也谈对相对论的理解
2009-05-19 10:44:43
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也谈对相对论的理解

作者 苟文俭

最近,一位在学术上很有造诣的网友与作者就相对论的理解做了交流。该网友在他的博文中说:“引力是一个历史概念,并不是客观存在,引力效应只是时空弯曲的一种表现形式而已”。对此作者评论说:我们就“必须明确以下两个问题:(1)时空弯曲是真的吗?粒子是物质的一个单位,而且密度极大,时空弯曲为什么就只能可见于宇宙学大尺度结构;(2)时空中的时间,它作为一种物质过程,不论是抽象的或是具体的,它又是怎样与弯曲的空间表现出了一致性?”

该网友很快回复说:“科学理论是一种解释,如果一个理论比另一理论的假设更加自然和有效,我们就认为前者的真理性更高。(1)首先,我们无法肯定时空一定是整体平直的,平直是弯曲的特例,所以我们宁可认为可能弯曲。而且弯曲时空自然地解释了万有引力定律,而且效果更好,所以我们接受了弯曲时空。(2)就没个人来说,用自己的表就度量了自己的局部时间,但涉及不同地点的人比较时间进程时,就涉及整体时空几何了。这由时空的度量性质决定,说起来较为复杂些,参考相对论解释(附件)”。他提供该附件,是他的重要论文《相对论中的悖论与解决》;在该文中他认为,“在数学上看,相对论是关于时空的几何学”,“真实的空间是一个演化的超曲面”。

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该网友对相对论的理解,完全出自他的科学理念。尤如历史上有不同哲学派别,在自身的特定学习中形成的科学理念,各人也会各不相同。就对相对论的理解,作者与该网友就有根本差异;这应当是允许的。针对该网友的理解,作者仅说明自己的如下五个不同观点。

1、上文中作者所做的那两点评论的真实用意,就是根本上不同意该网友所说的“引力是一个历史概念,并不是客观存在,引力效应只是时空弯曲的一种表现形式而已”。

(1)引力构成于物质存在,是物质的最普遍属性之一;而物质是客观存在的,这种客观存在的物质所具有的普遍属性,又怎么不是一种客观存在呢?

(2)按该网友对引力效应的理解就可以认为:只要有时空弯曲,就会有引力,这就不等于说,引力作用也就可以不发生在有质量物体之间了么?

2、该网友说“科学理论是一种解释”,从科学理论的功用来讲,它确实是对相关现象事实的解释,即从科学理论的功用来看,也可以说“科学理论是一种解释”,但这样对科学理论的陈述是很片面的、不严格的。

(1)从科学理论的功用来看,科学理论不仅仅在于解释,也还在于预言未来,在于对人类实践活动的指导,在于人类有效的认识世界和改造世界。

(2)从科学理论的陈述方式来看,它可以是由概念、原理、定律等按照逻辑关系组成的演绎结构,普遍的是具有某种逻辑结构的概念系统,并经历了关键实验的检验或证伪。

(3)科学理论只能形成于经验事实,其陈述只能依据于经验事实,一般是若干经验定律的综合,也还会受人类认识水平的限制,是不断发展的。

3、该网友说:由于“无法肯定时空一定是整体平直的,平直是弯曲的特例,所以我们宁可认为可能弯曲。而且弯曲时空自然地解释了万有引力定律,而且效果更好,所以我们接受了弯曲时空”。

(1)根据物理学只能以客观的物质存在为陈述对象的事实,我们就可以肯定地认为:判定时空是否弯曲的依据,不应该是它有自然解释了万有引力定律的效果,而应该以客观的物质存在是如何构成了时空为依据来考虑。

在因果关系中,结果并不是理解原因的确定性依据。

(2)“涉及不同地点的人比较时间进程时,就涉及整体时空几何”。这里自然就存在一个很基础的问题:不同地点的空间曲率半径可能不同,那么不同点的时间测量值与空间测量值之间,还能满足本质上是在欧几里德空间定义的、时空距离的二次形式吗?

曲率半径可能不同的不同地点,由于时间测量单位与空间测量单位也都会发生非线性变化,这就根本无法保证时间测量值的变化、与空间测量值的变化都具有一致性。即在理论的表述形式上,空间弯曲与时间弯曲并不具有相容性。广义相对论中的空间弯曲,并不就等于是时空弯曲。

4、相对论作为现代物理学的基础理论,它陈述的首先是特定的物质内容,其表述也构成了它特有的形式化的演绎系统。我们理解相对论的依据,只应当是它陈述的相关的特定物质内容,而不应当是它的形式化表述。该网友认为“在数学上看,相对论是关于时空的几何学”,就是以相对论的形式化表述为依据来理解相对论,由于失去了相对论陈述的特定的物质内容,该网友以此为基础进行的所有讨论,都只能算是求解了由他设定了条件的数学题,与相对论的理论发展关系并不大。

5、该网友在他的重要论文《相对论中的悖论与解决》中,对相对论中孪生佯谬、飞船佯谬、梯子佯谬及转碟佯谬的解决,依据的并不是这些佯谬反映的物理存在,而是完全基于“相对论是关于时空的几何学”的数学分析,因此不能视做是正确解决了相对论中的上述这些佯谬。

对相对论的理解及对相关问题的解决,首要依据的不应是它的形式化表述,而应当是它陈述的相关的物质内容。如在相对论中,当我们把速度规定为相对于真空某一位置的相对速度时,自然就没有了孪生佯谬。显然这就与狭义相对论的相对性原理适用性有关。

分析相对论的所有问题,都可以归结到是人们把它视为普适真理所致。实际上,不论是狭义相对论,还是广义相对论,它们及其演绎结论,都有由自身的逻辑过程所规定的适用条件,都不是普适真理。如广义相对论,它形式化表述的宇宙项就完全是人为加入的,依据的宇宙物质密度也依赖于测量,具有很大的不确定性。这说明广义相对论的公理化体系并不自动包含对宇宙的陈述。即在宇宙学范围,广义相对论就并不适用,如果非得使用它,就必然会生出很多问题。

完成于2009-5-19

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