如何看待牛顿和爱因斯坦理论的矛盾?
17世纪,牛顿在总结前人科学成就的基础上创立了牛顿力学,并成功建造了整个物理大楼。但到了20世纪初,在解释物体的高速运动,尤其是光速运动时,遇到了难以克服的困难。这时,在专利局工作的职员爱因斯坦大胆地提出了光速在任何惯性系中不变的假设,创立了相对论,发现了运动过程中时空和质量变化的相对论效应,把物理学的发展推向了一个新的高度。成为世界公认的伟大科学家。
但由于相对论是建立在光速不变的假设基础上,从时空关系推导出运动物体的相对性效应,却没有解释光速不变的真正原因。这种从“关系”到“物”的理论隐藏着严重的缺陷。人们对这个“光速不变”和“洛仑兹变换”展开了激烈的争论。与此同时,爱因斯坦在解释质量与能量的关系时只承认能量的实在性而否认物质质量的实在性的观点,一度受到唯物主义哲学家的尖锐批评,他们把相对论斥为唯心主义的“能量论”和“相对主义”。但由于光速不变的实验是一个无法通过实验验证的假设,人们不可能通过实验手段推翻这个假设。而且相对论引入的相对论效应已经被陆续的实验观测所证实(尽管对这些实验结果的解释还存在相当大的争议)。所以相对论似乎给人一种在科学上取得巨大成功的印象。一些唯物主义哲学家开始改变对相对论的反对态度,采取务实的态度:“既然不能反驳相对论,就要把它纳入自己的框架”,这反过来丰富了辩证唯物主义的时空观和物质观。避免了爱因斯坦否认物质第一性的重要哲学前提。
随着科技的发展,相对论的先天不足会逐渐暴露出来。相对论虽然成功地解释了某些物体的高速运动现象,由其导出的相对论效应关系是发散函数,但应用于物理实验时总是出错。比如在确定高速运动粒子的能量时,总会遇到能量发散的困难。以后虽然通过重新定义静态质量和“重正化”避免了危机,但这种数学形式上的补偿只是掩盖了表面矛盾,物理实验中真正的矛盾并没有解决。可以说,目前物理学中与相对论有关的一系列问题和困难,大多来源于这一关系。根据相关文献的评价,所有观测实验和理论研究中出现的基本问题,90%以上都与相对论有关。比如:
量子色动力学(QCD)理论预言极端相对论性核碰撞中将产生高温高密度的夸克-胶子等离子体(QGP),许多国家都投入巨资进行实验探索。最近发现,理论和实验研究中“仍有许多不确定因素”。QGP是否存在仍然是个问题。
相对论重离子碰撞实验中的难点最终归结为:“碰撞中是否发生了洛伦兹收缩?”“怎么考?”
70年代提出“惯性约束”,用强激光引发微热核聚变。过去20年来,最近的实验结果表明,现有最佳装置的中子输出远低于理论估计。问题实际上是:当熵不守恒时,相对论流体力学方程应该采取什么形式?
超导超级对撞机意在“模拟宇宙大爆炸的时空和物质状态”,以“验证”由相对论导出的宇宙爆炸理论。花几百亿猜测的玄机,还是离不开相对论。
直到现在,量子力学和相对论的矛盾还无法统一。
目前,物理学基础理论的发展全面遇到了困难。20世纪90年代以后召开的世界性物理学学术会议都谈到了物理学的困境。一些有哲学眼光的科学家已经开始怀疑整个物理学基础理论是否存在严重问题。有人总结说,20世纪初笼罩在物理学上空的“两朵乌云”不仅没有消失,现在还增加了很多。人们开始反思,从对相对论的崇拜,到对相对论的怀疑:是不是相对论出了问题,把物理学引入歧途?
难怪1995年,在匹兹堡举行的世界应用物理大会上,5000多名与会者热议的话题不是什么新的发现或发明,而是“物理学还有前景吗?”1997在德国科隆的物理学研讨会上惊呼:“物理学就像开普勒三大定律拯救天文学的前一天晚上”!从圣彼得堡的65438到0998,300多名参与者了解到当代科学的基础理论存在严重问题,相对论漏洞百出。
著名物理学家W·坎特(W.Kantor)分析了相对论60多个“实验验证”的第一手资料,认为“都是基于错误的方法或无效的逻辑”。就连大多数相对论的支持者也承认,迄今为止还没有实验观察到洛伦兹收缩:“当涉及到拉伸体时,就会出现问题...相对论静力学、热力学和流体力学还没有建立起令人满意的理论框架。”
在科学史上,没有一个理论能产生像相对论一样多的“悖论”,如孪生悖论、软绳悖论、直角杠杆悖论、埃伦费斯特悖论、哥德尔悖论,以及时钟悖论和转盘悖论。没有一种理论像相对论一样引起如此多的思想混乱。比如各种相对论教材对“尺度收缩和时钟收缩的慢效应”的解释,五花八门:不成立;不是物质的而是真实的;是明显的;它是数学的;是视觉效果;是由测量决定的;是同时性和相对性的结果...
仅举几个例子。那么,相对论为什么会赢得如此“广泛”的认可呢?原因很复杂,其中有一个心理因素,已故资深科学家英国国家实验室时间频率部主任L·埃森(L.Essen)完整地揭示了这一点:“物理学家对相对论的态度一般是:他们不理解它,但既然承认它,它就不会错。我必须承认,直到最近几年我都是这样。经过研究,他终于发现相对论是“自相矛盾和漏洞百出的”。"
一段时间以来,一些媒体狂热地吹捧相对论和爱因斯坦,世界上许多严肃的科学家始终保持清醒的头脑,冷眼看待相对论。国际著名科学家、诺贝尔物理学奖获得者H.O.G .阿尔芬(H.O.G.Alfven)认为相对论“只是一个装饰品”,“抹杀了科学和伪科学的界限”。德国资深理论物理学家J.P.Wesley博士说:“相对论从来不起作用。”美国德克萨斯大学物理学终身荣誉教授J.G.Bernes称相对论是“一场灾难”,“是时候改变对相对论的盲目迷信了!”已故的我国著名理论物理学家卢鹤绂,在八十多岁的高龄冲破重重障碍,留下遗言:“一般编辑部都不敢发表这篇文章。他们迷信爱因斯坦,怕别人说他们不懂物理。”