論相對論時空理論的局限性

王少波

（廣東 東莞 523850）

論相對論時空理論的局限性

王少波

（廣東 東莞 523850）

世界萬物是由一種“物質”通過多種多樣的運動形成的，很久以前有人稱這種“物質”叫“以太”，請允許我在這里稱其為“動子”。物質是由“動子”通過不同的群體運動形式表現出來，而物質之外的時間、空間等元素都是因“動子”的運動產生或改變。文章將初步建立一個由類似于相對論時空觀的時間、空間模型，并用這個模型來辨析相對論的時空理論。通過建立的模型證實相對論的時空理論存在的局限性。

動子；類光子；相對論；以太；時空模型

上個世紀，以太理論與相對論一直存在爭論，以太理論的支持者中一直以來有人懷疑相對論的正確性，而相對論的支持者認為以太的存在是多余的。那么到底誰對誰錯呢？下面筆者將引入一個新時空模型來辨析這個問題。

引入這個模型前我們先觀察一個人群運動現象，見圖1。

圖1

一排人站在公告欄前看公告，假如這排人最左邊每隔一段時間走2個人，而最右邊每隔一段時間進來2個人，而其他人則在原地看公告。那么過一段時間后，這排人的位置明顯向右移動了。這種現象在大自然其實很普遍，比如沙丘的運動、水及氣流的運動等。這些現象說明了一個問題，物體在一方向上總共接收的組成物體的元素數量比失去的組成物體的元素數量多時，就造成了物體在這個方向上的運動。

1 “動子”模型假設

在這里我們引入一個由“動子”組成物質的初步模型：假設存在著一種物質叫“動子”，假設“動子”是沿一個方向做勻速直線運動，而這種“動子”是組成物質的基本元素。其它物質是由一群“動子”從四面八方的方向運動動態聚合在一起而形成的，見圖3。“動子”模型建立后，物體的運動對于這個動子模型來說如何解釋呢？

在“動子”模型內，物體的運動如人群運動現象一樣，物質的運動解釋為因為在一個方向上存在“動子”的運動數量差。假設物質是由n個“動子”動態組成的，那么我們可以把物質的質量寫成m＝km*n，km為一系數。而這個物質在某個方向上的“動子”數量差為Δn，那么我們可以把物質的速度寫成V＝kv*Δn/n，kv為一系數。如果我們定義空間距離是不隨“動子”數量而改變，則距離s仍用s表示。那么可得時間的表達式 t＝s/v＝kt*s*n/Δn，kt為一系數。從這個公式 t＝kt*s*n/Δn，可知每個參照系的時間都遵循一定的規律，并不是所有參照系都使用同一個時間標準的。

“動子”模型可以解釋很多東西，例如加速度、力、動能、動量等，而使用“動子”模型解釋物體為什么有慣性，這個問題更加簡單。同時正因為“動子”模型的存在，而使得時空旅行只能往后旅行，不存在因果顛倒的情況。

那么萬有引力及電磁理論“動子”模型能否解釋呢？答案是肯定的。用“動子”模型解釋萬有引力：物質內是由“動子”組成，物質外也有“動子”，物質外的“動子”的聚合我們稱為“動子場”。萬有引力之所以存在就是因為物質外存在“動子場勢”。同時“動子”模型也可解釋電磁場，見圖2。假設存在圖2這種狀態的“動子”群體運動方式，其中形成 a模型的“動子”群體運動方式我們命名為正電磁子，形成b模型的我們命名為負電磁子，當空間內有大量a模型或b模型的物質沿v1正向或反向運動時，即可形成電場。當空間內有大量 a模型或 b模型的物質沿v2正向或反向運動時，即可形成磁場。至于如何用“動子”模型詳細解釋萬有引力及電磁場的作用，這里不詳細介紹。

2 組建“類光子”模型，構建新的時空理論

因為“動子”現在只是假設存在，按照現時的條件無法證實其是否存在，我們可以先跨過“動子”這一模型。假設現實中存在一些類似“光子”這種能量物質（下面將簡稱這些物質為“類光子”），這些“類光子”物質大概將按照“動子組成物質”的方式組成萬物，則世界萬物是由“類光子”這類物質按照“類光子”的運動方式及群體運動方式聚合在一起的。而我們解釋物質的運動是因為在一個方向上存在“類光子”的數量差，見圖3。

圖2

圖3

那么針對由“類光子”組成的物體的時空模型是如何呢？下面將建立一個類似于相對論時空觀的時空模型。

假設在同一個空間內，有一個相對于這個空間靜止的物體k1，同時也有一個相對于這個空間以速度u運動的物體k2，相對于空間靜止的物體k1可以看成參照系K（x，y，z，v，t），而以速度u運動的物體k2可以看成參照系K'（x'，y'，z'，v'，t'），K'沿參照系K的x軸方向以u的速度大小運動，見圖4。

圖4

而在這個假設空間內，我們假設每個方向上的“類光子”的物質運動都是均勻分布的。同時我們定義慣性參照系K（x，y，z，v，t）的 x，y，z 與參照系 K'（x'，y'，z'，v'，t'）的 x'，y'，z'的單位長度是相同的，即慣性參照系K（x，y，z，v，t）與參照系 K'（x'，y'，z'，v'，t'）的路程是等價的。意思即是一段1 m長的棒子，在K參照系上被人們定義為1 m，那么在K'參照系上仍會被人們定義為 1 m，長度不變，所以兩個參照系上的幾何尺度是相等的。

那么相對于空間靜止的物體k1上觀察到k2上有一束光線c以光速的速度運行，見圖4。我們根據幾何學的矢量合成，那么c與u的反向速度合成Vx，而Vx與x軸夾角為Q。假設在k2上觀察到與x軸夾角為Q的方向上的光速為Vx'（Vx'為轉化為相當于這個空間的速度，即Vx'＝kw*c，kw為一個變動系數）。因為我們已經定義了兩個參照系的空間度量等價，所以在k2上觀察到與x軸夾角為Q的方向上的光速Vx'＝Vx。那么Vx與光速c及u的關系為：

由s＝vt公式得到t/t'＝v'/v，s，v，t分別是K參照系的距離、速度及時間，s'，v'，t'分別是 K'參照系的距離、速度及時間。由此可得到以下變換公式。

3 時間扭曲的解釋

由（5）、（6）、（7）三個式子可知道新建立的時空模型的時間、空間、速度等扭曲情況。

很多人見到公式（5）后會認為這個公式（5）違反了光速速度不變的原則。其實（5）式并沒有違反光速不變原理。試把（5）式與（6）式相乘后得到，vt＝v't'，我們把t和t'都定為是單位時間，s定義為光在單位時間內運行的距離。那么兩個參照系測出來的速度都是“光速”，不過測量出來的“光速”大小是相對于自己的參照系而言罷了。因此可以得到結論，新的時空模型體現出因物體的運動而導致時間和速度扭曲了這種狀況。時間為什么會扭曲？如何扭曲？下面將詳細介紹。

見圖5左邊所示，有一個球形物體w1相對于空間是靜止的，我們假設這個空間每個方向上的“類光子”的運動都是均勻分布的，那么可以知道這個球形物體 w1在自己每一個方向上都能均勻接收到“類光子”數目為a，同時w1每個方向上的單位時間都是t，即每個方向上的單位時間都相等。

見圖5右邊所示，球體w2以u速度運動時，各個方向的單位時間與靜止的球體w1比較，從ΔT0－ΔT1－ΔT2－ΔT3－ΔT4－ΔT5－ΔT6及ΔT0－ΔT11－ΔT10－ΔT9－ΔT8－ΔT7－ΔT6其單位時間大小應該是沿著這個方向逐步增加，因此沿著這兩個方向時間的流速是由快到慢的。

圖5

4 新時空理論內的質量模型

從圖5中間那個圖可以推導出質量的變化情況。那么質量隨速度變化的情況是如何的呢？

之前我們介紹“動子”模型時，曾定義過物體的質量為動子運動動態組成的。如果物質是由n個“動子”組成的，那么我們就定義m＝km*n，km為一系數。所以，在“類光子”模型內，我們定義質量為：如果組成物質的“類光子”數量為j，我們定義m＝km'*j，km'為一系數。見圖5中間圖中的w2球體。當球體w2沿u方向運行時，其每個方向上接收到的“類光子”數量都不相同，所以根據質量的定義，w2每個方向上的質量都不相同。那么我們不妨算一下與x軸夾角為Q的方向上能接收到的“類光子”數量。

5 辨析相對論，發現相對論的局限性

相對論認為物體運動導致時間及空間扭曲。這也是一種時空理論，只不過是變換的方式不同而已。我們試一下用以上模型推導出相對論的時空變換方程。

我們假設速度不變，用圖 4的矢量圖進行分析，見圖6：

我們假設a至d的距離為p（p為轉化為相當于這個空間的距離大小，即 p＝kw*s'，kw為一個系數），而相對論是假設速度不變性，則Vx＝c，且光線由a到b和a到d是同時開始、同時完成的。那么可以得到：s/p＝c/Vx。

圖6

從公式（9）、（10）中可知，如果Q＝90 ° 時，可得到愛因斯坦通過洛倫茲變換得出來的相對論時空變換公式。

為什么會剛好就是 Q＝90 ° 時得出相對論推導出的時間、空間公式，這個問題我也曾經思考過、分析過。下面介紹一下我的分析。

我仔細查過洛倫茲變換整個過程，發現有一點情況是造成這個的原因。以下我將發現的情況描述清楚。

洛倫茲變換［1］假設成立的兩個非常重要的式子如下：

（15）、（16）這兩個式子在兩個參照系上分別描述同一件事物，其表達式居然不相同。我們現在已經學習了相對論，就用相對論的原理推導上面兩個公式是否描述同一件事物。下面指出出現這個問題的具體之處。

洛倫茲變換中提到：見圖7，自k1上觀察，在t時刻，對x'＝0 的點應有 x＝ut，故可得 x'＝k（x－ut）。

圖7

據相對性原理，見圖8，自k2上觀察，在t'時刻，對x＝0的點，應該有 x'＝－ut'（就是這里出錯了），因為對在 k2上觀察，u已反向了。如果繼續使用x'＝－ut'的話，x'＝－ut'這個公式描述的現象應變為：在k2上觀察的結果是k1物體正以u速度大小向k1靠近，那就與圖7描述的現象是兩種不同現象。

圖8

描述同一個現象，不管使用哪一個參照系來觀察，理論上來說應該有相同的表達式。而現在我們研究，到底什么地方能使（15）、（16）這兩個式子在兩個參照系上具有相同的表達式。經發現當u的運動方向垂直于x軸時，這兩個表達式應該成立。即與x軸的夾角Q＝90° 才能解決正、負符號而導致具有不同表達式這個問題。從而洛倫茲變換只適合于圖4中Q＝90° 這種情況。這就使相對論的適用范圍大大限制于圖4中Q＝90° 這種情況。

6 結束語

通過假設的“動子”模型，初步建立一個由“類光子”組成萬物的模型。物體通過“類光子”的得失變化解釋時空理論，并初步建立一個與相對論時空觀相似的時空模型。通過這個時空模型推斷出運動物體的時間公式、質量公式等，同時以這個時空模型辨析相對論，并證明相對論的時空觀存在局限性。

On the limitation of the Space－time Theory of Relativity

Wang Shaobo

Everything in the world is a kind of “Matter” formed by a variety of motions.Long time ago, people called this “Matter” as“Aether”, while please allow me to call it as “Active cell” here.Matter appears in different kinds of group motions of “Aether”, whereas the elements like time and space beyond the Matter are all created or changed by the motion of “Aether”.In this paper I will initially establish a time & space model resembling the Relativistic space－time outlook, discriminate the space－time theory of relativity by this model.To verify the limitations existed in the space－time theory of relativity through the established model.

Active cell; Resembling photon; Relativity; Aether; Space－time model

O412

A

1000－8136（2011）03－0114－03