評福克對愛因斯坦《廣義相對論》的責(zé)難(4)

評�？藢�愛因斯坦

《廣義相對論》的責(zé)難

(四)

蔡笑晚/文

1980.10 于浙江瑞安

（四）�？苏J(rèn)為愛因斯坦在使用“相對性”一詞時存在概念上的混亂，【4】在狹義相對論中“相對性”是理解為均勻性；而在廣義相對論中“相對性”卻被理解為協(xié)變性。其實(shí)愛因斯坦在狹義相對論的情形中“相對性”也是被理解為“協(xié)變性”的；只是�？吮救税严鄬π愿拍畹膬�(nèi)容加強(qiáng)了，才使得“相對性”與“均勻性”連系在一起。

在經(jīng)典物理學(xué)中慣性系之間的伽類略變換不改變力學(xué)定律，也就是說牛頓方程對于伽利略變換是不變的。但是電動力學(xué)定律（即麥克斯韋方程）對于伽類略變換卻不是不變的。愛因斯坦根據(jù)當(dāng)時的實(shí)驗(yàn)事實(shí)邁出了決定性的一步，認(rèn)為在兩個彼此相對作勻速直線運(yùn)動的參考系中不僅力學(xué)定律（牛頓方程）而且電動力學(xué)定律（麥克斯韋方程）也應(yīng)該保持不變。因此定律（方程）的不變性是他建立理論的最基本點(diǎn)出發(fā)。愛因斯坦在建立狹義相對論時提出的“相對性原理”是：

“若有兩坐標(biāo)系作相對均速運(yùn)動，則物理系統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)生變化時，它們所遵循的定律，無論對這兩個坐標(biāo)系中的哪一個來說，都不受影響”。【5】

我們知道物理定律總是表達(dá)為方程，愛因斯坦相對性原理中所強(qiáng)調(diào)的是“定律的不受影響”，既然定律總是表達(dá)為方程，那未定律的不受影響則必定表現(xiàn)為方程的“協(xié)變性”。因此即使在狹義相對論中“相對性”也是理解為“協(xié)變性”。在這里愛因斯坦不惜拋棄經(jīng)人類幾千年常識所認(rèn)可的時空觀念和修正牛頓力學(xué)來達(dá)到一切自然定律（方程）的協(xié)變性要求。為此他以洛侖茲換變代替了伽利略變換，從而導(dǎo)致時空觀念的偉大革命。

福克把“相對性”概念的涵義加強(qiáng)了，他把相對性理解為計算系中存在對應(yīng)的物理過程。物理過程對應(yīng)性的保持不僅需要方程的協(xié)變性，而且需要邊界條件和物理?xiàng)l件的不變性，但這只能在空間具有均勻性時才有可能。因此物理過程對應(yīng)性的保持需要空間的均勻性，既然�？税选跋鄬π浴崩斫鉃槲锢磉^程的對應(yīng)性，而物理過程的對應(yīng)性是與空間的均勻性相聯(lián)系的；因此他把“相對性”與“均勻性”拉在一起，盡管這兩個概念是毫不相關(guān)的。（正如福克自己所指出的：協(xié)變性與均勻性是毫不相關(guān)的）�？说纳鲜鏊枷朐跀�(shù)學(xué)上的表述是：由洛侖茲變換相聯(lián)系的兩個伽利略坐標(biāo)系中物理過程的對應(yīng)性是成立的，即相對性原理成立，而且有十個參數(shù)的洛侖茲變換群的存在是空間均勻性的表征。因此在福克看來“相對性”和“均勻性”由洛侖茲變換群作為紐帶連系在一起。

但是不同慣性系中物理過程對應(yīng)性的保持只能從狹義相對論的角度來看才是正確的；如果從經(jīng)典物理學(xué)角度來看，物理過程的對應(yīng)性已不復(fù)存在了。因?yàn)樵诮?jīng)典物理學(xué)中，物理過程所需要的時間和物理事件的空間距離顯然是包括在對應(yīng)性的要求之內(nèi)，而且是最重要的對應(yīng)條件之一，如果在兩個坐標(biāo)系中所觀察到的物理過程所需要的時間不同，那未從經(jīng)典角度來看就絕對不可能是同一個物理過程。因此如果把“相對性”理解為“物理過程的對應(yīng)性”，那未從經(jīng)典角度來看即使把力學(xué)定律從伽利略協(xié)變性推廣到洛侖茲協(xié)變性也是以犧牲“相對性”為條件的。于是從經(jīng)典物理學(xué)角度來看，“相對性”也就不存在了。

狹義相對論本身卻認(rèn)為“物理過程對應(yīng)性”并沒有被破壞，只是對“相對性”的理解有所不同。因?yàn)樗�不再把時間和空間間隔看作兩個有獨(dú)立意義的物理量，而把兩者的結(jié)合看作一個有客觀意義的物理量；所以它并不把物理過程的時間和空間間隔看作是“物理過程對應(yīng)性”的條件之一，而是把兩者的聯(lián)合“間距”看作是物理過程對應(yīng)性的條件。因此在這里“相對性”的物理內(nèi)容被改變了，也就是說狹義相對論也是以物理內(nèi)容的改變來保持定律（方程）的數(shù)學(xué)形式。（這或許就是海森堡所謂的“物理學(xué)家們是力圖使自己的語言適應(yīng)新理論的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)”【6】），由此可見，愛因斯坦在建立狹義相對論時的基本思想是如何使自然定律（方程）在一切慣性系中保持不變，并不是以要求較強(qiáng)的物理過程對應(yīng)性作為出發(fā)點(diǎn)。盡管新理論中也可以建立自己的“相對性”條件。

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