广义时空相对论概述

广义时空相对论概述——爱因斯坦相对论探疑前言夏烆光早在1908年，在物理学急剧发展的浪潮中，列宁就一针见血地指出：“……一般自然科学家以及物理学这一专业部门中的自然科学家，极大多数都始终不渝地站在唯物主义方面。但也有少数新物理学家，在近年来伟大发现所引起的旧理论的崩溃的影响下，在特别明显地表明我们知识的相对性的新物理学危机的影响下，由于不懂得辩证法，就经过相对主义而陷入了唯心主义。……（参见《唯物主义与经验批判主义》，列宁著，第359—360页）”尽管情况如此，尽管辩证唯物主义在各个方面已经取得了辉煌的胜利，但在当前的自然科学中，还是广泛地流行着这种主观唯心主义思潮。例如，在科教电影《宇宙与人》一片的解说词中讲述道：“……宇宙的时空是可以改变的，一切的前提是因为宇宙中质量和能量以及速度可以转换。……当原子核接近光速时，电子会逐渐达到它的速度极限而越转越慢，这就意味着电子的振荡变慢，生命是由电子控制，因此生命过程将被延缓，时间自然变慢。这就意味着人类可以通过提高速度使生命的进程变慢，如果我们能把一万年当作一天来过的话，宇宙旅行当然不在话下，人类长寿的秘密，居然存在于速度之中。”显然，这一观点是来自于爱因斯坦的狭义相对论。按照狭义相对论：运动系上的时间坐标（t’）和空间坐标（r’）在运动的过程中会产生“洛伦兹收缩”。根据这种所谓的“收缩”，便可演绎出“双生子佯谬”的结论。承认洛伦兹收缩的存在，就等于承认：时间和空间不是客观实在，而是人的感性直观形式。（参见《未来形而上学导论》，康德著，第45页）。这就是康德和马赫的“相对主义时空观”，是地地道道的“主观唯心主义”。我们说，假如把这些观点仅作为科学幻想来加以传播是可以考虑的，如果是把这些观点作为一部科教电影来加以宣传，那就值得商榷了。当然了，这里我并不是说这部科教电影的编导在有意地宣扬唯心主义，而是说在流行的时空理论中广泛存在着主观唯心主义的思想倾向。还有，这部电影把“大爆炸”的“宇宙生成论”当作一个成熟的理论来加以宣扬。可以肯定地说，在宇宙学中，大爆炸的宇宙生成论，并不是一个成熟的、值得信赖的观点。因为，这个观点中存在着难以克服的原则错误。众所周知，这一观点的实验依据是来自于美国天文学家哈勃所发现的“恒星系光谱的红向移动现象”。目前，关于这个问题的权威解释是大爆炸的宇宙模型。而这一解释的根据是“多普勒效应”。在这个问题上，多普勒效应的理论根据则是爱因斯坦的广义相对论（参见《空间、时间和引力的理论》B.A福克著，第479—489页）。按照这种模型，我们的宇宙产生于一次空前的“大爆炸”。爆炸后所形成的“碎片”——恒星系——以接近光速的速度向四面八方飞散开来。由此可以推算出宇宙的年龄距今大约为150亿年。对此，我们可以作出一个显而易见的逻辑推理：既然站在地球上观测，周天360度方位上的恒星系都有不同程度的“红向移动”，那末，地球就自然而然地成为大爆炸的“发源地”。然而，这是绝对不可能的！别说是地球，就连我们的太阳系、甚至银河系，在广袤的宇宙中也是微不足道的。如此庞大的宇宙，当初的爆炸怎么可能是以地球为“核心”呢？！可想而知，假如我们生活的星球不是“太阳系”，而是在银河系之外的另一个什么“恒星系”的话，我们还是利用那个哈勃望远镜去观察现有的星际空间，那么也一定会发现所有的恒星系都以那个恒星系中的某个星球为核心不停地向外“离散”。曾经有人用“吹气球”的现象来比如宇宙的膨胀，并认为：恒星系之间的离散就好象气球表面上的两个点，随着气球的膨胀，这两个点之间的距离相应地增大。对此，不禁使人要问道：这个“吹气球者”究竟是站在什么位置之上呢？难道他可以站在宇宙之外来“吹气球”吗？！难道地球不在宇宙之内吗？！所以说，用多普勒效应来解释恒星系光谱的红向移动现象中，存在着难以克服的逻辑谬误。老实说，利用这个观点来解释宇宙的生成机制，其错误的性质，未见得比托勒密（Ptolemy）的关于宇宙的“地心说”好到那里。毫无疑义，这种观点使问题又重新地返回到“信仰主义”的老路上去。当然了，任何局部的星系因为“引力坍塌”而引起的“爆炸”是有可能存在的，甚至这种爆炸还可能生成新的恒星系，如太阳系、银河系等等。但是，任何一个具体的“恒星系”都不能代表“宇宙”。因为，按照《辞海》的解释：无限的“空间”叫做“宇”，无限的“时间”叫做“宙”。因此，所谓的“宇宙”，不过是“空间”和“时间”的别名而已。由此而论，在任何有限时空上物质的演变规律，都不能代表“宇宙”本身的生成规律。我们说，所以会出现这样的局面，关键在于：爱因斯坦的相对论从一开始，就采用了牛顿力学的概念和物理原理。其中包括：惯性坐标系统、相对速度、伽利略的相对性原理、光速不变原理、等等。诚如所知，“惯性坐标系统”是把观测者和记录时间过程的时钟锁定在坐标系统的“坐标原点”（O）之上；而相对速度是利用锁定在坐标原点（O）上的静止时钟记录的时间过程（t）去除以运动事件所行走的空间路程（r），即V=r/t。当然，在牛顿力学中，这样地定义坐标系统及相对速度是没有问题的，因为牛顿力学已经事先假设：相互作用的传播速度是无穷大，时间具有绝对同时性，两个物体之间的相互作用是超距的。不过，也正因为这一前提假设与客观实际并不相符，所以给牛顿力学本身带来了先天性的缺陷，从而使牛顿力学成为一个近似正确的时空理论。事实上，对于空间和时间一类物理量的精确确定必须遵循着一个最起码的逻辑原则，——即接触作用原则。换言之，无论是确定一个运动事件的空间位置、还是确定这个运动事件在任意空间位置上的时间坐标，都必须通过某种形式的接触才能够准确地实现。——不是观测者去直接地接触到这个运动事件，就是该运动事件通过某种形式的信号传递来交换它的“运动信息”，如果没有任何形式的接触（包括信号传递），是绝对不可能实现对于物理量的精确确定的。在牛顿力学中，那种认为：在一个惯性坐标系统内，使用一个时钟，就能精确地确定出某个运动事件（或质点）离开坐标原点之后的空间位置和时间坐标的假设，是一种不用通过接触就可以精确确定物理量的数值的基本假设——超距作用原则。不言而喻，在超距作用原则的基础上，对于物理量的确定只是凭借着自己抽象的思维能力来进行。然而，用抽象的思维能力来确定物理量大小的做法本身，在客观上，完全等同于承认信号的传递速度为无穷大的前提假设！！而现实的情况是：宇宙中相互作用传播的极限速度等于真空中的光速，而光速本身又是一个固定的常数（c=2.9979x1010cm/s）——光速不变原理。所以，在相互作用传播速度有限性以及接触作用原则的前提下，惯性坐标系统、以及相对速度的定义等，就不可避免地出现偏差。原因是：在这种情况下，无论是位于相对静止惯性坐标系统（K）坐标原点（O）上的观测者，还是位于相对运动惯性坐标系统（K’）坐标原点（O’）上的观测者，使用自己的时钟都不可能绝对同步地给出运动事件（或质点）同他们以任何速度（包括光速）、以及任意空间距离（包括天文距离）作相对运动时的时间坐标（t2和t’2）。当我们用光信号（或电磁波）来确定某个运动事件或质点的时间坐标时，在这些时间坐标（t2和t’2）中，总要包括把该运动事件（或质点）到达任意空间位置的“运动信息”，以光速传递给运动起点处的观测者所需的滞后的时间过程。——我把这种时间过程记做Δt2和Δt’2.须指出，这里所谓的“不同步”，并非是说“运动的钟”与“静止的钟”在“振动周期”上出现偏离，而是说在静止观测者所记录的运动事件（包括运动时钟）的时间坐标（t）之中，总是包含着一个滞后的时间过程（Δt）。更具体地说，分别位于坐标原点（O和O’）上的观测者，在记录运动事件（或质点）的运动时，都必须各自地包含着一个时间过程（Δt2和Δt’2）。一个必然的思维逻辑是：假若分别位于两个作相对运动的坐标系统（K和K’）坐标原点（O和O’）上的观测者，利用自己的时钟，都能绝对同步地给出某个以任何速度（包括光速）、以及任意空间距离（包括天文距离）作相对运动的事件（或质点）的时间坐标（t2和t’2）的话，那末，这两个观测者肯定都是凭借着自己的思维能力（即虚构的无穷大的信号速度）来确定运动事件（或质点）的时间坐标，肯定都是忽略了利用光速测量该事件（或质点）的运动时，所需的滞后的时间过程（Δt2和Δt’2）。于是便有t’≡t.结果，还是没有从根本上摆脱“绝对同时性”的时间观念。——问题又返回到牛顿力学之中。可是，这与相互作用的传播速度有限性的基本事实背道而驰！然而，在爱因斯坦的狭义相对论中，爱因斯坦用以“校准”两地时钟的设想，恰恰是忽略了这个滞后的时间过程（Δt2和Δt’2）。所以说，爱因斯坦的相对论始终没有摆脱绝对同时性的时间观念。——这既是一个重大的物理问题，又是一个重大的哲学问题！可以说，一个运动事件（或质点）与一个惯性坐标系统一样，它们都是“物体系统”。这里不妨用“第三个物体系统”来代表运动事件（或质点）。我们的原则是：只要有物体系统存在，就一定有位于物体系统上的观测者、以及记录时间过程的独立时钟存在。这样一来，关于相对论的概念：就不可能是站在两个相对作匀速直线运动参考系统（K和K’）坐标原点（O和O’）上的观测者，针对第三个物体系统分别地对于他们（K和K’）作相对运动时，所得出的两种不同的“时空坐标”之间的相互比较，也不是站在相对运动坐标系统（K’）坐标原点（O’）上的观测者同站在相对静止坐标系统（K）坐标原点（O）上的观测者，各自关于“对方”相对于“自己”运动时，所得出地两种不同的“时空坐标”之间的相互比较。——因为在这两种相互比较中，前者并没有摆脱绝对同时性的时间观念，而后者是偷换物理概念。（他们都把自己当成静止系，把对方当成运动系，因而并不是同一个运动事件。）不难看出，此处所涉及的情况就如同太阳、地球和月球这个力学体系。从逻辑思维上讲，月球就是这里所指的运动事件（或质点），地球和太阳就是两个作相对运动的惯性坐标系统（K和K’）。如果站在太阳上、同站在地球上的观测者，都不用任何具体的实验手段就能绝对同步地给出月球分别相对于地球、以及相对于太阳运动时的时间坐标，那么太阳上和地球上的时钟之间势必绝对的同步，结果还是没有摆脱绝对同时性的时间观念！！所以说，关于相对论问题的概念只能是：站在相对静止坐标系统（K）坐标原点（O）上的观测者，观测运动系（K’）对于坐标原点（0）的运动，得出一个“时空坐标”；站在相对运动坐标系统（K’）坐标原点（O’）上的观测者，观测“自己”对于静止系（K）坐标原点（O）的相对运动，得出另一个“时空坐标”；当人们把这两种时空坐标、以及两种运动速度都加以比较——坐标变换——时，就构成了相对论问题。不过，在这种意义上的相对论，已经不是爱因斯坦的相对论了，而是以辩证唯物主义的时空观念为基础所创建的“广义时空相对论”。一言以蔽之，在经典的相对论中，一方面爱因斯坦继续使用着牛顿力学所定义的惯性坐标系统、相对速度、伽利略相对性原理、及光速不变原理等只有在信号传播速度为无穷大的前提下才能严格成立的物理概念与物理原理，另一方面又把相对论的概念作了错误地理解（当然，这种概念错误也与逻辑谬误直接相关），因而造成了明显的“逻辑谬误”和重大的“概念错误”。必须认识到，在严肃的学术问题中，决不应该依据爱因斯坦相对论所取得地巨大成就来掩盖它的逻辑谬误和概念错误。为此，我沿着恩格斯和列宁的辩证唯物主义时空观念，并在总结了当代数学与物理学新成就的基础上，提出了一个全新的时空理论——广义时空相对论。并于今年一月由人民交通出版社出版发行。坦率地说，这个新的时空理论，不仅能够从根本上克服了爱因斯坦相对论的逻辑谬误和概念错误、以及解决爱因斯坦相对论已经解决的时空问题，而且可以解决爱因斯坦相对论无法解决的某些时空问题。可以说，这是一个具有广泛发展前景的时空理论。