绝对-相对时空论

1、绝 对 相 对 时 空 论未来物理学基础马国梁（山东省章丘市第一职业中专 250200） 电子邮箱：emgl内容简介 本书首先指出了狭义相对论中的若干不足，然后在综合大量实验事实的基础上经过严密的推导，提出了新的时空坐标变换方法，并将之成功地运用于运动学、力学、光量子学及电磁学等领域。讨论了同时性和因果律，在运动参照系中的时空问题，单程光速的测量方法，光的多普勒效应及应用，光在运动介质中的传播问题。还对广义相对论的有关问题进行了浅略的分析。本书见解独到，在理论物理研究方面勇敢的迈出了新的一步，具有较高的学术价值。敬请广大读者赐阅。 书稿演变史：1996年5月 写出本书的初稿，题目为狭义相对论新

2、探。1999年7月 修订印刷成书，题目为再论狭义相对论的基本原理。2001年8月 电子版书稿修订完成，题目为经典相对论。2010年11月 改用书名绝对时空论，做了些修改，并对第五章内容作了重要补充。2012年12月 改用本书名绝对-相对时空论，对第六章及关于光子的内容做了些修改。 作者简介： 马国梁，1959年出生，山东省济南市人。1981年毕业于山东一理科大学，毕业后先在一机械厂工作；1982年调入教育界，现在为一中专学校高级物理教师。有多篇论文在物理教学杂志上发表。目 录第一章 狭义相对论中的若干不足第二章 现有实验所给予我们的启示第三章 新的时空变换方法第四章 运动变换方法第五章 绝对时

3、空动力学第六章 绝对时空电磁学第七章 同时性和因果律第八章 运动参照系中的运动物体第九章 单程光速的测量方法第十章 光的多普勒效应第十一章 光在介质中的传播规律第十二章 广义相对论有关问题浅析作者后记 正 文 第一章 狭义相对论中的若干不足狭义相对论是研究时空性质与物质运动关系的科学理论。自从1905年爱因斯坦发表论运动物体中的电动力学一文为标志宣告诞生以来，至今已过百年了。在当时经典物理学陷入严重危机，科学界众说纷纭、莫衷一是的情况下，爱因斯坦独辟蹊径，从一个新的视角研究了整个问题，提出了一系列新概念、新原理，建立了狭义相对论的理论体系。不仅解决了当时科学界所面临的一系列疑难问题，还为以后物

4、理学的发展开辟了一条新的道路，为现代物理学的建立奠定了基础。百多年来，相对论在全世界广泛传播，被应用于各个学科领域，取得了辉煌的成就，在科学界赢得了崇高的地位。爱因斯坦在这一领域为人类做出了开拓性的贡献。但是科学总是不断向前发展的，任何科学理论都只是在一定历史条件下人类对物质世界认识的结果，都是相对正确的。狭义相对论也是这样。况且这个理论先天不足，自从它诞生以来就一直不断遭受人们的指责和怀疑。事到如今它自身原有的许多问题依然存在，这不仅影响着今后对它的应用，也影响着它自身的完善。它的诸多问题分别如下所述：(一) 空虚空间。二十世纪初，爱因斯坦面对所有一切探测“以太风”的实验都失败的事实，认为“

5、引入光以太”本来就是“多余的”，这样空间就又回到了一无所有的“空虚”状态。可是这样的认定在当时就不能自圆其说。面对空间能够传播电磁波的事实，爱因斯坦又认为空间“具有一种发送电磁波的性能”，是“物理空间”；在后来的广义相对论中，他认为空间的性质应由“物质的分布”来决定，实物体可以“弯曲”周围的空间。这些都显然与前面的空虚空间的定义相矛盾。空间既然一无所有，那它就不可能具有象物质一样的性质。还有，如果空间中真的一无所有，那么各实物体就成了一个个的孤立个体，彼此间互相隔绝，互不相关。因为没有中间物质相连接，所以物体间的相对位置变得没有意义且无法确定；因为没有连续的物质被跨越，所以物体间的相对运动也变

6、得没有意义和无法确定；同时因为没有背景物质作参考，所以运动路径也就无所谓和测不出曲直多少。还有物体的惯性因为位置和运动的不确定所以也就无法再能体现。这就象人只有沿地面行走才能有经历，物体只有在空气中运动才能受阻发热、发声一样。离开了物质的空间环境，实物体就象离了水的鱼一样究竟还能有多少作为呢?(二) 彼此等价的相对运动。既然空间成了空虚的，那么物体在其中也就没有了绝对运动，只有物体彼此间的相对运动，且这种运动是对等的。就象月球围绕地球转，也可认为地球围绕月球转，两者效果相同，都是正确的。如果宇宙空间中只有两个物体，上述说法还勉强有理。可惜宇宙中不止两个物体，而是更多。在其它物体上公正的看，质量

7、不同的两个物体，大物体运动得要少一些，小物体运动得要多一些。因此物体间的相对运动绝不是对等的。在大物体上的观测者的观测结果更接近真实。所以当我们观测比我们小得多的物体的运动情况时，观测结果是比较可靠的。还有在两物体上凡与运动有关的量彼此测量的结果也不可能是相同的。这样以来，我们前面关于参照系可以任意选择的想法也是错误的。参照系是一种理想模型，任何参照系都必须建立在物质上。其中相对质量小的物体因为变速快就不适合作惯性参照系，同时因为它的运动量较大故也不适合作静参照系。只有相对质量大的物体在一定条件下才可作为惯性参照系和静参照系。同理，物体与所在物质系统（质心），物体与其它各级物质系统之间的相对运

8、动也都不是对等的。(三) 光速不变原理。狭义相对论没有给出惯性参照系的确定方法。但它却认为：在任意惯性系中，光在各个方向上传播的单程速度都相同，与惯性系的运动状态无关（这里的光速是指测量值）。这是没有实验根据的。迄今为止所有的实验都不能证明这一点。迈克尔逊莫雷实验和大多数光速测量实验用的都是往返闭合光路。闭合光路上的总平均光速恒定并不意味着各个方向上的单程光速也恒定。即当 （s + s）/（t1 + t2）= c恒定时并不意味着 s / t1 = s / t2 = c也成立.因为t1、t2不一定相等。还有，用测量光的波长和频率计算光速的方法也不能证明光速不变原理。因为测量波长所用的“尺”是一束

9、特定的标准光，当将它与被测光放平行进行比较时，两束光在相同的方向上会发生相同的伸缩变化，结果使各方向上的测量结果都相同。但这不能反映光速的实际情况。其它各种测量光速的方法都可归纳到上述两类中去，不行的原因同上。如微波谐振腔法，在谐振时仍属往返闭合光路。而罗默的天文测量法则明显的表明“光的单程速度与所在物体的运动状态有关”。实际观测情况是：当地球在公转过程中，先后朝向和背离木星运动时，木星卫星蚀间隔的时间分别变短和变长。这说明从卫星发向地球的光相对地球的运动速度分别变快和变慢。可惜我们前边一直没有承认和看重这一实验结论。光速不变原理是狭义相对论的两大支柱之一。该原理的可疑和错误对原理论的影响都将

10、是重大的、深远的。时间过去百多年了，现在是到了彻底澄清这个问题的时候了。(四) 相对性原理。该原理认为：所有的惯性系都是等价的，一切物理规律在各惯性系中的形式都是相同的。这也是一条没有经过充分的实验证明的假说。例如对一定方向上传播的光，在各惯性系测来，其单程光速是不是都相同就很值得怀疑。根据罗默的实验结果，光速值应该是不相同的。对某些现象来说，各惯性系的描述肯定有所不同。这是因为物质世界的存在具有客观独立性。有些现象的观测结果与观测者的方位和运动状态有关。同一现象对不同的观测者来说，虽然观测到的结果不同，但他们可以是协变的。所以协变性不应单指数学形式的不变性，这种不变性不是起主导作用的普遍规律

11、。在现实世界中，有些不变性是不可能的。物质世界绝不会成为让每位观测者的观测结果都相同，它的面貌可随人的观测方位任意变化的千面玲珑，即使重叠、自相矛盾也在所不辞。爱因斯坦只是一位朴素的唯物主义者，他不可能用辩证唯物主义的方法去认识问题，再加上历史条件的局限性，所以在他的理论中出现这样或那样的问题并不足为奇。科学正是在克服前人缺点的过程中得到发展的。由上述可知，爱因斯坦确实已将人们的思维引向歧途。由于基础的不坚实，从而使他的理论发生了严重的倾斜或畸变。狭义相对论在理解上的艰难和推导上的繁琐是我们人所共知的，这也是该理论几十年来先是被怀疑拒绝、后是被盲目崇拜的原因之一。它之所以难以理解还不单是数学推

12、导上的原因，主要是其物理意义不明，情理上讲不通。例如对于时间变换公式： t ( t - u x /c c ) / sqrt ( 1 - uu/cc )恐怕谁也无法确切的说明它的物理意义及原理。特别是分子上的修正项 ux/cc ，在这里为什么与 u 呈线性关系?它又为什么与 x 有关，其内在联系是什么?这些至今都没有令人信服的解释。还有过去人们都认为，洛仑兹变换式在高速运动和低速运动中具有协变性，当运动速度远小于光速时洛仑兹变换即退变为伽利略变换。即当 u << c 时因子 sqrt (1 - uu/cc ) 1 t - u x /c c t 1 uv/cc 1可是这充分吗？当 x

13、>> c t 和 v >> c 时，ux/cc和 uv/cc项还能忽略吗?时间和空间虽然有一定联系，可以通过某种方式统一起来，但两者有着本质的不同，不应混为一谈。将“四维时空”转化为“四维空间”只是一种思维方式的转化，但绝不是说时空就没了绝对界线，可随观测者所在的参照系不同而划分。还有电场与磁场的情况也是如此。 另外，关于相对论与量子力学间的不协调问题也已被人们提出，成为当代科学的一大难题。总之，不管人们愿意不愿意承认，狭义相对论的种种弊端都是不可争辩的事实。与其遮掩回避，不如正视解决。 第二章 现有实验所给予我们的启示（一）空间是物质的。即现实的宇宙真空都是充满物质的

14、。科学研究已经证明：的确不存在十九世纪所描述的那种“以太”，但是由此就断定空间中一无所有也是不能令人信服的。爱因斯坦在后来的广义相对论中又给与空间以物质的性质。与此同时，其他科学家也纷纷发表自己的看法：狭义相对论的先驱者之一洛仑兹即对“空虚空间”持怀疑态度；狄拉克在发展相对论量子力学的过程中引入了“新以太”的概念；李政道在研究“不寻常核态”的工作中发现真空中存在着真空物质。总之，现代科学已经充分证明：“真空并不是一无所有的虚空，而是指没有实物粒子（如电子、质子、中子等）的一种总能量处于最低状态的场，即基态 的量子场。真空具有真空涨落、真空极化、真空相变、真空对称自发破缺等特性。真空正是这些性质

15、的载体，这说明真空是物质的一种形态。”( 见自然辩证法 概论高等教育出版社 1991年5月修订版第23页)。在一定条件下，可以从真空中产生基本粒子。但是现在我们还完全没有研究出真空物质的结构，也没有完全弄清它与引力场、电磁场、强力场、弱力场及实粒子的关系，对它的研究还有待于继续深入。我们所在的空间在相当广大的范围内是连续统一的。现在借助于现代化的天文观测手段，我们已经观测到二百亿光年远的宇宙深处，但是还没有发现空间的边缘。很可能，宇宙空间在各个方向上都是无限延伸的。由于空间的物质性所以给实物质的运动提供了充分的条件。由于物质的间隔，使物体在空间中有了确切的位置；由于物质被物体从中穿越，使物体有

16、了确切的运动，并可描述出它的运动轨迹和运动量的多少；在物质的环境中，还使物体的惯性得到了表现；使物体的运动产生出一定的效应，如运动物体上的时空变化。由于空间的物质性还使微小粒子在运动时产生的波动和其它运动行为得到了合理解释。也正是由于空间的物质性才使空间中有可能被激发生成引力场、电磁场等及它们的场波，并使物体通过这些场产生相互作用。离开了物质的空间，恐怕许多物质现象都将化为乌有。真空物质对运动物体基本上没有阻碍，所以它的密度可能很小；但也可能不小，只是具有超流动性。虽然空间各处的真空物质未必分布均匀，但局部的“绝对真空”恐怕也很难存在。因为任何实物质都不能阻止真空物质的渗透、扩散。真空场的运动

17、形式除内部固有的运动之外还有伴随经典场的波动和受实物质运动影响而产生的扰动。（二）物体的运动具有绝对性。现代科学研究已经表明，场和粒子是物质存在的两种基本形式，再加上中间的物质形式，这样物质的构成层次则成为基态量子场（真空物质） 经典力场（引力场等） 光子类 实粒子（轻子、介子、重子）所有实物质都是以单个粒子或由粒子组合成的物质系统（团体）分布在空间中的，被空间容纳并在其中悬浮。各级物质系统的层次由低到高分别是基本粒子（电子、核子） 原子 一般物体（卫星等） 行星系统（地球等） 恒星系统（太阳系等） 恒星集团系统（银河系等） 总星系中间每一个物质系统都是上级物质系统的一部分，都有若干个同级系统

18、，都还可以分解成若干子系统。基本粒子的分解情况现在还不甚清楚；比银河系更高的“总星系”也还远未弄清。很可能这级物质系统将是人类认识的极限，我们很难再超越它。既然空间是物质的，那么每个粒子、每个物质系统在其中的运动也就是它们相对真空物质的运动，也就有了绝对性可言，成为绝对运动。物质系统的运动情况可用它的质量集中点（质心）来代表。场和粒子可以相互转化，是不可分割的统一体。物质的空间和实物质也是不可分割的统一体。因此就总体上说，真空物质与实物质是不应有相对运动的，也就是说所有的实物质作为整体在空间中是没有绝对运动的。所有的绝对运动都是局部物质的绝对运动。它们向空间中各个方向运动的动量都是相等的，其矢

19、量总和应为零。因为不管实物质的总量及其分布规模是有限的还是无限的，动量守恒定律总是成立的，动量绝不会无中生有。但对其中的任何一部分实物质来说，它的绝对运动都很难恰巧为零。所有的实物体，可以说都在空间中永恒的运动着。除绝对运动外，还有物体间的相对运动。相对运动大小等于两物体的绝对运动之差。例 b 物体相对 a 物体的运动等于 b 物体的绝对运动减去 a 物体的绝对运动，即： 矢量 Vba = Vb - Va而 b 物体的绝对运动则等于 a 物体的绝对运动再加上 b 物体相对 a 物体的运动。可依次类推。当有一个运动链时，末端物体的绝对运动等于初端物体的绝对运动再加上中间各物体间的相对运动。系统内

20、一物体的绝对运动等于高一级物质系统质心的绝对运动加上本系统质心相对上级质心的运动再加上物体相对本系统质心的运动。如地面物体的绝对运动即等于日心的绝对运动加上地心相对日心的运动再加上物体相对地心的运动。但仅靠物体间的相对运动是不可能算出物体的绝对运动来的，内运动不能反映对外运动。如测绝对运动需根据它的绝对运动效应或空间中场物质的波动与物体运动的合成情况推知。 种种迹象表明，我们所在的地球的绝对运动大约在每秒数百千米的数量级。（三）参照系的选择方法。参照系是指我们所特别规定的某物质系统，是我们研究其它物质系统的运动情况的参考基准。在真空物质上建立参照系虽然非常公正，但是因为它的“空虚”特性使我们用

21、起来非常不便，故必须放弃此法；在无限的实物质的质心上建立参照系也非常公正，可我们不知道该质心究竟在哪儿，故该法也不现实。剩下的只有在有限的物质系统上了，可所有的物质系统都在不停的做绝对运动，所以真正理想的绝对静参照系我们是找不到的。那么做绝对匀速运动的惯性系呢?根据牛顿第一定律似有可能：当物体不受外力或受平衡外力作用时，原来运动的物体将永远保持原有的运动状态，以大小不变的速度和方向沿直线运动下去。可是实际上宇宙中的物体没有一个不受力的，即使受力平衡也只是暂时性的。所有的物体都在宇宙空间中做着各自不同的曲线运动。所以真正理想的运动惯性系我们也是找不到的。但我们可以找到近似理想的参照系。现代科学研

22、究结果表明，物质系统的级别越高，它做绝对曲线运动的情况就越简单，速度变化就越慢。如地心的绝对运动除绕日心转（公转周期是1年）外还有随日心在银河系内的公转（公转周期是2亿年），随银河心在太空中的运动（运动情况不详）；太阳中心除绕银河心公转外还要随银河心在太空中运动；而银河心则只有在太空中运动一项了。由此可知，物质系统的级别越高，就越接近匀速直线运动，就越适合作运动的惯性系。如一般情况下地球是一个良好的惯性系，如将太阳作为惯性系精度就更高些，而银河系的情况则将会更好。当物体的加速度一定时，如果研究所需的时间段越小，那么物体的速度变化就越少，它与惯性系就越接近。如在地面上研究单摆的振动，如在几分钟之

23、内是可以将地面作为惯性系的，但经过几小时就不行。由于任何物体都有惯性质量，所以任何物体的运动速度都不会发生突变，都只能是连续的渐变过程。就是说任何物体都有一定程度的惯性运动。不管加速度是多少，只要时间足够短，就可将该物体当作惯性系。但此时须给被研究的物体附加一惯性力。只有当物体只在万有引力作用下做变速运动时，才可不用附加惯性力。因为按照广义相对论原理，只有此时惯性力才能被万有引力恰好抵消。当在惯性系中研究各物体的运动时，参照物体不得与被研究的物体有相互作用。如果这种作用不可避免，那么必须将它对参照物的扰动尽量减小。根据牛顿第二定律，当作用力一定时，加速度与质量成反比，所以这就要求参照物体的质量

24、必须远大于被研究物体的质量。如研究一般物体的运动将地面作为惯性系即符合这一要求。两质量不相上下的物体就不宜将其中任何一个作为惯性系，此时可取它们共同的质心作惯性系，因为内力作用并不改变质心的运动状态。当然此时也可以高级物质系统作为惯性系来研究低级物质系统及其内部物体的运动。同理，还要求被研究物体的转动惯量必须远小于参照物体的转动惯量。所以被研究物体离开参照物体质心的距离，被研究物体的大小及运动范围都必须在较小的限度内。关于绝对静参照系可这样来近似确定：A、当在绝对运动速度很低的惯性系中研究高速运动（接近光速）的物体时，可将该惯性系近似当作绝对静参照系；B、当在惯性系中研究做闭合曲线运动的物体时

25、也可将该惯性系近似当作绝对静参照系；C、当在惯性系中只研究各物体的相对运动时，自然可将该惯性系当作静参照系。如研究物体中分子的热运动就可选物体的质心作静参照系，研究原子中电子的运动可以原子核作为静参照系。研究表明，有许多物理现象、规律在不同的惯性系中都具有相同的表现形式，与惯性系的绝对运动无关，但并非所有的现象、规律都如此。原“狭义相对性原理”的论断言过其实，故它不应再作为一条规律。事实上，我们已在不自觉的使用着高级惯性系。如我们将在地球周围能够观测到的部分恒星组成天球作为静参照系（天文惯性参照系）来研究太阳系内各星球的自转、公转及相对运动。还发现高速转动体的轴线在空间中的朝向具有绝对不变性，

26、总是做平动运动，并将之运用于导航技术。如地轴总是指向北极星，还有研制成的陀螺仪等。应用上述原理，我们可以很容易的解决牛顿水桶的问题，这个问题在历史上曾有过争执。在铅垂线下端悬挂一装满水的桶。现在桶周围的物质空间与宇宙万物是同属一体的。水面凹不凹与桶的转不转没有多少关系，关键是看水体与宇宙万物有无相对转动。A、当两者相对静止时水面不凹陷；B、当两者相对转动时则水面凹陷。此时可看作是水体转动，宇宙万物静止；也可看作是水体静止，宇宙万物转动但这种情况不存在。因为宇宙万物的转动惯量远大于水体的转动惯量，在力矩的相互作用下转动起来的只能是水。故水面的凹陷与否的确反映了水体在空间中的绝对运动情况。还有为了

27、解释迈克尔逊莫雷实验结果，从当初到现在就不断有人提出各种形形色色的拖拽理论，先是完全拖拽，后是部分拖拽。什么“地面以太被被完全拖拽，而高空以太只被部分拖拽”，“地球公转拖拽以太，而自转并不拖拽”，还有什么“地球的引力场就是以太”等等。可是这些拖拽者们根本给不出“以太拖拽程度和地球质量的关系”，更无法回答“当地球获得独立后，其赤道半径又为何随自转增大”的问题。一旦地球和周围的物质脱离关系，它的自转和不自转在力学上还有什么不同？由上述分析可知，参照系的选择并不是随意的。应根据研究需要按照一定的原则来选取。即要应用方便，又要精确可靠。P.G.柏格曼在相对论引论一书中曾指出：“我们对惯性系的最终定义实

28、际上可能是：惯性系是相对于整个宇宙物质具有零加速度的参照系。”（人民教育出版社1961年12月第1版第166页脚注）。这与我们上述的指导思想是一致的。（四）时空性质与物质运动的关系。空间与物质不可分割并不单纯在于所有的物质都占用空间或现实的空间内都充有多种形态的物质，还在于我们是通过物质认识它的，特别是通过实物质。不论是它的存在、它的意义还是它的性质，都是通过它和物质的关系来表现的。空间是由于物质而存在就象是山洞是由于山而存在一样。试想如果没有山，那么同样一方空间如何再成为洞？时间与物质运动不可分割的情形与上类似。在连续的时间中有与真空区域相类似的静止时段。如果能够超越这个时段那么就可认为是通

29、过了时间隧道。研究发现，物质系统的级别越高，物质密度就越小，作用力就越小，演化过程就越慢。从这点看，很难再有总星系以上的物质系统。而在级别很低的微观领域，则物质密度很大，作用力很强，运行过程很快。时空的性质是由物质来决定的。在整个宇宙中，作为无限的时空当然是统一的、不变的、永恒的。但是作为局部的有限的时空则是可以变化的。例如在某一区域内当所有的实物体都按一定的比例缩小时，就可以认为是该处的空间缩小了；当所有的运动过程都按一定的比例变慢时，那么就可认为是该处的时间运行速率变慢了。以研究在不同情况下时空的性质及变化规律为课题而产生了不同的学科理论。其中研究在不同区域内由不同的物质分布所确定的时空性

30、质和在加速运动的物体上的时空性质是广义相对论的任务；而研究在匀速运动的物体上时空的性质则是狭义相对论的任务。在静止和低速运动情况下时空具有简单的不变性，已被经典物理学所采用。在历史上，H.A.洛仑兹曾经创立过一种理论，它是相对论的前躯，代替把相对性原理推广到电动力学。“他假定存在一种特殊的参考系，对它来说，以太是静止的。为了说明迈克尔逊莫雷的实验结果，他假定以太可以影响在其中运动的钟和直尺。根据这个假设，钟在运动时变慢，尺沿运动方向收缩。”（P.G.柏格曼著周奇、郝苹译相对论引论人民教育出版社1961年12月第1版第47页“问题4”）。并推出了时间和长度的收缩因子皆为sqrt(1uu/cc)。

31、可惜他没有将此理论发展下去，提出相应的时空坐标变换式以及为验证它所需的实验设计。在当时的实验无法证明以太存在的情况下，洛仑兹最终放弃了该研究方向，另改它途。后来由于爱因斯坦坚持否定以太的存在，从而使洛仑兹的上述研究结果失去了最后的存在基础，终于被人们遗忘。现行的狭义相对论虽然也承认了运动直尺的收缩效应和运动时钟的变慢效应，可是它一方面认为这种变化不是物体本身的变化，是物体做相对运动时彼此测量的结果；另一方面又认为是物体运动时时空变化的反映。两说自相矛盾。其实洛仑兹的早期思想并非全无可取之处。如果我们将以太的观念进行适当改造，那么就可以建立一个正确的理论。不妨这样认为：空间是物质的，绝对静参照系

32、和物体的绝对运动都是客观存在的。所有物体的时空特性都不是一成不变的，它可以随着物体的绝对运动而发生相应的变化。“直尺缩短、时钟变慢”即是局部时空变化的反映。现在关于运动时钟的变慢效应已经通过多种实验充分证实，而关于运动直尺的收缩效应也已被公认其合理性。（五）光的客观属性。光是一种物质现象，它不可能脱离物质而存在。光的载体物质是电场和磁场，本质是电磁波。电磁场是真空物质被极化的结果，它是真空物质的一部分。光在空间中的传播具有客观独立性，与光源和观测者及其它受体的状态无关。不管它们怎样运动，光一旦离开光源，它即以离开时的光源位置为中心，以辐射状向四面八方传播开来。其传播速度是由空间的性质决定的，在

33、各个方向上都以恒定的速度直线传播。早期的恒星光行差实验可以证明这一点。观测表明，从遥远的恒星上发来的星光，当由于地球的绕日公转使运动方向与星光方向的夹角发生变化时，望远镜镜筒的方位角也必须随之发生相应的变化才能始终观测到星光。并根据地球的运动速度和方位角变化情况粗算出光的传播速度为30.1万千米/秒。那么不难想象：当地球的运动方向与星光的传播方向相反或相同时，我们所观测到的光速就一定会发生相应的增减变化。罗默的天文观测结果证实了这一点。在低速运动的物体上观测光速，其结果是符合经典速度合成规律的。（六）“光速不变原理”的修定方法。“光速不变原理”不应再指“惯性系中各个方向的单程光速”，而应改指“

34、各个方向往返闭合光路的平均速度”。具体为：“在任意惯性系内，光在各个方向的闭合光路上，做往返运动的平均速度总是一恒定值。”这是一条经过反复实验充分证明的规律。迈克尔逊莫雷实验所直接证明的正是这一条。在相互垂直的两个方向上，当两臂长相等时，从中点分开的两束光在往返汇合后并没有发生预期的干涉现象，这说明两束光的全程运动时间相同，两束光的总平均速度也相同；但这不能说明各个方向上的单程光速也都相同。还有，当采用闭合光路时，用各种方法所测出的光速基本上为一恒定值，这也证明了新定义的“光速不变原理”。那么为什么会这样呢?这是因为光在空间中是以恒定的速度传播的，所以在静止的观测者看来，不管光的传播路径怎样，

35、其平均速度总是一恒定值；而在运动的物体上，由于运动的影响，如果单纯按经典速度合成法，其结果则不再等于原光速，即使是闭合光路也不例外。但是由时空的运动特性可知：在运动的物体上时空总是发生一定的变化的，通过这一修正，结果在闭合光路中使测出的平均光速恰好等于原光速。这一因素巧妙的掩盖了物体运动对光速测量所产生的影响，并诱使我们由此走向歧途。综上所述，现有的实验事实确已充分揭示了我们过去认识上的许多错误，使大自然的本来面目在我们的脑海中形成一个轮廓分明的图象。我们理应据此对原理论进行彻底的修正，以使它更加准确地反映客观规律。具体内容分述如下第三章 新的时空变换方法在动、静参照系中，时空坐标变换方法是所

36、有运动学的基础，对此我的推演过程如下。（一）时空收缩率我们先在绝对静参照系内建立一个三维直角坐标系。原点是o ，三个坐标轴分别是x、y、z ，时间是t ；然后再在一动参照系上也建立一个三维直角坐标系。原点是o，三个坐标轴分别是x、y、z，时间是t。当 t = t= 0时两坐标系重合，之后动坐标系沿x 轴以速度u做匀速直线平动，成为一个理想的动惯性系。现有一实验者在动坐标系内测光在某一方向上往返的平均速度。光线是从原点o发出， 在到达镜面后被反射，然后又沿原路回到o点，单程距离是 s。因为光在静坐标系中是以恒定的速度传播的，但与此同时，动坐标系也在其中运动着。考虑到运动的影响，故光相对动坐标系已

37、不是原光速了，且往返的速度也不相同。还有，在动坐标系内看来是来回重合的光路改在静坐标系中看也已经不再是重合的了。设 惯性系中光路与y轴的夹角为，那么我们可以按照经典速度合成的方法推得去的光速为c1 =c1 u= sqrt cc (u cos)2 - u sin返回的光速为c2 =c2 u= sqrt cc (u cos)2 + u sin则其往返的平均速度为C = 2 c1 c2 / ( c1 + c2 )=（cc - uu）/ sqrt cc -（u cos） 2 很显然，这个速度一般并不等于原光速。但这是在静坐标系中测量的结果。如让动坐标系内的人自己测来，则仍旧等于原光速。这是因为按我们前

38、边的洛仑兹假设，动坐标系上的一切物体包括直尺都在x方向缩短了，但在垂直方向却不变。故原先如果是一个正圆球的话，那么现在则成了一个在x方向扁的椭圆球了。设在垂直方向上的单位长度为1，那么在x方向上由于收缩单位长度变成 i。；而在与y 轴成角的方向上单位长度则是 i .i = i。/sqrt(sin)2 + (i。cos)2 不仅只此，在动坐标系上，时钟因为变慢，所以同样一个单位时间，但在这里也变少了。即 t/t = j。1由于这两个原因，使C在动坐标系的人测来都变大了，结果等于原光速c .即 C= C / i j。= c将C式和 i式代入并整理，可以推得 i。= j。= sqrt (1- uu/

39、cc )即在动坐标系上的空间真的在运动方向上发生了收缩，它上面的时钟也真的变慢了，并且按照相同的比率。动坐标系的运动速度越大，它上面的时空变化就越显著。由上述还可以看出，动坐标系上的空间收缩和时钟变慢虽都与动坐标系的运动速度有关，但却是独自进行的，互不影响。时间一维仍然是独立的。这给有关时空的计算提供了相当的方便。现有的种种迹象表明：“运动的尺缩钟慢”仅发生于电磁力物质系统和引力物质系统，而强力物质系统则难以成立。（二）坐标的变换方法根据以上讨论，我们可得出在动、静坐标系之间对同一点的坐标变换公式。如下所列： x= (x - u t ) / sqrt (1 - uu / cc ) y= y z

40、= z t= t sqrt ( 1 - uu / cc )可见，与伽利略变换比较接近，相比洛仑兹变换要简单一些。当动坐标系低速运动即 u<< c 时，此变换即退变为伽利略变换。故今后我们将之称为“广义伽利略变换”似乎比较妥当。这一变换在我之前已经被人多次提出，只是应用很少，影响不大，甚至忘却。事实上，洛仑兹变换已经隐含了本变换的内容。其中的时间变换式 t ( t - u x / cc ) / sqrt ( 1 - uu / cc )只要假设 x = u t 时 即得 t= t sqrt ( 1 - uu / cc )（三）相对时空变化由以上讨论可知，在动坐标系上的时空真的发生了变化

41、，同时这也是在绝对静坐标系中所观测的结果。事实上，也只有在绝对静坐标系中才能客观的、公正的、真实的观测到物质世界的本来面目。而在其它坐标系中由于自身时空的变化则都不能做到这一点。如在动坐标系内的人观测自己所在的系统，他们完全感觉不到自己正在运动中，也感觉不到本系统的时空发生了变化。在他们看来，本系统正处于静止状态，时空正常。测量光的往返平均速度也没有什么异常变化。再就是在一动坐标系内观测与自己同步运行的另一动坐标系。在他们看来，两者没什么同步运动，只是相对静止，两系统成了一个系统。自然两坐标系上的时空彼此看来不会再有什么变化，可以统一成一个。但事实上，是两者的时空都发生了相同的变化，只是互相看

42、不出来罢了。在任何惯性系内的观测者，当测量相对于自己静止的物体时，所得到的形体长度和内部运行时间都是一定的，分别叫做本征长度和本征时间；而在静参照系内测量动参照系上变化了的形体长度和运行时间则分别叫做客观长度和客观时间。动参照系是有无数个的，且它们皆以不同的速度大小向各个方向运动，因而它们也都各有自己的一方时空。其中长度收缩的大小和方向取决于动参照系做绝对运动的速度大小和方向；而时间的变慢则没有方向。其变慢的程度只与动参照系做绝对运动的速度大小有关，而与速度方向无关。在一动坐标系上观测与之同步的另一动坐标系内的物体所得到的长度和时间也都是本征长度和本征时间，和物体所在坐标系中的观测者测量的结果

43、是一样的。但是，当在一动坐标系内观测与自己有相对运动的另一动坐标系中的物体时，由于观测者对自身的时空变化觉不出来，并以本系统为基准，故反而觉得其它坐标系上的时空变得异常了。为简化起见，下面我们只讨论两运动方向平行的动坐标系上的相对时空变化。(A) 设观测者所在动坐标系的绝对运动速度是u。，被观测动坐标系的绝对运动速度是u ，两动坐标系的x轴及运动方向始终相互平行。现在被观测动坐标系内有一个物体，它在运动方向上的本征长度是x，那么它在运动收缩后的客观长度是 x= x sqrt (1- uu/cc )而观测者所观测到的长度则是 x。= x/ sqrt (1- u。u。/cc) = x sqrt (

44、cc - uu) / (cc - u。u。)由此可见，只有当u。= u 即两坐标系同步运动时才有 x。= x 观测长度等于本征长度；而当u。 u 时 x。 x 说明观测长度竟大于本征长度； 特别是当u = 0时 x。 x max这说明当在动坐标系上观测静坐标系及其中的静止物体时，它在相对运动方向上的形体长度达到最大。 当u 0 即被观测坐标系反向运动时，观测长度的变化与正向运动时对称。(B)设有一个运动周期T ，当它在动坐标系内由于频率减慢因而使其膨胀的长度为 T= T / sqrt (1- uu/cc )而观察者所在的动坐标系由于时钟频率减慢，所以它的时间单位也在膨胀，这样将使得测量结果减小

45、。故得 T。= Tsqrt (1 - u。u。/cc ) = T sqrt (cc u。u。) / (cc - uu) T。在不同情况下的表现及变化规律与上边刚讨论过的 x。类同，此处不再赘述。第四章 运动变换方法（一）速度变换方法设在绝对静坐标系中有一动点，它的运动速度为 v ，那么它在三个坐标轴方向的分量分别是 Vx = dx / d t Vy = dy / dt Vz = dz / dt与此同时，在沿x轴方向以速度u做匀速平动的动坐标系中看来 dx= (dx u d t ) / sqrt (1 - uu / cc ) dt= dt sqrt ( 1 - uu / cc ) 得 Vx= d

46、x/ dt= (Vx u) / (1- uu/cc ) 同理可得 Vy= Vy / sqrt (1- uu/cc ) Vz= Vz / sqrt (1- uu/cc )可见，比原速度变换公式要简单得多。实际上原公式中也已隐含了本变换的内容。在原公式分母中只要令 Vx = u ，即变得与本公式完全相同。这也证明了洛仑兹公式是畸形的。由此变换的结果，使任意两坐标系做相对运动的速度在彼此看来都不再相等了。如在静坐标系中看，动坐标系的运动速度是u ,而在动坐标系中看，静坐标系的运动速度则成了Vx=（-u）/（1- uu / cc）（- u）还有，使用此法进行速度合成时，使我们有可能观测到超光速现象。例

47、在空间中当两电子都以0. 5c 的速度相向运动时，在它们彼此看来的相对速度是 Vx= (-0.5c) -0.5c / (1 - 0.5 ×0.5 ) = -1.33 c当然这只是在时空变化的影响下所观测的结果，并非它们在空间中真实运动的速度。设是动点运动方向与惯性系运动方向的夹角，那么一般速度的合成公式是v= sqrt (v cos u )2 + vv (1 uu/cc ) (sin)2 / (1 uu/cc )= sqrt vv + uu 2 vu cos- vv uu (sin)2 / cc / (1 uu/cc )（二）光速的变化规律当用上述方法计算光速时，光在往返方向上的速度

48、变得不再相等，这也是由前述原理所得出的必然推论。当 Vx = c 时Vx1= ( c u ) / (1- uu / cc) = cc / (c + u) c Vx = - c 时Vx2= ( - c - u ) / (1- uu/cc ) = - cc / (c u) - c但其往返程的平均速度仍等于 c ，即 Vx= 2 / ( 1/Vx1+ 1/Vx2) = c很显然，光速的测量结果与惯性系的运动速度有关：当 u c 光束顺向运动时，Vx1 c2 这就是当观测者“以光速追光” 时所得到的结果，得半光速；当u c 光束反向运动时，Vx2 - 这也是我们始料不及的，因为动惯性系上的时空收缩实在

49、太大了。当u c 时，速度合成为经典合成 .光顺行时 Vx1= c - u ； 逆行时 Vx2= c + u .当惯性系的速度u从 - c 变化到c 时，测量光速值是连续且单调变化的。 在同一惯性系中，光的测量速度还与光的传播方向有关。现作如下讨论.设 在静坐标系内有一束光，速度为c ，方向与yz平面的夹角是，则 Vx = c sin Vyz = c cos Vx= ( c sin- u ) / (1- uu/cc ) Vyz= c cos/ sqrt (1- uu/cc ) v= sqrt (Vx) 2 + (Vyz) 2 = (c - u sin) / (1- uu/cc ) 当= 90&

50、#176; 即光的传播方向与惯性系的运动方向相同时，得 v= (c + u ) / (1- uu/cc ) = cc / (c +u) c 当= 90°即光的传播方向与惯性系的运动方向相反时，得 v= (c - u ) / (1- uu/cc ) = cc / (c u) c 这与前边 Vx1、Vx2一样。 当= 0，即光的传播方向与惯性系的运动方向垂直时 v= c / (1- uu/cc ) 但在惯性系上看来，两者却不再垂直。 而当 sin= u / c 时，v= c ，这就成了在运动的火车车厢上的情况。当从路基上发出一束光顺向斜射到车顶后又被反射到路基的另一点上时，在车厢内的人看

51、来却是光束竖直射到车顶上被反射又竖直回到车上的原点。但在车上车下的人算来光速却都等于c .这是因为在路基上的情况自不必说，而在火车上，虽然光往返的路程变短了，但车上的时钟也同时变慢了，故有了光速不变的结果。 我们还可以作出一个更大胆的推论：在惯性系中，测量任意闭合光路的平均光速都是一个恒定值。就是说从惯性系中的一点发出的光，不管其路径怎样曲折，只要它最终又回到出发点，那么其平均速度即恒等于c. 理论证明如下：设为光路各点的切线方向与yz平面的夹角，u为定值，那么在惯性系中测光的总平均速度则应为： v= vd t / T 积分区间为 0 T 其中 v= (c - u sin) / (1- uu/

52、cc ) t= t sqrt ( 1 - uu / cc ) T= T sqrt ( 1 - uu / cc ) 得 v= c (uc sind t ) / c T / ( 1 - uu / cc ) 其中从 0 T 的积分 c sind t = u T将它代入上式得 v= c 证 毕.前边的测往返闭合光路的平均光速只是其中的情况之一。（三）加速度变换方法设在绝对静坐标系中有一动点，它的加速度是a，那么它在三个坐标轴方向的分量分别是 a x = d Vx / dt a y = dVy / dt a z = dVz / dt与此同时，在沿x轴方向以速度u平动的动坐标系中看来 dt= dt sqr

53、t ( 1 - uu / cc ) a x= dVx/ dt= a x / (1- uu /cc)(3/2) 同理可得 a y= dVy/ dt= a y / (1- uu /cc) a z= dVz/ d t= a z / (1- uu /cc) 比原理论中的变换也要简单得多。第五章 绝对时空动力学（一）质量总是一个恒定量因为动量守恒定律是一条普遍适用的基本定律，所以当两质点发生碰撞时，不论在静坐标系还是在动坐标系，其动量之和在碰撞前后都应该是守恒的。设在绝对静坐标系中有两个质点m1、m2 ，它们在相互碰撞后又分开。那么运用前面的速度变换公式，我们可以证明与在静坐标系中一样：不仅动量仍然守恒

54、，且质量也仍然守恒；不仅两个质点的质量和在碰撞前后保持不变，且每个质点的质量在碰撞前后也保持不变。 即 m m这与质量守恒定律也是相符的。因为没有任何迹象表明：当物体绝对运动时，其粒子总数会有增减变化。物体性能的变化不等于其质量的变化。没有质量为零的物体，同样也没有质量无穷大物体。它是一个独立的最基本的物理量，其地位可同时间、空间尺度并列；质量守恒定律与电荷守恒、能量守恒定律并列。物体在运动过程中，其行为表现的异常只能说明它的受力异常。（二）关于力的变换（A）加速力由于质点的质量不再变化，所以对加速力的定义不论从动量变化方面还是从速度变化方面也就都一样了。即 F = d (mv) / d t = m dv /dt = m a但这是在绝对静坐标系中的大小。当质点在运动坐标系中时，由于速度和加速度都与在静坐标系中的不同，所以力的计算式也就随之发生了改变。如