评福克对爱因斯坦《广义相对论》的责难(4)

时间：2023-04-27 13:53:34 教育我要投稿

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评福克对爱因斯坦

评福克对爱因斯坦《广义相对论》的责难(4)

《广义相对论》的责难

(四)

蔡笑晚/文

1980.10 于浙江瑞安

（四）福克认为爱因斯坦在使用“相对性”一词时存在概念上的混乱，【4】在狭义相对论中“相对性”是理解为均匀性；而在广义相对论中“相对性”却被理解为协变性。其实爱因斯坦在狭义相对论的情形中“相对性”也是被理解为“协变性”的；只是福克本人把相对性概念的内容加强了，才使得“相对性”与“均匀性”连系在一起。

在经典物理学中惯性系之间的伽类略变换不改变力学定律，也就是说牛顿方程对于伽利略变换是不变的。但是电动力学定律（即麦克斯韦方程）对于伽类略变换却不是不变的。爱因斯坦根据当时的实验事实迈出了决定性的一步，认为在两个彼此相对作匀速直线运动的参考系中不仅力学定律（牛顿方程）而且电动力学定律（麦克斯韦方程）也应该保持不变。因此定律（方程）的不变性是他建立理论的最基本点出发。爱因斯坦在建立狭义相对论时提出的“相对性原理”是：

“若有两坐标系作相对均速运动，则物理系统的状态发生变化时，它们所遵循的定律，无论对这两个坐标系中的哪一个来说，都不受影响”。【5】

我们知道物理定律总是表达为方程，爱因斯坦相对性原理中所强调的是“定律的不受影响”，既然定律总是表达为方程，那未定律的不受影响则必定表现为方程的“协变性”。因此即使在狭义相对论中“相对性”也是理解为“协变性”。在这里爱因斯坦不惜抛弃经人类几千年常识所认可的时空观念和修正牛顿力学来达到一切自然定律（方程）的协变性要求。为此他以洛仑兹换变代替了伽利略变换，从而导致时空观念的伟大革命。

福克把“相对性”概念的涵义加强了，他把相对性理解为计算系中存在对应的物理过程。物理过程对应性的保持不仅需要方程的协变性，而且需要边界条件和物理条件的不变性，但这只能在空间具有均匀性时才有可能。因此物理过程对应性的保持需要空间的均匀性，既然福克把“相对性”理解为物理过程的对应性，而物理过程的对应性是与空间的均匀性相联系的；因此他把“相对性”与“均匀性”拉在一起，尽管这两个概念是毫不相关的。（正如福克自己所指出的：协变性与均匀性是毫不相关的）福克的上述思想在数学上的表述是：由洛仑兹变换相联系的两个伽利略坐标系中物理过程的对应性是成立的，即相对性原理成立，而且有十个参数的洛仑兹变换群的存在是空间均匀性的表征。因此在福克看来“相对性”和“均匀性”由洛仑兹变换群作为纽带连系在一起。

但是不同惯性系中物理过程对应性的保持只能从狭义相对论的角度来看才是正确的；如果从经典物理学角度来看，物理过程的对应性已不复存在了。因为在经典物理学中，物理过程所需要的时间和物理事件的空间距离显然是包括在对应性的要求之内，而且是最重要的对应条件之一，如果在两个坐标系中所观察到的物理过程所需要的时间不同，那未从经典角度来看就绝对不可能是同一个物理过程。因此如果把“相对性”理解为“物理过程的对应性”，那未从经典角度来看即使把力学定律从伽利略协变性推广到洛仑兹协变性也是以牺牲“相对性”为条件的。于是从经典物理学角度来看，“相对性”也就不存在了。

狭义相对论本身却认为“物理过程对应性”并没有被破坏，只是对“相对性”的理解有所不同。因为它不再把时间和空间间隔看作两个有独立意义的物理量，而把两者的结合看作一个有客观意义的物理量；所以它并不把物理过程的时间和空间间隔看作是“物理过程对应性”的条件之一，而是把两者的联合“间距”看作是物理过程对应性的条件。因此在这里“相对性”的物理内容被改变了，也就是说狭义相对论也是以物理内容的改变来保持定律（方程）的数学形式。（这或许就是海森堡所谓的“物理学家们是力图使自己的语言适应新理论的数学结构”【6】），由此可见，爱因斯坦在建立狭义相对论时的基本思想是如何使自然定律（方程）在一切惯性系中保持不变，并不是以要求较强的物理过程对应性作为出发点。尽管新理论中也可以建立自己的“相对性”条件。

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