绝对与相对统一论

毛逢银

(四川轻化工大学 图书馆，四川 自贡 643000)

爱因斯坦等人在认识到“绝对论”的局限性之后，抛弃了绝对时空观，以“相对性原则”和“光速不变原则”为基础，建立了狭义相对论。虽然，该理论产生已经过去了一百多年，但对它的质疑和争论依然不休。既有赞成者，也有反对之声。有的要发展狭义相对论，有的则要求回到绝对论。因此，笔者曾对狭义相对论所面临的问题和困难做过较全面的剖析，并在充分总结前人的理论思维成果和近代物理实验的基础上，通过哲学的综合推论认为，“相对”与“绝对”是对立统一的矛盾双方，双方互为存在的前提，既互相对立又互相统一，失去一方，对方也将失去存在的条件，二者不能割裂。[1]因此，无论是牛顿的绝对时空观还是爱因斯坦的相对论时空观都只是相对真理，也必然会出现各种困难和争论。所以，笔者提出，只有用“绝对与相对统一”的思想才能解决所面临的困难。

一、 绝对与相对统一的本质意义

对狭义相对论的质疑与争论涉及的问题如此之多，这除它的基础不完备之外，还有一个更主要的原因是包括爱因斯坦本人在内，没有对所涉及的相关问题的物理机制进行深入的研究，对所依据的两个基本假设的本质也没有进一步阐释。比如光速不变，有人理解为回路光速不变，也有人认为是光源是否运动不改变光速(这一点已被实验证实)，还有人认为不论光源是否运动以及观测者是否运动都不改变光速(还未被实验证实)。爱因斯坦本人也在不同时期有不同理解，在1905年使用双向光速不变[2]，而在1952年则使用单向光速不变[3]90。以至于对其推导出的结果的理解都无法统一。因此，为避免歧义，先对绝对相对统一论依据的基础做出说明。

第一，绝对相对统一论是绝对与相对的统一理论，它要求必然存在绝对静止参考系(简称“静止参考系”)。它相当于目前人们所说的真空系统或真空背景场，现代物理研究表明“真空不空”已经证明了这一点[4]；也类似于前人曾经提出的“以太”，把真空系统作为绝对静止参考系，不能理解为“以太”在真空中就是绝对静止不动的，相反，它应该是处在不停的剧烈的无规则运动中。真空充满“以太”这一点是非常重要的，根据笔者的研究，它是组成物质粒子的基础，也是万物发生相互作用的基础，更是光传播的媒介，具体情况可参看文献[5]。传统的思维之所以无法调和以太相矛盾的基本属性，甚至不能理解物体为什么能无摩擦地在以太中穿行，那都是因为前人把物质与以太割裂开来，把它们理解为相互独立的两个部分，从而得出真空中的以太密度极稀薄等的论断。[5]

第二，狭义相对论认为的光速不变，没有事先阐释清楚其确切的意义，在其推导过程中也不统一。因此，对光速不变的本质就应重新认识。由于真空媒介必然存在，那么光就是在其中传播的一种波，符合光的波动说(对这一点一定会有很多质疑，认为无法理解光的粒子性等，关于这一点笔者将在《光量子模型》一文中单独论述)，那么光速不变应该是指所有惯性参考系发出的光(无论参考系以多大速度相对于静止参考系运动)，在真空中传播，由于传播介质不发生整体运动，因此，必然与光源是否运动无关。即相对于静止参考系的速度是不变的，且恒等于c；但与测量的参考系是否相对于静止参考系运动有关(对这一点的理解可以参考声波和水波的传播过程)。

第三，相对性的意义。表明相对于静止参考系运动的系统将产生相对运动效应。即相对于静止参考系以不同速度运动的参考系，时间的流逝速率和物体的长度等，应该与其运动速度相关。或者我们不能事先确定或规定它们之间的“比对”关系，更不能事先规定两个参考系是平权的(而狭义相对论是根据宏观物体在低速相对运动所表现出的现象进行的推论，从而假定匀速运动的惯性参考系之间是平权的)。另外，把时间理解为事物发展、 生长变化的快慢，因此定义为周期性事件节律变化的快慢。那么，处于静止参照系中的时钟按照“标准走时率”运动，处于相对静止参考系运动的惯性参考系(简称“运动参考系”)的时钟“走时率”将发生变化。

二、 绝对相对统一论的基本假设

根据前述绝对相对统一论的本质论述，我们提出如下假设。

假设一：存在一个在空间上显示各向同性的真空系统，即静止参考系，光在其中传播，各方向的速度都为c。

假设二：相对于静止参考系运动的物体，其长度的变化只发生在运动方向上，并只与运动速度相关，具有绝对意义。

假设三：由于狭义相对论没有对时间做出定义，只把它设定为两个事件发生的间隔，所以不涉及时间的本质意义。所有参考系之间的时间比对则靠相互测量来完成，而测量必须使用传输信号，且必然与参考系所处的空间位置有关。狭义相对论用光信号作为传输信号，所以与光速发生了联系。这种方法测出的时间是一种表观时间的流逝，必然会出现两个相互运动的惯性参考系都会认为对方的钟走得更慢的悖论。而根据绝对相对统一论的本质意义的第三条，时间为事物周期节律变化的快慢(也是时间流逝的快慢)，这种快慢与能量传输的快慢紧密相连，而能量的传输在微观本质上与真空系统相联系，并与光的传播本质一致。因此假定时间的流逝速率与参考系运动速率相关，而与参考系运动方向无关。为不失一般性和便于比对，所以，把时间的量度设定为光在真空中走完同样一个回路所需要的时间。

三、 绝对相对统一论的相关推导

根据绝对相对统一论的基本假设及其本质意义，导出相对静止参考系运动的参考系与静止参考系之间各物理量的比对关系。

为简单起见，设光脉冲从A点出发经过距离L后到达B点的反光镜再返回A点，完成一个周期。(如图1所示。特别注意：A、B必须是通过中间物体相连的体系，而不能在空间上相互独立，这样才能代表是一个物体。) 设在静止参考系中完成该过程的时间为T1，在相对静止参考系以速度v运动的参考系完成该过程的时间为T2。

图1 在静止参考系中光走完一个回路的情形

在静止参考系中，很明显：

T1=TAB+TBA=2L/c

(1)

c为真空中的光速。在以速度v运动的参考系中，当运动方向与光路平行时(如图2所示)，T2=TAB+TBA。在AB阶段，光脉冲实际走过的距离为AB1，根据绝对相对统一论第二条，由于存在相对运动效应，不能事先认定运动参考系中AB的长度仍为L，因此假设为γL，γ为与速度相关的系数。则γL+VTAB

图2 运动方向与光路平行的情形

同理，在BA阶段：cTBA=γL-vTBA

(2)

(3)

当光路与运动方向垂直时(如图3所示)，根据基本假设第二条，γ变为1，T2=TAB+TBA，在AB阶段，光脉冲实际走过的距离为AB1。

图3 运动方向与光路垂直的情形

(4)

(5)

根据基本假设第三条，将(3)直接代入(5)得：

上述推出的结果与狭义相对论一致。

四、 关于绝对相对统一论的说明

从推导出的公式可以得出，物体相对静止参考系的运动速度不能等于或大于光速，即相对于静止参考系运动的物体存在最高速度限制，不能超过光速(这是因为为加速物体提供能量的最高速度就是真空中的光速，这也是为什么加速接近光速的物体比较困难的原因)。但相对运动的两物体之间的速度则可以超过光速。另外，狭义相对论使用光速c是作为信号传输速度，而绝对相对统一论则理解为能量传输速度，所以，两者本质意义上的差异就明显了。同时两个理论都做了理想化处理，即假定为事件发生在真空环境下的情况。因此，不适用于有改变真空背景的场合，如在大质量物体或黑洞等附近。也就不能因为发现宇宙中有超过真空中光速的现象而否定这类理论。也就是说，假如可以利用超光速v传输信号，只需将光速c改为超光速信号的速度v即可；同样，如果发现宇宙中存在超光速v传输能量，只需将光速c改为能量传输速度v，而不能因此否定绝对相对统一论(按绝对相对统一论，在真空场合，不存在超光速能量传输；在非真空场合，能量的传输速度将小于光速c，只需将光速换成实际的传输速度即可)。

绝对相对统一论解决了狭义相对论面临的所有问题。如惯性参考系的定义不存在逻辑循环问题；孪生子佯谬也完全解决了，而不需要借助广义相对论等。外出旅行的孪生子一定比地球上的年轻(注意：实际上地球也是运动参考系，不是静止参考系，只有外出旅行的孪生子以高于地球相对静止参考系运动的速度才会更年轻)；滑落悖论问题也好理解了，如果是滑块处于绝对运动，其长度缩短，滑块就会掉下去，如果是组成缺口的物体处于绝对运动，缺口长度收缩，滑块会顺利通过；与之类似的其他悖论如潜水艇悖论等同样不存在了。

绝对相对统一论的验证方法。可以利用该理论与狭义相对论在对光速认识上的差异来进行，即狭义相对论认为光速相对于惯性参考系是不变的，而绝对相对统一论则认为光速是与测量者的运动状态相关的。因此，准确测量单程光速就是关键，董晋曦[6]提出了一个实验方案，但该方案需要两个高频(109Hz)同频开关(几分钟或更长时间内频率漂移不超过1次)，目前的技术要达到这一点还存在一定困难。因此期待有新的实验方法可以精确测量单程光速，测量地球绕太阳公转和自转引起测量参考系变化后光速的情况，就可以做出判定了。

综上所述，绝对相对统一论解决了狭义相对论面临的所有问题，为理论的发展提出了新的方向，也给相关实验技术提出了方向和更高的要求。即使这些能够得到实验的验证，我们也不能因此否认狭义相对论划时代的伟大意义。爱因斯坦等一批科学家在认识了绝对论的不足之后，大胆提出了相对论，使人们对时空本质的相对性方面有了更多的认识和理解，也才有可能促使我们进一步认识时空的绝对相对统一性。