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相对论及相对论性推力

目前的理论物理中,采用了许多数学性语言,用数学语言代替了物质之理。人类的认知和知识体系一直伴随着悖论:从古希腊的芝诺悖论,到微分中的无穷小,再到集合论面对的理发师悖论。为了化解理发师悖论,诞生了哥德尔不完备定理:任意一个包含有一阶谓词逻辑与初等数论的形式系统,都存在一个命题,它在这个系统中既不能证明为真,也不能证明为否;如果系统s含有初等数论,当s无矛盾时,它的无矛盾性不可能在s内证明。简单的说,所有的逻辑体系都不完备;没有任何公理系统可以证明它自身的相容性。在哲学上,可证与真在逻辑上是两个概念,可证的一定是真的,但真的不一定可证。

19世纪,随着光的波动理论的发展,许多物理学家相信相对太阳静止的以太是光波的传播媒介。1887年,迈克尔逊---莫雷实验,否定了静止以太的存在。在1887年至1905年之间,许多人企图去解释迈莫实验:1892年,洛伦茨在不抛弃以太的前提下,提出了以太长度收缩,时间变慢的洛伦茨变换,以实现光速不变的结果。数学家庞加莱也从数学角度提出了类似观点。1905年,爱因斯坦发表了《论动体的电动力学》,被认为是相对论的第一篇论文,确立了狭义相对论。在这篇论文中,爱因斯坦设想在牛顿力学成立的大的静系中,存在一个小的静系和一个动系,并设想动系中放上时钟,并以光在动系的AB两点间往返用时相同来定义两个钟的同步。光速不变,但小静系中的人观测感知的动系中钟的时间却可以变换。在其中绕了十八个弯,采用了复杂的数学推导过程。最终得到了洛伦茨变换的相同结果。 伽利略曾于1607年进行了世界上第一次测量光速的尝试:他和助手分别站在相距1.5km的两座山上,每人拿着一盏灯。伽利略先开灯,当助手看到他的灯光时,立刻打开自己的灯。从伽利略开灯到他看到助手那盏灯的灯光,这期间光传播了3km的时间。由于光的传播速度太快,伽利略所用计时的钟是无法对光出发及返回的时刻进行精准确定的,另外,人眼看到光在大脑中产生光的意识及做出开灯的动作都需要一定的反应时间。因而,伽利略的测量光速的试验是不可能成功的。而在爱因斯坦的狭义相对论的推导思想实验中,存在4点和人类实践相矛盾的地方:1、在动系、静系中放置了钟表,采用了这种人工利用钟表来确定光的出发及到某一点的时刻的做法,在实践中已经证明是行不通的方法。2. 在导航系统中,采用原子钟计时,是为了计时的精准,也是为了不同的钟能保持计时期间走时的同步性——时间的流失是绝对的,并不因为地点的不同而导致时间的流失速度不同。而爱因斯坦的思想实验中却采用时间=路程/速度来确定时间,并以人的观察效果将动系中的时间,路程变换到静系中的时间和路程。这种做法也是严重违背人类导航实践的。3. 根据伽利略的大船实验,所有惯性系中力学规律是相同的,运动也具有各向同性,时间,质量也是相同的。那么,放弃掉以太是光的传播媒介,而将光波认为是大量光子组成,即光波是种自媒介波。地表空间也算作惯性系(人类就在地表活动,大气层随地球运转)。那麽迈莫实验中测得的光的各向同性就是完全正常的。4. 爱因斯坦的思想实验中,是大静系内套一个小静系和一个小动系,而坐标系内都是有人来观察光的。这样就存在优越参考系,存在固定的静系。并非是动系,静系完全可以遵循相对性任意互换。在潜意识中,爱因斯坦是将地球当成了大静系,相对地球静止的坐标系当成了小静系。

从以上分析中可以看出,爱因斯坦的思想实验的推导过程,是与人类的实践不相符的,也可以说是牵强附会的,更偏重于数学推导。狭义相对论,涉及到光速是宇宙中最大速度,时间膨胀,光速不变,质能方程,质速方程等许多观念及公式,是一个正确与错误共存的理论。将光速确定为宇宙中相互作用力传递的最大速度是合理的,计算两个存在力的相互作用的物体或粒子之间的关系时采用洛伦茨变换是必要和合理的。高速运动的时钟走时快慢的变化,是因为时钟的引力场(包括微观上组成时钟的各种分子的电磁场等)和地球的引力场(磁场)相互作用的结果,是物质之理造成的结果。世界观和方法论是每个人认知世界的出发点。根据辩证唯物主义,物质规律,自然界是客观存在的。物理中的数学方程,是用方程去套和凑物理实验的结果,是物质之理决定了方程的存在,而不是数学方程的数学形式及数学计算方法赋予了物质之理。人类的各种学科的知识,都是为了解释,认知和利用客观的物质。

质能方程的推导有多种形式:有直接采用质量变换因子进行质量变换推导出的;可以由质速方程推导得出,也有采用下面推导方法的:麦克斯韦的电磁波包动量P=E/C和牛顿的动量定义p=mv,二式联立,当v=c时,即可得到E=mc2;爱因斯坦的推导是一个参照系的质量和另一个参照系的能量的近似关系。人类所掌握核裂变和核聚变技术,是特定几种元素才可能实现。在核反应中,也并非所有的质量都转化为了能量,只是根据核反应前的元素和反应后生成的其它元素的所含的质子中子数量的差异,得出损失的质量转换为了相应的能量。其实,核弹爆炸时的产物及产生了多少能量是难以精准测算的。有人认为,质能方程代表的只是质量和能量之间的当量关系,并非质量可以转化为能量,核反应只是释放出了原子核内质子中子之间的结合能。这种解释与人类利用核能的实践比较吻合,但与宇宙大爆炸学说存在冲突,因为大爆炸的奇点是个能量点。在人类的实践中,只有铀235(质子数为92,中子数为143),铀233,钚239才可以大量得到并用来制造原子弹,氢弹是核裂变加核聚变:原子弹放出来的高能中子与氚化锂反应生成氚,氚和氚聚合释放能量。超铀元素大多都是由人工核反应中发现和制取的,只有极少的超铀元素存在于自然界,并且半衰期比较短。这验证了哲学中的物极必反的道理,元素原子核包含的质子,中子数达到了一定数量,便很难再继续增加。而氢的同位素氚,因为是最轻的元素,所以在核裂变的高温下才促成了聚变反应。如果将质能当量推进一步,可以认为:核能来源于原子的内能的释放,这些能量本身是存在原子内部的,在适当的外界条件激发下被释放了出来。质量和能量之间存在当量关系,但绝大多数质量是不能转化为能量的。

质量的含义是多方面的:通过天平称量的物体质量,是不变的;物体的平动惯性质量与引力质量是等值的;作为引力源的天体(大物体)的质量;物体的相对论质量(动质量是不能成为引力源的);依据牛二定律,在加速度不同的引力场中,反推出的物体的惯性质量是变化的。质量与力及引力场是密切关联的,而物体的引力质量和惯性质量都应该来源于引力源的引力场和物体之间的引力场的相互作用。

在伽利略的等价惯性系中,所有惯性系内的时间,长度,质量是等价的,物体的质量,能量是分别守恒的。在狭义相对论中,动系内的时间,长度转换到静系内要进行变换。同时,质速方程中,质量成为一个变量。显然,引力质量和惯性质量在牛顿力学中就不是一个概念,只在特定条件下才基本等值等效。爱因斯坦引入动质量的概念后,引力质量和惯性质量(静质量+动质量)更加不能等效,相对论质量绝对不能等效于能成为引力源的引力质量。粒子加速器中将粒子加速到接近光速,根据质速方程,动质量趋于极大,但并没有产生引力效果。质能方程和质速方程,更多地是种当量关系。

我们来看一下质速方程:,它可以用来解释有质量的物体不能被加速到光速,因为物体接近光速时,它的相对论质量将趋于无穷大。相对论力学的基础是牛顿力学,在牛二定律中,F=ma,如果Fm不变,时间无限长,那麽物体的速度将达到光速,甚至超过光速。这只是一种数学逻辑。在人类的实践中,物体的质量一般是不变的,容易变化的是推力和物体的加速度。人类目前最高速的运输工具,是火箭,最高速度可达到12公里/秒,火箭发动机是利用工质的高速射流来产生推力,工质射流的速度决定了发动机推力的最高速度,显然这是远远低于光速的。水流可以对无动力的船产生推力,可以认为是众多的水分子将其动量传递给了船。随着水流和船之间相对速度的降低,水分子传递给船的动量越来越小,也就是产生的推力越来越小。光可以产生光压,可以对太阳帆产生推力。显然,类似于水流对船的推动,太阳帆船的速度越大,则光和太阳帆船之间的相对速度越小,光所产生的推力也越小。所以F =F0 (1v2/c2)1/2F为光对太阳帆产生的推力,F0太阳帆船相对地球静止时光对太阳帆产生的推力,V为太阳帆船的速度。在粒子加速器中,利用电场对带电粒子加速。电场力公式F= Eq,电场力的传播速度为光速,电磁相互作用的媒介粒子在标准粒子模型中为光子,类比于光子对太阳帆船的加速,当粒子速度越大,粒子受到的电场推力越小,也适用于下面的公式:F =F0 (1v2/c2)1/2。对电场力进行相对论性修正后,粒子同样只能被加速到接近光速,而达不到光速。质能方程的在人类实践中,是一种质能当量关系。质速方程,来源于数学推导,并没有严格考虑物质之理,与质能方程关联紧密,如果认为质速方程,是一种质速当量关系,更为恰当。对推动物体达到极高速度运动时的推力进行相对论性修正,取代对物体质量进行相对论性修正,并取消动质量的概念,更加符合物质之理,也符合奥卡姆剃刀原理。

爱因斯坦的广义相对论的等效原理认为:重力场与以适当加速运动的参考系是等价的。这种严格、绝对的等价,只存在于假想实验中。重力场必须存在于两个物体之间,而加速运动的参考系是以自己的加速度为唯一条件的,并不需要另一个物体(引力源)的必须存在。

爱因斯坦曾说:“引力场中一切物体都具有同一加速度,这条定律可以表述为惯性质量和引力质量相等。”依照这样的逻辑,是否可以认为所有物体的惯性质量是相同的,显然这是错误的。在爱因斯坦的升降机思想实验中,升降机断了钢索后,人,铅球及升降机只会同步下落,人和铅球不可能自动悬浮起来。在太阳系内,可以认为太阳的引力场都是存在的。由于人类的实践范围未超出太阳系,所以爱因斯坦所谓的无引力场的太空思想实验只能是假想,在人类的目前的实践验证中是无法实现。

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