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沈惠川://我的世界线:相对论(第二版)
我与相对论的不解之缘从我念初中时就已开始。当时听弄堂里的小伙伴说些新名词“狭义相对论”,“广义相对论”,“Einstein相对论”,觉得好奇。读高中一年级时,在中国科学院上海分院附近的肇嘉浜路(岳阳路口)一个小书亭(现在已荡然无存)里买到了一本由Einstein和Infeld所著的《物理学的进化》(中译本)。后来知道,《物理学的进化》其实是Infeld为挣生活费而执笔撰稿,Einstein至多看过几遍并修改首肯。这是我首次接触Einstein和相对论。但坦白说,当时对相对论的认识是稀里糊涂的,与现在一些中学生或社会自学成才者差不多。后来,上大学(清华大学当时也没教过张量和相对论),毕业,下乡劳动,就有许多年没碰相对论。有一年,我为联系调动工作事,到安徽马鞍山市去找大学同学陈利颐。在一次闲谈中,陈利颐说:“《物理学的进化》中有许多话说得很深刻。”(陈利颐同学现在上海交通大学图书馆工作)他这句话我留心了。回上海后,我从书橱中从新找回了那本《物理学的进化》,并开始从新阅读。
到中国科学技术大学工作后,由于教学需要,我自学了张量;当时的主要参考书是N.Y.Coqin的《向量计算及张量计算初步》(商务印书馆,1954)[自学时是借图书馆里的,后来我弟弟沈惠申在上海南京路旧书店为我“淘”来一本],P.G.Bergmann的《相对论引论》(人民教育出版社,1961)[当时能买到],V.A.Fock(Fok)的《空间,时间和引力的理论》(科学出版社,1965)[自学时也是借图书馆里的,后来也由我弟弟在上海南京路旧书店为我“淘”来一本]以及其它几本书。Bergmann的书前有Einstein写的序,更添权威性(Einstein作序的书没有几本,除Bergmann的书外,尚有W.Pauli的书和R.C.Tolman的书)。Fock的书中有当时苏联书所具有的通病,那就是自以为是;但张量部分写得不错。我为了自学张量,笔记和计算就搞了两厚本。只有学通了张量,才能体会广义相对论是怎么回事。在学习的过程中,终于有一天,顿悟,明白了Einstein想对我们所说的是什么。从此以后,Einstein和相对论成了我的信仰,并成了我自己的一部分。在物理学中,能够“永远站得住脚”的,除了分析力学(包括Lagrange力学,Hamilton力学和Birkhoff系统动力学),热力学外,就是相对论(包括狭义相对论和广义相对论,或称为特殊相对论和一般相对论)。这三门学问可说是物理学中的“铁三角”,是其它物理学科必须遵守的“约束条件”;是物理中的物理,是物理中的哲学。其余的学问,包括量子力学在内,都是在变化的,不一定全对。
后来又买了不少有关Einstein和相对论的书。Einstein亲自撰写的书其实只有两本:《狭义和广义相对论浅说》和《相对论的意义》。另有一本《相对论原理》实际上是别人编辑的论文集,当然其中以Einstein的论文为最多。(还有一本别人编辑的Einstein在热力学统计力学方面的论文集尚未译成中文,但其中文章已收录于许良英等编译的《爱因斯坦文集》。)我买书有两大原则,即名家或名著,否则家里书橱放不下。Einstein和相对论的书符合我的原则,因而有关Einstein和相对论的书几乎买全了;有些书的不同版本我都有(如Pais的书我就有陈崇光的译本,方在庆的两种译本);有些书的不同版本甚至买两册(如Einstein的《相对论的意义》),因为这些书很薄,不贵,值得。Einstein和相对论方面的名书,大部分极具收藏价值。
我也曾想在相对论方面做些工作。刚到科大时写过一篇文章,关于广义相对论和狭义相对论结合方面的,投《天体物理学报》。(在这之前,还写过一篇“广义相对论的实验验证”的短文,在《天文爱好者》1980年第7期上发表;并由于这篇文章,李中元教授介绍我参加“中国天文学学会”。)文章寄出后发现不妥。做科学研究,就应当自己首先审查自己;要首先对照前辈、怀疑自己;坚持真理,修正错误;等别人来指出你的错误,已经迟了;当然早发现自己的错误比迟发现好,迟发现比发现不了好,发现不了比坚持错误、死硬到底好。果然不出所料,审稿人觉得狭义相对论是广义相对论的特殊情况,将两者相结合很不妥。我同意审稿人的判断。又看到,所谓“搞广义相对论”的人一再将广义相对论搞得支离破碎,完全没有了广义相对论中的物理美(我自己那篇也不美),因而发誓再不撰写破坏广义相对论物理美的文章,要写就写具有一般性意义“美文”。当时,汪克林教授对我说,相对论已经定型,没什么课题可搞的了(除非解Einstein场方程,但很难);还不如搞量子力学。于是,我后来的文章,除了两篇外,基本上不涉及相对论;但,相对论要求一直是我审视其它文章(包括自己文章)的基本标准。
在量子物理学家中,我最钦佩的就是L.de Broglie和P.A.M.Dirac。出发点也是他们对相对论的理解程度。在这方面,Dirac还比不上de Broglie。de Broglie和Dirac看问题看得比较透彻:不能要求相对论来迎合自己的理论,而要让自己的工作符合相对论。只有这样,才能使自己的工作具有旺盛的生命力。正统量子力学之所以矛盾百出,无法令人满意,其根本原因就在于它无法与相对论相协调。Dirac方程虽然被许多人称为是“相对论”的,但这种“相对论的”其实仅仅是形式上的,在本质上仍然是“非相对论的”。Dirac自己都觉得“量子力学总有一天会回到Einstein”。EPR实验就击中了正统量子力学的这一要害。EPR实验是正统量子力学的死穴。
由于“广义相对论的实验验证”这篇短文的发表,引发了全国各地许多相对论爱好者的来信讨论,其中当然既有赞赏广义相对论的也有反对广义相对论的。我记得最清楚的就是一个名叫陈有恒的广东湛江人。陈有恒其人当时来的信极多,但其手法我觉得很恶劣。由于怕扫他面子,我有时候较为客气地说“你反对广义相对论必须拿出实验证据来”;他收信后便去找了许多所谓“证据”(全是一些经过挑选的,带有偏见的不实之词),并到处散发他的油印“论文”说我“支持”他。我后来光火了,毫不留情指出他的恶劣行径。他的许多来信我后来付之一炬。据说他后来进入湛江某学院(他当时来信时只有家庭地址),并对武汉钢铁大学学报编辑部的赵国求说他“认识”我。赵国求当他是朋友,还护着他。
在1990年4月的长沙会议(“全国量子理论基础问题暨D.Bohm学术思想研讨会”)上,我认识了洪定国和崔君达。崔君达曾给Bohm的合作者Hiley去过信,兜售过他的“复合时空理论”;据他自己说,两人“交换过论文”。Bohm或Hiley介绍他去找洪定国讨论。由于迟到了好几天,后面又是B.J.Hiley的报告,因此洪定国无法再安排崔君达发言(这是洪定国方面的解释)。崔君达于是对洪定国意见极大,认为洪定国为了“抬高自己”“使劲利用了我一次”(他断言“洪定国夫人无意中透露”当初是以洪定国和他两人的名义邀请Hiley的,又说洪定国对他“耍了三个小诡计”)。我当时作为“协办”,只好在两人之间打圆场;但我觉得崔君达有点自视颇高且心胸狭窄,不好交往。崔君达的“复合时空理论”,我是第一次听说;我还向他要了一本由陕西科技出版社出版的小册子。回到学校以后,我对长沙会议上诸位仁兄的理论作了彻底研究,甚至还去信核实他们的观点和计算,其中包括崔君达和北大黄湘友。
在长沙会议期间,他曾对我说过有人觉得他的复合时空论与量子力学大千世界诠释(多世界诠释)十分像(至于是否“剽窃”的事,似乎也有耳闻,但已记不清楚)。我仔细看了他的书和论文(都发表在不起眼的杂志上,且在www.CNKI.net上能查到他的文章也不多,只有1篇)后,觉得二者确实相像;只是大千世界诠释中各个“世界”是平行的,而崔君达的理论中的各“时空”是叠加的(在这一点上,又看不出是“剽窃”)。实际上,复合时空论既非量子力学(崔君达所理解的量子力学,实际上就是正统量子力学Copenhagen学派那一套,这从他的言谈中可以听出来;他对Bell不等式和Aspect实验的理解,完全是正统观点,与Einstein和de Broglie的思想相去甚远;他认为Einstein和de Broglie的思想已经过时,而正统Copenhagen学派对Bell不等式和Aspect实验的解读才是“新”的),也非相对论;要说它有点与相对论有关,那是因为在复合时空论中提到了Lorentz变换;而且原来意义下的Lorentz变换,已被崔君达糟蹋得不像样子;这与我的宗旨完全不一样。在崔君达的理论中,Lorentz变换是不协变的;他将3个空间方向和1个时间方向的相对论变换公式分别赋予正负两个符号,并按排列组合算法声称这样的变换有16种(又说是32种),并将该16种变换与《易经》卦象扯上关系。众所周知,Lorentz变换是一种张量变换,或者换用低层次的说法,是一种矩阵变换;它应具有相对论协变性;但在复合时空论中,由于崔君达对每一分量公式分别赋予正负两个符号,因而使相对论协变性丧失殆尽。所以复合时空论在数学上,在物理上都是错误的。实际上,如果坐标和时间可以各取正负两种符号的话,则Lorentz变换至多只有4种选择,它们分别对应于宇称反演和时间反演。而且,在这4种可能的Lorentz变换中,有两种是“正常”Lorentz变换,另两种是“反常”Lorentz变换;考虑到量子力学中的时间反演是用宇称反演,电荷共轭,同位旋共轭等的联合作用的倒数来表示的,因而有物理意义的Lorentz变换仅有两种。根据R.Resnick的证明(见《Introduction of Special Relativity》,John Wiley,1968和《Basic Concepts in Relativity and Early Quantum Theory》,John Wiley,1974),在相对性原理和光速不变原理的前提条件下,两种符号的Lorentz变换只能出现在两坐标系之间有相对运动的方向上,而在与其运动方向垂直的另两个方向上是不可能有两种符号的。由此可见,Lorentz变换与中国古代的《易经》根本没有关系。崔君达的数学计算也实在无法恭维。(他的数学实在有问题,甚至连“线性方程是非线性方程的近似”这一浅显的常识都不知道。)剩下来的只是“多时空叠加”这种想法还有点参考价值(与“Schrödinger猫”态的叠加有点相似,但对应得不好,因为宇宙中是否真有叠加态的Schrödinger猫还很难说;而量子力学大千世界诠释则对应得较好,它可以绕过正统量子力学中的“编缩”假定)。洪定国没有在长沙会议上安排他发言对会议本身并无损失,因为复合时空论确与量子力学不搭界。国际学术期刊上没有发表他的文章(他曾就“复合时空论”为题向国外杂志投过稿)可能也正是看到了这一点。
我将这些意见反馈给他与他讨论多次;他听不进去。1994年9月8日他甚至来信翻脸说:“关于复合时空论,有人要把它归入多世界理论,这也没有什么。但如果想用这种手法来故意贬低复合时空论,那是徒劳的!因为它并未从别人的多世界理论中抄袭任何东西!那完全是我自己默默无闻地搞了多年,才想出来的。你若不信,你可以认真地查对一下。但愿老兄别干出你本不该干的事!否则,在适当的时机我也将进行反击!”(从此以后,我们之间再也没有联络过。)我的确将崔君达的复合时空论与量子力学大千世界诠释作了比较,那是归纳方法,并没有说他有无“抄袭”;这件事以及指出他的复合时空论破坏了Lorentz变换的相对论协变性那件事(都与他多次讨论过),可能无意中得罪和冒犯了他;于是他在最近的2005年不知哪一天对我进行了莫名其妙的“反击”,而且出言不逊,恶语相向,甚至以影射我们有“劣迹”进行抹黑。事实总归是事实;威吓别人闭嘴只会欲盖弥彰。别人即使闭嘴了,但错误的事实依然存在。这种抹黑伎俩确实很让人瞧不起。他的物理错误不许别人说,却希望人家捧着他的理论:也不看看自己有多少站得住脚的货色!翻来覆去就那么几句话!他对我们抹黑的那句话是针对我和丁,潘两位在“复合时空理论和量子力学的多世界诠释”(武钢大学学报,1997年第一期第11-17页)中的这么一句话的:“对崔君达前面谈及的缘由不必看得过于认真,因为他‘没有作案时间’:根据文[1]的说法,‘本工作来源于1966-1974年间的阅读和讨论,参加这种讨论的有崔君铭,崔君正,吴艾玲同志。’根据文[6]的说法,‘复合时空的想法大约产生于1968-1969年间’;但是Aspect等人的实验结果发表于1981-1982年间。崔君达本领再大也不可能使时间倒流;据笔者分析,他前面谈及的缘由是后来加上去的,目的是为了自圆其说。”不知他为何对这句话耿耿于怀,说不准这句话背后真有什么东西。
以上所说,仅仅是一段小插曲,与相对论基本上无关;与相对论有关的只是崔君达对Lorentz变换的相对论协变性的破坏。他在2005年所说的意思是,宁可不要Lorentz变换的相对论协变性,也要保留他在复合时空论中的形式。对这一点,我最反对。我的观点与P.A.M.Dirac一样:即使真有实验结果与相对论发生矛盾的事,我也只怀疑实验结果而不会怀疑相对论。而崔君达对相对论的态度则是“取之则来,挥之即去”,没有任何原则性可言。他说“Schrödinger方程也不是协变的”;言下之意他破坏Lorentz变换的相对论协变性也是有传统的;但是想将《易经》之类的玩意引入物理学也不一定非得扯上Lorentz变换,既然提到的是Lorentz变换,那就必须是相对论协变的。正是由于Schrödinger方程它不协变,才导致后来发明Klein-Gordon方程和Dirac方程;也正是后来发现Klein-Gordon方程和Dirac方程并非彻底相对论的,才会有de Broglie于1956年从新提出的双重解理论以及Einstein对de Broglie理论的支持。所以我说过,一部量子力学发展史,实际上是使量子力学满足相对论的历史,而不是相反。
大约在1994年秋冬之交,《武钢大学学报》编辑部诚邀我评审一篇由贵州省六盘水市水城二中杨金城先生(据他自称在七院十二所工作过,且为贵州省物理学会理事,六盘水市物理教学研究会副理事长)撰写的稿件。我审稿后当即指出了杨金城文章的问题所在。但令人难以置信的是,同样的文章竟以“狭义相对论新时空观在现代物理学中的作用和地位”为题几个月后在《大自然探索》1994年第13卷第4期上刊载。我曾給《大自然探索》编辑部去函说明问题的严重性。与大多数缺乏物理思想所谓“科学杂志”一样,《大自然探索》不予置评。
杨金城文章的问题出在先自说自话将将速度矢量(一阶张量)改成以三角函数表示的标量,然后在讨论角度是否大于直角时又不顾物理条件。换言之,当角度大于直角时,第一个模型其中一个关键公式应是相加而不是相减,第二个模型其中一个关键公式应是相减而不是相加。由于他所使用的公式不是矢量或张量形式,因此角度大于直角的条件应当在推导前考虑而不是在推导后考虑;而如果使用的公式是矢量或张量形式,则可不必考虑角度的条件,其结果会在导出的公式中自动显现。问题的关键,在于杨金城对于标量,矢量和张量的概念完全模糊。相对论变换因子只有一个,不可能有两个。可笑的是,若干年后,他在许多网页上散发帖子说:“沈惠川先生: 你发表的‘我的世界线:相对论’,我认为你太不谨慎,太狂妄了点,你的文章想说明什么呢?”他对别人的不同意见不好好反思,相反以小人之心对正常的学术批评恨得牙痒痒的,想要吃人似的(他后来又发表了一个挑衅性的骂贴)。这种人在学术上是不会有前途的。不可能每个人都报喜不报忧。我说你100遍好,也无法掩盖你文章中的原则性错误!这种说“好”就是虚伪的。北京(反)相对论联谊会之所以臭名昭著(杨金城、崔君达等人都是臭名昭著的“北京(反)相对论联谊会”的成员),其原因就在于此。
接下来便是对许少知一伙错误观点的反驳。许少知(北京),郝建宇(大同),李映华(广州),曲元春(贵州),程稳平(珠海),刘玮颉(广州),程实平(上海),崔继东(山东),张建军(河北),苏钟鳞(福州),杨光京(山东)和李安宝(北京)等12人组织了一个反相对论的小集团,在2000年7月30日发表“致全世界负责任的科学工作者的公开信”,声称相对论中的(1)“同时性的相对性”是“伪命题”,(2)“光速不变原理”是“不能成立的”,(3)“Lorentz变换”是“无效数学式”,(4)“等效原理”是“经不起推敲的”,“弯曲时空”是“虚妄概念”,等等。在同一天发布的“会况报道”中,许少知一伙大言不惭地说:“相对论是一个建立在错误的数学基础和虚妄的理论前提上的理论体系,无科学价值,说它‘已获实验验证’是失实的。”
许少知的文章“Lorentz变换之证伪(一)”是北京广播学院(现改名为中国传媒大学)黄志洵于2000年8月27日寄来的。黄志洵附信说:“当然您不会同意他们的说法,知道有这么回事就可以了。”黄志洵出于他四处收集“超光速”证据的需要,凡是反对相对论的文章,凡是宣扬量子力学“非局域性”的文章,他都视若珍宝。我对此很不以为然。为了打消他的错误念头,避免他误入反相对论的歧途,我一收到他寄来的信便花了几个小时对许少知的文章进行了研究。(其他物理学家根本不愿花时间与这些无聊之极的人打交道,对他们的文章看都不愿看就扔进纸篓里去了。)
许少知的错误与崔君达以及杨金城的错误是同一类型的。在许少知的“悖论”中,波矢方向与坐标系运动方向并不一致。在这种情形下,就只能应用“一般型”(张量形式)的Lorentz变换公式,将波矢方向的“尺缩”投影到坐标系运动方向,得到的结果仍与Einstein一致。但许少知连“通用(特殊)的Lorentz变换公式只是其张量形式的一个极特殊的简化形式”这一点都不知道,反而自以为是,大放阙词说:“爱氏从他想要的(相对论性)4维时空出发,终于钻进了一个1维丝洞世界。何方有此单维世界,任爱氏等绞尽脑汁去吧。”“Lorentz变换······如今终于真相大白:它原来是个自悖的虚构物,毫无科学价值,除了可作反面教材外。”
由于许少知的错误与崔君达以及杨金城的错误是同一类型的,因而我将批判三者的错误放在一起,写了一篇题为“Lorentz变换真的不堪一击吗?”的文章。此文先寄黄志洵处的的《北京广播学院学报》,愤于该《学报》某编辑说我的文章是“鲁迅笔法”,遂又将此文改寄《武汉工程技术学院学报》。发表时,文题被《武汉工程技术学院学报》的赵国求改为“关于Lorentz变换公式的几种错误理解”(武汉工程技术学院学报,2002,14(3):9-14);文中涉及陈有恒的一句话也被他删除了。后来,黄志洵在他的《超光速研究的理论与实验》(科学出版社,2005)一书中,也不得不承认:“2002年沈惠川发表一篇短文,指出一般书的通用Lorentz变换公式只是其张量形式的一个极特殊的简化形式;此外,一般的通用Lorentz变换公式只是在两坐标之间有相对运动的方向上成立。一些文章作者由于不明白(或未注意到)这两点,抨击Lorentz变换时就发生错误。”他书中所说的“未注意到”这两点的人,其实就是他自己(学过狭义相对论的人或者学过经典电动力学的人都知道这两点)。
许少知在2004年11月的所谓“香山会议”上看到了我的上述文章,于是气急败坏便在他自己操控(他自封为“科学顾问”)的杂志《发明与创新》上发表了一篇题名为“反对迷信要从科学界做起:与沈惠川先生商榷并致‘主流’科学界”的狗屁洋文(因为文中充满了谩骂)。文中自夸他先前的“Lorentz变换之证伪(一)”是“论证之无懈可击仍力透纸背”(不知人间有“羞耻”二字);继而对《武汉工程技术学院学报》中的印刷错误和编辑规则进行don Quijote式的狂轰滥炸(又能说明什么);然后是一通歪理。全文以谩骂开始,以谩骂结束。2005年4月14日,一个自称为“旁观者兼建议者”的人,将这篇奇文寄了给我,并说:“建议沈教授与许先生在《发明与创新》上零距离交锋。别学何祚庥等假大空‘专家’专玩空手道,背后使小动作,旁敲侧击,只会咬耳朵(像泰森)。你毕竟是真搞具体学术的。”我收信后报之一笑。
类似陈有恒和许少知一伙的反相对论者在国内还有几个人,如:李英杰(《相对绝对论》,对外贸易出版社,1987,自费印刷),陈叔愚(《物理空间》,中国铁道出版社,1987,自费印刷),郑铨(《近代物理学问题:相对论质疑》,学术书刊出版社,1990,自费印刷),许少雄(《现代时空论》,广东科技出版社,1994,自费印刷),邵檬(《宇宙斥力假说》,自费印刷),马国梁(《再论狭义相对论的基本原理》,自费印刷)等人。这些人大多是一些未经过专业训练的年轻人,有些还是中学生。郑铨(曾在国内某杂志社当过编辑)被臭名昭著的“北京(反)相对论联谊会”奉为鼻祖,前几年客死美国。“北京(反)相对论联谊会”的始作俑者是当年复旦大学的卢鹤绂;卢鹤绂在“四人帮”时代写过一篇反相对论的文章,没有杂志愿意发表,他就自我解嘲说别人“看不懂”、“没人敢碰Einstein这个权威”。他客死美国后,其子将其遗产的一部分作为建立和运作“北京(反)相对论联谊会”的基金。具体操作是原来在《现代物理知识》杂志当过编辑(据说因“有事”被杂志社解聘)的吴水清。我没有工夫与他们这些人纠缠,也只能一笑置之。他们的错误,有些与杨金城相仿,有些根本是在胡思乱想,胡说八道。这些人所惯用的辩论手法是:你跟他讨论物理问题,他就谈哲学(例如:“马恩列毛如何如何说”,“没有人不犯错误”,“没有绝对真理”之类);你跟他讨论物理理论,他就谈物理实验(例如,连王力军本人都讳莫如深的“王力军实验”之类)。这种辩论手法,其实就是以虚避实,胡搅蛮缠!人们最有力的做法,就是跟他讨论数学(例如“张量”);但是你跟他说数学,他又避而不答,实际上他根本不懂。
这些人主要是反对狭义相对论(由于他们的数学和物理学基础都很差,所以不太敢反对广义相对论)。其实狭义相对论中也要用到张量知识,他们不管,就同崔君达、杨金城以及许少知那样。在他们思考狭义相对论时,犯的第一种错误就是总“惦记”着Newton力学或Newton时空,犯的第二个错误就是总将广义相对论中的问题与狭义相对论问题“搅合”在一起。也有些人两种错误同时犯。在谈到狭义相对论中的“尺缩钟慢”效应时,他们会问“这个坐标系中的人看到那个坐标系中的东西缩短了,那个坐标系中的人看到这个坐标系中的东西也缩短了,到底哪个坐标系中缩短了?到底哪个是真实的?”他们忘记了,狭义相对论所反映的是两个以等速相对运动的坐标系之间的逻辑关系,一个人不可能既在这个坐标系中说话,又在那个坐标系中说话,也不可能有一个所谓“公正”的第三立场!这样的问法,实际上就是回到Newton立场!在相对论中,每个人只有一个立场,他不可能同时代表两个以等速相对运动的坐标系中的两个人!在这个坐标系中的人看到的是真实的,在那个坐标系中的人看到的也是真实的!在讨论狭义相对论问题时,不能有加速度,否则就要用广义相对论来处理。de Broglie早在1924年他的《博士论文》中就已说过,在相对论问题中犯傻的人中,有许多就是将广义相对论中的问题与狭义相对论问题“搅合”在一起,而浑然不觉的。例如,“双生子悖论”问题中,就涉及到加速度(吴大猷等前辈早就讨论过这个问题)。再如,有人老是说“在地球的这个地方测得的光速,与在地球的那个地方测得的光速不同”,诸如此类;殊不知,建立在地球上的所有坐标系都不是惯性系,都是有加速度的,都不在狭义相对论讨论的范围之内!
黄志洵先生干劲很大,将所有能“证明”光速“可变”的文章全收罗过来,不管“有理”无理;像许少知这种乱七八糟的文章就是他寄来的;为了证明光速可变的理论根据即量子力学的“非局域性”的可信性(其实他对相对论和量子力学基础理论都不甚了了),他甚至污蔑Einstein在推荐Nobel物理学奖获得者名单时故意打压,“矮化”属于Copenhagen学派的Heisenberg和Pauli等人。黄志洵说他“翻阅了爱因斯坦的原著”竟然“其中没有”“质量的相对论变换”公式。其实,(1)“质量的相对论变换”公式在1906年已明显地包含于Max Planck的论文(Verh.dtsch.phys.Gas.,1906,4:136)中,但未引起重视;(2)R.C.Tolman在1911年的论文(Phil.Mag.,1911,21:296)中详细地强调了此“质量的相对论变换”公式;R.C.Tolman后来在他的书《Relativity Thermodynamics and Cosmology》(Oxford,London,1934,1946,1949,1950)中再次写出了此“质量的相对论变换”公式;(3)A.Einstein在1935年的论文“Elementary Derivation of Equivalence of Mass and Energy”(载Bull.Amer.Math.Soc.,1935,61(4):223-230)中肯定并用到了此“质量的相对论变换”公式。作为说明,W.Pauli在其名著《Theory of Relativity》(Pergamon Press,1958)中写道,“质量的相对论变换”公式“现在是看作为质量的。这一质量依赖于速度的表达式是由Lorentz基于电子也在运动过程中受到一Lorentz收缩这一假定,首先专门对电子的质量导出这个公式。……Lorentz关于质量改变的定律可以从相对论导出,而不必对电子的形状或电荷的分布作任何特殊的假定,这是一大进步。公式(215)对各种质量均适用,所以不必对质量的性质作任何假定。”W.Pauli在注释中特别提到了M.Planck和R.C.Tolman的工作。关于质量的相对论变换公式,在J. Stachel主编的《Einstein奇迹年:改变物理学面貌的五篇论文》那本书上Einstein的原文后也有一个编者注13:“在1913年重印本中,在‘叫做’后面加了一个注:‘这里给出的力的定义有缺点。最先是Planck指出的。代之以这样的方式来定义力才是恰当的,这种定义方式使得动量和能量守恒定律取最简单的形式。’”换言之,早在1913年,Einstein已经根据Planck和Tolman的意见,将质量的相对论变换公式改过来了!吴大猷先生在其《.相对论》一书中也特别提到了“质量的相对论变换”公式(p90)。吴大猷先生的推导过程与R.C.Tolman和A.Einstein完全一样。“质量的相对论变换”公式是相对论中的一个重要公式,如果Einstein的文章中没有这个公式那倒是奇怪的。1911年至1934,35年间,Einstein正在从事广义相对论方面的工作,无暇在文章中提到这一公式也不奇怪。我认为黄志洵此举已走火入魔。我与他讨论相对论问题的基本观点,有些已反映在他的书中(《超光速研究》,科学出版社,1999;《超光速研究新进展》,国防工业出版社,2002;《超光速研究的理论与实验》,科学出版社,2005),另一些虽然在他的书中未提到出处,也仍是我的观点。只不过在他的书中,我是作为“反面角色”出现的罢了。
由于黄志洵污蔑Einstein在推荐Nobel物理学奖获得者名单时故意打压,“矮化”属于Copenhagen学派的Heisenberg和Pauli等人,我在网上一篇题名为“正统量子力学Copenhagen诠释走向没落”的文章中指出他此举“已走火入魔”。2005年12月他在一篇题名为“讨论科学问题必须冷静客观,实事求是”的文章中却轻描谈写地说:“从今年起,沈先生开始刊物上和在网上对我作点名攻击,其内容却不是实事求是的。概括起来有两件事,第一件事是关于爱因斯坦与诺贝尔物理奖的关系。众所周知,爱氏曾因光子学说而于1921年获奖,但从未因相对论得过奖。我在一篇文章中指出,1934年诺奖(均指物理奖,下同)空缺,但当时并没有世界性的战争;按说这是给相对论授奖的极好时机,但诺贝尔委员会宁可空缺也不这样做,这是令人深思的。我还说,鉴于1933年诺奖是授予发明量子力学及共同做出贡献的科学家们,这可能对爱氏构成一种刺激,成为写作EPR论文的一种动因。……我的原意只是探究,……”这种轻描淡写的辩解给人的印象,好象那篇不负责任的文章不是他写的,好像造谣的不是他而是别人,好象别人的批评“不是实事求是”、是在编造故事而他好象是受害者;他连“治学不严”这种虚伪的客套话都不愿意说。我告诉他:“你骂Einstein时将心一横的胆量和勇气到哪里去了?”“老实说,只有心理阴暗的人才会设想Einstein会阴暗到去‘打压’或‘矮化’量子力学Copenhagen学派的头面人物。Einstein的行为光明磊落。”他这种这种文过饰非的行为当然引起我的反感,我于是在网上写了“黄志洵为相对论和Einstein编造故事”,“看‘故事大王’黄志洵如何抹黑Einstein”,“黄志洵建议看的书根本不值得看”,“文过饰非的马青平恼羞成怒又在糊弄人”等4、5篇文章反驳他。由于黄志洵的这种反相对论立场,没有一个正规名牌大学的著名教授会去理睬他(科大的郭光灿和张永德都不愿与其为伍),他甚至连研究生都招不到。
由黄志洵而带出了另一个穷凶极恶(而且很虚伪)的反相对论者马青平。黄志洵在臭名昭著的“北京(反)相对论联谊会”的网页上发表的一篇文章中,“建议网友读两本新书”,其中一本就是马青平的《相对论逻辑自洽性探疑》,另一本是西北工业大学杨新铁的。(杨新铁的书尚未见到,但我看到过他的文章。他的观点有问题。诚然,Maxwell电动力学可以化为Euler流体动力学的形式,Euler流体动力学也能化为Maxwell电动力学的形式,但两者有着根本的区别,其中最主要的就是光速与声速之间的区别。不能由于二者可以互相变换,就认为可以有“超光速”。)在《相对论逻辑自洽性探疑》书的扉页上黄志洵写道:“赠沈惠川教授!(希冷静下来,抽空看看这本书。)” 马青平学的是生物医学,自称是博士,“为原国家科委在1992年公布的全国被美国《科学引文索引(SCI)》收录文章最多的四位学者之一”,常年留住英国。在他的所谓“书”中,除了对Einstein极尽污蔑谩骂之能事的词句段落外,其余均错误百出。
例如,在此“书”的第370页和第371页上,马青平说:“爱因斯坦在1907年文章中的推导中再次表现了数学上极不认真的态度(如果不是数学上无知的话)。学过微分的人应该知道,如果……,根本不能等于……”话真是说得铿锵有力,好象真的抓到了Einstein什么把柄一样兴高采烈!如果不作深入的调查研究,还真给他蒙住了!查一下Einstein的原著就可知道,马青平是在“故意骗人”,是在糊弄人!Einstein的这篇原著译名为“关于相对性原理和由此得出的结论”,载于《爱因斯坦全集》(第二卷),马青平提到的那几个公式在第398页上(《The collected Papers of Albert Einstein》Vol.2, The Swiss years, ed by John Stachel, Princeton University Press, 1988, pp454);或载于《爱因斯坦文集》(第二卷),范岱年等编译,商务印书馆,1977,马青平提到的那几个公式在第174页上。在这两种版本中,印得很清楚:分子上括号前面是对时间的导数而不是对“时间一撇”的导数!括号里面才是对“时间一撇”的导数。按照分子上括号前面对时间的导数的运算来看,Einstein的结果根本没有错!就这个公式而言,译者也没有加什么按语。在《爱因斯坦文集》(第二卷)中,译者所加的按语是对下一个公式分母中的指数的“印误”的。由此可以看出,起码马青平本人才真正是“推导中再次表现了数学上极不认真的态度(如果不是数学上无知的话)”!“帽子从左手传到右手,再传回到左手,一只兔子就蹦出来了”!这就叫搬起石头砸了自己的脚!
又如,他在“书”中后来又在臭名昭著的“北京(反)相对论联谊会”网站上发表文章说:“爱因斯坦一方面把x对时间t的导数v设为常数,另一方面又把x的时间导数对时间再求导,给人们以他可以得出非零的x对时间t的二次导数的印象。这不是数学上极不认真的态度,又是什么呢?沈惠川教授为什么对同一段文章中分析的爱因斯坦的数学推导中的问题视而不见、只字不提呢?这根本不是一个真正学者应有的……态度,倒像是一个一听到别人批评自己的偶像就暴跳如雷的宗教狂热分子(fanatics)。”马青平所说的那个公式同样载于《爱因斯坦文集》(第二卷)第174页上。在文章一开头Einstein就说:“把Newton方程从原来的坐标系变换到一个新的、相对于它作匀速平移运动的坐标系,那么Newton运动方程保持它原来的形式不变。”速度v就是在这里引入的;在后面讨论相对论时,一直沿用这个记号。由于坐标系作“匀速平移运动”,因而坐标系的运动速度v当然是常数!而“x对时间t的导数”和“非零的x对时间t的二次导数”则是质点在坐标系中的速度和加速度,这与坐标系的运动速度v完全是两码事!从坐标系的运动速度v是常数的认识出发,Einstein的计算完全正确!在Lagrange力学中,Lagrangian里的速度v是用“x对时间t的导数”来代替的。速度v是否可用“x对时间t的导数”来代替,这涉及到运动学中和动力学中的独立变量问题。实际上,速度v用“x对时间t的导数”来代替,是由狭义相对论中的速度相加公式和质点在运动参考系中相对静止的条件得到的。在动力学中,条件使然,可以代替;在运动学中,速度v就是速度v(坐标系的运动速度),“x对时间t的导数”就是“x对时间t的导数”,不能混淆!在Goldstein的《经典力学》(中文版,科学出版社,1986)第355页上讲得很清楚:“到目前为止,(贝塔)仅被看作是由Lorentz变换相关联的两个惯性系统之间的相对速度(以c为单位)。在这里,它被用来表示惯性系统(实验室系)内观测到的质点速度。实际上,正如……曾经指出过的那样,这种用法与我们通过相对于质点处于瞬时静止的Lorentz系统来考虑的问题是一致的。(贝塔)既是观测者的系统和瞬时静止系统之间的相对速度,又是被观测到的质点的速度。”其中,“到目前为止”指的是运动学;而“在这里”指的就是动力学!Goldstein提醒大家注意,“使用(贝塔)这一符号似乎会引起混淆”。马青平在这里正是混淆了两个惯性系统之间的相对速度v和惯性系统(实验室系)内观测到的质点速度“x对时间t的导数”这两个不同的概念,将运动学公式当作动力学方程来处理了!他的那本“书”中对相对论和Einstein的指责(包括对某些大学的教科书中相对论部分的指责),大部分都是建立在这种似是而非的认识之上的。马青平非但连瞬时静止参考系的相对运动速度与质点速度之间的区别分辨不清,而且连运动学与动力学之间的区别也搞不清,还自以为是、指手画脚大骂Einstein及其相对论,真是“对基本逻辑规则缺乏起码的尊重”到了极点!
我对马青平污蔑Einstein和反对相对论的言论也给予了迎头痛击。已经说过,对他们虚伪和混淆视听言论的迎头痛击最有效的方法就是从数学上物理上作出澄清。我在网上发表了“让马青平脸上红一阵白一阵”,“看马青平和黄志洵如何虚伪”,“马青平那厮强词夺理不学无术”等3、4篇文章。为了对付他的穷凶极恶和胡搅蛮缠,文章中的不留情面或“鲁迅笔法”是必须的。马青平后来不敢进行正面回合,只能在自己阴暗的博客中拉一些不知名的“洋鬼子”作虎皮自吹自擂地做他“反相对论”的春秋大梦。
从黄志洵和马青平这两个活生生实例可以看出,这些反对相对论的人在数学上物理上的水平都糟糕透顶;如果要去与他们纠缠,非得在数学上物理上保持清醒的头脑并掌握大量的科学文献资料不可。难怪有许多基础不扎实的人(甚至是大学物理学教师)都不是他们的对手,也难怪有许多资深学者都不愿意理睬他们。有人说,反对相对论的人分三种:第一种是“民科”,他们由于不懂而反对情有可原,但这种人往往出言不逊恶语相向,不讲道理无法沟通;第二种是少数从事实验工作的专业人士,他们对所谓“实验结果”深信不疑,而不愿深究其中原因(科学史上有许多本来认为是违背相对论的实验结果实际上是支持相对论的,例如von Laue的论文);第三种则是极少数“理论物理学家”。在“理论物理学家”中,又可分为三类:第一类人实际上根本没有从事理论物理学的素质,也许只有“大学物理”的水平,从来没有认真想过问题,可能“大学物理”也没学好;第二类人是一些“自以为是”者,为了维护自己的一孔之见而贬低别人和别人的工作;第三类则是某些从事量子力学的“专家”,他们为了维护正统量子力学Copenhagen诠释而到处散布对相对论的怀疑。黄志洵和马青平属于第三种人中的第一,第三类。
“北京(反)相对论联谊会”的后台老板是所谓“两院院士”宋健。在黄志洵的《超光速研究的理论与实验》一书的“前言”中,有宋健的原话:“飞船永远不能超光速,那么人类大概永远不能越出太阳系。宇航受到限制,只能在太阳系里打转,是令人沮丧的限制。”黄志洵后来在文章中多次引用宋健的这一观点,他说为了“航天技术”就必须“有超光速”,简直是笑话!从这里我们看到了“四人帮”陈伯达之流的“唯意志论”!
“北京(反)相对论联谊会”中有个别年轻人甚至在网上叫嚣“要人大制定法律禁止相对论”,“如果政府不支持我们就冲击中南海”。这不仅可笑,而且危险!如果真的出事,这不是让黄志洵、宋健难堪(要黄志洵、宋健好看)吗?
我自1982年起就对温度的相对论变换公式产生兴趣;当时与身在厦门大学的叶壬癸先生通过两三封信。他寄来了他的两篇文章(“狭义相对论中温度变换的争论”,厦门大学学报自然科学版,1982,21(3):319-322;“相对论热力学中的温度,热量和熵”,厦门大学学报自然科学版,1984,23(4):420-428)。1982年,我还收集到谈镐生,朱如曾,谢文豹三人的文章“关于相对论热力学中的温度变换”(中国科学,1982A,(3):244-253)。之后,我又陆续收集了相关课题的另外一些文章;但正式研究则始于2003-2004年期间。具体情况,我将再另文中详述。
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