广义时空相对论及其应用概述

导读:一些学者往往对客观性原理的应用感到困惑,广义时空相对论并不是第一个“吃螃蟹”的人,3.两种类型相对论的要点对比,我们把爱因斯坦的相对论(即狭义相对论与广义相对论)同广义时空相对论的基本要点归纳,狭义相对论空间是平坦的广义相对论空间是弯曲的广义时空相对论空间没有几何性质空间和,对时空变理为前提,四两种相对论的质能关系式对比1.狭义相对论的质能关系式,狭义相对论得出,2.广义时空相对论的质能关系式

广义时空相对论及其应用概述

须指出,一些学者往往对客观性原理的应用感到困惑,究其原因,多半是受形式逻辑“抽象同一性”的影响太深,或者对用辩证逻辑的“具体同一性”构造物理原理的做法缺乏认识。——这是需要转变思想观念的大问题!当然,在这个问题上,广义时空相对论并不是第一个“吃螃蟹”的人,因为微积分学的许多原理都是建立在辩证逻辑的基础上。正如恩格斯所说:“在高等数学中的几乎所有的证明,从微分学的最初的一些证明起,从初等数学的观点看来严格地说都是错误的。如果象在这里那样,要用形式逻辑去证明辩证法领域中所获得的结果,那末情况也不可能是另一个样子。(见【4】第175页)”。

3.两种类型相对论的要点对比。为了便于理解,我们把爱因斯坦的相对论(即狭义相对论与广义相对论)同广义时空相对论的基本要点归纳、整理,并列表对比如下:

狭义相对论 空间是平坦的 广义相对论 空间是弯曲的 广义时空相对论 空间没有几何性质 空间和时间的可变性是真实空间和时间的可变空间和时间的可变性是相对的 性是真实的 的 空间与时间近似可分 空间与时间绝对不空间与时间绝对可分 可分 为绝对时间,是客观的。 为绝对时间,是为相对时间(因其包含),观的。 运动系与静止系完全独立,运动系与静止系并运动系与静止系并非完全独坐标变量之间没有共同起点 不完全独立,坐标立,但坐标变量之间必须具有变量之间没有共同共同起点。 起点。 不同坐标系的度规可以不同 同一个坐标系的度不同坐标系的度规必须相同 规不同 以相对性原理与光速不变原以方程协变性为物以客观性原理为物理前提,即理前提,对时空变理为前提,即以为量进行坐标变换,以为条件,对时间变条件,对时间变量和空间变然后选出形式不变量和运动速度进行坐标变换。 量进行坐标变换。 的物理方程。 四 两种相对论的质能关系式对比 1.狭义相对论的质能关系式。狭义相对论得出

客观的。 为绝对时间,是客 (5)

这里,因为爱因斯坦假设了光子的静止质量等于零,所以得出

(6)

2.广义时空相对论的质能关系式。基于广义时空相对论的坐标变换公式,经过一定的数学推导(见【2】第138~142页),得出广义时空相对论的质能关系式

(7)

其中,是光子的相对静止质量,对应着轨道电子在高能级上的情态。

当时,即坐标系与趋近于重合时,上式化为

(8)

——这就是爱因斯坦质能公式的合理内核。

时,即运动事件相对于运动起点(

)以光速运动时,则有

(9)

——这就是光子相对于光源运动时所具有的总能量。

把式(7)按幂级数展开得

+?) (10)

通常,取二阶近似则有

(11)

——上式表明,物体的总能量包括两部分:其静能部分由狭义相对论描述,动

能部分由牛顿力学描述。

五 广义时空相对论的应用

1.光子静止质量的计算公式。由(9)式看到,当

时有

(12)

实验证明,光子的能量。——因为这个观测结果本身并没有受到时空的

“相对论效应”的影响,所以它实实在在地反映了“光子的总能量”,因此,我们

,从而得出

(13)

为普朗克(Planck)常数,是光波的频率(Hz)。再令

克·秒),则有

(14)

——这就是由广义时空相对论导出的关于光子静止质量的计算公式(见【2】第

142~146页)。 已知可见光的频率范围在止质量约为

赫兹(Hertz),由此得出可见光的相对静

克。此外,应用(14)式,并根据牛顿力学和开普勒定律,可

。这一计算值与近年来的观测

以算出光子通过太阳附近引力场时的偏转角度为结果(

)十分吻合。由此,不仅证明(14)式本身的正确性,而且证明

光子具有内部结构。正因为光子有内部结构,所以它在广袤宇宙中传播时,其能量

将产生量子化的衰减,从而造成频率下降,即光谱的红移。——这一结论的重要意义在于:不仅否定了多普勒效应引起红移的现代解释,而且否定了大爆炸模型的宇宙生成论(见【2】第195~199页)。另外,我们最近又把这一结论应用于真空动

力学的研究之中,已经取得了某些突破性的进展。

2.对康普顿散射公式的理论证明。康普顿散射是利用光子去撞击电子的同时,观测光线的偏转现象。按照狭义相对论,只有假设电子的相对论质量为横向质量

时,才能导出下述(15)式的散射公式(见【5】第224~225页)。

然而在康普顿散射中,碰撞前电子是静止的,在碰撞中光子把部分动量传给了电子,

从而使电子产生运动。因为电子的运动方向总是与其所获得动量的方向一致,所以

此时此刻电子的相对论质量理应是它的纵向质量而不是它的横向质量(见【1】第31~32页)。由此而论,现行的教科书用电子的横向质量来推

导康普顿散射公式的做法值得怀疑?!

就康普顿散射而言,碰撞后电子的运动速度一般都远小于光速(

),电

子质量的相对论效应十分有限,因此我们可以近似地忽略电子质量的相对论效应。于是,把碰撞后电子的质量用它的静止质量关系式

和动量关系式

代入,借助于广义时空相对论的质能,并根据能量守恒和动量守恒定律,

经过一定的数学推导(推导过程从略),就可以精确地得出康普顿散射现象的计算

公式。这里取

,由此得出

(15)

这一结果不仅与康普顿散射公式完全一致,而且推导中并没有掺杂着任何难以

接受的前提假设!

六 结 论

总之,这里一方面指明了牛顿力学的不足之处,另一方面指明了爱因斯坦相对论的逻辑谬误与概念错误。而广义时空相对论,是在纠正了爱因斯坦相对论的逻辑谬误和概念错误的基础上,建立起来的一个全新的时空理论。理论证明,当且仅当物体的运动速度远小于光速时,狭义相对论才近似的正确。因此,从狭义相对论出发,不可能不导致各种悖理的结论出现。广义时空相对论的重要成就之一是:证明了光子具有不等于零的相对静止质量和内部结构。基于这一结论我们断言:恒星系光谱红移的真正原因是来自于光子传播过程中的量子化衰减,即光子传播过程中存在的老化现象。这一结论的重要意义在于:从根本上否认了大爆炸模型的宇宙生成论。实际应用表明,广义时空相对论不仅可以解决爱因斯坦的相对论已经解决的物理问题,而且可以解决爱因斯坦相对论根本无法解决的物理问题。所以说,广义时

空相对论是一个比爱因斯坦相对论在观念上更为正确、在逻辑上更为合理、在应用

上更为广泛的全新的时空理论。 参考文献

[1] [苏]Л.Д.朗道、Е.М.栗弗席兹著,任朗、袁炳南译,《场论》,北京:人

民教育出版社,1958年8月。

[2] 夏烆光著,《广义时空相对论》,北京,人民交通出版社出版,2003年1月。 [3] [德]黑格尔著,贺麟译,《小逻辑》,北京:商务印书馆,1980年7月第二版。

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