相對論的謬誤

相對論的謬誤

作者：李雲峰

摘要：光速不變原理是錯誤的，相對論是建立在錯誤假設基礎上的理論。相對論只有在物體低速運動的情況下才是近似正確的，在物體高速運動的情況下則是完全錯誤的。光速是可變的。根據光速可變原理，可以正確的解釋光線彎曲、引力紅移等現象。

關健詞：相對論光速不變 光速可變 光線彎曲 引力紅移

一、光速不變原理是錯誤的

狹義相對論是建立在相對性原理和光速不變原理兩個基本假設之上的理論。

然而，作為兩個基本假設之一的光速不變原理卻是錯誤的。

1、測定光速的天文學方法依據的是光速迭加法則

早在1676年丹麥天文學家羅默首先測量了光速。由於任何周期性的變化過程都可當作時鐘，他成功地找到了離觀察者非常遙遠而相當準確的「時鐘」。羅默在觀察時所用的是木星每隔一定周期所出現的一次衛星蝕。他在觀察時注意到：連續兩次衛星蝕相隔的時間，當地球背離木星運動時，要比地球迎向木星運動時要長一些。他用光的傳播速度是有限的來解釋這個現象。光從木星發出（實際上是木星的衛星發出），當地球離開木星運動時，光必須追上地球，因而從地面上觀察木星的兩次衛星蝕相隔的時間，要比實際相隔的時間長一些；當地球迎向木星運動時，這個時間就短一些。為了取得可靠的結果，當時的觀察曾在整年中連續地進行。羅默通過觀察從衛星蝕的時間變化和地球軌道直徑求出了光速。

羅默在觀察時注意到：連續兩次衛星蝕相隔的時間，當地球背離木星運動時，要比地球迎向木星運動時要長一些。這說明光速與光源（或觀測者）的運動是有關的，光速是可變的，是符合速度迭加法則的。

事實上，測定光速的天文學方法依據的正是光速迭加法則。

2、測定光速的大地測量方法和實驗室方法測量的均為固定光源的光速。

測定光速的大地測量方法：

物理學發展史上，最早提出測量光速的是義大利物理學家伽利略。1607年在他的實驗中，讓相距甚遠的兩個觀察者，各執一盞能遮閉的燈，觀察者A打開燈光，經過一定時間後，光到達觀察者B，B立即打開自己的燈光，過了某一時間後，此信號回到A，於是A可以記下從他自己開燈的一瞬間，到信號從B返回到A的一瞬間所經過的時間間隔t。若兩觀察者的距離為S，則光的速度為c=2s/t 。

美國的邁克爾遜把斐索的旋轉齒輪法和傅科的旋轉鏡法結合起來，創造了旋轉稜鏡法裝置。從1879年至1926年，邁克耳遜曾前後從事光速的測量工作近五十年，在這方面付出了極大的勞動。1926年他的最後一個光速測定值為

　　c=299796km/s 。

　　這是當時最精確的測定值，很快成為當時光速的公認值。

測定光速的實驗室方法：

1950年埃森最先採用測定微波波長和頻率的方法來確定光速。在他的實驗中，將微波輸入到圓柱形的諧振腔中，當微波波長和諧振腔的幾何尺寸匹配時，諧振腔的圓周長πD和波長之比有如下的關係：πD=2.404825λ，因此可以通過諧振腔直徑的測定來確定波長，而直徑則用干涉法測量；頻率用逐級差頻法測定．測量精度達10^-7。在埃森的實驗中，所用微波的波長為10厘米，所得光速的結果為299792.5±1km/s。

由上述可知：不論是測定光速的大地測量方法，還是測定光速的實驗室方法，測量的均為固定光源（相對於觀測者）的光速。事實上，歷史上人們從來就沒有測量過運動光源（相對於觀測者）的光速！既然測量的均為固定光源的光速，怎麼可能測量出光速的變化值呢？又怎麼能夠證明光速不變呢？[1]

3、邁克爾遜——莫雷干涉實驗不能證明光速是不變的

邁克爾遜—莫雷實驗被認為是證明光速不變原理的重要證據。但是，邁克爾遜——莫雷干涉實驗並不能證明光速是不變的。

在邁克爾遜——莫雷干涉實驗里，光從光源S射出，儀器裝置光源S、玻璃M、平面鏡M1、M2和鏡筒T等都固定在地球上（如圖1）。[2]

圖1

從光源S發出的兩束光，它們的路徑是不同的。由於光對於光源S沿各個方向速度數值相等，都等於c。因此它們最後到達鏡筒T的時間就有先有後，這樣它們就會產生干涉現象。在使儀器裝置旋轉90°的前後，兩束光進入鏡筒T的時間差△t和△t′是一樣的。因此，在實驗里觀察到的干涉花紋形狀不會改變。

邁克爾遜——莫雷干涉實驗證明了「以太」是不存在的和光相對於光源的速度是不變的，但不能證明光相對於觀測者的速度與光源的運動無關。因為在實驗中，光源S相對於觀測者（鏡筒T）根本就沒有發生運動。所以，邁克爾遜——莫雷干涉實驗不能證明光相對於觀測者的速度與光源的運動無關，即不能證明光速是不變的。

4、光速不變原理缺乏理論依據

光速不變原理的所謂理論基礎是麥克斯韋方程組。愛因斯坦認為，光速既然可以從麥克斯韋方程組推導出來，它對於所有慣性系都應該具有相同的形式，也就是說，光速是不變的。

根據麥克斯韋電磁理論，電磁波在真空中的的速度為

v＝c＝1／（ε0μ0）^1/2=1／（8.9×10^-12×4π×10^-7）^1/2≈3.0×10⁸米／秒。[3]

但是，光速只是從麥克斯韋方程組推算出來的一個結果，並不是一個物理定律。雖然在不同的慣性系可以推算出同一結果，但是這個結果只是相對於它所在的慣性系才是成立的，相對於別的不同的慣性系是不成立的。例如我們可以根據有關參數計算出飛機上發射的導彈速度，但是這個速度只是相對於它所在的飛機才是成立的，相對於別的不同的飛機是不成立的。在這裡，物理定律（計算公式）相對於不同的慣性系是相同的，但是，計算出來的結果相對於不同的慣性系卻是不同的。愛因斯坦把物理定律和由物理定律計算出來的結果混為一談，這顯然是錯誤的。因此，光速不變原理的所謂理論基礎是不存在的。

綜上所述，愛因斯坦關於光速不變的假設是缺乏科學根據的，也是不正確的。由於歷史上受科學觀測和測量水平的限制，人們不能準確的測量光速的變化。在這種情況下，愛因斯坦提出了光速不變假設，並在此基礎上建立了狹義相對論和廣義相對論。顯然，這種在錯誤的假設基礎上建立起來的理論是完全錯誤的。

二、所謂的相對論效應

1、長度收縮效應：

物體的長度就是在一慣性系中「同時」得到的兩個端點的坐標值的差。

狹義相對論導出了不同慣性系之間長度量度的關係式：

L =L0（1－v²／c²）^1/2

式中c為真空中的光速。

上式說明：在物體長度方向上，運動的物體比靜止的物體長度小；當速度接近光速時，物體就縮成一個點。這就是所謂的長度收縮效應。

現在，我們可以來做一個假想實驗：

假想有一個航天員，在環繞地球軌道的空間站上沿不同的方向翻跟斗。根據相對論長度收縮效應，當航天員的身體朝向空間站飛行方向時，航天員的身體會縮短；當航天員的身體與空間站飛行方向垂直時，航天員的身體則不會縮短。那麼，當航天員在空間站上沿不同的方向翻跟斗時，他的身體將一會兒縮短，一會兒伸長，這樣的話，航天員豈不是非常難受、痛苦萬分！

如今，已經有不少航天員在空間站上翻過各式各樣的跟斗，可是都沒有出現過上述的狀況。這足以證明相對論的所謂長度收縮效應是不存在的。

關於長度收縮效應，迄今為止，還沒有任何一個觀察現象或實驗能夠證明它的存在。

2、時間延緩效應：

根據相對性原理，慣性系是等價的。因此，在不同的慣性系中，存在統一的時間，這稱為同時性。而根據狹義相對論，在不同的慣性系中，沒有統一的時間，也就是兩個事件（時空點）在一個慣性系內同時，在另一個慣性系內就可能不同時，這稱為同時的相對性。

狹義相對論導出了不同慣性系之間的時間進度關係式：

T =T0（1－v²／c²）^-1/2

式中c為真空中的光速。

從上式可以發現：運動的慣性系時間進度慢。這就是所謂的時間延緩效應。我們可以通俗的理解為，運動的鐘比靜止的鐘走得慢，而且，運動速度越快，鍾走的越慢，接近光速時，鍾就幾乎停止了。

相對論的擁護者聲稱，「時間延緩」效應已經在高能物理實驗中得到了驗證。

例如所謂高速μ子壽命延長的實驗：[4]

來自外層空間的宇宙線內，有許多高速μ子。1963年的一次實驗中，人們在海拔1910米高的山頂上，檢測到速度為0.9950c~0.9954c的μ^-子數目，為每小時563±10個。然後在海拔3米高的地方，檢測到相同速度的μ^-子數目為每小時408±9個。而根據山頂上μ^-子數目及其固有壽命計算，在海拔3米高的地方檢測到的μ^-子數目，應該是35個左右。這表明：高速μ子的半衰期增長了，或者說，高速μ子壽命比其固有壽命延長了。

相對論據此得出結論：高速μ子衰變實驗，不僅在定性上而且在定量上，都證明了相對論的時間延緩效應。

其實，這個高速μ子衰變實驗，不管是實驗過程還是結論都是存在問題的。

這個實驗先是在在海拔1910米高的山頂上，檢測高速μ^-子數目，然後在海拔3米高的地方，檢測高速μ^-子數目。由此可知，實驗並不是在同一地點、同一時間進行的。來自外層空間的高速μ子在不同地點、不同時間是否都是一樣多？這是有疑問的。

相對論把高速μ子的半衰期增長即固有壽命延長說成是相對論的時間延緩效應是錯誤的。壽命延長和時間延緩是不能混淆的兩個不同概念。例如，一個人明明是他的壽命比另一個人長，你硬要說是他比另一個人的時間延緩。這不是謬論嗎？

天文學家萬·弗蘭頓曾經在美國海軍實驗室工作，主要從事全球定位系統的顧問工作。他曾經表示發現了一個骯髒的秘密：按照愛因斯坦的理論，運動物體產生「時間延緩」效應，因此，全球定位系統衛星上的時間需要不停地調整，才能與地球上的使用者同步。但實際情況並非如此，全球定位系統程序人員不需要相對論。他說：「他們已從根本上放棄了愛因斯坦。」

中國科學院院士、原中國工程院院長宋健說過：「關於GPS 能否檢驗收縮因子的存在這個問題，至今使研製GPS的人頭痛。」「現在的航天技術，無論是火箭推力或軌道計算與實驗，均以牛頓力學為基礎。」「航天技術已開始放棄愛因斯坦狹義相對論技術基礎」。[5]

實際上，包括長度收縮和時間延緩在內的所謂相對論效應是不存在的。

相對論效應是由於愛因斯坦錯誤的假定了光速不變並引入洛侖茲變換而得到的錯誤的數學推論。然而，這些錯誤的數學推論，是沒有任何物理意義的。

相對論效應雖然與光速變化在數學上是等價的，但在物理意義上是有本質區別的：光速變化是真實的客觀存在；而相對論效應只是一種數學上的等價效應，並不是真實的客觀存在。也就是說，所謂的相對論效應是不可能存在的。這就好象說一個小孩長不高，當小孩長高以後，就說測量的尺子縮短了。這是多麼荒謬的理論！

三、在物體低速運動的情況下，相對論是近似正確的；在物體高速運動的情況下，相對論則是完全錯誤的。

從根本上來說，相對論是錯誤的。但是，在實際觀測計算中，光源的運動（相對於觀測者）速度一般都遠小於光速（例如地球衛星的速度在第一宇宙速度v=7.9km/s和第二宇宙速度v=11.2km/s之間，不到光速的萬分之一）。因此，在光源的運動速度可以忽略（也就是光速的變化值可以忽略）的情況下，相對論的計算結果是近似正確的。這也是為什麼在物體低速運動的情況下，洛侖茲變換可以轉化為伽利略變換、相對論運動方程可以轉化為牛頓運動方程的原因。

在物體高速運動的情況下，也就是在光源的速度與光速可以比較、光源的速度不能被忽略（光速的變化值不能忽略）的情況下，相對論的謬誤是顯而易見的。所謂的相對論效應雖然與光速變化在數學上是等價的，但在物理意義上是有本質區別的：光速的變化是真實的客觀存在；而所謂的相對論效應只是一種數學上的等價效應，並不是真實的客觀存在。

所以，在物體低速運動的情況下，相對論的計算是近似正確的；在物體高速運動的情況下，相對論則是完全錯誤的。

光行差現象說明了什麼？

假設我們在地球上觀察一個距離很遠的、與地球軌道平面垂直的恆星。本來望遠鏡鏡筒應當平行於星光放置，也就是垂直於軌道平面放置，才能正好看到恆星。可是由於地球在軌道上運動，實際上這望遠鏡必須朝地球運動方向傾斜一個角度放置，才能看到這個恆星，這個角度大約和垂直線成

20.5″。這就是光行差現象。

設地球的軌道速度為v，光相對於地球軌道平面的速度為c。由於地球在赤道上的自轉線速度為465米／秒，而地球公轉（軌道）速度為3×10⁴米／秒，因此地球自轉速度可以忽略不計。

當地球以速度v運動時，光在水平方向上相對於地球以-v運動，光相對於地球的合速度為c′。c和c′的夾角即為望遠鏡的傾角θ（如圖2）。

圖2

tanθ=v／c

v用地球的軌道速度代入，

tanθ=v／c≈3×10⁴／3×10⁸≈10^-4

θ≈20.5″

這和實際觀察結果相同。

以上的計算結果說明：在光行差現象中，光速是符合速度迭加法則的，也就是說，光速是可變的！

我們再來看相對論對光行差現象的解釋：

設S系與太陽相連，S′系與地球相連。對於S系的O來說，光沿Y軸平行射來，光速為c。S′系的O′對於O沿OX方向運動，O′X′和OX平行，O′Y′和OY平行(如圖3)。

圖3

根據洛侖茲變換式，

x′=－vt′

y′=－c（1－v²／c²）^1/2t′。

tanθ=x′／y′= v／c（1－v²／c²）^1/2。

在v << c的情況下，

tanθ=v／c≈3×10⁴／3×10⁸≈10^-4

θ≈20.5″，

這和實際觀察結果相同。

由此可見，相對論的計算結果只有在相對論因子γ＝（1－v²／c²）^-1/2＝1（即v << c）時，才和實際觀察結果相同。當v可以與c比擬不能忽略時，也就是γ＝（1－v²／c²）^-1/2≠1時，計算結果就會出現誤差，v越大，誤差就越大。

因此，洛侖茲變換式：

x′＝γ（x－vt），

y′＝y，

z′＝z，

t′＝γ（t－vx／c²）。

[式中γ＝（1－v²／c²）^-1/2，c為真空中的光速。]

只有在相對論因子γ為1（即v <<c）時，也就是在物體低速運動的情況下，才是近似正確的；在物體高速運動的情況下，則是完全錯誤的。

光行差現象不但證明了光速符合速度迭加法則，即光速是可變的；同時還證明了相對論只有在物體低速運動的情況下才是近似正確的；在物體高速運動的情況下，則是完全錯誤的。

相對論認為：牛頓力學是在物體低速運動情況下的近似。其實，恰恰相反，相對論只有在物體低速運動的情況下才是近似正確的；在物體高速運動的情況下，則是完全錯誤的。

四、光線彎曲現象

光線彎曲現象被認為是證明相對論正確的證據之一。

實際上，早在1704年，牛頓就提出了太陽可能會使光線發生彎曲的預言。1804年，德國人索德納根據牛頓力學計算出光線經過太陽邊緣時會發生0.875角秒的偏折。1911年，愛因斯坦根據廣義相對論計算出日食時太陽邊緣的星光將會偏折0.87角秒。1915年，愛因斯坦把太陽邊緣星光的偏折度修正為1.74角秒。

一戰結束以後，英國政府派出兩支觀測隊於1919年5月29日發生日全食時，進行檢驗光線彎曲的觀測。1919年11月6日，英國人宣布光線按照愛因斯坦所預言的方式發生偏折。

但是，兩支觀測隊歸算出來的最後結果受到後來研究人員的懷疑。因為在檢驗光線彎曲這樣一個複雜的觀測中，導致最後結果產生誤差的因素很多。其中一個重要的因素是溫度的變化，溫度變化會導致大氣擾動的模型發生變化、望遠鏡聚焦系統發生變化、照相底片的尺寸因熱脹冷縮發生變化，這些變化導致最後測算結果的系統誤差大大增加。

　　還有一個重要因素是底片的成像質量。1919年7月，在索布拉爾一共拍攝了26張比較底片，其中19張由格林尼治皇家天文台的天體照相儀拍攝。另一架4英寸的望遠鏡拍攝了7張成像質量較好的底片。按照前19張底片歸算出來的光線偏折值是0.93″，按照後7張底片歸算出來的光線偏折值卻遠遠大於愛因斯坦的預言值。最後公布的值是所有26張底片的平均值，只不過前19張底片的加權值取得較小。1929年，德國的研究人員對英國人的觀測結果進行驗算後發現，如果去掉其中一顆恆星，譬如成像不好的恆星，會大大改變最後結果。[6]

由此可見，所謂日全食觀測結果已經證實了廣義相對論的預言，顯然是牽強附會的。

五、哈勃定律的謬誤

1929年，E.P.哈勃發現河外星系視向退行速度v與距離d成正比，即：

v＝Hd

這就是哈勃定律，式中 H 為哈勃常數。

根據哈勃定律，只要測出星系譜線的紅移量，再算出退行速度，便可算出該星系的距離。

哈勃定律揭示宇宙在不斷膨脹。這種膨脹是一種全空間

的均勻膨脹：從任何一個星系來看，一切星系都以它為中心向四面散開，越遠的星系間彼此散開的速度越大。

哈勃定律把星系的退行速度作為產生星系譜線紅移的唯一原因，這是錯誤的。其實，產生星系譜線的紅移存在二個方面的原因：

（1）、星系的退行運動。

當光源以速度v離開觀察者時，光速c改變為

c′=c－v

因為前後兩個相鄰的波列的的速度是相同的（同為c′），因此，到達觀察者那裡的前後兩個相鄰的波列的距離，也就是光的波長λ是不變的。所以，光的頻率f′會發生改變：

f′=c′/λ=（c－v）/λ（2）、引力紅移。

光處在引力場中，它會受到引力的作用。引力使光產生一個加速度，從而使光的速度改變（增大或減小）。由於光源發出的光受到加速（或減速）的初始時刻不同：先發出的光先得到加速（或減速），後發出的光遲得到加速（或減速）。因此，光源先後發出的光在引力場中的速度是不同的（當然最後到達相同地點時的速度是相同的），由於光在引力場中的速度差，導致下一個波峰與上一個波峰的距離被拉大（或縮小），也就是光的波長增大（或減小），從而產生引力紅移（或紫移）現象。

因此，哈勃定律中把星系的退行速度作為星系譜線紅移的唯一原因，並根據星系譜線的紅移量，換算出星系的退行速度和該星系的距離，顯然是錯誤的。由哈勃定律所揭示的所謂宇宙不斷膨脹的現象也是一種謬誤。

六、荒謬的宇宙大爆炸理論

愛因斯坦分別於1905年和1915年建立了狹義相對論和廣義相對論。愛因斯坦建立相對論以後，人們發現相對論場方程式所得出的解（所謂真正球面對稱的準確解——史瓦茲解）是一個膨脹中的宇宙。愛因斯坦當時也不相信宇宙會膨脹，所以他便在場方程式中加入了一個宇宙常數。但是，1929年，美國天文學家愛德溫·哈勃的實驗發現宇宙似乎正處在膨脹之中，這個結果使得愛因斯坦又放棄了宇宙常數，並宣稱這是他一生中最大的錯誤。　　1932年，比利時天體物理學家、宇宙學家和牧師勒梅特首次提出了現代宇宙大爆炸理論：整個宇宙最初聚集在一個「原始原子」中，後來發生了大爆炸，碎片向四面八方散開，形成了我們的宇宙。美籍俄國天體物理學家伽莫夫第一次將廣義相對論融入到宇宙理論中，提出了熱大爆炸宇宙學模型：宇宙開始於一個高溫、高密度和無窮小的奇點，最初的溫度超過幾十億度，隨著溫度的急劇下降，宇宙開始膨脹。根據數學上極限的概念，無窮小的極限是零。這就是說，今天我們所認識的宇宙在過去是一個零！零即是無，怎麼可以無中生有呢？數學上的一個零怎麼可能成為今天的宇宙呢？

在化學反應中，參加反應前各物質的質量總和等於反應後生成各物質的質量總和。這個規律叫做質量守恆定律，也叫做物質不滅定律。它是自然界普遍存在的基本定律之一。很顯然，宇宙大爆炸理論違反了物質不滅定律。

相對論和宇宙大爆炸理論為什麼會有如此荒謬的結論呢？這是因為相對論是一種錯誤的理論！相對論的謬誤就在於錯誤的假定了光速不變。

參考文獻

[1]光速.百度百科. http://baike.baidu.com/view/18638.htm.

[2]陳義成主編：《電動力學》第161頁，科學出版社出版，2007年8月。

[3]陳鵬萬編：《電磁學》第292-293頁，人民教育出版社出版，1978年3月。

[4]倪光炯、李洪芳：《近代物理》第54—56頁，上海科學技術出版社出版，1979年8月。

[5]宋健著：《航天縱橫——航天對基礎科學的拉動》，高等教育出版社2007年3月出版。

[6] 光線彎曲.百度百科.http://baike.baidu.com/view/1338717.htm.

　　http://blog.sina.com.cn/s/blog_614d08f30101gtlx.html

2013-02-18