爱因斯坦在建立狭义相对论时的三大错误分析

作者：彭晓韬

日期：2020.03.08

[文章摘要]：爱因斯坦以光在真空中任意惯性系中的速度值相等（简称光速不变原理）和在任意惯性系中的物理规律都是一样的（简称为相对性原理）建立起来的狭义相对论已被学术界公认为正确的。但其在建立该理论的过程中实际上违背了三个最基本的规则或存在三个常识性的错误：一是在真空中光速仅相对光源速度不变，而相对光源运动的观测者或在惯性系中运动的光源产生的光的速度并不是不变的；二是两个相对运动的惯性系间的时间与空间位置对应关系不应以在一个惯性系中相对静止的观测者对另一个运动的惯性系中的事物所观测到的表象作为转换基础，必须经过因光速有限导致的观测结果失真的校正才能得到事物的真相；三是既然惯性系间的物理规律都是一样的，那么存在相对运动的两个惯性系间的观测者观测对方的结果也应该是一样的。也就是说：不可能出现两个惯性系间的时间与尺规因相对运动速度的不同而不同！本文重点以第二个错误作为突破口对爱因斯坦所犯的错误进行简要的剖析。

一、惯性系的基本规则简述

要建立一个惯性系，必须依托对最基本的物理量时间与空间的描述与规定，并据此建立相应的基本规则：

1、时间：描述客观事物运动与变化的持续性和顺序性的物理量。

在任意惯性系中只能有一个标准的时间。也就是说，在一个惯性系中不会因为不同位置间的距离不同而导致时间本身发生任何改变。如：在地球上的格林威治标准时不仅定义了地球任意位置上的时间和时刻，也同时定义了宇宙中所有事物的时间与时刻。不会因为不同事物的变化快慢与运动速度的大小不同而有不同的时间与时刻。虽然地球上不同的国家和地区实际使用的具体时间存在差异，如伦敦时、北京时、纽约时等，但其时间变化的速率与方向是完全一致的，不同地区的时间间也存在明确的、固定的、比值为一比一的转换关系！推广到整个宇宙中，在地球惯性系中，全宇宙的所有事物的时间均不因其所在的空间位置中的万有引力和电磁力的大小以及运动速度的大小而改变！

2、空间：客观事物存在、变化与运动的场所。

在任意惯性系中只能在一把标准的尺规。也就是说：在一个惯性系中不会因为不同位置上的万有引力和电磁力或客观事物变化与运动速度的不同而导致尺规本身发生任何改变。

3、速度：客观事物在单位时间内移动的距离。

有了以上的时间与尺规的定义，就可以对具体的客观事物的运动与变化情况进行测量了。由于任意惯性系不仅仅定义了某一区域的时空关系，同时也定义了宇宙中所有区域的时空关系。因此，在时间和尺规与事物所处的空间位置的万有引力和电场力大小及事物的运动速度大小均无关的情况下，所测量到的速度也自然就只与事物在单位时间内空间位置的变化量有关，不会因为其所处环境的不同而导致速度测量方法的改变或修改用于测量速度的时间和尺规本身。

4、本地时：同一惯性系中不同位置上的时间。

在同一个惯性系中，所有位置上的本地时应该是同步或相同的，不因观测者所处的空间位置不同而改变。如果观测者与所观测的事物间存在一定的距离，则观测者观测到的时间为表观时而非本地时，必须经过相应的时差校正才能得到准确的本地时。

5、本地尺规：同一惯性中不同位置上的尺规。

在同一个惯性系中，所有位置上的本地尺规的长度应该是完全相等的，不因观测者所处的空间位置不同而改变。如果观测者与所观测的事物间存在一定的距离，则观测者观测到的几何尺寸为表观尺寸而非本地尺寸，必须经过相应的尺规校正才能得到准确的本地几何尺寸。

6、两个存在相对运动的惯性系间的时空关系。

由于每一个惯性系中的时间与尺规是唯一的，因此，两个惯性系间的时间与尺规转换关系也必须是唯一的。也就是说：如果在A惯性系测量B惯性系的时间为tA>tB，则在B惯性系测量A惯性系的时间就应该唯一地为tB<tA。尺规也如此：如果在A惯性系测量B惯性系的尺规为LA>LB，则在B惯性系测量A惯性系的尺规就应该唯一地为LB<LA。

二、光速有限对异地观测结果的影响与校正方法

1、异地观测结果的真实性

鉴于人们观测事物均需要使用光来作为媒介，而光的传递速度是有限的，当然就会导致不同距离上的事物的观测结果的失真，特别是被观测事物中的不同测点本身处于距离不同的位置上时，同一时刻观测到的景像自然就不是被测量事物不同测点上同一时刻发射或反射出来的光，这样的景像自然也就不是事物真实的景像，而是有一定失真度的景像。为了得到被观测事物的真实景像必须采用适当的方式消除失真才能得到真实的景像。

2、对异地观测结果的校正

如果要得到与用本地时和本地尺规测量结果一样的真实景像，必须通过适当方式校正因光速有限导致的景像失真。而要校正景像的失真，一方面需要知道被观测对象各个被观测点到观测者的实时距离而非影像距离；另一方面要知道观测所使用的光在被观测点到观测者间的运动速度。只有同时知道被观测点到观测者间的距离与光速才能通过校正得到不失真的景像。

只有不失真的景像才能用来代表事物本身的、客观的运动与变化规律。

三、爱因斯坦在建立狭义相对论中的三大错误

1、光速不变假设的错误

首先，光在不同环境（真空或介质环境）中的运动速度是不同的，而宇宙空间中真正的、理想的真空是不存在的，因此，假设光速不变是不符合客观实际的；

其次，光是由带电体在不同运动状态下产生的变化电磁场，而带电体在真空中的地位应该是平权的。因此，在真空中光相对光源速度恒定应该是合理的。但相对光源运动的或运动的光源产生的光的速度是不可能恒定的。在介质中相对介质本身的光速应该由介质的性质决定，而观测者相对介质运动时，则光速由介质相对观测者的运动状态和介质本身的性质共同决定。这一点是被菲索实验结果所印证了的。这些均足以证明光速不变是不对的。

再者，目前所有测量光速的方法均存在一种可能性：测量得到的光速数据只是经测量设施改造过的、仅相对测量装置速度恒定的次生反射或透射光的速度，并非入射光的真实速度。特别是在地表大气层内进行的有关光速测量实验结果，应该均为光在大气层内相对大气层本身速度恒定的光速，当测量装置相对大气层静止时，其结果自然也相对测量装置速度恒定。

2、用单一静止观测者的未经校正的观测结果代替另一个惯性系中的实景错误

作为不同惯性系间时间与空间转换关系的建立，必须以两个惯性系中的实景作为基础，而不能以某一特定位置上的单一观测者所观测到的假象为基础。这一点是物理研究方法论最基本的要求。但爱因斯坦却在此上面犯了不应该犯的错误。

如上图一所示：当位于地面不同位置上的三名观测者同时观测同一辆列车从左向右以速度V直线运动时三个车轮与铁轨接触点的位置关系时，会得出以下的观测结果：

已知条件：三个车轮相邻轮之间的距离为L；三者同时刻观测车辆时，观测者G1位于车辆正后方并距离A点为S1、观测者G2位于B点正交方向并距离B点为S2、观测者G3位于车辆正前方并距离C点为S3。从车轮与铁轨接触点发出的反射光相对观测者的光速度为C；同时观测时间为t0时刻。在每个车轮上方及地面铁轨处各固定一个列车惯性系的标准钟及地面惯性系的标准钟，它们的时刻读数分别为tA、tB、tC和TA、TB、TC且本地时tA＝tB＝tC＝TA＝TB＝TC。

则：如下图二所示，观测者G1观测到的景像为：Aʹ点、Bʹ点和Cʹ点

设AAʹ＝XA，Aʹ点、Bʹ点和Cʹ点本地时分别为：tAʹ、tBʹ、tCʹ，则有：

t0－tAʹ＝XA/V＝（S1－XA）/C

求解上式可得观测者G1所看到的Ａʹ点的时钟计数和距离分别为：

tAʹ＝t0－S1/（C+V） （公式1）

SAʹ＝S1－XA＝CS1/（C+V）

按上述方法可计算出观测者G1所看到的Ｂʹ点和Ｃʹ的时钟计数和距离分别为：

tBʹ＝t0－（L+S1）/（C+V） （公式2）

SBʹ＝S1+L－XB＝C（L+S1）/（C+V）

tCʹ＝t0－（2L+S1）/（C+V） （公式3）

SCʹ＝S1+2L－XC＝C（2L+S1）/（C+V）

则有Aʹ、Bʹ点间及Bʹ、Cʹ点间的视长度及长度变化比分别为SAʹBʹ、SBʹCʹ和PAB、PBC

SAʹBʹ＝SBʹ－SAʹ＝CL/（C+V） PAB＝SAʹBʹ/L＝C/（C+V）<1 （公式4）

SBʹCʹ＝SCʹ－SBʹ＝CL/（C+V） PBC＝SBʹCʹ/L＝C/（C+V）<1 （公式5）

同理可计算出观测者G3在t0时刻所看到的A、B、C三点的时钟读数和相应的视距离以及A与B点和B与C点间的视长度，只需要将上述各等式中的（C+V）修改为（C－V）即可。则有：

tAʹ＝t0－（2L+S3）/（C－V） （公式6）

tBʹ＝t0－（L+S3）/（C－V） （公式7）

tCʹ＝t0－S3/（C－V） （公式8）

SAʹBʹ＝SAʹ－SBʹ＝CL/（C－V） PAB＝SAʹBʹ/L＝C/（C－V）>1 （公式9）

SBʹCʹ＝SBʹ－SCʹ＝CL/（C－V） PBC＝SBʹCʹ/L＝C/（C－V）>1 （公式10）

从以上的（公式1）~（公式10）可知：

G1和G3观测者看到的A、B、C三点的时钟读数是不同的。同时，看到的AB和BC间的距离也是不同的。基本规律是：看到的时钟读数均比本地时慢些，且钟的距离越远，时间慢得越多；而视间距则是列车后方的G1觉得视长度小于本地长度、列车前方的G3则相反。

下面计算观测者G2在t0时刻所看到的Aʹ、Bʹ、Cʹ三点的时钟读数及相应的视距离以及A与B点及B与C点间的视长度。

由图二可知：观测者G2所看到的分别为Aʹ、Bʹ、Cʹ三点上的时钟计数及位置。设Aʹ、Bʹ、Cʹ三点到观测者G2的距离分别为：SAʹ、SBʹ、SCʹ。则有：

SAʹ＝（S22+（L+XA）2）0.5

SBʹ＝（S22+XB2）0.5

SCʹ＝（S22+（L－XC）2）0.5

另有：

t0－tAʹ＝XA/V＝SAʹ/C=（S22+（L+XA）2）0.5 /C

求解上式可得：

再有：

t0－tBʹ＝XB/V＝SBʹ/C=（S22+XB2）0.5 /C

求解上式可得：

XB＝VS2/(C2-V2)0.5

tBʹ＝t0－XB/V＝t0－S2/(C2-V2)0.5 （公式12）

因Bʹ点到B点的距离SBʹB等于XB，Aʹ点到Bʹ点的视距离SAʹBʹ及与本地距离比值PAB：

还有：

t0－tCʹ＝X/V＝SCʹ/C=（S22+（L－X）2）0.5 /C

求解上式可得：

从上述（公式11）~（公式15）可知：在G2左侧的A点和右侧的C点上的时钟读数并不相同，且左侧的A、B点间距视长度大于本地长度、而右侧的B、C点间距的视长度小于本地长度。

从以上（公式1）~（公式15）可知：无论是视时间或视长度，位于不同位置上的观测者所看到的并不一致，甚至完全不同。而且视时间和视长度的差异与观测者到被观测对象的距离及方位相关。由此可见，无论位于哪一个惯性系中的静止观测者，距离另一个惯性系中的被观测对象的距离不同，所观测到的景像均与真相存在失真，距离越远失真越明显，即使是距离相同、相对位置的方位不同的失真度也不会相同。因此，要建立两个惯性系间的时空联系，必须消除失真并恢复到各自的本地时、本地尺规所度量的结果才能用于建立两个惯性系的时空联系。

3、相对论钟慢尺缩推论违背相对性原理

既然任意惯性系中的物理规律具有相同的形式，那么就应该在任意惯性系中均会得到钟慢尺缩的观测结果。但任意两个惯性系间的时空转换关系必须是唯一的，要么A大于B、要么B大于A，不可能出现A大于B又A小于B的情形。因此，如果说某个运动的惯性系中的钟慢尺缩，那么在那个惯性系中的观测者也会得出同样的观测结果：其他相对其运动的惯性系也会出现钟慢尺缩现象。这就违背了惯性系的基本规则和爱因斯坦自己建立起来的相对性原理。

通过以上分析可以直观地得到：爱因斯坦建立狭义相对论时违背了基本的客观事实和惯性系的最基本规则以及自己建立起来的相对性原理。这些错误将毫无争议地证明其理论是不符合客观实际的。