科学的发展一个重要的内容就是新理论不断取代现有理论的过程。一个新理论能够取代现有理论的条件应该包括以下几个方面:
1,新理论必须比现有理论能解释更多的观察事实;
2,新理论必须能够推出现有理论全部成功的结论;
3,新理论建立的基础必须比现有理论的基础更深刻、更基本;
牛顿理论之所以被爱因斯坦相对论取代,就是由于相对论推出运动物体具有质量随速度变化的相对性效应的质速关系式,当运动速度大大小于光速时,物体的质量变化极微小,可看成不变。这就成为经典力学的质量不变状态。因此,相对论包容了牛顿理论。那么斥力子理论与相对论之间有没有类似这种关系存在呢?我们可以从以下几点来分析:
首先,从斥力子理论与相对论的前提假设看,相对论的两个前提假设可以从斥力子理论的两个假设中推导出来。
狭义相对论的两个假设是作为原理提出来的,其表述如下:
(1)物理体系的状态基以变化的定律,同这些状态的变化是以两个彼此作相对匀速运动的坐标系中的哪一个为参考,是无关的。
(2)任一条光线在“静止的”坐标系中都以确定的速度V运动,不管这条光线是由静止的还是由运动着的物体发射出来的。①
斥力子假说理论的两个假设为:
(1)普朗克能量子是一种对抗引力的实物粒子;
(2)物体运动状态的改变就是吸收或释放斥力子造成的。②
狭义相对论的第一个假设相对性原理,实际是伽利略相对性原理的延伸,可是在经典力学中,运动事件只是发生在施力和受力两个物体以及两者之间的距离变化过程中,而不考虑事件发生的背景的状况及对物体运动的影响,即运动物体同所在的空间无关。为什么空间会对物体运动有影响呢?是由于空间充满着引力场,地球的引力场对地球上物体的运动正是作为一种背景力量在起作用的。只有当引力场极弱趋于零时,才可以不考虑引力背景的影响,才能满足相对性原理成立的条件。由于没有背景空间的作用,两个物体之间的运动成了纯粹相对关系,甲物体相对乙物体的速度为V,反过来也可以说乙物体相对甲物体的速度为V。不管以哪个物体作参照物,这两种情况都是等价的,不影响物理定律的数学表达。但是,引力场趋于零只是一种极限情况,实际的背景引力场一般都大于零,而斥力子理论恰恰把物体的作用背景引力场存在的影响考虑在内,即不仅考虑施力物体和受力物体以及两者之间的距离变化过程,还考虑了所受的力对地球引力场的作用。如果是吸收斥力子,则物体对抗引力的能力增强,具有离开地球趋向;反之,若释放出斥力子,则物体对抗引力的能力减少,具有接近地球的趋向。
以上抛运动为例,物体以速度V上抛,物体运动到H高度停止,这过程可以这么来理解:物体先是受力吸收斥力子加速到初速度V,物体内部的排斥能比地面静止状态时增加,这使原来静止在地面的物体同地球引力场相应的平衡状态波打破,物体要趋向地球引力场内的新的位置,一个与它所具有的排斥能相对应的H高度的位置。那么如果物体以速度V沿着水平方向运动,是不是也会具有离开地球趋向呢?同样如此。物体吸收斥力子后,速度变为V,以速度V沿着水平方向作直线运动,那么它是不是会象牛顿说的那样一直无限的运动下去呢?不是,它只能运动到与离开地面高度为H的地球引力等势面的相交处,这同上抛运动没有本质的区别。这说明物体运动方向并不重要,对于同样质量的物体,重要的是物体吸收了多少斥力子量,它决定了物体具有的动能数值,所以,斥力子量的多少就对应了物体所能对抗地球引力达到的离开地面的高度H。
当运动速度较小,引力场均匀的情况下,有等式
该关系式已经表明,引力作用可以用一个与之对应的物体运动速度V的函数来代替。要知道,每一个确定的速度V都对应着一个惯性参照系。这么一来,这个等式实际上就成了广义相对论的引力等效原理。广义相对论的等效原理认为:均匀引力场效应可以通过选择适当参照系于以消除。但现在看来,这个原理只能在靠近地面处速度较小的情况下才能成立。所以,斥力子理论把垂直运动与水平及其它方向运动统一起来,看作相同的运动,确定物体运动状态的最关键的量是速度绝对值的大小-----速率,和速度的方向无关。
这是对运动本质认识的一个新突破,它使“对抗引力”的作用因素的地位在物体运动中真正体现出来了。所以说,相对静止的地面来说,物体只要一有运动速度,就具有了争脱地球引力的趋向,这是物体吸收了斥力子,要从地球的一个等势面趋向另一个等势面,以达到新的排斥和吸引相平衡的位置。这么一来,对于发生在地球引力场内的物体运动,就有了一个作为背景存在的绝对参照系(当然不是指宇宙的绝对参照系)。一个静止在地面的物体同一个运动着的物体之间的关系就不完全是相对的关系了,运动的物体就是在运动,静止的物体就是相对地面静止。行驶的火车与停着的火车两者内部所具有的排斥与吸引的能量不同,它们之间不具有相对性。不然哥白尼体系与托勒密体系就没有区别了。
因此在引力场存在的情况下,物体运动的相对性原理不能成立。把特殊情况下才能成立的原理从惯性系推广到非惯性系就更不行了。这就是说,狭义相对论的相对性原理只能在引力场趋于零的情况下成立。这仅仅是斥力子理论中的一种特殊状况。在相对性原理成立的条件比较上,斥力子理论包容了狭义相对论的第一条假设和广义相对论的等效原理。在广义相对论里,虽然考虑了引力场的作用,但是由于没有考虑排斥因素的作用,仍然没有能得出物体运动的本质。斥力子理论不仅考虑了空间引力场的影响,同时还考虑了空间斥力的影响,所以,斥力子理论没有狭义和广义之分。
狭义相对论的第二条假设光速不变原理:根据《论动体的电动力学》论文中的表述,光速不变原理是有条件的:那就是“相对静止的参照系”。至于相对非静止的参照系,该论文中没有谈到。但是,作为一个完整的光速不变的命题,其内容应该包括 四个方面:
(1) 光速与光源的运动状态无关,
(2) 光速与光的频率无关,
(3) 光速与光源的方向无关,
(4) 光速与观察者的运动状态无关。
以上四个方面内容,实验只是证实了前面两个内容,第(3)项内容,由于人们无法进行单程光速测量,而是用测量往返平均光速来代替的,所以也不能说已经证实。相反,如果按照相对论推出的时空变化只发生在运动的方向上的结论看,其本身就同光速与光源的方向无关存在矛盾。如果光速与光源的方向无关,那么时空的相对性效应就不应该仅仅发生在运动方向上,而必须在任意方向都具有这种效应,即所谓球面伸缩。至于第(4)项内容,相对论根本就没有证明过,而是回避了。斥力子理论却推出,恰恰在这一点上,光速不变原理不成立。光速仅仅是一个同参照系有关的参变常数。
根据斥力子假说理论,可以推出光速的极限性和光速的不变性。所以说,相对论的前提“光速不变假设”可以从斥力子理论中推导出来,不过仅仅限于在确定的参照系内适用。
那么,斥力子理论是怎么推出光速不变的呢?
主要是从物体内部引力和斥力两种力量的对抗比来推导的。根据斥力子假说的两条假设,“力”是一种物质转移的过程,物质在转移过程中,其物质的量应该守恒。物体速度增加就是吸收具有对抗引力的实物粒子,所以物体的质量会增加。而吸收的斥力子又具有对抗引力的特性,所以,物体对外的引力会减少。由此马上可推出运动物体存在着四种不同意义的物理质量:引力质量、惯性质量、能量质量、总质量,它们分别对应着万有引力定律、牛顿第二定律、质能关系、质速关系四条物理定律。
这四种物理质量:应区别开来应用。以往的物理学没有把它们区别开来是不对的。能量质量是运动物体所吸收斥力子的排斥物质量;引力质量是物体对外显示万有引力的物质量。这两种质量代表着物体内的两种对立的力量,当吸收的能量质量越大,则物体可能显示出来的引力质量就越小。所以一切高速运动的物体应该都具有微重力的特点。③当吸收的能量质量不断增加到等于物体的引力质量时,物体吸收斥力子的能力达到饱和,物体内部的排斥能就等于吸引能,即排斥和吸引达到了平衡。这时,物体速度也就达到了光速,所以光速就是极限速度。
对于地面上的观察者来说,不管从什么方向或是从不同运动状态光源上传来的光,观察者看到的所有光粒子都具有排斥和吸引相平衡的状态特征,所以这些光粒子的速度都是相等的。又因为(平衡加平衡还是等于平衡),所以有(光速加光速等于光速和光速加任何速度都等于光速)的结论。光的频率只是表示光子质量的大小,同光速无关。当然从地表射出的光也具有这个特征,地表光速度与其它方向的光速度也相等。所以,所有的光速都相等,且与光源的运动状态无关。
那么光粒子的具体速度等于多少值呢?这个数值是由地面的观察者根据地表的标尺去度量的,即用地表光速值去度量的。我们把地表当作参照系,测得光速值为每秒30万公里,那么,我们就说:所有的光速为每秒30万公里。
但是人们却忘记了,这只是在观察者相对地表静止的情况下,如果观察者本身相对地表有一个速度V,也就是在以速度V运动的参考系里,尽管观察者测得的各种光粒子,不管从什么方向或者从不同运动状态的光源上传播来的光,由于排斥和吸引相等的特征仍然都一样,所以光速不变仍然成立,但光速值却不是每秒30万公里,而是要比这个数值小。从这点来看,爱因斯坦的光速不变的假设就不全面了。至少不能说明光速值与观察者的运动状态有关。
我们前面讨论的光速都是相对观察者来说的,而观察者又是相对地球参照系的。如果光速是相对光源参考系的,那么光速又和光源的运动状态有关。譬如对于遥远的河外星体发射出来的光,光速就同河外星体的运动状态和引力状态有关。尽管对于地面上的观察者来说,这些星体的光与地表光速度一样,但是相对光源参考系,光速完全可以远大于或者小于地表光速度数值。
所以,爱因斯坦的光速不变原理既对又不对,要看是相对同一个参照系还是相对不同的参照系,相对某个确定的参照系,爱因斯坦光速不变原理是正确的;相对不同的参照系,光速不变原理不能成立。而从斥力子理论推出的关于光速不变原理论述如下:对于确定的参照系,光速是个常数,与光源的运动状态无关。④把斥力子的光速不变原理同狭义相对论的光速不变原理相比较,看得出,后者不过是前者取地球作为参照系时的一个特殊情况。
由于斥力子理论的两个大前提包容了相对论的两个大前提,所以一切用相对论推出的结论和可以解释的现象,一定可以用斥力子理论来推导和解释。只是由于两种理论的推导过程出发点不同,相对论是从参照系运动的相互关系出发,斥力子理论是从物质质量的变化出发,可能会使推出的相对性效应的表达形式有所不同。
再从推出的相对性效应的结论看,相对论和斥力子理论尽管是从两个完全不同的角度出发,但是都可以推出运动物体质速关系式、质能关系式和时空变化关系等一整套相对性效应关系式,其中质能关系式甚至表达式都完全一样;两种时空变化关系式在目前观测精确度范围内也无法区分;两种质速关系在物体运动速度小于1/2光速时,误差在V4/C4之内。无法通过现有实验精度区别。但是,当物体运动速度趋于光速时,相对论质速关系的质量发散为无穷大,而斥力子理论的质速关系的质量收敛至静止质量的两倍。
这两者之间的差别到底哪一种正确呢?我们可以举出下面几个实验来说明斥力子理论是正确的。
A,正、负电子对湮灭成为光子(辐射)和能量大于两倍电子静止质量的光子(辐射)撞击铅板生成正、负电子对,这不仅说明正负电子对的湮灭就是一种可以把电子加速到光速的方法,而且表明物体速度达到光速时,质量不可能趋于无穷大,只能是静止质量的两倍。但是由于以往的实验,没有考虑电子速度从静止到趋于光速过程中电荷值的变化,电子经过电场轨迹的曲率被夸大了,最后测得的电子质量被大大夸大了。⑤
B, 在量子物理中,在确定高速粒子能量时,能量往往会发散为无穷大,为了避免这种“发散”困难,可以通过对物体静止质量进行重新定义的“重整化”办法来解决。从本质上看,这只是数学形式上的弥补,并没有真正解决掩盖在相对论质速关系里存在的问题。而在斥力子理论的质速关系中是决不会出现“发散”困难的。
再有,从两种理论解释的实验现象看,凡是用相对论可以解释的现象,如迈克尔逊实验、水星近日点的进动、黑洞现象等,都可以用斥力子理论来解释,而一些用相对论无法解释的现象,如宇宙在大范围内扩张加快、占宇宙90%总质量具有微重力的暗物质的组成以及3度K的背景辐射等现象却完全可以用斥力子理论来解释。
正如一些学者指出的那样:“相对论虽然突破了牛顿理论的适用范围,但并没有突破引力论的框架。相对论里物体质量增加,物体的万有引力效应也增加。…如果速度趋于光速,那么物体的引力也将变为无穷大。”⑥ 根据斥力子理论,物体质量随速度增加而增加,可是物体所具有的引力却随速度增加而减小。因此,一切高速运动的粒子都是微重力的物体,这一点,对于解释空间非重力暗物质的存在有很重要的意义。正是由于引入了对抗引力的排斥粒子,使斥力子理论比建立在引力论基础上的一切其它物理理论具有更多的优越性。
另外,斥力子假说理论同时还预言了以下三个结论,可以由今后的实验进行验证。
(1)电子的电荷值e随运动速度而变化其荷速关系为:
(2)物体的万有引力随速度增加而变小,引力质量m引 同运动速度关系为:
(3)在密闭的匀速运动参照系中,观察者可以通过测量光速知道自己相对地表的运动速度。光速值C与参照系运动速度V的关系为:
根据以上的一些比较和分析,可以看出,斥力子理论比相对论有着更基本、更深刻的自然物质基础,就象20世纪相对论包容了牛顿理论那样,斥力子理论不仅改正了相对论的错误,同时也把相对论包容在自己的理论之中了。 2000. 1. 1
参考文献:
①爱因斯坦:《论动体的电动力学》 德国《物理学纪事》1905年第4系列第17卷第895-921 页,参见蔡怀新等编译《爱因斯坦论著选编》,上海人民出版社,1973年
②庄一龙:《谈谈“斥力子”假说》《华东科技》1999年第8期第25页
③王顺义:《谈“斥力子假说”的思想价值》《华东科技》1999年第11期第28页
④庄一龙:《光速的相对性与绝对性》 见网页:http://pages.hotbot.com/edu/mr-a-long
⑤庄一龙 《电子的电荷值随运动速度而变化》 见网页:http://mralong.126.com
⑥贺国强 《物理哲学新思维--斥力子假说》 《华东科技》1999年第11期第30页
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