正确理解狭义相对论

罗安域

【摘要】洛伦兹变换不能直接测量，是不可测的。它的用处是导出相对论速度合成法。相对论的核心思想是它的速度合成法，相对论效应就是速度效应。双生子佯谬是相对论中的严重困难，不能回避。有人用广义相对论证明乘飞船者年轻，其实证法不对，佯谬至今未解决。本文明确回答了双生子佯谬。

【关键词】狭义相对论；洛伦兹变换；双生子佯谬

狭义相对论已被科学界接受，但在对它的理解上，仍有值得讨论的地方。爱因斯坦花大量篇幅阐述“坐标系”、“方程的不变性”，实质内容是什么，始终含糊其词。人们不容易看清理论的真实意图，产生了双生子佯谬，至今未能解决，成为相对论的巨大隐患，本文指出相对论的实质性内容，消除双生子佯谬，有助于正确理解和维护相对论。

1.狭义相对论是运动学

狭义相对论是运动学，它不追究产生运动的原因。相对论速度合成法是运动学结论，一切运动，无论是匀速或加速，都要遵守。

2.洛伦兹变换不能直接测量核实

说的是两个惯性系之间测量同一事件的变换关系，两系之间速度为v，无撇的是静系，有撇的是动系。既然两系间速度为v，就无联系，是隔绝的。如果有人从静系出发，赶到动系去核实测量结果，他的速度一定大于v，已不能代表静系的观测者，所以无法核实。洛伦兹变换成为无法核实的虚拟变换，是不可测的。不允许一个系的观测者到另一系去核实测量结果，这就是隔绝的含义，于是有

结论1：洛伦兹变换不可测，相对论中惯性系间彼此隔绝。

所以，由洛伦兹变换导出的“钟慢”也不能直接测量。由于对结论1缺乏认识，出现了双生子佯谬，爱氏不能回答，回避之。后来有人宣布用广义相对论可证明乘飞船者年轻[1]，这种证明不对，本文不研究广义相对论，将在讨论广义相对论的文章中作出说明。双生子实验企图核实“钟慢”，违反惯性系间隔绝的规定，不允许作此实验，有结论

结论2：相对论中禁止提出双生子佯谬实验。

乘飞船旅行是可实现的事件，到底谁年轻，总得回答。飞船在起飞和返回阶段作加速运动，若很短暂，匀速飞行时间又很长，那么仍可在狭义相对论内讨论，不必搬到广义相对论中。地球上的人看见乘飞船者年轻，飞船上的人看见地球上的人年轻，出现矛盾，只能运用逻辑的力量，才能获得解决，答案是两人衰老程度一样，他们经历的时间一样。这样理解，捍卫了牛顿时空观，捍卫了狭义相对论。

运动钟的“钟慢”不可核实。上世纪70年代，美国学者企图核实钟慢，把两个原子钟在地面对准，一个放上飞机作环球飞行，回来后和地面原子钟对比，宣布发现时间差异，差异中包含狭义和广义相对论效应。应该注意，影响原子钟走时的因素太多，很难判断各种因素起的作用，难以肯定实验结果。若将来再作类似实验，无论结果如何，都不能证明“运动的钟慢”，只能分析其它因素对钟的影响。

3.速度合成法和质能关系成立

洛伦兹变换不可测，它的用处是导出相对论速度合成法则

速度合成法则不产生逻辑上的困难，是成立的，反映的是光速是速度极限这一论断。“坐标系”、“方程的不变性”是推导理论时使用的概念，是中间过程，不具有实质性内容，各种文献以大量篇幅阐述，模糊了相对论的核心思想。现在指出，相对论的核心思想是它的速度合成法，相对论效应就是速度效应。绝不是在这里作概念游戏，从速度出发理解爱氏理论，有助于正确理解和应用相对论。

结论3：相对论的核心思想是它的速度合成法。

与速度合成有密切关系，也成立。设想有一威力强大的火箭，加速到接近光速，受速度合成限制，无法达到光速，发动机在工作，提供能量，能量只好转化为质量，保证不达光速。此设想表明质能关系与速度合成密切相关，相对论效应就是速度效应。

4.空间论

通常说法是相对论建立新的时空观，否定了牛顿时空观。

洛伦兹变换不可测，有虚拟性质，很难说它建立起新时空观。如果物体不动，洛伦兹变换退化成伽利略变换，时空仍是牛顿的。相对论时空畸变，是在牛顿时空框架内观测到的，牛顿时空起到基础作用，不能否定。前面宣布双生子见面时衰老程度一样，其实是在捍卫牛顿时空。相对论归结为速度效应，速度是一维空间概念，现实空间是三维，从这点上看，也不宜说相对论建立了新的时空观。

罗巴切夫斯基几何建立后，数学家欢欣鼓舞，似乎空间真的弯曲了。他们忽略了这一事实，即罗几何是二维的，没有三维罗几何。所以，三维空间弯曲无从谈起。有很多作者把相对论植根于罗几何，取得成功。既然罗几何是二维，那么相对论也是二维的了，它不可能成为三维空间论。牛顿质朴的时空观具有坚实的基础，应该维护它。

5.结论

简明地说，相对论谈的就是光速c是速度的极限，要想不超过c，必须由速度合成法保证，速度合成法又由洛伦兹变换导出，这些话概括了相对论的全部内容，爱氏的工作到此为止。然而，这是不够的，还要作补充规定，本文的洛伦兹变换不可测和惯性系隔离就是补充规定。双生子佯谬是重大隐患，本文明确回答，双生子重新见面，两人衰老程度一样。

流行的说法是相对论否定了牛顿时空，牛顿时空错，相对论时空对。这种说法欠妥，相对论没有建立新时空理论，它揭示的是速度效应，在今天看来，牛顿时空仍然是可信的，没有理由去贬低它。

参考文献

[1]哈里斯，现代理论物理导论（第一卷），上海科学技术出版社，1984.

[2]Rabinowitch，A.S.（1991）.InternationalJournalofTheoreticalPhysics，30，521.