狭义相对论的哲学批判

狭义相对论的哲学批判

就我们对事物的认知而言，任何一套完美的理论，必须真实的回答以下三个问题：

1. 是什么？

2. 怎么样？

3. 为什么？

只是当我们严格按照这样的标准去审视所有赫赫有名的物理学理论，却鲜见可以当之无愧的被冠以完美理论者。

牛顿的运动力学三大理论和万有引力理论，以及麦克斯韦的电磁动力学方程组，是经典力学两座不可逾越的丰碑。但是牛顿力学描述了运动的起因、形式和度量方法，却并没有回答作为运动原因和结果的力究竟是什么；麦克斯韦描述了时变的电磁场是一种波动并以由真空介电常数和真空磁导率决定的常数速度在自由空间传播，但是对于电磁波传播的空间行为，同样缺乏可以被轻易具象再现的描述。

狭义相对论作为经典力学和现代量子力学的光辉无比的桥梁，在终结经典力学时空观，并巧妙调和经典力学和经典电磁动力学之间矛盾的同时，以简洁和优美的质能方程及质速关系，成为粒子物理学最坚实的理论基础。

但我们是不是可以就此认为，狭义相对论正好就是我们苦苦寻觅的完美理论呢？我们试图给出的答案是否定的。

一 洛伦茨变换

洛伦茨变换实际上反应了滋生狭义相对论的时代背景，其中充斥着经典物理学难以调和的物理学冲突：1.电磁动力学方程与经典力学方程在数学形式上并不协变；2.电磁波速度不变被认为是相对于充斥于太空中绝对静止的以太，以不同速度运动的参考系中测得的光速是以太中的光速与某一参考系中观察者相对于以太速度的矢量叠加，显然这个速度并不是一个常量；3.著名的迈克尔逊-莫雷实验并没有检测到以太的存在。

作为狭义相对论基本内核的洛伦茨变换，假定以太在相对以太运动的观察者运动方向上收缩，从而发生时间膨胀和空间收缩，以方程组的形式在数学上实现了不同速度运动的不同的参考系的光速不变

所以无疑同样著名的洛伦茨变换方程组，通过数学手段获得了以下意义：

1.不同速度运动的参考系中，通过改变时间和空间，可以保持光速不变；

2.在不同的参考系之间，通过洛伦茨变换，可以保持方程在形式上的一致，实现不同运动状态下参考系之间方程在数学形式上的协变。

于是，洛伦茨变换以自己的方式解决了上述的两大冲突：1.在经典力学中不同运动状态参考系中光速不变，符合麦克斯韦方程组揭示的光速恒定表现出的光速绝对性；2.麦克斯韦电磁方程与经典力学运动方程保持协变

实际上，洛伦茨变换已经推导出包括令人叹为观止的质能方程及质速方程在内的所有包括在狭义相对论中的所有结论。

但是洛伦茨变换显然具有一个致命的缺陷，那就是依旧假定作为光速参考系的以太是真实存在的，光速不变实现的条件是以太发生了收缩。

二 狭义相对论的物理学意义

狭义相对论承袭了洛伦茨变换的所有积极因素，实际上几乎以洛伦茨变换作为自己的全部内核，同时，狭义相对论通过两个假定或者说物理学的规定，几乎完美的解决了洛伦茨变换的缺陷，并消除了麦克斯韦电磁动力学理论与经典力学运动学理论之间的冲突。

这两个假定就是：

1.光速绝对原理；

2.狭义相对性原理。

光速绝对性原理包括两层含义：其一，光速的量值是绝对的，是由麦克斯韦电磁动力学方程给出的一个常数；其二，以不同速度相对运动的参考系间，光速同样是一个常数，具有绝对性，或者说，光速的界定，不需要任何参考系的存在。

狭义相对性原理则揭示或者说规定，在所有的参考系中，无论相对静止还是相对运动，物理学规律保持不变，并保持一致的数学形式。

这样，狭义相对论就以公设为依据，规定了光速的不变性，以及不同参考系间运动方程在数学形式上必须保持协变。

显然，这两个原理不是各自独立而是相辅相成的，他们一起决定了在彼此相对运动的不同参考系间，光速只能以同一个常数存在，而且这个常数的界定不需要设定任何参考系，因此以太的存在就是不合时宜的，同时基于经典力学的，不同速度运动的参考系具有不同的光速就失去了存在的正当性。由于时间、空间和速度共同表征着具有绝对性的运动，因此，以不同速度运动的不同参考系，在光速绝对的规则，以及不同的参考系中运动方程在数学形式上必须保持协变的原理的共同规定下，同样不需要以太存在并且通过以太的收缩，就可以保持光速不变。顺理成章的，时间和空间就就发生程度被光速规定的膨胀和收缩。

三 狭义相对论的哲学意义

运动具有绝对性，是宇宙中一切事物的基本属性和存在形式，这几乎可以视为物理学无可争辩的常识。而运动显然同时具备三大要素：1.时间；2.空间；3.速度，根据这三大要素，可以把运动的具体形式描述为一种在特定时间和空间中的特定速度，换句话说，速度是运动在特定时空中的存在形式。

时间和空间具有速度依从性，这一点几乎不证自明，因为倘若速度为零或者无穷大，时间必将为零，总是运动者的所有事物，在自身结构以为的空间必定为零或无穷大。而无论为零还是无穷大，时间和空间必然毫无意义。

在经典力学中，观察者以自我为中心建立坐标系，把整个宇宙纳入自己的观察体系，在描述运动层面，时间和空间就具有同一性或者说绝对性。换句话说，事物都身处同一个广沿无限的空间坐标中，同时具有同一个时间度量。

而在狭义相对论中，因为光速被赋予主体性，时间空间就不得不屈居从属地位，对于以不同速度运动的参考系，时间和空间就必然成为被光速制约或规定的变量。换句话说，在事物运动的表述上，速度具有主体或绝对性，而时空具有从属性和相对性，这正是相依相对论的真正涵义。

所以，经典力学和狭义相对论，实际上是描述运动的角度不同的两种物理学视角和数学方法。因为时间和空间确实具备速度依从性，因此，以速度作为主体的狭义相对论，就具备经典力学不可比拟的优越性。

四 相依相对论的哲学批判

狭义相对论的内核洛伦茨变换，是一系列数学上自洽的方程，因此，有实际意义的哲学评判，只能是基于相对论的两个基本原理。

1. 光速绝对原理的哲学批判

光速绝对性原理事实上并非空穴来风，它基于两个基本事实：1）麦克斯韦方程给出的光速绝对性；2）双星观测实验。

我们在《狭义相对论，可能仅仅是相对正确的理论》中，已经对经典电磁力学的电磁波速度绝对性给出也许算不上恰如其分但也绝非无稽之谈的描述，在此再次摘述如下：

1）光速的大小是被真空介电常数和真空磁导率两个常数决定的恒量，对于不同波长或频率，光速在量值上是绝对的；

2）光速在空间上表现为在空间上并不重叠的时变电磁场的扩布，电磁波的振幅由电磁场决定，而光速来源于磁场的具有时间依赖性的速度有限的空间扩布，换句话说，光速表征的，实际上是磁场的空间扩布；

3）由于磁场总是以源电场为中心，所以磁场扩布的速度在参照系上，只能是相对于源电场或者说相对于波源的；

4）光速绝对的唯一意义，是指自由空间中光速是相对于波源的大小不变的量值。

狭义相对论对光速绝对的规定，一方面来源于光速是一个常数，；另一方面，麦克斯韦电磁方程组推导出的电磁波动方程不含空间坐标，《电磁通论》也明确指出，波源所在坐标系的运动，并不影响电动强度的计算。更重要的是，麦克斯韦的电磁理论，是作为时变电磁场的物理学行为表现为一种波的推论依据，并没有以波的形式描述电磁波的空间行为，也没有指出理论计算出的电磁波速得以界定的参考系。因此，狭义相对论认为，不同速度运动的参考系，都具有同样的光速，同时，光速的界定根本不需要特定的参考系。换句话说，狭义相对论对光速绝对性的规定，看起来并没有违背麦克斯韦的电磁理论。

按照我们文初对完美理论的定义，麦克斯韦电磁理论并没有描述电磁波具体的空间行为，并没有回答怎么样的问题，因此，麦克斯韦电磁理论算不上一个绝对正确的完美理论。实际上，麦克斯韦电磁理论没有界定光速的参考系，但是并不能同样从麦克斯韦理论中推定光速的界定不需要参考系。另外，麦克斯韦对电磁波动事实的推论，唯一的在于时变电磁场动力学方程与波动方程的普遍形式一致，而波动方程的普遍形式包含空间坐标，普遍的波动方程解出的波速的界定，必然是以波源为为中心的参考系的，也就是说波速是相对于波源的。如果电磁波动方程与波动方程的普遍形式完全保持一致的电磁波动理论得以成立唯一依据，那么我们同样有充足的理由认定，在这种一致性的规定下，电磁波动方程解出的波速，同样应该和一般波动方程一样，是由波源为中心的参考系界定的，换句话说，电磁波速度同样是相对于波源的。于是我们认为，

在光速参照系的确定上，狭义相对论给出的，光速的界定不需要参考系，因而在任何形式运动的参考系间都保持不变的结论，并不具备绝对的合理性。

2. 狭义相对性原理的批判

狭义相对性原理实际上是一种规定，如果确实是一种物理学规律的基于直觉判断的揭示，表达的意思就是不同的事物的运动必须在数学形式上保持协变。

经典力学对宏观物体的运动认知，实际上是以容易实现的观察，并且用以量化运动大小的数学形式，可以经由同样容易实现的实验进行有效的检验。而电磁动力学虽然同样基于经验，但无论当时还是现在，都没有直接的经验可以直接描述时变电磁场在空间中的具体行为。经验通过通电直流导线周围铁粉分布确实揭示出电荷匀速运动的电磁感应现象，也通过感生电流现象揭示出瞬变电磁感应的直观规律，但并没有相似的直接经验揭示过时变电磁场的空间行为。已有的经验表明电荷的运动方式会直接并且必然改变电荷的空间结构和存在方式，这与经典力学的观察对象及物质显然是不同的。

所以，我们有足够的理由认为，

不同事物的运动，受制于自身的物理学规则，不一定必须保持运动方程在数学形式上的协变，换句话说，狭义相对性原理可能并不是不同类型的事物运动所必须遵循的具有绝对意义的物理学规则。

实际上，场作为一种无法被直接观察的事物，我们的认知更多的基于间接的推论，对场的的定性和定量的描述，更可能只具备数学意义，而未必是一种物理学真实。按照完美理论的约定，我们远没有从根本上真正解答场是什么的问题。

至于我们所给出的证实狭义相对论正确性的许多实验，实际上很多，包括质速方程和质能方程，在狭义相对论诞生之前，已经由实验真实验证，因为狭义相对论的主要推论，并不是在狭义相对论建立之后才产生的。

基于上述的思辨，我们认为，

狭义相对论虽然给出了一种与经典力学截然不同的认知时空以及运动的不同视角和方式，但是，构建这些理论的基本公设，并不存在必然的合理性。