一个矛盾与一个BUG

2016-03-21作者:刘继军编辑:安然

在爱因斯坦看来,狭义相对论存在一个很大的问题它和牛顿引力理论不协调。

 

为什么一定要和牛顿引力理论相协调昵?因为描述自然、宇宙问题,是离不开引力的。而在当时,在引力理论方面,牛顿引力理论无疑是最权威的——与观测最相符。

 

狭义相对论在解释运动、时空关系等方面更靠谱,但它有个死穴——不包括引力,解释引力还得靠牛顿。


 

什么意思昵,打个不太恰当的比方,人家牛顿理论是套装,虽然上身很紧,扣子都系不上,但穿上好歹还能出门你狭义相对论虽然大方合体,雍容华贵,但是只有上衣,没有裤子,想出门还得混搭条牛顿引力论的裤子。

 

所以昵,如果狭义相对论与牛顿引力理论相协调,它们就可以相融为一个“统一的理论”,大家都能站住脚,混搭成功,皆大欢喜;如果狭义相对论与牛顿引力理论不协调,也就是说,“爱装”和“牛裤”不搭,那就必须建立这样一套引力理论——它与牛顿引力论有一拼、与狭义相对论有基情。这样才可以使狭义相对论才能站住脚的同时,令牛顿理论退居二线,甘当新理论的“一级近似”,发挥余热。


 

那么,它们搭不搭昵?当然不搭。因为这两个理论的基础概念不同,比方说空间啊、时间啊,等等,这是根本上的不搭,就好比羊皮大袄VS小短裙。但当时的物理还真就只剩这两件东西可穿了。尴尬是尴尬了点儿,总比树叶强。话虽然可以这么说,但解决不了现实问题。

 

根据牛顿理论,引力的传递速度是无限的,这就是所谓的“超距作用”,这与狭义相对论的光障限制相矛盾。

 

假如太阳突然消失,牛顿认为,地球立马就得脱轨,而小爱认为,地球至少得8分钟后才能有反应,8分钟以内,它还会绕着原来的轨道公转。


 

看,分歧不是一般的大。

 

爱因斯坦还发现,除了与牛顿理论闹矛盾之外,狭义相对论自身达存在一个BUG,说起这个8UG的根源,还是那个参考系问题。

 

伽利略力学定律在任何惯性系中都相同。

庞加莱运动定律在任何惯性系中都相同。

爱因斯坦物理定律在任何惯性系中都相同。


 

一个比一个站得高,看得远,但是你瞧瞧,都是“惯性系”。也就是说,三位大师的理论只适用于一种特殊情况匀速直线运动,也就是惯性系。

 

如果速度、方向发生了改变(非惯性系),他们的理论——当然包括狭义相对论——就不成立了。

 

在惯性系中,狭义相对论所向披靡,不仅能搞定低速运动,还能搞定牛顿理论搞不定的高速运动。但是,狭义相对论没能搞定加速度的问题,而在自然界里,受错综复杂的各种力的影响,物体运动都有加速度,基本上不存在什么直线运动,所以很难找到真正的惯性系。


 

是不是开始迷糊了?我们就请牛郎织女这两口子来地球附近帮咱认识这个问题吧!你在高大上的天宫观测,我在溜溜转的地球上观测。

 

让牛郎和织女沿着河岸同向、匀速、直线运动。神仙嘛,这个容易。

 

那么,根据三位大师的相对性原理,这都可以解释,我们可以说是牛郎和织女在运动,也可以说是整个银河系在运动。


 

现在,我们请牛郎和织女从天上降落到人间相会,怎么降落呢?做自由落体运动就好,对,就像2008年和2015年六七月间的股票那样。

 

咱们知道,由于地球引力,他俩的速度会越来越快。重力加速度嘛。


 

现在,关键来了。

 

这时,站在天宫的你,以及随着地球运动的我,处于不同的惯性系,这没错吧?

 

那么,不同的惯性系观测同一个事物的运动,观测结果会有所不同。比方说,观测一列时速200千米的火车。你站在铁道边,观测结果是200千米/小时;我坐在反方向行驶、时速200千米的另一列火车上观测,它的速度就是400千米/小时。对吧?


 

同理,咱俩观测郎女二人的运动状态,也会不一样,是不?

 

不一样怎么办?可以用变换式来处理一下,就能把观测结果相互变换。似乎很简单,然而,不管是老式的伽利略变换式,还是新款的洛伦兹变换式,它们都只对惯性系好用,对眼前的牛郎和织女就不灵了,因为他俩有加速度,并且,这个加速度对你我来说是相同的,都是

“9. 80665m/s2”!

 

咦?这可怎么办?你就想吧,越想越难办!在牛顿理论中,加速度被规定是绝对的。无论观测者的运动状态如何,加速度总是相同的。这样解释,看起来好像过得去。

 

但是,牛郎不干了,他说,我看织女就没有加速度。织女也说,是啊,牛顿叔叔,牛郎相对于我来说,也是静止的,没有什么加速度啊。


 

对啊,他俩一起自由下落,加速度一样,所以彼此相对静止,哪来什么加速度?

 

这就存在地位特殊的参考系了——这个参考系的物理定律与别处不同,为什么?凭什么?

 

搞什么?要知道,搞特殊化是违反宇宙规律的。狭义相对论表示也没辙。

 

存在特殊参考系,就破坏了自然的美感,这也不符合科学发展观,必须淘汰之。科学规律应该是普适的,而不应该在这儿看是这样,在那儿看是那样。

 

也就是说,物理定律应当与观测者的运动状态无关。

 

于是,刚刚建立狭义相对论的小爱,没等别人醒过神来,就率先发起了对狭义相对论的挑战。

 

 

内容来源:书问

作者刘继军
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