LogicalInconsistentTimeDilation.pdf 奖金一百万元人民币征求驳倒 “狭义相对论是不自洽的”证明 One Million RMB Prize to Seek a Valid Refutation to the Proof that Shows Special Relativity Being Logically Inconsistent 本人认为下面“狭义相对论是不自洽的 ”证明在逻辑上严密、可靠。如果没人能驳倒这一证明，爱因斯坦的狭义相对论及其相对论时空观就是不自洽的错误理论，现代物理学至少应该回归到无逻辑矛盾（“佯谬”）的洛伦兹理论。因此，特设奖金一百万元人民币征求对下面这一“狭义相对论是不自洽的”证明的有效反驳，以证明狭义相对论是自洽的和正确的。成功的反驳必须符合狭义相对论的基本原理、基本结论及相对论对高速运动的不稳定微观粒子寿命延长现象的标准解释。 证明狭义相对论对高速运动的不稳定微观粒子寿命延长现象的解释自相矛盾，因此狭义相对论是不自洽的错误理论 逻辑前提 本证明应用狭义相对论的以下原理、结论和解释： 1.光速不变原理：光速在任何惯性系都是相同的c （ 299792458 米 / 秒） 。 2.相对性原理：所有惯性系地位平等，没有优越的参照系。 3.时空间距的参照系不变性：时空间距（即四维时空距离）在所有参照系中都是相等的， （1） 4.洛仑兹时间膨胀公式：当t为静止系测量的时间，t’为运动系测量的时间时，则有 （2） 5.狭义相对论对高速运动的不稳定微观粒子寿命延长现象的解释：因为高速粒子相对于地面观察者运动而时间膨胀（时钟变慢），所以地面观察者测量到高速粒子寿命明显长于地面上“静止”的相同粒子。由于运动是相对的，与高速粒子一起运动的观察者会测量到高速粒子的寿命没有增加；地面上“静止”的同样粒子（现在相对于该观察者做高速运动）的寿命明显长于与观察者一起运动的高速粒子。 证明 最常用到的狭义相对论的实验证据是“时间膨胀”，实际上是高速运动的不稳定微观粒子（ mu子或介子等）的寿命延长（Durbin et al 1952; Frisch Smith 1963）。静止mu子的寿命约为 2.2x10 -6 秒。如果运动 mu子的寿命也这样短的话，即使以光速运动，在大气电离层形成的mu子也很难到达地面。实验发现地面上仍然能探测到大量的mu子。静止 p+ 介子的寿命约为 2.5 x10 -8 秒，在其速度为 0.99995c 时，其寿命约为 2.5 x10 -6 秒。相对论学者声称这些观察结果证实了狭义相对论和爱因斯坦的相对论性时空观。实际上因为这些实验观察只是地面参照系观察者的结果，所以它们不能证实爱因斯坦狭义相对论所要求的（相对于高速运动的观察者）地面上“静止 ”的同样粒子（现在相对于该观察者做高速运动）的寿命明显长于与观察者一起运动的高速粒子。爱因斯坦的时空观与（伽利略、牛顿和）洛伦兹的时空观的根本区别就是其效应的相互性。这种相互性表现在相对运动的两个观察者，如果第一个观察者看到第二个观察者的时间（时钟）变慢，那么第二个观察者也会看到第一个观察者的时间（时钟）变慢。因此，仅有地面参照系观察者发现高速粒子寿命延长这一方面的结果是无法判断究竟是哪种时空观被证实了。虽然证实狭义相对论所必需的第二个（随粒子运动的）观察者也会看到第一个（地面）观察者的时间（时钟）变慢的预言从未被实验观察证实过，但是物理学界主流和新闻媒体却不断以不容置疑的态度宣传爱因斯坦的相对论性时空观已被实验证实。声称爱因斯坦的相对论性时空观已被实验证实实际上是虚假宣传和误导。本证明将从逻辑上揭示爱因斯坦狭义相对论的这一时间膨胀解释导致其基本原理和基本结论的矛盾冲突，因此，爱因斯坦狭义相对论逻辑上不自洽，是错误的理论。 一、不稳定微观粒子（ mu子或介子等）相对于地球高速运动时寿命延长已为实验观察证实。当mu子从与地面的距离 1907 米处 (B)以 0.994c 的速度向地面飞行，地面的观察者 (A)将发现运动时钟变慢,到达地面的mu子寿命至少为 （3） 在式（3）中， 是地面的观察者测到的mu子从距离地面 1907 米处 (B)以 0.994c 的速度飞行到达地面 A所用的时间； 是地面的观察者测到的B到A的距离； 是地面的观察者测到的mu子相对于地面的速度。这一结果与洛伦兹以太理论及爱因斯坦狭义相对论都不矛盾。 二、与 mu子一起运动的观察者测到的mu子到达地面A所用的时间，即地球以速度 到达 mu子B所用的时间是多少？ 根据狭义相对论的解释，因为两者相对速度为零，与 mu子B一起运动的观察者测到的该运动mu子B的寿命仍为 2.2x10 -6 秒，而地球相对于 mu子B的速度 等于 mu子B相对于地球的速度 0.994c ， 所以，与 mu子B一起运动的观察者测到的地球以速度 到达 mu子B所用的时间 不超过 2.2x10 -6 秒 ;与mu子B一起运动的观察者根据自己的时钟会测量到，在地面“静止”的mu子的寿命增加到超过 6.4x10 -6 秒（运动的观察者测量到的在地面 “静止”的mu子寿命的计算值为 2.0x10 -5 秒）。 根据洛伦兹以太理论的解释，相对于以太运动的时钟和物理过程变慢（时间膨胀），虽然与 mu子以0.994c一起运动的时钟仅显示了与地面相遇只需不足 2.2x10 -6 秒（与地面相遇需要时间的实际计算值为更小的 7.0x10 -7 秒），但是这 7.0x10 -7 秒相当于在以太中静止的时钟走过的 6.4x10 -6 秒，因此，（与以太相对速度较小的）地面上的观察者观测到 mu子相对于地球高速运动时寿命延长;与mu子B一起运动的观察者根据自己的时钟会测量到，在地面“静止”的mu子的寿命明显小于到 2.2x10 -6 秒（计算值为 2.4x10 -7 秒）。在这一点上，洛伦兹以太理论与爱因斯坦狭义相对论的结论根本不同。 三、地面观察者 A测量到的mu子B与地面观察者A的初始距离 是 1907米；与mu子B一起运动的观察者测量到的mu子B与地面观察者A的初始距离 是多少？ 根据伽利略（和狭义相对论的）相对性原理，与 mu子B一起运动的观察者测量到的mu子B与地面观察者A的初始距离也应该是1907米。不少相对论者和反相对论者在这一问题上犯了错误，他们认为，由于爱因斯坦狭义相对论的运动系长度缩短，既然地面观察者A的参照系里测量到的mu子B与地面观察者A的初始距离 是 1907米，那么，在以0.994c高速运动的mu子或与mu子一起运动的观察者的参照系里，该初始距离是大大缩短的， (米） （4） 以上这种看法虽然能保证与 mu子B一起运动的观察者的参照系里测到的地球速度 ，但是它违反了狭义相对论的相对性原理。如果两参照系地位平等，为什么必须是与 mu子B一起运动的观察者参照系里测量到的距离缩短，而不是地面观察者A参照系里测量到的距离缩短？为什么不是以 0.994c 的速度与 mu子一起运动的观察者在自己参照系里测量到的地球到该mu子B的初始距离为17434.6米，而导致地面观察者A参照系里测量到的mu子B与地面观察者A的初始距离 因长度收缩变为 1907米？这种认为必须是与mu子B一起运动的观察者的参照系里测量到的距离缩短的看法，实际上赋予地面参照系（相当于洛伦兹的以太参照系的）优越参照系的地位，违反了爱因斯坦狭义相对论的基本原理(即没有地位优越的惯性参照系)。这种看法挂爱因斯坦狭义相对论之名，行洛伦兹以太理论之实。 这种 挂爱因斯坦狭义相对论之名、行洛伦兹以太理论之实的解释也违反爱因斯坦狭义相对论的基本结论 -时空间距的参照系不变性。用时空间距的参照系不变性很容易证明与mu子B一起运动的观察者参照系里测量到的距离跟地面观察者A参照系里测量到的距离相等。为了叙述方便，以下论证中把地球与mu子之间的关系一般化为两个相向匀速运动的观察者A和B之间的关系（如图1）。 图 1（Fig.1）、以匀速相对运动的两个观察者A和B。Two observers A and B move toward each other in uniform rectilinear motion. 图 1中， 为A测量到的B相对于A的速度， 为B测量到的A相对于B的速度； 为A测量到的B到A的距离， 为B测量到的A到B的距离。根据狭义相对论， ，但 是否等于 ? 如果 ，则有 （米/秒） （ 5 ） 即地球在 与 mu子一起运动的观察者参照系里 的速度至少接近三倍于真空光速，与爱因斯坦的光速不变原理直接矛盾。虽然直接规定 ,并且 ，可以避免地球 在 mu子参照系里 速度超光速的困境，但是这样做既违反相对性原理（之没有优越的参照系），也违反狭义相对论的时空间距的参照系不变性。以下用时空间距的参照系不变性证明 。根据狭义相对论的时空间距的参照系不变性，我们可以分别画出观察者A参照系为静止系的闵可夫斯基时空图（图2A）和观察者B参照系为静止系的闵可夫斯基时空图（图2B）。 图 2 （ Fig.2 ）、代表观察者 A 和 B 的世界线的 闵可夫斯基时空图。图 2A 中，观察者 A 的世界线与 t- 轴重合，其时间零点的同时线为 AB; 观察者 B 的时间零点的同时线为 BC 。 图 2B 中，观察者 B 的世界线与 t’- 轴重合，其时间零点的同时线为 AB; 观察者 A 的时间零点的同时线为 AC 。 Fig.2 Minkowski diagrams representing the worldlines of observers A and B. Observer A’s worldline is along the t -axis and its line of simultaneity at its time 0 (origin) is line AB in Fig.2A and line AC in Fig.2B. Observer B’s wordline is along the t ′-axis and its line of simultaneity at its time 0 (origin) is line BC in Fig.2A and line AB in Fig.2B. 主张 的学者依据的是图2A的闵可夫斯基时空图，按照教科书的标准推导方法可以得到这一关系。因为参照系平权，所以根据图2B我们同样可得到 。如果图2A 中 的 等于 图 2B 中 的 ，则有 （米/秒） （ 6） 即 地球 在 mu子参照系里的 速度超过真空光速二十倍以上 ,因此，爱因斯坦狭义相对论是不自洽的。我在《The Theory of Relativity: Principles, Logic and Experimental Foundation》中指出，爱因斯坦狭义相对论引起诸多争议和反常识结论的一个重要原因是其推导中变量、符号定义不完备。为避免概念混淆，应该使用完备定义的概念和符号。以下我们把图2A 中 的 和 重新标记为 和 ；把 图 2B 中 的 和 重新标记为 和 。 由狭义相对论的时空间距参照系不变性可得， （ 7） 在式（7）中， 是闵可夫斯基四维时空中 A、B两时空点之间的时空间距； , , 和 是观察者 A 静止的参照系为静止系（即图 2 A ） 时的时空坐标； , , 和 是观察者 B 静止的参照系为静止系（即图 2 B ） 时的时空坐标。下标星号 *代表A或B的位置。从这里开始 ， t 代表时间坐标（时间点）而不是时间间隔；时间间隔由 ∆ t 表示 。 因为图 2A 和图 2B 的设置中 , , 和 均为零，式（ 7 ）可简化为 （ 8） 由于 和 均为零, 式 （ 8）可再简化为 （ 9 ） 因为 , , （ 10 ） 所以 . （ 11） 由狭义相对论的时空间距参照系不变性得到，相对运动的两个观察者 A和B之间，观察者A静止的参照系中测量到的AB距离必然等于观察者B静止的参照系中测量到的AB距离。这一结果实际上可以从相对性原理直接得到。只要简单想一想，时空背景完全相同的两个惯性系观察者，怎么可能会一个测量到的距离必然短于另一个测量到的距离？ 一旦我们确立观察者 A静止的参照系中测量到的AB距离必然等于观察者B静止的参照系中测量到的AB距离，我们就证明了式（5） . （米/秒） 即（如果爱因斯坦狭义相对论对高速粒子寿命延长的解释是正确的，）地球在 与 mu子一起运动的观察者参照系里 的速度至少接近三倍于真空光速，与爱因斯坦的光速不变原理直接矛盾。本证明的详细过程请见 http://vixra.org/abs/1808.0675 或本文所附 PDF 文件。 结论：由相对性原理、狭义相对论时空间距参照系不变性和狭义相对论高速粒子寿命延长的解释可以推导出 地球在 与 mu子一起运动的观察者参照系里 的速度至少接近三倍于真空光速 ，否定了光速不变原理，因此，爱因斯坦狭义相对论逻辑上不自洽。 反驳规则 ：反驳应该只涉及爱因斯坦狭义相对论，上述证明中有关洛伦兹以太理论的评论不在反驳目标内。必须在爱因斯坦狭义相对论的框架内反驳上述证明，用自创理论反驳上述证明的工作不被接受。根据逻辑证明规则，反驳者或者证伪上述证明的五个逻辑前提或者指出上述证明过程中有不可修正的数学或 / 和逻辑推理错误。反驳者可以把反驳证明发表在 http://viXra.org/ 或 https://arxiv.org/ 网站上，也可以发表在科学网上。如果反驳被确认有效，反驳成功者将得到一百万元人民币奖金。 I think that the following proof of logical inconsistency of special relativity is valid and stringent. If nobody can refute it convincingly, Einsteinian special relativity with its relativistic space-time view would be an inconsistent and incorrect theory; then modern physics should return at least to the logically consistent Lorentz Ether Theory. Therefore, a prize of one million RMB is set up to seek a successful refutation to the following proof of relativistic inconsistency, in order to establish the logical consistency and correctness of Einsteinian special relativity. The successful refutation must conforms to the basic principles and conclusions of special relativity as well as the standard relativistic interpretation of increased life-time of high speed particles. Proof to show that the interpretation of increased life-time of high speed particles by Einsteinian special relativity is self-contradictory, therefore special relativity is logically inconsistent and incorrect. Premises . This proof uses the following principles, conclusions and interpretations of Einsteinian special relativity: 1. The constancy of the speed of light : the speed of light is the same c ( 299792458 m/s) in all inertial reference frames. 2 . The principle of relativity : all inertial reference frames are equal and there is no privileged inertial reference frame. 3. The invariance of space-time interval (i.e. 4-dimensional distance) with regard to reference frames : the space-time interval is the same in all reference frames. （1） 4. Lorentzian time dilation formula : when t is the time measured in the rest frame and t’ the time measured in the moving frame, （2） 5. The relativistic interpretation of the increased life-time of high speed particles : the increase in the lifetime of these particles such as muons represents the time dilation measured by clocks in the reference frame of observers at rest on the earth, because of the velocity of muons relative to the earth. In the reference frame where these high speed particles are stationary (i.e. the particle frame), the lifetime of muons measured by clocks moving with them is still their proper lifetime, 2.2 μs. If there are stationary muons on the earth, observers moving with the high speed muons will also find an increase in the lifetime of these muons stationary on the earth. Proof One of the most important experimental evidences of time dilation is the increased lifetime of high speed elementary particles (Durbin, Loar and Havens 1952; Frisch and Smith 1963). Muon is an unstable subatomic particle with a mean lifetime of 2.197019 ± 0.000021 μs. Most naturally occurring muons on the earth are decay products of pions created by collision between a cosmic ray proton and an atomic nucleus in the upper atmosphere. If there was no time dilation , even at the speed of light those muons would travel only around 0.66 km before decay in the upper regions of the atmosphere, and then very few muons would be detected at ground level. The lifetime of pions at “rest” is about 25 ns, but it becomes 2.5 μs when pions move at 0.99995c. Relativists claim that these results have confirmed Einsteinian special relativity and the relativistic space-time view. In fact, since these results are obtained all from the earth reference frame, they cannot confirm what Einsteinian special relativity requires, i.e. the observers moving with the high speed muons will also find an increase in the lifetime of these muons stationary on the earth. The fundamental difference between Einsteinian space-time view and those of Galileo, Newton and Lorentz is the reciprocity of relativistic effects. This reciprocity means that between two observers in relative motion, if the first observer finds time dilation in the second observer’s clock, the second observer will also find time dilation in the first observer’s clock. Therefore, only finding increased life-time of high speed particles by observers on the earth cannot judge which space-time view is correct or confirmed. Although the reciprocity of relativistic effects has never been confirmed by observers moving with a high speed relative to the earth, the mainstream physicists and popular media claim in an indisputable tone that Einsteinian special relativity has been proved unequivocally by innumerous experiments. Such claims by the mainstream physicists are false and misleading propaganda. The present study will show that Einsteinian relativistic interpretation of the increased life-time of high speed particles contradicts the basic principles and conclusions of Einsteinian special relativity; therefore, Einsteinian special relativity is logically inconsistent and wrong. 1. The increase in the life-time of particles moving at high speed relative to the earth has been observed in experiments. The average lifetime of those high speed muons that reached the ground detector after departing from the height of 1907 meters at a velocity of 0.994c in the experiment by Frisch and Smith is at least （3） In Eq. (3), is the time measured by clocks on the earth for the muons to travel from their initial position (B) to the observers (A) on the earth; the distance between A and B as measured in the earth frame; and the velocity of the muons measured in the earth frame. This result is consistent with both Lorentz Ether Theory and Einsteinian special relativity. 2. How much time it takes for the muons (B) to reach the earth (A) or for the earth (A) to reach the muons (B) in the frame of observers that travel with the muon? According to the Einsteinian special relativity, the lifetime of the muons measured by observers travelling with them should be their proper lifetime, i.e. their lifetime at rest, 2.197019 μs, because their relative velocity is zero. From Einstein’s derivation of the Lorentz transformation as well as the principle of relativity, we know that , the velocity of the earth measured in the muon frame, is equal to . The time measured by clocks travelling with the muons for the earth to travel from its initial position (A) to the observers (B) travelling with the muons, , is smaller than 2.197019 μs; the observers (B) travelling with the muons will find that the life-time of the muons at “rest” on the earth increases to more than 6.4 μs (the calculated value using Lorentz time dilation formula is 20 μs). According to Lorentz Ether Theory, the clocks and physical processes of objects moving relative to the ether frame become slower. Although clocks travelling with muons at 0.994 c only show less than 2.2 μs (the calculated value with Lorentz formula is 0.7 μs) for the muons to reach the ground level, this 0.7 μs is equivalent to the 6.4 μs shown by clocks at rest in the ether frame. Therefore, the observers on the ground (with smaller velocity relative to the ether frame) measure an increased life-time of muons moving relative to the earth; observers travelling with the high speed muons will find that the life-time of muons at rest on the earth is much smaller than 2.2 μs (the calculated value is 0.24 μs). The Lorentz Ether Theory is sharply different from Einsteinian special relativity on this point. 3. The initial distance between muons B and the ground observers A measured in the earth frame, , is 1907 m; what is that distance measured in the muon frame by the observers travelling with the muons, ? According to Galilean (and Einsteinian) principle of relativity, the initial distance between muons B and the ground observers A measured in the muon frame by the observers travelling with the muons should also be 1907 m. Many relativists and anti-relativists think incorrectly that because of length contraction in Einsteinian special relativity, when the initial distance between muons B and the ground observers A measured in the earth frame, , is 1907 m, that distance measured in the muon frame by the observers travelling with the muons is contracted to (m） （4） Although the above view can ensure that the velocity of the earth in the muon frame , it contradicts the principle of relativity. If the two reference frames are equal, why must the distance measured in the muon frame contract rather than the distance measured in the earth frame? Why isn’t that the distance measured in the muon frame is 17434.6 m and the distance measured in the earth frame contracts to 1907 m? The view that the distance measured in the muon frame must contract actually makes the earth frame the privileged frame (equivalent to the Lorentz ether frame). This view labels itself as Einsteinian special relativity, but it is Lorentz Ether Theory in substance. This Einsteinian special relativity in name and Lorentz Ether Theory in substance interpretation also contradicts the frame invariance of space-time interval, one of the fundamental conclusion of Einsteinian special relativity. It is easy to show with invariance of space-time interval that the distance from muons B to the earth A measured in the muon frame is equal to the distance from the earth A to muons B measured in the earth frame. In order to simplify description, in the following proof we generalize the relationship between the earth and muons to that of two observers A and B moving toward each other (Fig.1). In Fig.1, the distance between A and B measured by A is denoted as , and the distance between A and B measured by B denoted . The relative velocity between A and B can be further denoted as , which is the velocity of observer B toward A as measured in observer A’s frame, and , which is the velocity of observer A toward B as measured in observer B’s frame. In the Einsteinian special relativity, . Should be different from ? If , we have （m/s） （ 5 ） The velocityof the earth relative to the muons ( ) as measured by the muon frame is at least m/s, which is nearly three times the speed of light c , violating the constancy of the speed of light, one of the two fundamental postulates of the Einsteinian special relativity. Although stipulating directly and can avoid superluminal velocity of the earth in the muon frame, it will not only violate the principle of relativity, but also violate the frame invariance of space-time interval in Einsteinian special relativity. We will prove , using the invariance of space-time interval in terms of reference frames. According to the invariance of space-time interval, we can draw Murkowski diagrams for both observer A being stationary (Fig.2A) and observer B being stationary (Fig.2B). Fig.2 Minkowski diagrams representing the worldlines of observers A and B. Observer A’s worldline is along the t -axis and its line of simultaneity at its time 0 (origin) is line AB in Fig.2A and line AC in Fig.2B. Observer B’s wordline is along the t ′-axis and its line of simultaneity at its time 0 (origin) is line BC in Fig.2A and line AB in Fig.2B. Scholars who advocate use the Minkowski diagram in Fig.2A. It can be shown with standard approaches in textbooks for deriving length contraction (Kittel, Knight and Ruderman 1973; Schutz 2009) that the distance (i.e. AB measured in frame B) is shorter than (i.e. AB measured in frame A) in Fig.2A and . Since all inertial frames are equal, using Fig.2B we can also get 。 . If in Fig.2A equals in Fig.2B, the velocity of the earth in the muon frame would be （m/s） （ 6） This is more than 20 times faster than the speed of light. Therefore, Einsteinian special relativity is logically inconsistent. I have pointed out in The Theory of Relativity: Principles, Logic and Experimental Foundation that the controversies and counter-intuitive results of Einsteinian special relativity arise from the incomplete definition of variables and notations. To avoid any confusion caused by ambiguity in notation, we will rewrite and in Fig.2A as and respectively, and rewrite and in Fig.2B as and respectively (Ma 2014). According to the Einsteinian special relativity, the space-time interval in the Minkowski space is invariant, that is, the space-time interval is independent of the inertial reference frame chosen (Schutz 2009; Minkowski 1909; Landau and Lifshitz 1980). Therefore, the space-time interval between A and B is constant in all the inertial reference frames. The space-time interval between A and B is （ 7） In Eq. (7), , , and are space-time coordinates in the frame where observer A is stationary and A’s frame is the rest frame in the Minkowski diagram (Fig.2A); , , and are space-time coordinates in the frame where observer B is stationary and B’s frame is the rest frame in the Minkowski diagram (Fig.2B). The stars in the subscripts represent positions A or B, and from now on t will represent time coordinates (time points) rather than time intervals. A time interval will be indicated by ∆ t . Since , , and are all zero in the setup of Fig.2A and Fig.2B, Eq. (7) can be simplified to （ 8） In Fig.2A and Fig.2B, both and are all zero, so Eq. (8) leads to （ 9 ） Since , , （ 10 ） therefore, . （ 11） This proves that according to the Einsteinian special relativity, the distance between A and B measured by observer B is equal to the distance between A and B measured by observer A. This results can be obtained directly from the principle of relativity. Just one moment of thinking should be enough to realize that how can the same distance measured in one frame be always shorter than that measured in another frame when the two observers have the exactly same background? Once we have established that the distance between A and B measured in the A stationary frame must be equal to the distance between A and B measured in the B stationary frame, we have also prove the equation (5), （m/s） The velocity of the earth relative to the muons as measured by the muon frame is nearly three times the speed of light c . From this result, the standard interpretation on the increased lifetime of high speed elementary particles violates the constancy of the speed of light in the muon frame. For the detailed process of this proof please see http://vixra.org/abs/1808.0675 or the PDF document attached. Conclusion: the principle of relativity, invariance of space-time interval in special relativity and relativistic interpretation of the increased life-time of high speed particles lead to the velocity of the earth being nearly three time of vacuum velocity of light as measured in the muon frame. This result violates the constancy of the velocity of light. Therefore, Einsteinian special relativity is logically inconsistent. The rules for refuting the above proof : refutation should be focused on those premises and inferences with regard to Einsteinian special relativity. The comments on Lorentz Ether Theory are not targets for refutation. Refutation must be carried out within the framework of Einsteinian special relativity, and refutations based on self-invented theories are not acceptable. According to rules of logical proof, a refutation should disprove one or more of the five premises or point out incorrigible mathematical or/and logical mistakes . Refutation papers can be deposited to http://viXra.org or https://arxiv.org . If a refutation is proved to be valid, its author(s) will be awarded one million RMB.
高速微观粒子寿命增加证明狭义相对论逻辑上不自洽 最常用到的狭义相对论的实验证据是“时间膨胀”，实际上是高速运动的不稳定微观粒子（ mu 子或介子等）的寿命延长（ Durbin et al 1952; Frisch Smith 1963） 。静止 mu 子的寿命约为 2.2x10 -6 秒。如果运动 mu 子的寿命也这样短的话，即使以光速运动，在大气电离层形成的 mu 子也很难到达地面。实验发现地面上仍然能探测到大量的 mu 子。静止 p+ 介子的寿命约为 2.5 x10 -8 ，在其速度为 0.99995c 时，其寿命 约为 2.5 x10 -6 。 相对论学者声称这证实了狭义相对论和爱因斯坦的相对论性时空观。实际上因为这只是一个观察者的结果，所以这个结果本身是无法判断究竟是哪种时空观被证实了。 爱因斯坦的时空观与（伽利略 、 牛顿和）洛伦兹的时空观的根本区别就是其相对性。这种相对性表现在相对运动的两个观察者，如果第一个观察者看到第二个观察者的时间（时钟）变慢，那么第二个观察者也会看到第一个观察者的时间（时钟）变慢。虽然这一结论从未被实验观察证实过，但是物理学界主流和新闻媒体却不断以不容置疑的态度宣传爱因斯坦的相对论性时空观已被实验证实。 虽然目前的实验手段还不能检验相对论时空观，但是我们可以先用逻辑自洽性标准对其进行检验。仔细分析这些不稳定微观粒子（ mu 子或介子等）寿命的实验似乎说明狭义相对论的解释是自相矛盾的。假设 mu 子生成处与地面的距离是 66 千米，如果 mu 子以 0.99995c 的速度向地面飞行，地面的观察者将发现运动时钟变慢 100 倍 ,mu 子能到达地面，符合狭义相对论的结论。不过，当我们把狭义相对论用于分析相对于 mu 子静止的观察者时，问题就变得复杂了。 这里需要首先解决的问题是，相对于 mu 子或与 mu 子一起运动的观察者， mu 子生成处与地面的距离是多少？根据伽利略（和狭义相对论的）相对性原理， mu 子生成处与地面的距离一定是 66 千米。不少相对论者和反相对论者在这一问题上犯了错误，认为相对于 mu 子或与 mu 子一起运动的观察者， mu 子生成处与地面的距离是大大缩短的（ 660 米）。这种看法违反了相对性原理。既然在 mu 子以 0.99995c 的速度向地面飞行时，地面的观察者认为 mu 子生成处与地面的距离是 66 千米，那么，相对于 mu 子或与 mu 子一起运动的观察者，当地球以 0.99995c 的速度向 mu 子飞行时， mu 子生成处与地面的距离也一定是 66 千米。 我们还要解决的另一个问题是，相对于 mu 子或与 mu 子一起运动的观察者， mu 子是否到达地面？我们再次使用伽利略（和狭义相对论的）相对性原理，如果地面的观察者发现 mu 子到达地面，那么，相对于 mu 子或与 mu 子一起运动的观察者， mu 子也一定到达地面。以上这两点确定后，我们就可以看一看把狭义相对论用于分析相对于 mu 子静止的观察者时会出现什么问题。 狭义相对论和相对论性时空观遇到的一个难题是，相对于 mu 子或与 mu 子一起运动的观察者，这个 mu 子（也就是这个相对于地面的观察者以 0.99995c 的速度向地面飞行的 mu 子）的寿命是多少？如果坚持狭义相对论的光速不变原理，距离除以光速得到这个（相对与 mu 子一起运动的观察者静止的） mu 子的寿命约为 2.2x10 -4 秒。这个结果否定了相对论性时空观的基本结论，即相对于 mu 子或与 mu 子一起运动的观察者，这个 mu 子的寿命应该是 2.2x10 -6 秒。 如果坚持狭义相对论和相对论时空观的基本结论，即相对于 mu 子或与 mu 子一起运动的观察者，这个 mu 子的寿命应该是 2.2x10 -6 秒，那么，狭义相对论和相对论性时空观遇到另一个难题 ，即 光速不变原理又要被否定。距离 66 千米除以 2.2x10 -6 秒得到，相对于 mu 子或与 mu 子一起运动的观察者，地球的运动速度是 100c 。 所有所谓的证实狭义相对论的“时间膨胀”实验结果包括加速器中 p + 介子等微观粒子的寿命增加 ，都存在同样的难题：把狭义相对论用于分析相对于 mu 子或其它高速运动微观粒子静止的观察者必然要否定狭义相对论的基本原理或基本结论。这种难题只存在于狭义相对论中，不存在于经典或改进的洛伦兹时空观的解释，也不存在于（认为光媒介随局部优势引力场平移而不旋转的） 伽利略时空观 的解释。狭义相对论的这种自相矛盾说明狭义相对论在逻辑上不自洽。 结论：因为把高速微观粒子寿命增加解释为狭义相对论的“时间膨胀”导致相对论时空观（相对运动的观察者都发现对方时钟变慢、量尺缩短）与光速不变原理的相互矛盾，所以高速微观粒子寿命增加不是狭义相对论的实验证据。
—— 相对论“时间膨胀”现象浅说（四） 我们在前面几讲介绍了洛伦兹的“时间膨胀”（ http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=279604do=blogid=791240 ）和爱因斯坦的“时间膨胀”（ http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=279604do=blogid=794732 ）。爱因斯坦相对论“时间膨胀”的一个后果是“双生子佯谬”。洛伦兹的“时间膨胀”假说是建立在绝对速度之上的，因此绝对速度不同的两个参照系的变化是不对称的，不存在 A B 和 B A 同时出现的逻辑困难。爱因斯坦相对论由于使用两个参照系之间的相对速度代替洛伦兹等人考虑的绝对速度，两个参照系之间的相对速度必然相等，导致任何长度和时间变化必然是对称的。如果速度效应不是观察者的视觉效应，那么，相对速度基础上的“时间膨胀”需要接受 A B 和 B A 同时出现的逻辑困难。爱因斯坦相对论是唯一被认为正确而同时又导致无数 paradoxes （悖论、自相矛盾）的科学理论。相对论学者认为相对论 paradoxes 不是真正的 paradoxes ，而是假 paradoxes. 因此， paradox 在相对论语境下的中文翻译是“佯谬”。相对论“佯谬”中最著名者是“双生子佯谬”。虽然人们已经写了不计其数的解释，但是并没有一个让所有相对论学者满意的解释。本博文打算介绍一下双生子佯谬的提出过程和几种解释，下一篇博文将对双生子佯谬及这些解释做细致一点的分析。 一、“双生子佯谬”是谁提出来的？ “双生子佯谬”的提出一般归功于法国物理学家郎之万。爱因斯坦的“狭义相对论”提出后不久，物理学家朗之万（ Langevan ）在 1911 年就提出了“双生子佯缪”的问题（ Scientia 10: 31–54 ）。如果双胞胎中的一个乘飞船以近光速旅行，根据爱因斯坦相对论的“时间膨胀”效应，对于地球上的同胞兄弟来说，旅行者的时间变慢，因此比地球上的兄弟年轻。而对于飞船上的兄弟，地球上的那位也以近光速与自己做相对运动，地球上的同胞兄弟时间比自己的时间变慢，所以地球上的兄弟比自己年轻。如果飞船回到地球，到底是谁更年轻呢？实际上，郎之万在他的文章中并没有使用双生子的说法，他只是比较旅行者和留在地球上的人的年龄差别。虽然郎之万提出了双生子佯谬，但是他并不认为这是真正的 paradox 。他的理由是双方经历的物理过程不同，旅行者经历了加速、减速过程，地球留守者没有经历这些过程。他还认为，如果旅行者和地球留守者用无线电信号保持联系，旅行者和地球留守者会发现他们的时间是不同的。不过，郎之万没有给出详细的机制说明。 二、爱因斯坦对双生子佯谬的解答 七年后，爱因斯坦在 1918 年德国的《自然科学》（ Natürwissenschaften 6 （Heft 48）： 697-702 ）上给出来他自己对双生子佯谬的正式解答。爱因斯坦认为整个过程分五个阶段，阶段 1 是加速阶段，阶段 2 是匀速阶段，阶段 3 是加速阶段，阶段 4 是匀速阶段，阶段 5 是加（减）速阶段。从飞船参照系来看，加速相当于地球时钟受到一个新引力场的作用。爱因斯坦的结论是：“计算表明地球时钟在阶段 3 的时间加快准确地等于其在第二和第四阶段时间减慢的两倍。这样完全消除了你提出的悖论 / 佯缪。”爱因斯坦的解答是以对话录的形式写的，“你”是假想的相对论批评者。 从当前的认识来看，爱因斯坦的解答在大方向上与不少现代相对论学者的观点一致，但是在细节上 爱因斯坦的解答 基本是瞎说。因此，他的解答没有被后来的教科书采纳，相对论学者一般也不使用爱因斯坦的解答。为什么说在细节上爱因斯坦的解答基本上是瞎说？爱尔兰学者凯利（ A ． Kelly ）博士做了以下分析： “空间旅行的双生子之一，离开，转向，再回来，加速期可以是任何长度和幅度，减速期也是一样。 回程时 的加速和减速与离程时可以完全不同。因此，我们不能说加速 / 减速引起的时间变化与（任意选定的）匀速期的时间效应正好抵消。举例来说，我们可以让稳定匀速期在离程和归程中各为 1000 年，而加速和减速期为 1/100 秒。或者让匀速期各为 1/100 秒，而加速和减速期为 1000 年。离程时的加速和减速可以比归程时的加速和减速大（或小） 10000 倍。说不论匀速期和加速期的长短如何，他们总是相互抵消，完全是一派胡言。” 三、现代相对论学者对双生子佯谬的解答 虽然现代相对论学者一致同意旅行者比留守地球者年轻并且其年轻程度符合洛伦兹时间膨胀公式，但是他们对如何解释双生子佯谬中旅行者年轻的机制并未达成一致意见。可以把他们的意见分为“广义相对论派”和“狭义相对论派”。有些现代相对论学者认为需要用广义相对论来解释为什么“双生子佯缪”中旅行者变年轻（ “广义相对论派” ），另一些相对论学者认为狭义相对论能够解释旅行者年轻的机制（ “狭义相对论派” ）。 解释“双生子佯缪”中旅行者年轻的机制主要有下列几种： 1. 加速度及其相关引力场导致旅行者年轻（ “广义相对论派” ）。 这一解释认为飞船经减速和加速飞回到地面，广义相对论的效应在起作用，飞船上的人因加速度的原因而真正有“时间变慢”，因此更年轻。这一解释沿袭郎之万和爱因斯坦的解释，其主要困难是很难定量解释旅行者与地球留守者的年龄差别。前面说过，凯利博士指出，匀速飞行的时间可长可短，加速和减速的时间也可长可短。如果两艘飞船加速和减速时间均为 1小时，一个飞船A飞行了地球时间一千年，而另一个飞船B飞行了地球时间一万年。按相对论的结论,A和B上的人都比地球上的人年轻，但A和B谁更年轻了？加速和减速一小时，从近光速到0再由0到近光速，或再加一轮变化，由近光速到0，其时间效应应该是确定的，比如说慢100年或慢1000年。如果真是这样，近光速旅行1000年和10000年的旅行者的年龄与地球留守者的年龄差别就没什么区别了。如果不是这样，又很难想象 加速和减速时间均为 1小时的时间效应，既可抵消 飞行了地球时间一千年（旅行者观察到）的对称“时间膨胀”效应，又 可抵消 飞行了地球时间一万年（旅行者观察到）的对称“时间膨胀”效应。 2. 参照系跳跃( “狭义相对论派” )。 在《广义相对论第一教程》（ Schutz，1985）中有另一个“双生子佯缪”的解释，这种解释使用了参照系跳跃的概念。意思是飞船减速再加速的过程使旅行者跳跃进了另一个参照系，在这个参照系中旅行者保持原参照系中的年龄，而地球上的双生子在新参照系中的年龄跳跃为t=t'/(1-v 2 /c 2 ) 1/2 的近两倍。伯纳德·舒茨用的是几何方法，转化为代数方法就是如果在飞船转向时地球上的双生子自己度过了t年，他发现飞船上的双生子因时间变慢只度过t'年， t'=t (1-v 2 /c 2 ) 1/2 (1a) 飞船上的双生子在转向时自己计数也度过了t'年，而飞船上的双生子在此时发现地球上的双生子度过了t''年， t''=t' (1-v 2 /c 2 ) 1/2 (2a) 不难看出，t''小于t'，并且远小于t。按伯纳德．舒茨的说法，飞船转向的过程使旅行者跳跃进了另一个参照系，在新参照系中，旅行者发现地球上的双生子已跳跃度过了 2t-t''=2t -t' (1-v 2 /c 2 ) 1/2 =2t'/(1-v 2 /c 2 ) 1/2 -t' (1-v 2 /c 2 ) 1/2 =t'(1+v 2 /c 2 )/(1-v 2 /c 2 ) 1/2 (3a) 年。 在归程中，飞船上的双生子到达地球时自己计数度过了t'年，在归程中他发现地球上的双生子又度过了t''年。因此当他到达地球时，他发现地球上的双生子共度过了2t年，而他自己则度过了2t'年（图1）。由此，伯纳德·舒茨得出了“双生子佯缪”实际上并不存在，其解释也不需要使用广义相对论，“双生子佯缪”只不过是由于人们不理解相对论所致。用三兄弟思想实验可以避免加速、减速的必要，即除了旅行者和地球留守者之外还有第二个旅行者向地球方向运动。当第一个旅行者与第二个旅行者相遇时，第二个旅行者把时钟与第一个旅行者的时钟对准，这相当于第一个旅行者在不经历加速的情况下调转方向。 图1 参照系跳跃解释旅行者比地球留守者年轻，1代表留守者的世界线，2代表旅行者的世界线，rs代表因参照系跳跃旅行者比留守者少经历的时间。e代表旅行者的转向点。 多数相对论学者支持这种解释，不过并不是所有相对论学者都接受这一解释。有些人认为这一解释不满足相对论的对称性要求，即如果飞船转向时地球时钟的读数（固有时）为 t时，飞船时钟的读数(固有时)t’也应该等于t（即t’=t)。因此，参照系跳跃解释的主要问题是它没有摆脱洛伦兹理论的幽灵，仔细分析会发现这一解释深受洛伦兹理论的影响。这可能也是有些相对论学者坚持用加速度和广义相对论来解释双生子佯谬的原因。 3. 用电磁信号对钟（ “狭义相对论派” ）， 也就是郎之万提出的用无线电信号追踪对方的变化，本质上与参照系跳跃解释是一样的。 DavidBohm（1965）在其所著《狭义相对论》给出了根据相对论多普勒效应的解释，飞船与地球始终保持无线电联系。如果无线电信号由飞船发出，从地球留守者的角度，他先接受低频率的信号，然后接受高频率的信号（图2）。北京联合大学陈其翔教授在科学网详细给出了这一解释方法的一种版本。下面摘录他的解释并略作评述。 图2 无线电波周期数解释双生子佯谬中旅行者比地球留守者年轻。飞船发出无线电信号。 如果由地球留守者 B 向旅行者 A 所乘的飞船发出电波，地球发射电波的频率均为 n o 始终不变 ，而 飞船接收的电波频率，会因 多普勒效应 发生变化。 A 从 t ’= 0~ t 1 ’ 飞离地球，并接收地球发出的电波，测得频率为 n 1 ’ 。按相对论 多普勒效应 公式，两频率之比应为： n 1 ’ / n o = (1 － β )/(1 － β 2 ) 1/2 ， （ 1 ） A 从 t ’= t 1 ’~ t 2 ’ 返回地球，并接收地球发出的电波，测得频率为 n 2 ’ 。按相对论 多普勒效应 公式，两频率之比应为： n 2 ’ / n o = (1 ＋ β )/(1 － β 2 ) 1/2 ， （ 2 ） 往返飞行所用时间相等： t 1 ’= T ’/2 ， t 2 ’ － t 1 ’= T ’/2 。飞船接收的电波频率虽变化，但发出电波振动的总次数 N 与接收的总次数 N ’ 应该相等： N = N ’ 。 地球发出电波振动的总次数 N = n o T ，飞船接收到电波的总次数 N ’=( n 1 ’ ＋ n 2 ’) T ’/2 ， N = N ’ 。 由 (1,2) 式得： T / T ’ = ( n 1 ’ ＋ n 2 ’) / 2 n o =1/(1 － β 2 ) 1/2 （ 3 ） 得到： T = T ’/(1 － β 2 ) 1/2 ，即 B 所经过的时间 T ，比 A 经过的时间 T ’ 更长。 如果从飞船向地球发出电波，频率为 n o 。地球留守者 B ，从 t = 0 ~ t 1 ，接收到飞船向地球发出的电波，测得频率为 n 1 。按相对论 多普勒效应 公式，两频率之比应为： n 1 / n o =(1 － β )/(1 － β 2 ) 1/2 ， （ 4 ） 地球上的 B 从 t = t 1 ~ t 2 ，测得电波频率为 n 2 ， t 2 = T 飞船返回地球。按相对论 多普勒效应 公式，频率之比应为： n 2 / n o = (1 ＋ β )/(1 － β 2 ) 1/2 ， （ 5 ） 到这一步，方程（ 1 ）、（ 2 ）与（ 4 ）、（ 5 ）完全相同，即由地球发出无线电波被飞船接收与飞船发出无线电波被地球接收是完全对称的。什么机制使飞船发出无线电波和地球发出无线电波都得到飞船时钟比地球时钟慢的结果呢？陈其翔教授的解释如下： “ 由前面知，从 A 的坐标系 S’ 看， t 1 ’= ( t 2 ’ － t 1 ’) = T ’/2 ，但从 B 的坐标系 S 看， t 1 并不等于 ( t 2 － t 1 ) 。但因 n 1 频率变慢，可肯定是飞船飞离时发出的，振动次数为 n 1 t 1 ； n 2 频率变快，可肯定是飞船返回时发出的，振动次数为 n 2 ( t 2 － t 1 ) ，二者相等： n 1 t 1 = n 2 ( t 2 － t 1 ) （ 6 ） 由 (4, 5, 6) 三式，可得： ( t 2 － t 1 )/ t 1 = n 1 / n 2 =(1 － β )/(1 ＋ β ) t 2 / t 1 = ＋ 1= 2/(1 ＋ β ) （ 7 ） 从 B 的坐标系 S 看， t 1 时刻接收的电波是飞船转向前，在 t 1 ’ 时刻发出，又经一段距离 L ’= v t 1 ’ ，需时 △ t L ’= v t 1 ’/c= β t 1 ’ 后才收到。在 t 1 时刻接收到电波这一事件，是从 B 的坐标系 S 看到的，此时 A 的钟上所指时间为 t 1 ’ ＋ β t 1 ’ = t 1 ’(1 ＋ β ) ， B 的钟上所指时间应为： t 1 = t 1 ’(1 ＋ β )/(1 － β 2 ) 1/2 （ 8 ） 由 (7, 8) 二式可得： T = t 2 = t 1 = t 1 ’ = 2 t 1 ’/(1 － β 2 ) 1/2 = T ’/(1 － β 2 ) 1/2 （ 9 ） 得到结果与前面第一种方法相同，即地球上的 B 经过的时间 T ，比飞船上 A 的时间 T ’ 更长，为 T = γ T ’ ， γ =1/(1 － β 2 ) 1/2 ＞ 1 。 ” 坚 持用加速度和广义相对论来解释双生子佯谬的相对论学者一般也不会接受这一解释。根据相对论的对称性，上述解释可能也可以用来证明 飞船上 A 经过的时间 T’ ，比地球上 B 经过的时间 T 更长，所需要做的是： 1）根据 往返飞行所用时间相等： t 1 = T /2 ， t 2 － t 1 = T /2 。地球接收的电波频率虽变化，但发出电波振动的总次数 N' 与接收的总次数 N 应该相等： N = N ’ 。 飞船发出电波振动的总次数 N‘ = n o T’ ，地球接收到电波的总次数 N =( n 1 ＋ n 2 ) T /2 ， N = N ’ 。 由 (4,5) 式得： T' / T = ( n 1 ＋ n 2 ) / 2 n o =1/(1 － β 2 ) 1/2 （ 4a ） 2)把“由前面知，从 A 的坐标系 S’ 看 ……” 对称性地改成“由前面知，从 B 的坐标系 S 看 …… ”,得到 T' = t' 2 = t' 1 = t 1 = 2 t 1 /(1 － β 2 ) 1/2 = T /(1 － β 2 ) 1/2 （ 5a ） (4a)和（5a)表明，地球时钟比飞船时钟更慢，即双生子重逢时，地球上的兄弟比飞船上的更年轻。以上分析说明，参照系跳跃和电磁信号对钟这两种解释是用了洛伦兹观点(即地球参照系与飞船参照系除了加速度之外也不平等）才得到旅行者比地球留守者年轻的结果。 不考虑加速度的影响，地球参照系与飞船参照系应该是对称的。参照系跳跃和电磁信号对钟这两种解释的目的是除了转向外，不赋予加速度任何作用。从狭义相对论对双生子佯谬的解释来看，狭义相对论中真正起作用的还是洛伦兹理论的幽灵。
------ 相对论“时间膨胀”现象浅说（三） 【本文很可能是科学网开办迄今在物理学方面最有讨论价值的博文 ，不知编辑 MM能否慧眼识宝，精选本文，推动博友、网友们就 狭义相对论的测量过程展开一次广泛讨论，由科学网吹响二十一世纪物理学革命的号角 】 四、“时间膨胀”的相对论测量效应解释 上一篇博文（ http://blog.sciencenet.cn/blog-279604-794732.html ）说到，虽然爱因斯坦得到的时间空间变换方程与庞加莱建议的洛伦兹变换形式完全相同，但是两者在物理学上有本质区别。根据洛伦兹理论，洛伦兹变换中的速度 v 是相对于以太的（绝对）速度，洛伦兹效应是动力学效应，即运动物体与以太的相互作用的结果。根据爱因斯坦的“革命性”时空观，洛伦兹变换中的速度 v 是被观察物体（参照系）相对于观察者的相对速度，相对论效应是运动学效应，没有物质间的相互作用，因此被称为观察效应或测量效应。洛伦兹的“时间膨胀”是运动物体与以太相互作用的结果，是（相对于光传播媒介）运动的物体自身经历的实在的物理变化。爱因斯坦的“时间膨胀”是观测效应，被观察物体本身没有发生任何变化，所有被观察者的“变化”都是观察者在测量过程中得到的。不过，狭义相对论的观察效应或测量效应并不是平常理解的视觉信号延迟或距离对视角的影响，这些在狭义相对论的观察效应或测量效应中都已消除。狭义相对论如何用观察效应或测量效应来解释“时间膨胀”的实际形成过程呢？ 狭义相对论对“时间膨胀”的测量效应解释是下面这样的 : 两个参照系 S 和 S’ ，其中 S ’参照系沿着共同的 x-x ' 轴以相对于 S 参照系的恒定速度 u 运动， u 小于光速。 S ' 参照系原点 O’ 处静止的时钟 B 和观察者张三与 S ' 参照系一起运动，测量发生在空间上同一点的两个事件之间的时间间隔。 S 参照系原点 O 处静止的时钟 A 和观察者李四及 S 参照系其他时钟也在测量这两个事件之间的时间间隔，但是在 S 参照系这两个事件不在空间上同一点。事件 1 时，时钟 B 与 S 参照系原点 O 处静止的时钟 A 重合，两时钟对准， 。事件 2 时，时钟 B 与 S 参照系原点 x 2 处静止的时钟 C 重合，两时钟读数分别为 t' 2 和 t 2 。 在 S ’参照系中，事件 1 是一个闪光从光源 O' 处垂直向上发出，事件 2 是闪光被距离为 d 处的反光镜反射回到 O' 处，如图 1 。我们标记此时间间隔为Δ t’ 。 闪光移动的总距离为 2d ，因此其时间间隔为 (1) 图 1 被观察系 S’ 中的光路径。 在 S 参照系中测得的是不同的时间间隔Δ t ，在李四的参照系中，两个事件发生在空间的不同点上。在时间Δ t 中，光源相对于 S 移动了距离 u Δ t （图 2 ）。 图 2 观察系 S 中的光路径 在 S ' 系中，往返距离 2d 是垂直于相对速度的，但往返距离在 S 系中是更长一些的 2 l ，这里 (2) 因为光速对两位观测者是一样的，所以 S 系中的往返时间是 (3) 现在我们将两边取平方求出Δ t ，结果是 (4) 最后一步等式用了方程（1）。方程（4）说明 被观察参照系中，假设两个事件发生在空间的同一点，由被观察参照系中静止的观察者测得自己时钟读数指示时间间隔为Δ t’ ，观察参照系与被观察参照系的相对速度为 u 。那么，在观察参照系中的观察者将测得时间间隔 ， 被观察系的时间间隔 (5) 被观察系的时间间隔变小，即时间单位代表的时间间隔增大 （时间膨胀） 。 以上就是相对论“时间膨胀”的测量过程解释。不同教科书对两系的称呼（静止系和运动系的指定）有些混乱，如果改用观察系和被观察系则可以避免混乱。几乎所有相对论拥护者都对这一解释满意，大多数相对论反对者对此也挑不出什么毛病。不少相对论反对者同意狭义相对论没有内在的逻辑矛盾，他们想通过证明光速不变原理或相对性原理是错误的来否定相对论。 相对论的测量过程解释真的能解释洛伦兹提出的“时间膨胀”吗？毛泽东主席说过：“ 世界上怕就怕认真二字 ”。我读到相对论的测量解释时，就认真了一下，感觉到相对论的测量解释问题很大，不可能为洛伦兹变换这一数学公式提供一个合乎逻辑的物理解释，实际上解释不了洛伦兹提出的“时间膨胀”。现在就谈谈这些问题。 下面的内容是我自己的研究结果，属于正统的相对论观点的逻辑推论，但并不存在于任何相对论教科书中。因为没有相对论学者认真研究过上述相对论测量过程的后果，所以找不到对上述测量过程解释细节及逻辑后果的权威解释。我在《相对论逻辑自洽性探疑》中涉及了上述相对论测量过程的后果，在 The theory ofrelativity: principles, logic and experimental foundation一书中更详细地分析了上述相对论测量过程的后果。为了方便讨论问题，我在Thetheory of relativity: principles, logic and experimental foundation中设计了一套新的洛伦兹变换标注系统，不仅用观察系和被观察系来代替静止系和运动系，而且以双下标注明时钟在自己坐标系和对方坐标系的坐标，例如 表示S’参照系的时钟在S'系的 处、在S系的原点（x=0）时的读数，从而避免了相对论学者的常见概念混乱和随意指定静止系与运动系的不严谨。 1） 洛伦兹变换中等号左边的t’是被观察系S’的观察者读自己时钟的读数吗？ 按照这种相对论“时间膨胀”的测量过程解释，洛伦兹变换中的t’是被观察系S’的观察者读自己时钟的读数，t是观察系S的观察者读自己时钟的读数。如果是这样，根据相对性原理，当时钟A和B重合时，两时钟对准， , （6） 当它们匀速运动分开后，被观察系S’的观察者读时钟B的读数与观察系S的观察者读时钟A的读数（排除其他因素影响后）必须相等，即 (7) 如果观察系S的所有时钟是对准的，即时钟A的读数与时钟C的读数相等, (8) 那么，时钟B的读数与时钟C的读数也必然相等,即 (9) 如果时钟B的读数与时钟C的读数相等，就没有“时间膨胀”。因此，相对论的测量效应解释不了“时间膨胀”。 以上分析说明， 1.光速不变原理、2.观察系S的所有时钟是对准的、3.洛伦兹变换等式左边的t’是被观察系S’的观察者读自己时钟的读数，这三个假设必然有一个是错误的。因为否定光速不变原理就否定了相对论，所以我们先假设光速不变原理是正确的，而观察系S的所有时钟是对准的这一假设是错误的。根据这一假设，我们现在知道，观察系S的所有时钟（在观察系S内部也）只是看起来对准，实际上没有对准。 2） 观察系S的所有时钟在 观察系S内部没有 对准了吗？ 如果我们假设观察系S的所有时钟只是看起来对准，实际上没有对准，那么，“时间膨胀”指的是时钟A与时钟C的读数不同，这也是我在上一篇博文中对“时间膨胀”的说明。爱因斯坦的第一个“时间膨胀”推导可以被认为是这样解释“时间膨胀”的。认真思考一下，这一解释同样说不通。为什么呢？因为时钟A和C在观察系S中对准，即使它们实际上没有对准，它们的时差应该是确定的，即 (10) D A,C 表示时钟A和C之间存在的实际差别，所以，D A,C 不应该依赖于参照系S’相对于参照系S的速度。如果D A,C 不依赖于参照系S’相对于参照系S的速度u，那么，依赖于速度u的时间膨胀公式必然不成立。 (11) 上一段分析说明时钟 A和C在观察系S中对准后的差别不依赖于参照系S’相对于参照系S的速度u，因此，如果洛伦兹变换等式左边的t’是被观察系S’的观察者读自己时钟的读数，依赖于速度u的时间膨胀公式必然不成立。这样，我们只剩下一个选择，即洛伦兹变换等式左边的t’是被观察系S’的观察者读自己时钟的读数这一假设是错误的。实际上，这一选择与爱因斯坦的想法并不矛盾，爱因斯坦一直强调 when viewed from the stationarysystem ，问题是爱因斯坦没有说明从静止系怎样看（ view) 运动系的时 钟。相对论一直假设异地需要光信号对钟（即不能直接看），难道爱因斯坦这里要求不同参照系的异地时钟也用光信号对钟？这不与参照系内部对钟矛盾吗？如果被观察系的所有时钟由观察系基准时钟光信号对钟，那么这一对钟要求等价于被观察系的所有时钟与其同地的观察系时钟对准。显然，这不符合相对论的基本假设。我们下面先考虑一种可能性，即 洛伦兹变换等式左边的 t’是观察系S的观察者根据光速不变原理而想象的参照系S’时钟的读数，这一读数与参照系S’观察者看自己时钟的真实读数没有关系 。 3） 洛伦兹变换等式左边的 t’是观察系S的观察者想象的参照系S’时钟的读数吗？ 如果洛伦兹变换等式左边的 t’是观察系S的观察者想象的参照系S’时钟的读数，那么观察系S的观察者可以在光速不变原理的基础上想象参照系S’时钟的读数符合洛伦兹的“时间膨胀”公式。不过这一想象的参照系S’时钟读数结果与参照系S’时钟的读数完全无关 （说完全无关也不准确，因为 时钟 A和B的固有时读数相同 ） 。参照系 S’时钟的真实读数（固有时读数）与观察系S的同地对准过的时钟读数完全相同（相对性原理），即（只要不存在不对称的加速或/和人为调钟，）在同地对准后的时钟A和B的固有时读数始终相同。这一解释似乎是对狭义相对论“时间膨胀”结果唯一逻辑上不矛盾的解释。可是，这一解释将说明狭义相对论完全与物理现实无关。以“ 双生子佯谬”为例，地球上的同胞兄弟认为旅行者比自己年轻，旅行者认为地球上的同胞兄弟比自己年轻，不考虑加速度的影响，当两人重聚时，两人同样年龄，谁也不更年轻，谁也不更年老。如果这一解释是正确的，那么，狭义相对论只是光速不变原理下的物理学臆想。 4） 人为拨钟对应于人类生物钟的变化吗？ 我们可以考虑一下 不同参照系的异地时钟也用光信号对钟的可能性。 如果洛伦兹变换等式左边的 t’是 不同参照系的异地时钟也用光信号对钟， 被观察系 S’的时钟按 观察系基准时钟光信号对钟的结果，那么，为什么 观察系 S的时钟不按被 观察系 S’的基准时钟光信号对钟？两个参照系是完全等价的。因此，这一考虑与相对论的基本假设矛盾，应予排除。如果都按同一基准不断对钟，就不存在同时性的相对性了。 即使我们不排除这一解释，因为这一解释说明相对论的所有变化、效应不过是人为对钟的结果，所以根本不存在“双生子佯谬”的可能性。排除加速度的影响后，旅行者回到地球既不比同胞兄弟年轻，也不比地球上的同胞兄弟年老。我们在这里必须区分（人为）对钟引起的时钟变化与时钟未受人类干预条件下的变化。时钟未受人类干预条件下的变化可能对应于人类生物钟的变化，而人为拨钟并不对应于人类生物钟的变化。我们把日历翻回 100年不等于我们年轻了100岁，不少相对论拥护者好像不明白这个简单的道理。历史上，从儒略历转为格里高利历时，日历向前翻了若干天（因各国改历年代不同，日历中被抹去的天数不同，即日历前跳的天数不同），人们真的因此即刻变老了若干天？我们可以想象有一个国家在48700年后从儒略历转为格里高利历，转历头一天出生的婴儿是否会第二天立刻变成100岁而衰老死亡？ 5） 如果上面所有假设都不合理，那么我们只好放弃爱因斯坦的光速不变原理吗？ 如果我们认为上面所有假设都不合理，那么我们可能只好放弃爱因斯坦的光速不变原理，回到洛伦兹以太理论或回到伽利略-牛顿-麦克斯韦的经典物理学。 6) 为什么不用与速度方向平行的往返光脉冲的时间来解释“时间膨胀”呢？ 最后，提一个不太重要的疑点。相对论的测量解释以与速度方向垂直的往返光脉冲的时间来解释“时间膨胀”，这一做法缺乏哲学基础。为什么不用与速度方向平行的往返光脉冲的时间来解释“时间膨胀”呢？为什么不用与速度方向成45°角的往返光脉冲的时间来解释“时间膨胀”呢？用不同角度的光脉冲得到完全不同的“时间膨胀”关系；对只能用与速度方向垂直的往返光脉冲的时间这一点，相对论完全没有给出符合逻辑的解释。 以上分析说明相对论对“时间膨胀”的测量解释经不住认真检查其逻辑自洽性。一旦认真起来，相对论的测量解释就会暴露出逻辑上不自洽的问题。测量过程解释不了洛伦兹变换以及由洛伦兹变换推导出来的各种结果，像时间膨胀、长度收缩等。实际上，虽然当代的物理学家们普遍自认为自己用的是爱因斯坦的狭义相对论，但是现代物理学用的“狭义相对论”根本就是洛伦兹理论，而不是爱因斯坦的狭义相对论。本博文的分析说明，不存在物质相互作用的、在测量中呈现效应的狭义相对论很可能是现代物理学中的海市蜃楼。没有光传播媒介的物理理论，必然在某一阶段出现自相矛盾或者违背相对性原理的结果。伽利略 -牛顿-麦克斯韦的经典物理学依赖于光传播媒介的存在，洛伦兹以太理论也依赖于光传播媒介的存在。这一系列的下一篇文章将介绍、讨论“双生子佯谬”。
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