物理學的研究對象是什么

楊升山 楊鳳霞

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物理學研究對象什么，本來是一個很早就解決了的問題，現在重提這個問題，就是因為有了愛因斯坦的相對論，人們的意識出現了差錯。

物質在運動過程中會有信號發出，這些信號有很多種，聲音信號、光信號、甚至可以有氣味信號。其中光信號可以是本身發出的，也可以是反射的，這些信號都表示物體運動的位置。要了解物體的運動情況，只有一個信號是不行的，一個信號只能對應一個位置。也可以說只有一個位置是不行的，只有知道下一個位置，才能知道這個物體運動的方向與距離。所以就算只使用光信號，也需要知道物體運動時發出的第二個信號。愛因斯坦只提到物體發出的第一個光信號是一個球面波，也只針對這個球面波進行討論，只能是光信號的運動情況，不是物體本身的運動情況。

圖1

這是愛因斯坦在他的《論動體的電動力學》中的一段（圖1）。

其實研究一個物體的直線運動，只需要開頭與終點兩個信號就行了 雖然接受者會因為接受到這些信號的時間會有滯后現象 （這些信號的傳遞速度都是有限的，因此會有時間差存在），但不是只有一個信號就能表示物體的運動情況，必須在接收到后續的信號后才能判別他的運動情況。gps系統就是這樣工作的，在你的車子啟動gps導航系統后沒有運動時，gps是不會給你提示的。

人們認識自然需要使用光線這個媒介，但不是唯一的媒介。光線只是其中的一種，它的作用不過是一個郵遞員，對他的錯誤可以用其他方法來消除。

從愛因斯坦的《論動體的電動力學》一文中可以看出，愛因斯坦是把研究對象搞錯了。一個物體要運動，就會有信號發出，在直角坐標系中，物體運動的行程可以用

√（x^2+y^2+z^2）來表示。在物體運動時發出的很多種信號中，光信號只是眾多信號的一種。只有光信號可以用ct表示。在這里，他只提出這個運動開始時發出的光波的運動，而沒有提出后續的光的信號。按理說，物體的運動過程中會有不斷的信號發出，對開始運動的信號與結束運動的信號進行處理，就可以得到物體運動的信息。可是他只對開始運動的信號進行處理，其實是處理了光的運動信號，而沒有顧及物體的運動。光的信號是個球面波。球面波波前的運動是 c*Δt，而他只讓√（x^2+y^2+z^2）=c*Δt。就是只研究物質運動開始時的信號傳遞過程了。物理學研究的是物體的運動，不可能都是光信號的運動，是他把研究對象搞錯了。

在同一個參照系中有很多種不同的物體在運動，他們的運動速度也不同。在不同的參照系中，同一個物體的運動速度也會不同，把任何物體的運動行程與光的運動行程掛上鉤，只有三種可能。其一，是認為所有的物體運動速度都是光速；其二，只研究光信號的運動；其三，把光信號的運動看成物體本身的運動。

如果認為所有的物體運動速度都是光速，顯然是不對的。如果只研究光信號的運動，要知道光信號在物體與人們之間只起到郵遞員的作用，也就不是研究物體的運動。如果把光信號的運動看成物體本身的運動，那就是只研究物體的像運動。古代的猴子撈月亮的故事中那些猴子在撈月亮時就不會勞而無功了。

這三種情況都說明是搞錯了研究對象。

愛因斯坦的相對論充其量也只能算是：把光線作為物體運動信號傳遞媒介時的信號傳遞規律，不是物體運動的普遍規律。

用通俗一些的話來說。就好像有一輛坦克向我們駛來，在運動中發射子彈，愛因斯坦在研究這個現象時，就只研究這輛坦克發射的第一個子彈的運行狀況，不僅不研究坦克的運動，也不研究后來發射的子彈的運動。

這樣研究的結果當然可以得出一些結論，可是不一定是我們需要的結論，在上例中，對我們威脅最大的不是那顆子彈，而是坦克。

牛頓力學研究的對象大部分都是兩個物質之間相互運動的情況，但是波動現象已經不是簡單的兩個物質之間的簡單運動了，因為有了媒介這個物質的加入，就使問題變的復雜了。物理學不能只研究兩個物體之間的運動，應該研究三個或三個以上物質之間的運動情況，那就不是用一個方程式能表達完整的。愛因斯坦本該這樣來發展物理學，但是他沒有這樣做，他就把物質運動發出的信號當做物質本身，所以他的研究對象錯了。

只用一束光是測量不出物質的運動的，必須有后續的光信號才行。具體說這束光該有多長，那要看你使用的測量儀器的分辨能力。用連續的光去測量是非常困難的。所以在雷達測量過程中，使用的都是脈沖，兩個脈沖間的時間間隔要大于無線電波往返測量者與被測量者之間所用的時間。

實用例子，就是直接測量加速器中出來的粒子在通過6米真空管道所用的時間，這樣可以避免間接的計算所用時間帶來的錯誤。

圖2

對于愛因斯坦的看法，我是把愛因斯坦當作偶像看的，即使相對論退出了歷史舞臺，愛因斯坦仍然是一個偉大的物理學家。我國古代有句古語，叫“子不言父過”，那不是科學的態度。我認為應該改一個字，就是把“言”改成“掩”，原句就是“子不掩父過”，有錯必改，那才是科學態度。科學需要知錯改錯的態度。

設想一個實驗，就是首先直接測量出加速器中粒子的在通過一段真空管時運動時間，真空管是固定的長度，時間測量出來了，直接用長度除以時間就可得出粒子的運動速度了。有能力的單位不妨做做看。

測量加速器中出來的粒子速度。需要的設備較少，要兩臺感應器，一個雙蹤示波器即可。測量方法，是讓從加速器中出來的粒子經過一根絕緣的真空管，在粒子進入真空管時被感應器感應發射出信號，送到雙蹤示波器。在粒子離開真空管時又被感應器感應，再發射出信號也送到雙蹤示波器上，為了避免超光速帶來的信號誤差，這兩個信號不加在一個線條上，這樣就可以在信號出現的位置判斷信號的先后。在雙蹤示波器的兩條線上都要加上時間標準信號。讀出兩個感應信號的時間坐標差，就可直接測量出粒子在真空管中通過所用的時間。

操作要點：雙蹤示波器的信號線要是等長線，如果使用無線信號，那么示波器必須放置在真空管的中間位置。原理如圖2所示。

［1］愛因斯坦文集[M].第2卷.中文版.論動體的電動力學.