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庞加莱的迂阔与爱因斯坦的天真

——揭开“狭义相对性原理”蛊惑人心的奥秘

2018/06/13   维加斯新闻报
顾孟洁

       摘 要：真实、细密地观察自然现象，正确地进行分析、推理，充分而合理地发挥想像力，以及恰当地运用数学工具，是物理学研究的成功之路。本文追踪了“伽利略相对性原理”的由来，揭示了它被后人曲解，并进一步被爱因斯坦利用来当作“重要立论基础之一”而推出“狭义相对论”的过程及其荒谬性。

       关键词：伽利略相对性原理 庞加莱 爱因斯坦 狭义相对性原理 蛊惑

       Poincarè’s Pedanticism & Einstein’s Naivety

       ——Reveal＂the principle of special relativity＂that contains secrets of inducing people to be confused in their minds

Gu Mengjie（China Electronics Standardization Institute 100007）

       Abstract: Observe the phenomenon of nature truly & carefully,analyse & reason correctly,use mathematical tools properly are the successful road of the research in physics.

       This paper is to trace the origin of＂Galilean principle of relativity＂,reveal that it was distorted by next generations and it was further used by Einstein as ＂important one of his theoretical bases＂to produce his ＂special relativity theory＂process and its absurdities.

       Key words:Galilean principle of relativity; Poincarè; Einstein;the special relativity theory; bewitch

       丁格尔教授的遗恨

       在围绕爱因斯坦相对论正误问题的全球百年车轮大战中，已故英国伦敦大学的丁格尔（H.Dingle）教授称得上是一位“倒相”营垒中的重量级人物。因为他原来是一位宣传相对论的大师，从上个世纪20年代起就致力于相对论研究，1922年发表大著《大众相对论（Relativity for All）》，1940年写的《狭义相对论（Special Theory of Relativity）》一书是英美许多大学的相对论标准教科书，并且《不列颠大百科全书》的相对论条目就是由他执笔撰写的。但作为一个正直的科学工作者，当他于1959年突然意识到狭义相对论存在致命问题时，便奋笔直书，对相对论进行反戈一击。可惜为时已晚，因为“离弦之箭”已不再属于射手，在他先前长期向社会灌输“迷魂汤”的过程中，已造就了一些对相对论的“痴迷者”；这样他就不得不与一位“铁杆拥相者”麦克瑞（McCrea）在著名杂志《Nature》上进行旷日持久的激烈的笔战，直到1968年杂志编者对此产生“审美疲劳”而不再愿意刊发论战文章为止。在这种无可奈何的情况下，丁格尔教授终于毅然决然地以出版《科学在岔路口上（Science at the Crossroads）》一书，来向世人公开表明他的观点，以及他对以爱因斯坦相对论为突出标志的理论物理学被扭曲的现状及其发展前景的愤慨与忧伤之情。

      【1】综观丁格尔教授毕生的学术事业，他在爱氏邪说的“蛊惑”下，长期有力地为其传道，从他的猛省和反戈一击固然显现出了他的作为一个科学工作者的良知，但对他来说实难有回天之力。因为爱氏相对论是集常识性错误、逻辑性错误、哲理性错误以及数学运算法错误等等之大成的产物，不是单凭数学、物理和逻辑等几方面的知识所能厘清和阐明的

      【2】——更不要说还有“皇帝新装效应”以及“既得利益者的压制和抵制作用”存在着。但丁格尔教授的学风和人品将能载入青史，而他的未竟的事业将会有大批的后继者来完成。

       爱氏“狭义相对论”的三大立论基础是“光速不变原理”、“狭义相对性原理”和“同时性的相对性”。笔者在前通过《走出梦幻的迷雾——揭示爱因斯坦曲解光速搅浑物理学世界的实际》和《气定神闲破邪招——揭露爱因斯坦曲解时间搅浑物理学世界的行为》两文，力图为否证爱氏相对论奠定学理基础。本文再就爱氏所谓的“狭义相对性原理”进行剖析。但为此势必牵涉到在物理学史上名声赫赫的“全能数学家”庞加莱，因为他和以电动力学家著称的洛伦兹，虽然他们本人并不乐于接受“相对论先驱”的桂冠，但却实实在在地起著“始作俑者”的重要作用！

       庞加莱大师的迂阔

       在物理学发展的过程中，从物理定律理想模型的建立，再从定性分析到定量计算，都离不开数学。数学既是开展物理学研究的工具，又往往是一些物理学研究成果趋于成熟的标志。数学与物理学的完美结合，成功地架起了人类社会现代科技突飞猛进的桥梁。但数学并不甘心于仅仅被其他学科当作工具，而有它自主发展的方向与道路。正如世界著名物理学家费恩曼所说的“……数学家们仅仅处理推理的结构，并不真正关心他们所谈论的是什么东西。他们甚至不需要知道他们所谈论的是什么东西，或者，像他们自己常说的那样，并不关心他们所说的东西是否真正存在。”——正是这样，当物理学研究过分地依赖数学家，或数学家过度地“插手”物理学研究的时候，麻烦的情况可能就会发生……

       1887年“迈-莫实验”的零结果和1900年开尔文勋爵的“乌云惊呼”，一石激起千层浪，引发了物理学精英们的大思考与大畅想。驰名的法国数学大师庞加莱也当仁不让地介入了对经典物理学质疑和革新的洪流。 1904年，在美国圣路易斯举行的世界博览会组织的演讲会上，庞加莱率先提出了“相对性原理”，将其列入了物理学的六条普遍原理之中。他说：“根据该原理，对于静止的观察者就像对于做匀速运动的观察者一样，物理现象的定律必然是相同的；因此，我们没有而且也不可能有任何办法辨别我们是否做匀速运动。……”

     【3】庞加莱的这一理论创举，是对17世纪物理学先辈伽利略为支持“日心说”、批驳“地心说”而提出的建立在常理和直觉判断基础上的物体运动具有相对性的思想（后人称之为“伽利略相对性原理”）的“精致化“和”定量化”。从伽利略的相对性的思想到庞加莱的“相对性原理”，是理论表述上和实质内容上的一个大步飞跃。进而，庞加莱于1905年写信给洛伦兹，高度评价他1904年的论文是“极其重要的论文”，并且修正了洛伦兹的某些方程，最后正式把洛伦兹那个变换式命名为“洛伦兹变换式”。就这样，他大刀阔斧地把对于每一个新的实验结果创立一种特殊假设的做法，上升为建立一种具有普遍意义的新理论——这样的大手笔，如果给尔后物理学的进步与发展以巨大的推动力，当然是令人钦佩和值得赞赏的，但如果因他的“名人干预行为”造成巨大的负面影响的话，今人就只能称之为“迂阔”了！

       伽利略巨匠的灼见

       谚云：真理多走一步，就会变成谬误。当此围绕相对论正误问题的全球百年论争的大结局依然令人感到扑朔迷离之际，殊有必要对所谓“伽利略变换”的历史真面目来一次彻底的“寻根之旅”。

       1632年，伽利略出版了他的名著《关于托勒玫和哥白尼两大世界体系的对话》。书中用“萨尔维阿蒂的大船”带着船舱中的苍蝇、蝴蝶、一大碗水和水中的游鱼，以及往下滴水的水瓶和下面的宽口罐等等在海（或河）上航行的形像比喻，来说明一条极为重要的真理，即：从船中发生的任何一种现象，是无法判断船究竟是在运动还是停著不动的。这一形像比喻有力地反驳了维护亚里士多德-托勒玫体系的人（地静派）反对地动说的强硬理由：如果地球是在高速地运动，为什么在地面上的人一点也感觉不出来呢？结末，日心说终于战胜了地心说。后人便把伽利略的这个高明论断称为“伽利略相对性原理”。

       伽利略，这位意大利物理学家、天文学家，他发现了物体的惯性定律、摆振动的等时性、抛物体运动规律，是利用望远镜观察天体的第一人，他推翻了亚里士多德关于“物体落下的速度和重量成比例”的学说，建立了落体定律……人们公认他是经典力学和实验物理学的先驱。因此，后人把他关于物体的运动（区别“动”与“静”）具有相对性的这种鲜明的观点命名为“伽利略相对性原理”，是恰如其分的。之后的物理学研究者和物理教师们，一步一步地又在此基础上进行引申发挥，提出来诸如“惯性系”、“参考系”这一类的概念。其大意是：“一个参考系可以代表一类处于相同运动状态的物体”；“适用于牛顿运动定律的参照(考)系，称为惯性系”，以及如此等等，但这些已不属于伽利略所首创的那个“运动的相对性”的朴素的观念了。

       爱因斯坦是从幼年时代起就好幻想和做“白日梦”的人。他出道后的名言满天飞，其中有一句他的真实感言是：“想像力比知识更重要，因为知识是有限的，而想像力概括著世界上的一切，推动着进步，并且是知识进化的源泉。严格地说，想像力是科学研究中的实在因素。”

     【4】到今天我们终于看到，爱因斯坦同伽利略的想像力有一个显著的差别：伽利略的想像力是建立在理性的框架内和观察、实践的基础之上的，而爱氏则不然，就如他1936年给格罗斯曼（Grossmann）夫人的信中所表白的他自己是“一个离经叛道和好梦想的人”。这种思维方式，就远不是“比真理多走一步”，而是越出了很多，而不幸的是，这种情况在他之前已先发生在了全球数学明星庞加莱的身上！

       偏见比无知离真理更远

       被后人命名的“伽利略相对性原理”，原本只是一种质朴的思想，是治学严谨的科学工作者的一项真知灼见。它只是藉用人们的常识和生活经验，运用形象化的生动比喻，阐明了在人的主观感觉中“动”与“静”的相对关系，以及“惯性”这种特殊的力学现象。它仅是一种定性的表述，而并非定量的计度。因为要反驳“地静派”的观点，这已经够了。

       但是我们看到，在伽利略之后二三百年，由庞加莱所提出的“相对性原理”，由于他所迈出的是“虚拟的一步”，因而成为了一种脱离实际的“数学家的空想”。现具体分析如下：

       ——“匀速运动”是一个不清晰、不严谨的概念。差不多今天的人们凭常识就都明白，在宇宙自然界，从宇观的天体、宏观的在地球表面运动着的物体（诸如天上的飞机、地面上飞驰的车辆、海上的航船……）到物质深层微观的粒子，都是在沿着一条弧形的轨道运行着，在稳定的理想状态下，它们是在进行着一种等加速的圆周运动，而绝非“匀速直线运动”。 （其实只要想一想人造卫星和太空飞船的运行情况，一切便不言自明。）

        ——“伽利略相对性原理”只是一种定性的、近似的和形象化的表述，并没有列出什么可供定量地精确计算用的数学方程式（后人所称的“伽利略变换式”实为一种“狗尾续貂”式的杜撰）。在有限的距离或长度内，把球面视为平面，把弧线视为直线，用初等数学（算术或代数）的方法来计算运动物体与静止物体（或两组运动物体）之间的相对速度，称不上是运用什么原理。

        ——从严格的理论意义上看，说两个坐标系“相互间进行着匀速（直线）运动”，就现今适合于牛顿定律的地球（乃至太阳系也罢）这个“惯性系”来说，上述情况纯属空想或空谈。至于说，在地球上的任意的不同的坐标系之间存在什么样的相互运动关系，那是属于同一个惯性系内部的事，可以运用规范的数学方程式来进行计算。

        ——那种说在两个相互作匀速（直线？）运动的“系统”之间物理现象的定律必然是相同的云云，是没有意义的，因为这种情况属于不必要的虚构或称妄念！

       但长期以来，由于一系列众所周知的原因和过程，丁格尔教授所惊叹和忧伤的“科学在岔路口上”不仅真正地存在，而且已经越走越远、愈陷愈深了……

       爱氏东施效颦的天真

       宇宙间万物的生长、运行和无穷变幻，其潜在的规律或法则，对于甚为有限的人的智力来说，是永远不能彻底破译之谜。庞加莱提出“相对性原理”以及他和洛伦兹两人联手抛出“洛伦兹变换”，这属于天赋人权所涵盖的学术探索自由，是值得人们尊重并大力提倡的。