4对于洛伦兹变换的争论

4、对于Lorentztransformation的争论爱因斯坦所说：每个重大进展都带来了新问题，揭露了更深的问题。对于物理学发展起奠基作用的伟大理论，我们有这深厚的情结，如牛顿的引力定律，爱因斯坦的相对论，然而随着理论的发展，物理理论危机也不断涌现，甚至有不少过去认为正确的理论，成为需要重新考虑的问题。如库恩所说，危机是新理论出现的前提条件。我们需要发挥创造性来建立新的理论。科学是一本写不完的书。众所周知，狭义相对论仅仅从真空光速不变原理与相对性原理出发。展开了狭义相对论的空间时间变换、相对论力学（核心是质速关系与质能关系）、相对论电动力学，其最重要的不变性是Lorentz变换下的不变性。此不变性贯串于狭义相对论的始终，使狭义相对论成为高度协调一致的优美的物理理论。然而，事有一利者必有一弊，数理逻辑的deloG第一不完全性定理告诉人们，一个包含初等数论和一阶逻辑的形式系统P如果一致，则P一定是不完全的，一定至少存在一个不可证明的命题A，A与┐A在P中都不可证明。由于狭义相对论自始至终坚持Lorentz变换下的不变性，按照deloG定理，它必不完备，其中至少存在一个命题A，A与┐A在其中不可证明。倪光炯在《近代物理》中指出：“声波在空气中的传播速度，不管发声体的运动状态如何，这个声速在静止的空气中朝各个方向传播的速度都是330m/s。当我们站在静止的空气中，声源朝着我们运动时，声调变尖，即声波频率升高；而当声源离开我们运动时，声调变得低沉，即声波频率降低。这种现象叫做多普勒效应。但是，不论哪一种情形，声波的传播速度w是一样的。如果换一种布置，声源静止在空气中，而我们自己朝着（或离开）声源以速度v运动，听到的声音变尖（或低沉），这时的多普勒效应一样，但是我们测量相对于我们的声速却变了，前一种情况是w+v，后一种情况是w-v”。由于光速对所有惯性系不变的要求，描述惯性系（1+3）伪欧氏空间是Minkowski空间，惯性系之间的space-timetransformation，即Minkowski空间中的space-time坐标变换只能是Lorentztransformation。如果考虑两空间的space-time原点不重合，则它们之间是Poincaretransformation.虽然相对论成功地解释了一些物体高速运动现象，但是它所推出的相对性效应的关系式却是一个发散型函数，在运用到物理实验过程中却总是出问题。例如，在确定高速运动粒子能量时，总会遇到能量发散的困难，以后虽然用重新定义静止质量的办法，通过“重整化”避免了危机，但这种数学形式上的弥补，只是掩盖了表面矛盾，物理实验中的真实矛盾并没有解决，如：量子色动力学(QCD)理论预言，在极端相对论性的原子核碰撞中会产生高温高密夸克－胶子等离子体(QGP),众多国家花大力投入了实验探索。最近却发现理论和实验研究中“还存在着诸多不确定因素”。QGP是否存在还是个问题。狭义相对论中相对性的原理虽然可以确定两个惯性参照系的地位是等同的，也可以确定任何一个惯性参照系都可以作为时间测量的标准，但是从这一任意的标准参照系去进行实际观测另一个惯性参照系的时间，我们没有任何的理由确定这两个参照系中的时间单位一秒就是确定的恒值，而没有差异。笔者认为后面通过把引力质量和电磁质量区分开来，可以成功地解决这个矛盾，电磁质量不满足笔者认为Lorentztransformation。相对论性重离子碰撞实验中出现的种种困难，最终归结为：“碰撞中发生了Lorentz收缩吗？”“如何检验？”70年代提出“惯性约束”，用强激光引发微热核聚变。20多年过去，最近的实验结果是：现有最佳装置的中子产出额远远低于理论估计值。问题竟是：“熵不守恒时相对论性流体力学方程”究竟应该取什么形式？【1】根据洛伦兹变换运动的长度在运动物体方向上收缩是指四维物体的是收缩，迈克尔逊的光干涉实验已经证实了这一点。不要推广它的适用范围的原因：第一、四维洛伦兹变换和光速、以及真空光速不变紧密相连。它可以直接脱胎于电磁学，法国彭加勒是第一个给出该变换的人。真空光速不变——它的物理意义就是表述大范围的电磁空间是零曲率的空间。第二、四维洛伦兹变换不能适用于引力方程。洛伦兹变换几乎征服了物理学现有的每一个分支，就是偏偏征服不了引力学。20世纪30年代后随着非线性和分维物理学分支的迅速广泛崛起，洛伦兹变换均被挡在门外。进一步地研究也发现引力空间是最简单的非线性空间——即不等于0的负曲率的空间。这样才划定了洛伦兹变换的适用范围是所有零曲率的空间的物理学分支。中国科学院理论物理研究所的郭汉英教授认为：“对于这些惯性坐标系而言,没有自身优越的速度、时间没有方向性等等.对于我们的实验室而言,只要根本不管引力和宇宙学效应,Minkowski时空和PoincarU不变性就是相对论性物理学的理论和实验分析的框架.所有实验,只要不涉及引力和宇宙学,与此符合得非常好.”“然而,如果在这个实验室中又要进行与引力效应有关的实验、进行天文观测或者进行与宇宙背景有相互作用的实验———而且恰恰就是要测量这些相互作用的效应,那么,这类实验室中的观测者就同样会发现:河外星系红移表明宇宙在膨胀,而宇宙膨胀给出了时间箭头;微波背景辐射大体上可以代表宇宙背景空间的性质,不过要扣除我们的实验室相对于微波背景辐射的漂移.对于这类与宇观效应相关的实验和观测的结果的分析必定表明:Einstein的狭义相对性原理对于这类效应不再成立;时间反演和时间平移不变性不再存在。”笔者后面将要分析大爆炸理论是错误的，微波背景辐射需要重新分析，这样该矛盾就迎刃而解了。参考文献：【1】庄一龙.《世界上严肃的科学家冷眼看待相对论》