论狭义相对论存在的缺陷
狭义相对论与广义相对论的比较分析
狭义相对论与广义相对论的比较分析相对论是物理学中的一项重要理论，由爱因斯坦提出。
其中狭义相对论和广义相对论是两个重要的相对论理论。
下面我们将对狭义相对论和广义相对论进行比较分析，以便更好地理解它们之间的区别和联系。
一、狭义相对论狭义相对论是相对论的最初形式，最初由爱因斯坦于1905年提出。
狭义相对论的核心观点是相对性原理和光速不变原理。
相对性原理指出物理法则在一切等速运动的惯性系中都具有相同的形式。
光速不变原理认为光在真空中的速度是一个恒定值。
狭义相对论对时间和空间的观念进行了重大的转变。
它提出了以光速不变原理为基础的时空相对性原理，即时间与空间是相互关联、互为影响的，而且受到速度的影响。
在狭义相对论中，时间是相对的，不同的参考系中时间的流逝速度是不同的。
二、广义相对论广义相对论是相对论理论的进一步发展，于1915年由爱因斯坦提出。
广义相对论相对于狭义相对论而言，不仅包含了狭义相对论的内容，还对引力进行了更深入的研究。
广义相对论的核心概念是引力的几何描述。
广义相对论认为，质量和能量会使时空发生弯曲，物体在弯曲的时空中运动时，其运动轨迹就会受到引力的影响。
这与牛顿力学中的引力理论有很大的不同，牛顿力学中的引力是由质量之间的吸引力引起的，而广义相对论中的引力是由时空的几何形状决定的。
三、比较分析狭义相对论和广义相对论之间存在着显著的区别和联系。
首先，狭义相对论是广义相对论的一个特例，狭义相对论可以被看作是广义相对论在弱引力场下的近似解。
其次，狭义相对论主要关注的是等速运动的惯性系中的物理现象，而广义相对论则考虑了非惯性系中的引力问题。
最重要的区别是，狭义相对论中的时空是平直的，而广义相对论中的时空则是弯曲的。
此外，狭义相对论和广义相对论的应用范围也不同。
狭义相对论主要适用于高速运动的粒子物理学，如粒子加速器中的粒子碰撞实验。
而广义相对论则适用于宏观尺度的引力问题，如行星运动、黑洞等。
尽管狭义相对论和广义相对论有诸多差异，但它们也有一些共同的基本概念，如相对性原理和时空相对性。
45广义相对论简介
1971年，威勒（J.A.Wheeler）命名这样的事物 为“黑洞”，因为光无法从中逃逸。基于许多证据， 天文学家有许多他们认为可能是黑洞的候选天体（其 证据是：它们的巨大质量可以从其对其他物体的相互 作用中得到；并且有时它们会发出X射线，这被认为 是正在坠入其中的物质发出的）。 显示超级黑洞存在的一个线索是几十年前发现的 类星体（遥远星系中最明亮的物体）。类星体比它所 在的整个星系还亮几百倍，却比我们的太阳系还小。 在这么小的空间里怎么能发出那么强烈的光和辐射呢？ 一个可能的解释是黑洞。
四、广义相对论时空特性的几个例子 1. 光线的引力偏折 由于太阳造成时空弯曲，遥远星球发出的光线 经过太阳附近时会发生弯曲。 星球实 其偏转角： 际位置 理论值
1.75
太阳 地球
视影
实验观测值： 1919年5月29日发生日全食时，在 巴西和西非两个观测队所得的结果 是
和
1.98 0.12 1.61 0.30
施瓦氏用坐标的术语表述了它的“公制”概念： 在距离物体很远的地方，近似于一个带有一条用以表 示时间的附加t 轴的球坐标，另一个坐标r用作该处 的球坐标半径；而更远的地方，它只给出物体的距离。 然而当球坐标很小的时候，这个解开始变得奇怪 起来。在r=0的中心处有一个“奇点”，那里的时空 弯曲是无限的；围绕该点的区域内，球坐标的负方向 实际成为时间（而非空间）的方向。任何处于这个范 围内的事物，包括光，都会为潮汐力扯碎并被强迫坠 向奇点。这个区域被一个施瓦氏坐标消失的面与宇宙 的其他部分分离开来。 当时的人们并未为此担心，因为所有已知的物体 的密度都达不到使这个内部区域扩大到物体之外的程 度，即对于所有已知情况，施瓦氏解的这个奇怪部分 都不适用。
五、膨胀的宇宙 1. 星系谱线红移 1929年，美国天文学家哈勃观测到星系谱线 的红移现象，发现星系离开我们的退行速度为
狭义相对论面临的问题及解决的途径
标准钟的走时率 ， 钟慢效应是因为不 同惯性参考系对钟
和 测量 造 成 的 。
参考系来 “ 量度” 乙中发生的该事件时 ， 依据洛仑兹坐标
基 本假 设 之 一 的 “ 相 对性 原 则 ” 以及 对 时 间本 质 的理 解 。 因为 根据 相 对 性 原 则 ， 两 个 做 相 对 运 动 的惯 性 参 考 系 ，
不依靠其它参照系就无 法区分哪一个 在做相对 运动哪
一
个相对静止 ， 这就表 明各惯 性参考系是 “ 平 权的” ， 即
— —
Ｖ０ １ ． ３ ０ Ｎｏ ． ３
Ｊ ｕ ｎ ． ２ ０ １ ７
文章 编 号 ： １ ６ ７ ３ － １ ５ ４ ９ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ３ － ０ ０ ９ ７ － ０ ４
Ｄ ＯＩ ： １ ０ ． １ １ ８ ６ ３ ／ ｊ ． ｓ ｕ ｓ ｅ ． ２ ０ １ ７ ． ０ ３ ． ２ ０
引 言
二 十世 纪 初 ， 爱 因斯 坦 等 人 以 “ 相对性原则 ” 和“ 光
（ Ｂ＝ ｕ ／ ｃ ， 后同） 。反之， 在 甲中发生了同样一个事件 ， 所
经 历 时 间 间 隔也 是 △ ｔ 。从 参 考 系 乙来 “ 量度” 时， 这 一
事件所经历的时间间隔 Ｔ ． ＝ Ａ ｔ ／， ／ １ 一 。 这就产生了
有重要意义。
个问题 ， 即将具有相同走时率 的两只时钟放在两个 相
对运动的惯性参考系中， 在这两个惯性参考 系中的观察
者 都会 观察 到 自己 的 钟 走 得 更 快 ， 而对方 的钟走得慢 ，
相对论的缺陷
狭和广相的缺陷及适用范义和广义相对论的缺陷及适用范围付昱华（中国海洋石油研究中心，北京，100020, E-mail: fuyh@ ）摘 要 狭义和广义相对论有三个根本缺陷。
第一，狭义和广义相对论各有两个基本原理，在整个相对论内部共有四个基本原理，这些明显地不符合真理的唯一性；第二，狭义相对论的两个基本原理和广义相对论的两个基本原理，没有一个是普遍正确的；第三，从数学原理出发而不是从物理原理出发建立物理理论。
在此基础上，给出狭义和广义相对论的适用范围。
指出相对论（包括洛伦兹变换）导致的若干错误结果，例如对于声速在真空中恒为零以及两兄弟的运动状态完全相同的双生子佯谬等问题。
提出将能量守恒原理作为统一处理物理学、天文学、力学、化学、生物学、医学、工程学等领域与能量有关所有问题的跨学科大统一理论，将动态Smarandache重空间中的量子化统一变分原理和分形方法作为跨学科大统一方法。
以“能量守恒科学”取代或部分取代相对论。
关键词 狭义和广义相对论，缺陷，适用范围，能量守恒科学Shortcomings and Applicable Scopes ofSpecial and General Theory of RelativityFu Yuhua(China Offshore Oil Research Center, Beijing, 100020, China)(E-mail: fuyh@)Abstract: The special theory of relativity and general theory of relativity have three basic shortcomings. First, the special and the general theory of relativity respectively have two basic principles, altogether has four basic principles in the interior of relativity,these obviously do not conform to the truth uniqueness; Second, for the two basic principles of special theory of relativity and the two basic principles of general theory of relativity, no one is universal correct; Third, establishing the physics theory from the mathematics principle instead of the physical principle. In this foundation, presents the applicable scopes of special and general theory of relativity. Points out some wrong results caused by the theory of relativity (including the Lorentz transformation), such as the problems that the sonic speed in vacuum permanently is equal to zero, the twin paradox that the two brothers' state of motion are quite same, and so on. Proposes that taking law (principle) of conservation of energy as the grand unified theory of interdiscipline to unified process all the problems related to energy in physics, astronomy,mechanics,chemistry,biology,medicine,engineering and so on; taking the unified variational principle for quantization in dynamic Smarandache multi-space and the fractal method as the grand unified method of interdiscipline; and taking the "science of conservation of energy" to replace or partially replace the theory of relativity.Key words：Special and general theory of relativity, shortcomings, applicable scope, science of conservation of energy前言人们一般认为，爱因斯坦是二十世纪最伟大的科学家，他的成就仅次于牛顿。
狭义相对论的成就与困难
狭义相对论的成就与困难1905年，爱因斯坦在“相对性原理”和“光速不变原理”的基础上导出“洛伦兹变换”，建⽴起相对论（即今天所说的狭义相对论）的⼤厦。
他给出了惯性系中“动尺缩短”、“动钟变慢”、“质能关系E=mc2”、“双⽣⼦佯谬”等重要⽽新奇的结论。
相对论突破了⽜顿理论的框架，展现出全新的物理体系和全新的时空观。
爱因斯坦指出，⾃⼰的相对论与⽜顿的经典物理学的关键差别不在“相对性原理”，⽽在“光速不变原理”。
因为伽利略早就正确地阐述了相对性原理，⽜顿在⾃⼰的⼒学中也应⽤了这⼀原理。
只是洛伦兹等⼈为了解释迈克⽿孙实验，对相对性原理产⽣了怀疑，把⽔搞得有点浑。
爱因斯坦说，我本⼈只是坚持了这⼀原理，并⽆特别的创新。
爱因斯坦认为，⾃⼰最⼤的突破是认识到光速是绝对的，真空中的光速不仅在同⼀惯性系中是均匀各向同性的，⽽且与观测者相对于光源的运动速度⽆关。
上句话的前⼀半说“光速在同⼀惯性系中均匀各向同性”，这是⼀个“约定”，即“规定”。
只有做了这⼀“约定”，才可以校准不同地点的钟，从⽽可以在全空间定义统⼀的时间（这⼀点我们将在第九章作详细讨论）。
应该说，这⼀约定是建⽴相对论的前提。
“光速不变原理”则是指上句话的后⼀半，“光速与观测者相对于光源的运动速度⽆关”。
这⼀原理的意思是，相对于光源静⽌的观测者，迎着光束以速度v1相对于光源运动的观测者，以及顺着光的前进⽅向，以速度v2远离光源的观测者，测到的真空中的光速都是同⼀个c值。
这确实是让⼈难以理解的。
⽽且，承认“光速不变原理”，就意味着必须承认“同时”这个观念不再是绝对的，⽽成了相对的。
这就是说，在⾼速⾏驶的⽕车上，车上的⼈认为车头与车尾“同时”发⽣的两件事，在静⽌于地⾯上的观测者看来，不再是同时发⽣的。
当然，由于⽕车速度不够⾼，在⽇常⽣活中这⼀效应看不出来，但是如果⽕车速度接近光速，这⼀效应将⼗分明显。
理解“光速的绝对性”，及其导致的“同时的相对性”，是⼗分困难的，这个难题曾经困扰了爱因斯坦很长时间，⼤约在⼀年以上。
相对论
概述相对论（Relativity）的基本假设是相对性原理，即物理定律与参照系的选择无大质量物体扭曲时空改变物体行进方向关。
狭义相对论和广义相对论的区别是，前者讨论的是匀速直线运动的参照系（惯性参照系）之间的物理定律，后者则推广到具有加速度的参照系中（非惯性系），并在等效原理的假设下，广泛应用于引力场中。
相对论和量子力学是现代物理学的两大基本支柱。
经典物理学基础的经典力学，不适用于高速运动的物体和微观领域。
相对论解决了高速运动问题；量子力学解决了微观亚原子条件下的问题。
相对论颠覆了人类对宇宙和自然的“常识性”观念，提出了“时间和空间的相对性”、“四维时空”、“弯曲空间”等全新的概念。
狭义相对论提出于1905年，广义相对论提出于1915年（爱因斯坦在1915年末完成广义相对论的创建工作，在1916年初正式发表相关论文）。
由于牛顿定律给狭义相对论提出了困难，即任何空间位置的任何物体都要受到力的作用。
因此，在整个宇宙中不存在惯性观测者。
爱因斯坦为了解决这一问题又提出了广义相对论。
狭义相对论最著名的推论是质能公式，它说明了质量随能量的增加而增加。
它也可以用来解释核反应所释放的巨大能量，但它不是导致原子弹的诞生的原因。
而广义相对论所预言的引力透镜和黑洞，与有些天文观测到的现象符合。
狭义与广义相对论的分野传统上，在爱因斯坦刚刚提出相对论的初期，人们以所讨论的问题是否涉及非惯性参考系来作为狭义与广义相对论分类的标志。
随着相对论理论的发展，这种分类方法越来越显出其缺点——参考系是跟观察者有关的，以这样一个相对的物理对象来划分物理理论，被认为较不能反映问题的本质。
目前一般认为，狭义与广义相对论的区别在于所讨论的问题是否涉及引力（弯曲时空），即狭义相对论只涉及那些没有引力作用或者引力作用可以忽略的问题，而广义相对论则是讨论有引力作用时的物理学的。
用相对论的语言来说，就是狭义相对论的背景时空是平直的，即四维平凡流型配以闵氏度规，其曲率张量为零，又称闵氏时空；而广义相对论的背景时空则是弯曲的，其曲率张量不为零。
第6章狭义相对论
1. 物理规律对所有惯性系都是一样的。
这后来被称为爱因斯坦相对性原理。
2. 任何惯性系中，真空中光的速率都为 c 。
这一规律称为光速不变原理。 光速不变原理与伽利略变换是彼此矛盾的， 若保持光速不变原理，就必须抛弃伽利略变换， 也就是必须抛弃绝对时空观。
力学相对性原理的另一种表述： 在一个惯性系内部 所作的任何力学的实验都不能区分这一惯性系本身 是在静止状态还是在作匀速直线运动状态。
6
2. 经典力学的绝对时空观
(1)同时性是绝对的。
S系：两事件同时发生，S 系：也是同时发生。 (2)时间间隔是绝对的。
t1 t 2 t1 或写为 t t t2
8
—— 常量
根据伽利略变换，光在不同惯性系中速度不同。
那么在哪个参考系中才是标准光速？ 经典理论中认为光在以太中传播，于是以太可以 被视为“绝对静止参考系”。也即通过光学实验， 可以区分惯性系的运动状态。
9
于是必然导致以下结论之一： 一、麦克斯韦方程组不正确。
二、麦克斯韦方程组在伽利略变换下不满足力 ？ 学相对性原理。
ux 22 ) t 2 (t 2 c ux1 2 ) t1 ( t1 c
23
ux 22 ) t 2 (t 2 c ux1 2 ) t1 ( t1 c t t u2 1 2 c
ux t ( t 2 ) c ( x 0 )
u 1 2 c
2
1
2
19
1 u 1 2 c
2
1 1
2
如果u≥c,则 就变为无穷大或有虚数值，这显然 是没有物理意义的。 因而得出推论：任何物体相对于另一物体的速 度不可能等于或大于真空中的光速。即真空中的光 速c是一切物体运动速度的极限。 这一推论与实验符合，也符合因果律的要求。
狭义相对论的创立
狭义相对论的创立1905年9月，年仅H 十六岁的阿尔伯特·爱因斯坦在德国权威性的《物理学杂志》上发表了划时代的论文——“论动体的电动力学”。
这篇后来被称之为狭义相对论的论文是理性思维的伟大杰作，它把哲学的深奥，物理学的直观和数学的技艺令人惊叹地结合在一起。
它与《物理学杂志》17卷上的爱因斯坦的另外两篇开创性的论文（光量子论文和布朗运动论文）在科学史上谱写出激动人心的篇章，全面地打开了物理学革命的新局面。
狭义相对论获得了巨大的成功。
它使力学和电动力学相互协调，它减少了电动力学中逻辑上互不相关的假设的数目，它对时间，空间等基本概念作了必不可少的方法论分析，它把动量守恒定律和能量守恒定律联系起来，揭示了质量和能量的统一。
它与爱因斯坦1915年创立的广义相对论一起，大大改变了传统的世界观和传统的思维方式，把人们带进了一个奇妙的新世界。
面对科学史上这一重大的事件，人们必然会问：狭义相对论究竟是怎样创立的？被排斥在学术界之外的默默无闻的爱因斯坦为什么会捷足先得？这一伟大的智力搏斗能够给我们哪些认识论和方法论的启示？现在，让我们对世纪之交这一富有戏剧性的历史事件作一番历史的、哲学的考察吧。
狭义相对论的先驱：洛伦兹和彭加勒从19世纪初光的波动说复活以来，物理学家一直对传光煤质以太议论不休，其中一个重要问题是以太和有重物质（特别是地球）之间的关系问题。
其实，早在1727年，英国天文学家布雷德利发现，地球绕太阳公转时，由于速度变化，所观察到的恒星位置也随着变化。
这就是所谓的“光行差”现象。
用光的波动论来解释光行差，只要假定以太相对于太阳静止。
不被地球曳引就行了。
光的波动论的倡导者菲涅耳就持有静止以太说，他在1818年指出，地球是由极为多孔的物质构成的，以太在其中运动几乎不受什么阻碍，可以把地球表面的以太看作是静止的。
斯托克斯认为菲涅耳的理论是建立在一切物体对以太都是透明的基础上，因而是不能容许的。
他于1845年提出，在地球表面，以太与地球有相同的速度，即地球完全曳引以太。
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论狭义相对论存在的缺陷
[摘要]现在，我们有充分的事实和理由认为，狭义相对论存在缺陷。
如果真是这样的话，狭义相对论将面临被否定的命运。
所以把这些缺陷指出来，则意义重大。
[关键词]狭义相对论洛伦兹变换同时的相对性光行差菲索
流水实验惯性系
中图分类号：g633.7文献标识码：a文章编号：1009-914x（2013）17-0099-02
目录
（一）：对车厢中小球运动的时间的研究1 (3)
（二）：由惯性系的基本特性研究出的理论3 (5)
引言：科学界对狭义相对论质疑的研究，主要集中在二个方面，一：对“光速不变性”公设的质疑，对3k微波辐射及射电星系的无线电波进行的观测均发现了在地球运动方向有明显的各向异性。
这些现象证明了光速与接受者的速度有关，因此光速是可变的。
二：对“不可能有超光速”推论的质疑的研究，现在已研究出了很多超光速现象。
这些研究成果，不足以否定狭义相对论。
而我们从狭义相对论中的基本理论开始研究，在其中得出相互矛盾的结论，并研究出狭义相对论的具体缺陷，这使得我们能够完全否定定狭义相对论，为我们能够建立新的时空理论，打下牢靠的基础。
1 对车厢中小球运动的时间的研究
我们通过在直线匀速运动火车车厢中做小球发射实验，来证明狭
义相对论或洛论兹变换存在着巨大的矛盾。
在证明前，我们必须了解一下洛论兹变换，它
上面的理论和公式说明，动系中的一个时刻，必然对应着静系中的一个时刻，反过来也是如此。
由此可得出，动系中两个时刻相等，必然在静系中观测到这两个时刻相等，这也就是说，在动系中观测到同时，必然在静系中也能观测到同时。
而狭义相对论中“同时的相对性”大致内容为：在以速度v运动的火车车厢中，前后门都用光脉冲信号控制开关，在车厢中点向前后发射光脉冲信号，在与车厢静止的动系中可观测到，光脉冲信号同时到达前后门，前后门同时开启，这两个事件同时。
在静系中观测到，由于光速不变原理，光脉冲向前后的速度都是c，前后门以速度v前进，所以光脉冲相对于后门的速度为c+v，光脉冲相对于前门的速度为c-v，在静系看来，后门先开，前门后开，这两个事件不同时。
显然，在静系中观测到的前后门开启不同时，这违背了以上我们得出的理论，所以这个结论是错误的。
2 由惯性系的基本特性研究出的理论
狭义相对论中的一些理论，在某些方面存在矛盾。
根据对惯性系的最基本知识的研究可得，在与地面静止的静系中可观测到，在一与地面以速度v行驶的火车车厢中，火车车厢中任一物体都具有与地面以速度v的运动。
火车车厢运动系即动系中一个运动物体，在静系中观测到它具有速度v，但不可能在静系中同时又观测到它不具有这一速度v.
根据以上可得，火车车厢运动系中即动系中存在的光脉冲，在静系可观测到，它具有速度v，前后门在静性中也具有速度v，如果在车厢中点，分别向前后发射两个光脉冲，那么在静性中必然观测到光脉冲相对于前后门的速度是相等的；在静系中观测到，车厢中的光脉冲相对于前后的传播速度是不同的。
根据以上和“同时的相对性”中得出的在地面即静系中观测到的以速度v运动的车厢中点向前后发射光脉冲相对于前门和后门的速度分别为c-v和c+v的结论，可以得出，在静系中观测到光脉冲向前和向后的传播速度都是c。
对比以上两种情况可得，由于处在动系中的光脉冲，可在静系中观测到它具有动系的速度v，所以在静系中观测到光脉冲相对于前后的传播速度是不同的。
反过来讲，在静系中观测到处在动系中的光脉冲相对于前后的速度都为c，那么在静系中可观测到，处在动系中的光脉冲不具有动系的速度v，这是从狭义相对论中得出的结论。
而狭义相对论在论证“时钟推迟”的过程中，证明处在动系中的光脉冲在静
公式（4）
从上面可知，在动系即地球系s？中可观测到，进入到地球系s？中的星光在-x？方向上的速度分量值为-u，所以在静系即恒星参考系s中可观测到该星光在x方向的速度分量值为零，在静系中星光不具有动系即地球系s？的速度u。
这和以上“时钟推迟”采用的结论截然相反。
解决以上矛盾，形成新的时空理论。
作者经过研究得出：如果光源和发射的光子都处在动系中，在静系中能观测到该光子具有动系的速度v，由静系进入到动系中的光子，在静系中观测到，该光子是不具有动系的速度v，反过来讲，动系中的光子进入静系中，在静系中观测到，这个光子也不具有动系的速度v。
由静系进入到动系中的光子，在静系中观测到，该光子不具有动系的速度u的，所以，当星光由恒星参考系从地球上方进入地球后，在恒星参考系即静系中可观测到，该星光不具有地球系即动系的速度u，由此可得，在地球系中观测到星光在-x？的方向具有一个为-u的速度，根据这可最终解释“光行差”现象。
参考文献
[1] 黄志洵，2005.超光速研究的理论和实验.科学出版社，144.
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[3] 郑庆璋，崔世治，2003.相对论与时空.山西科学技术出版社，103-105.。