科学时报  2008-10-17   作者：梅晓春

    自从上世纪初爱因斯坦提出狭义相对论以来，现代物理学取得巨大的发展。在时空理论方面突破了牛顿力学僵化的基本框架，否定了真空以太介质的存在，使一大批物理学疑难问题得到合理解释。狭义相对论除了大大推进人类对自然本性的认识外，还在原子能和粒子物理学中得到广泛的应用。在狭义相对论基础上爱因斯坦提出广义相对论，建立了以弯曲时空观念为基础的引力理论，并促进了宇宙论学的巨大发展，功不可没。

    然而自爱因斯坦提出狭义相对论以来，对相对论的批评就从未停止过。原因在于相对论导致各种各样的，被称为时空佯谬的逻辑悖论，使人无法相信它会是一个完全正确的东西。相对论导致的物理学相对主义对科学、哲学和人类的思维方式产生极大的不良影响。而在广义相对论中时空奇异性普遍存在，物理学规律在奇异点上完全失效。引力场的几何化特征使引力理论和与量子理论的融合成为困扰几代人的大问题，至今不知真正的出路在哪里，物理学的统一之路在这里遭遇到大瓶颈。特别是为了解释上世纪末天文观察发现的超新星大红移，提出的“暗能量”概念使物理学更加陷入深深的困境。“暗能量”无疑是以太观念的新变种，物理学家们根本不知道如何解释它的起源，更谈不上证实它的存在。20世纪末物理学的天空又出现乌云，预示着新一轮物理学观念革命的到来。

    然而这些问题的根本性解决需要触动爱因斯坦理论的根基。尽管许多有识之士早已对物理学现状表示深深的忧虑，但由于爱因斯坦理论在上一个世纪中所确立的权威地位，任何试图对它的质疑都会被物理学主流社会视为离经叛道。爱因斯坦的理论已经成为新的教条，不论这种质疑是否包含真理的成分，要想在物理学主流刊物上发表这种论文几乎是不可能的。任何敢于挑战物理学主流意识的论文，不论对错，必遭封杀。这种对爱因斯坦理论不容置疑的态度已经严重地影响了科学的正常发展，言路堵塞的结果已经对物理学自身造成伤害。当前理论物理学的发展出现严重的方向性偏差，引力与宇宙学前沿研究中充斥着各种各样的奇谈怪论，物理学家们正以科学的名义谈论非科学的问题。数学的繁复掩盖了物理的空虚，形式的抽象粉饰了本底的丑陋，匿造的东西到处流行，探索的美名之下进行着无聊的游戏。怪诞与悖理成为常态，神秘与玄学成为时髦。流行而病态的闹剧获得喝彩，理性和逻辑的思辨遭受冷漠。历代物理学家唯恐避之不及的无穷大奇点，却被某些理论家当成奇珍异宝来欣赏把玩。远离客观实在的坚实土壤，理论物理学已经没有了往日的阳刚之气，底气不足，步履蹒跚，失去求真求实的原动力。理论家们躲进小楼孤芳自赏，实质上正在被无情地边缘化。

    这种现状必须得到纠正，理论物理学不能就此堕落。科学的怀疑精神应当得到尊重，不同的声音应当能在正常的渠道上得以传播。否则学术界必将失去自我批判、自我纠错和自我更新的能力，沦为迷信和盲从的牺牲品。理论物理需要凤凰涅槃，重振旗鼓，回到健康发展的轨道上来。本着探索真理、纠正谬误、推进科学进步的精神，本人提出以下8条基本原则，证明爱因斯坦狭义相对论、广义相对论和标准宇宙学理论基础存在的严重缺陷。证明电磁场相对论变换会导致电磁场运动方程解的唯一性破坏和其他严重的问题，经典宏观电磁场理论不存在相对性。加上存在的其他问题，时空的相对性是不可能的。现有广义相对论对实际问题的计算都采用坐标尺和坐标钟，这样结果没有实际测量意义。证明采用有实际意义的标准尺和标准钟来度量，广义相对论无法解释水星近日点进动和雷达波延迟实验，因此广义相对论实际上并未得到实验证实。证明考虑到狭义相对论效应后，引力与惯性力局部不等价，加上其他方面存在的问题，引力的几何化描述是不可能的。证明罗伯逊-沃克度规导致光速的伽利略相加规则，只能是牛顿力学意义上的时空度规，不可能是现代物理学意义上的时空度规。因而标准宇宙学理论的基本时空框架是错误的，暗能量是不存在的，宇宙加速膨胀是不可能的。时空相对性原理和引力几何化描述只是物理学家的一厢情愿，大自然并不遵守这种规则，所有这些都显示现有的时空、引力理论和宇宙论需要从根本上进行改造。在对爱因斯坦理论去伪存真、彻底改造翻新的基础上，本人提出一套新的更为合理的时空、引力与宇宙学理论取而代之。为了提升我国基础科学原创能力、鼓励科学争论、辨明大是大非，本人特向社会各界广泛征询支持和反驳意见。

    一、带电粒子任意运动产生的推迟电磁场不满足宏观电磁场运动方程和电磁场相对论变换。宏观电磁场相对论变换导致电磁场运动方程解的唯一性破坏和其他严重问题，因而是不可能的。写成四维电磁势的形式后，不考虑电磁场相对论变换，宏观电磁场运动方程在不同的惯性参考系中可以保持不变，但洛伦兹条件不可能保持不变。因此经典宏观电磁场理论不存在相对性，爱因斯坦时空相对性赖以生存的最重要的理论基础被破坏。

    二、狭义相对论逻辑系统中存在3个基本问题：1.采用纯惯性参考系建立时空理论的超验性问题。2.参考系相对运动速率V’=V与光速不变c'=c的相容性和一致性问题。3.基本时空佯谬不可消除性问题。

    三、为了能与地球近平直参考系中的实际测量结果进行比较，必须将弯曲时空中对引力问题的计算换算成用标准尺和标准钟(或局部惯性系的标准尺和标准钟)来计量。这在弯曲时空引力理论中被认为是基本原则，但目前广义相对论对具体问题计算的过程中却普遍地忽略了这个原则。采用标准尺和标准钟计算的结果表明，水星近日点进动是实际观察值的4.8倍，而且方向相反，雷达波延迟只是观察值的53%，这样的结果显然是根本不可能的。因此广义相对论实际上并未得到实验证实，除非爱因斯坦引力场方程描述的已经是平直时空中的结果，不是弯曲时空中的结果。但这与爱因斯坦弯曲时空引力理论的前提相矛盾。

    四、考虑到狭义相对论效应后，由加速过程产生的运动速度和运动质量具有绝对性。时空理论应当考虑加速过程的影响，只有在不等价惯性参考系基础上建立的时空理论才是有实际意义和逻辑一致的。

    五、考虑到狭义相对论效应和其他物理效应后，引力与惯性力局部不等价。GP-B实验的任何非零结果都将证明等价原理的不可能性，而不是证明广义相对论的有效性和引力使空间弯曲。按强等效原理，在引力场中自由降落的局部惯性参考系上引力场会被消除，因此在卫星上进行的GP-B实验上就无法测量到惯性陀螺的进动。GP-B实验观测到惯性陀螺的任何进动都将说明，在自由降落的局部惯性系上引力场并未被消除。试图用来显示引力使时空弯曲的GP-B实验在基本设计原理上存在问题，实验的结果与设计的期望正好相反。

    六、按爱因斯坦引力场方程计算，细圆环和双球体引力场中心会出现奇点，且奇点完全裸露在真空中。表明时空奇异性是采用弯曲坐标的描述方法引起的，不是自然本性。所谓奇异性黑洞、白洞和虫洞以及时间旅行等在自然界中都是不存在和不可能的。

    七、由于导致光在引力场中的运动速度满足伽利略相加规则，违背光速与光源运动状态无关的现代物理学基本规则，罗伯逊-沃克度规不能用来描述宇宙的早期和高速膨胀的过程，其结果是暗能量不存在，宇宙加速膨胀不可能。

    八、由于地球观察者与宇宙物质间存在相对运动速度，描述膨胀宇宙必须采用动态能量动量张量，不能采用静态能量动量张量。采用动态能量动量张量后的计算结果表明，爱因斯坦引力场方程不可能用来描述均匀且各向同性膨胀的宇宙，现代标准宇宙学面临基础缺失的危机。

    在以上8条中，第一条对时空相对性理论是致命的。经典电磁理论的相对性是时空相对性最基本的理论支柱，如果经典电磁理论不具有相对性，我们还能期望什么物理理论具有相对性呢？第三条对广义相对论是致命的。水星近日点进动和雷达波延迟是广义相对论最基本的两个实验检验，如果广义相对论无法解释这两个实验，引力的几何化描述就是没有任何希望的。第六条对奇异性黑洞理论是致命的。取一小段细铁丝弯成圆环，环心就会出现奇点，这可能吗？现代黑洞理论的整个基础都是错误的，真实的物理空间不可能有奇异性。第七条和第八条对暗能量假设和标准宇宙学理论是致命的。现代物理学与经典物理学最基本的分界线之一，就是光的速度与光源的运动状态无关。现有标准宇宙学理论越过这条红线，就不可能被认为是现代意义上的正确的宇宙学理论。而静态能量动量张量只能用来描述静态宇宙，不可能用来描述膨胀的动态宇宙。以上5点都是可以定量计算和用数学函数形式精确表述的，没有任何含糊性和不确定性。正统物理学如果还坚持爱因斯坦理论的不可动摇性，最起码必须对这5个问题进行有效反驳和给出合理解释。否则继续将爱因斯坦理论作为物理学和宇宙学的基础就失去它的合法性，继续在这种基础上进行的任何研究都不再具有物理意义和科学价值。

    详细论证可见本人的《现代物理学基础问题研究》文集，内容可在中国预印本服务系统http://prep.istic.ac.cn网中输入作者姓名“梅晓春”查询下载(部分内容有英文版)，也可以通过E-mail: mxc001@163.com直接向作者本人索取，或直接点击以下网址下载：

    1. http://prep.nstl.gov.cn/eprint/search/result.jsp?d=fileinfo&flag=sear&r=1221920769543

    2. http://prep.nstl.gov.cn/eprint/search/result.jsp?d=fileinfo&flag=sear&r=1223174851008

    3. http://prep.nstl.gov.cn/eprint/search/result.jsp?d=fileinfo&flag=sear&r=1221919832156

    对以上问题感兴趣者，请登录新浪网“梅晓春博客”(http://blog.sina.com.cn/mxc001)留言和讨论。包含数学公式和特殊符号的内容可以通过电子邮件与本人交流。欢迎物理学界和社会各界人士参与自由讨论，以活跃学术气氛、增强创新意识，为科学繁荣和中华民族科学复兴作出贡献。鉴于所涉及的理论体系庞大、问题复杂，错误在所难免，本人真诚地欢迎批评和讨论，并对有价值的建议表示感激和敬意。

    (作者系福州原创物理研究所所长)

    附:《现代物理学基础问题研究》后记

    1993年，花费20多亿美元在得克萨斯州开凿了几十公里长的地下隧道后，美国国会参议院决定停止对超导超级对撞机计划(SSC)的拨款。寻找希格斯粒子，对粒子物理学标准模型进行最终检验的实验搁浅。几千物理学家失去工作，世界高能物理学界感到了空前的失落和沮丧。但物理学家的雄心并未因此受挫，之后由欧洲核子研究中心接手，通过了LHC计划，继续寻找希格斯粒子——标准粒子理论失落的最后一环。该计划由世界多国协作，目前正在实施，今年8月大型强子对撞机已建成并开始运转，估计2010年左右出结果。

    这个既被利昂·莱德曼称为“上帝粒子”，又被希尔顿·格拉肖称为“厕所”的、不雅却又必需的东西，真值得物理学家们这样竭尽全力地追逐吗？它到底是上帝深藏于秘境的圣物，还是仅仅用来“冲洗现存理论不一致性”的下水道呢？宇宙中静质量最大的粒子充满了真空，还算是真空吗？这样的真空又如何对称性破缺呢？虽然来自凝聚态物理，对称性破缺概念一旦移植到粒子物理学，就变得荒唐无比。对于希格斯粒子是否存在，霍金曾与人打赌。作为一个悲观主义者，他赌“无”。这位躲在果壳里的圣徒，这次也许压对了筹码。除了规范场的拉氏量外，非阿贝尔规范场运动方程也必须满足规范不变条件，物理学家们怎么可以把这一点给忘了呢？对规范场运动方程进行规范变换后就会自动引入一个约束条件，再对理论稍加改造后，杨-米尔斯规范场理论就能自足，粒子物理学标准理论就能自洽，再也无需希格斯机制这个赘物。只可怜欧洲核子研究中心的机器要空转一场，看来是停不下来了。

    1998年，两组天文学家在美国《天体物理学》杂志发表对Ia型高红移超新星的观察结果，声称我们宇宙70%以上的物质是暗能量，在暗能量的驱动下目前的宇宙正在加速膨胀。这个结果在物理学界乃至一般公众中造成轰动，多次被各国科学与新闻界评为当年十大科学新闻之首。目前各国政府和科学基金会相继大笔拨款，研究机构纷纷立项，大批天文和天体物理学家正全力以赴，投入对暗能量的角逐。

    然而物理学家们可能又要空忙一场了。这个在近代物理学档案中无档可查的暗能量怪胎，只能像百年前的以太理论一样，再次成为上帝弃物。建立在相对论基础上的现代宇宙学标准理论，它所依赖的罗伯逊-沃克度规怎么可以导致速度的伽利略相加规则，直接违背现代物理学关于光速与光源运动状态无关的基本规则呢？我们又怎么可以用静态的能量动量张量来描述动态的膨胀宇宙呢？标准宇宙学理论的基础正面临崩溃!古人无事忧天倾，今人自扰忧天离，暗能量和宇宙加速膨胀论可休矣。

    物理学家S·温伯格在《引力论和宇宙论》一书的绪论中写道：“物理学并不是一个已经完成的体系，相反它每时每刻都存在着一些观念上的巨大混乱，有些观念像民间史诗那样，从往昔的英雄时代流传下来；而另一些则像空想小说那样，从我们对于将来会有伟大的综合理论的向往中产生出来。”现代物理学是个庞大的概念体系，逻辑和数学将众多的概念连在一起，牵一发而动全身。我们不能不被这个逻辑体系的严密性，以及这种逻辑能达到的预言高度所震撼，但这些都不能让我们无视这个逻辑巨网中存在的种种漏洞。作者自大学生时代起，就被相对论和量子论中的逻辑悖论所困惑。在后来的教书与游学生涯中，以及其后为稻粱谋的闲暇之余，越发被这些困惑深深纠缠。面对这类问题，总觉无法自欺欺人。然而所遇物理学同仁，大多对这些问题不感兴趣。更甚者认为根本不存在这类问题，是尔等自寻烦恼。这不禁使人想起数学史上一段有趣公案。

    当年还是无名小卒的罗素将“理发师悖论”论文寄给德国著名逻辑学家特洛伯·弗理兹。此时特洛伯·弗理兹已完成他的最重要著作《算法基础》第二版，自认可以作为整个数学的基础，准备付印。看完罗素的信，特洛伯·弗理兹一声长叹，便在书的最后加上一段话：“一个科学家所遇到的最不合心意的事，莫过于在他的工作即将结束时发现其基础崩溃了，我把罗素的来信发表如下……”特洛伯·弗理兹对科学和逻辑的尊重态度，以及承认自我体系崩溃的勇气，难道不值得当今物理学家们深思吗？爱因斯坦年老时曾发感慨，认为自己一生所做的工作中“没有任何一个概念是我深信能站得住脚的，总的来说我也不能肯定我是否在正确的道路上前进。”这决不是他的过谦和矫饰，或许正道出他的难言之隐。我辈等更不应掩耳盗铃，赞皇帝新衣。物理学的逻辑基础不可以出现不一致，物理学家们应多些数学家的严谨、多些哲学家的怀疑，少些盲从者的幼稚。所谓科学真理，求真为首，求美次之，切不可本末倒置，买椟还珠。哲人之石，从不可废，可用以磨砺思维，升华品位，无穷追问的休谟怀疑精神永远值得倡导。若有悖逻辑，则一切皆空。以怪诞为新，以悖理为妙，以神秘冒充深奥，以玄学混肴显学，虽可招摇过市、流行一时，终不得长久，不是求真者所为。

    伽利略在西方世界开启运动相对性观念之先河，爱因斯坦继承了这种相对性观念，提出更纯粹的时空相对性理论。我们不能要求他在草创狭义相对论时，也考虑到狭义相对论动力学效应对时空性质的影响。这种效应必然导致加速过程产生的运动速度和运动质量具有绝对性，破坏时空相对性。然而令人不解的是，爱因斯坦其后为建立广义相对论提出惯性力与引力等价原理时，为什么仍然只用牛顿力学，不用狭义相对论力学。如果考虑到狭义相对论效应，就不会有等价原理，还会有今日流行天下的弯曲时空引力理论吗？关于罗伯逊-沃克度规本质上是牛顿力学的时空度规，在宇宙早期和高速膨胀过程中不可用的证明，关于宇宙学必须采用动态能量张量的证明，几行字就可以说清，为何至今无人发出疑问呢？此外带电粒子任意运动推迟电磁场不满足宏观电磁场运动方程和相对论变换，宏观电磁场相对论变换会导致电磁场运动方程解的唯一性的破坏和其他非常不合理的结果。为了能与实际测量进行比较，采用标准尺和标准钟计算，广义相对论就根本无法解释水星近日点进动和雷达波延迟实验。所有这些都是非常简单明确的，理智尚存者，谁能与之辩。捅破纸一层，迷糊几代人。多少人心血，就此付东流。即便是爱因斯坦智者千虑一失，为什么一代又一代的后来者，对这种明显不过的事情仍视而不见呢？翻翻物理学史，这种事情绝非少见。大厦建于沙基，必将毁之，必有后痛。不是说21世纪的天空又出现若干朵乌云吗？造物弄人，百年一个轮回，物理学真的又要再来个风云际会、天翻地覆了。

    还有就是时间不可逆转之谜，古今贤哲之大惑。令人殚心竭虑，终日惶惶，不得其解。岁月流年，红了樱桃，绿了芭蕉，眼看时间之矢，又将多少英雄放倒。30多年冰火交融，在谬误与理性中挣扎，在微观与宏观之间奔走，总算悟出不可逆性之道。春花秋叶，天荒地老，总可归之于微观过程的不可逆转。在相对论性量子场论中，高阶微扰重整化过程中隐含着时间反演对称性破坏。在非相对论性量子理论和经典理论中，放弃保守势考虑电磁推迟势，就可自动引入时间反演不可逆性。也就是说电磁推迟相互作用是热耗散之源!后觉反思，所有这些都是明摆着的。而我等众生，却总是执著，盲信前人，不愿深究。大道至简，尊者无言，自然之律本性单纯，但也隐藏极深。不是无法用简单方式描述，而是我等未能找到简单方式描述。所谓时髦理论，花俏撩人，似巧实拙，终归过眼烟云。唯有经典神韵，庄严凝重，典雅从容，方可弥坚。然治学道上，随大流者众，具慧眼者稀。不遇钟期，弦断谁听。悟今是昨非，却书生渐老，欲唱无台，平添无奈。所幸者，比之玻尔兹曼和埃伦菲斯特，至今身犹存、心犹静，尚未颠狂，尚能衣饭。

    然而时代的迷惘终会结束，真理的钟声会再次敲响。新一轮物理学观念革命的大幕已经徐徐拉开，科学浪潮必将再次席卷这个时代的垃圾，只留下钻石与金沙。科学舞台上上帝的形象终将退隐，造神运动的喧嚣必将被理性的和声湮没。百年之间被扭曲的科学精神已经发出呐喊，相对主义已经到了崩溃的边缘。物理学研究走向神秘主义和过度几何化的倾向必须得到纠正，追求质朴性和逻辑合理性的精神必须得到张扬。科学探索应当高举唯物论和因果律的大旗，人类对物质世界的这种基本哲学认识自有其形而上的高贵。卸去铅华，洗却风尘，科学古典主义必将再现她的典雅风采。20世纪物理学辉煌与谬误并存、理性与迷信共生的一页已经翻过。21世纪物理学必将以质朴性、绝对性和确定性在某种程度上恢复的特征，再塑人类理解自然、征服宇宙的自信心。亲爱的朋友们，现代物理学基础的重建需要您的参与，理论物理学逻辑巨网的修补需要您的巧手。让我们重温马克思的劝导：最先投入新生活的人，他们的命运将是让人羡慕的!朋友们，为了人类科学的健康发展，为了中华民族科学的复兴繁荣，请挺身而出，接受挑战吧!