(yùn)動(dòng)的人,水平和目的各異。但有一點(diǎn)是相同的即他們都沒有準(zhǔn)確理解相對(duì)論。筆者認(rèn)為相對(duì)論是牛頓力學(xué)的自然延伸,或者說是發(fā)展。如果否認(rèn)相對(duì)論,也就是否認(rèn)牛頓力學(xué),否認(rèn)數(shù)百年人類的工業(yè)文明,那我們?nèi)祟惡我杂薪裉炷兀?br>
我們的頭腦要清醒,要分清三點(diǎn):其一是避免錯(cuò)誤科普帶來的惡劣后果。這包括科普刊物所載“橫桿過窄門”“潛水艇悖論”之類的低級(jí)形式的錯(cuò)誤。其二是認(rèn)識(shí)大學(xué)教科書中的錯(cuò)誤。要認(rèn)識(shí)這些錯(cuò)誤決非易事,不僅需要高等數(shù)學(xué)能力,還需要一定的哲學(xué)素養(yǎng)。其三是正視愛因斯坦本人存在的不足。
正如牛頓有自己的局限性一樣,愛因斯坦也有自己的局限性。只要?jiǎng)澐智宄饔^同時(shí)性和客觀同時(shí)性,“雙生子佯謬”問題根本就不會(huì)提出來。μ介子“壽命”延長(zhǎng)和“雙生子佯謬”本質(zhì)不同,而很多著作把它們混為一談,根源還是愛因斯坦自己的論述不完善。物體本身沒有變化,是根據(jù)除主觀同時(shí)性以外,還存在著不以人的感覺和意志為轉(zhuǎn)移的客觀同時(shí)性;對(duì)運(yùn)動(dòng)物體測(cè)量結(jié)果的變化,是根據(jù)測(cè)量者自己的認(rèn)知,由后者推算前者的理論武器就是相對(duì)論。
總之,要正確對(duì)待相對(duì)論,堅(jiān)持從相對(duì)論自身出發(fā)看相對(duì)論,破除神秘主義,與以牛頓為代表的力學(xué)史聯(lián)系起來看相對(duì)論;在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)、觀測(cè)結(jié)果的基礎(chǔ)上理解相對(duì)論。
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