关于对相对论的批判

1966年到1976年间，在中国的十年浩劫中，不仅迫害到很多活着的正直的中国人，而且死人、古人也被翻出来。批了中国人还不够，外国人也要受到批判，以致爱因斯坦和他的相对论也属于必须彻底批倒批臭的对象。在 “批判”的“热潮”中，1969年10月由中国科学院“批判自然科学理论中资产阶级反动观点”毛泽东思想学习班发表了 《相对论批判》这样的文章：在其前语中写道：伟大的无产阶级革命导师恩格斯的不朽著作 “自然辩证法”的手稿，曾被臭名昭著的老牌修正主义者伯恩斯坦 （德国理论家）扣押了30年之久，以致伟大的列宁都没有看到。但是就在列宁逝世的那一年，伯恩斯坦却毕恭毕敬地将这份手稿呈给现代物理学的 “鼻祖”爱因斯坦，请他予以评价。

爱因斯坦在他的答复中，以极其轻蔑的态度写道：“不论用现代物理学的眼光看，不论用物理学史的眼光看，这些札记都无特殊价值。”这里批判者们不知是有意或是忘了爱因斯坦接着说的：“可是，我们可以这样设想：如果考虑到这部著作对于阐明恩格斯的思想的意义是一个有趣的文献，那是可以出版的。”因此，不能认为爱因斯坦的态度是 “极其轻蔑的”。

批判者首先用两种宇宙观的搏斗的高度来批判爱因斯坦的相对论，并认为：

“爱因斯坦的相对论，正是在自然科学理论中深深地渗进资产阶级意识并介入现实阶级斗争的一个突出典型。”

接着批判者把相对论归结为哲学上的相对主义，批判者认为：

“用形式逻辑是得不出多少新知识的。当然可以推论，但是结论包括在大前提里面。我们对相对论的批判，也应当从分析它的大前提：‘光速不变原理’和 ‘相对性原理’入手。爱因斯坦在回忆他建立相对论的经过时说，他 ‘对于依靠已知事实通过创造性的努力来发现真实定律的可能性越来越感到绝望。’‘越发相信只有发现一个普遍的形式上的原理’才能得到 ‘精确有效’的结果。他 ‘直觉地感到’，‘光速不变原理’和 ‘相对性原理’正是这样的原理。可是，把这两个大前提一搞成绝对 ‘精确’的、‘普遍’的，爱因斯坦就开始把资产阶级的反动阶级意识掺进了相对论体系中。”

而我们认为，如何建立一个新理论，最重要的一步就是如何从已知的实验现象中抽象出必要的 “新原理”，原理一旦得到剩下的只是一些数学运算技巧。杰出的理论物理学家的 “天才”就在于他们能正确地提出原理；而一般人最难以理解的也就是这些原理。所以甚至很多 “主流”物理学家做了一辈子的正确甚至可以说是 “杰出”的计算，但最后还是没有搞清基本原理。再说，原理的提出绝不是单靠形式逻辑可以得到的，而是基于深刻的物理理念以辩证逻辑思维为基础的 “直觉”所产生的 “灵感”所诱发出来的。这是人类思维所迸发出的光辉而绝非 “资产阶级的反动阶级意识”。

批判者认为：“物质世界的层次是无限的。光是由光子组成的，光子也是无限可分的。属于物质运动某一层次的光传播过程，它的速度必然会由于种种内因和外因而发生变化，超越自身的 ‘界限’，更不可能成为什么宇宙万物运动速度的极限。认为宇宙中有一种不可超越的极限速度，正如认为宇宙中有一种不可分割的基本粒子一样，完全是形而上学的。很明显，把 ‘光速不变原理’绝对化并用它来主宰一切，就使光的传播成了宇宙中绝对最初的和绝对最后的运动形态，而把人类禁锢在一个由光来确定其极限值的 ‘有限世界’之中。”

“至于 ‘相对性原理’，它在相对论及整个现代物理学中比 ‘光速不变原理’具有更根本的意义。必须着重指出：把相对论原理绝对化，就必然会陷入哲学相对主义。爱因斯坦就是这样。事实上，西方唯心主义者早就宣称，‘相对性原理就是哲学相对主义的原理，就是仅仅根据观察者的观点来描述事件。’相对主义否定事物的任何绝对性，主张只有纯粹的相对。在运动观上，它的表现就是否定运动的绝对性，主张运动是纯粹相对的，并进而否定运动的客观性。”

“其实，相对主义者也并不是完全不要绝对。爱因斯坦虽然否认了客观事物内在的一切绝对性，却也还有他的‘绝对’：他那两个 ‘原理’不就是 ‘绝对’的吗？进一步说，他的 ‘直觉’不就是 ‘绝对’的吗？一切相对主义者，原来都是 ‘以我为核心’的主观唯心主义者！”

老子在道德经中写道：“有无相生，难易相成，长短相较，高下相倾，声音相和，前后相随。”老子在这里明确地指出了诸如有无、长短等，一系列对立的概念，是通过比较而确立的。这些概念既是对立又是统一的。它们相互印证、相互补充、相互走进。正如黑格尔在他的名著 《逻辑学》中指出：“有与无的统一，所以纯有与纯无是同一的东西。这里的真理既不是有，也不是无，而是已走进了—不是走向—无中之有和已走进了—不是走向—有中之无。但是这里的真理，同样也不是两者的无区别，而是两者并不同一，两者绝对有区别，但又同样绝对不曾分离，不可分离，并且每一方都直接消失于它的对方之中。所以，它们的真理是一方直接消失于另一方之中的运动，即变；在这一运动中，两者有了区别，但这区别是同样也立刻把自身消解掉的区别而发生的。”另一方面，对于有限、无限，如世界在时间上是否有一个开始；物质是有单一的东西构成或不存在单一的东西，一切都是复合的等矛盾对立的概念是建立在人类理性的本质上的，因此这些矛盾是不可避免的，是永远不能终止的。也就是说，要用矛盾的一面去批判甚至否定矛盾的另一面是永远得不出什么结果的，也就是没有意义的。

批判者大谈相对与绝对，其实根本没有搞清楚在对运动的观测和表述中，什么是相对的，什么是绝对的，相对性原理是如何来处理相对和绝对之间的关系的。事实上，在这个过程中，只有客体的运动是绝对的，而任何观测者对运动的观测总是相对的，因此，不同的观测者对同一运动的观测结果总是会受到观测者自身所处的运动状态的影响。那么，不同观测者对同一客体的运动的观测结果，是否可能得到同一的认识呢？相对性原理本质上是肯定了不同观测者得到同一的结果是必然的，但不同观测者之间的观测结果，必须作适当的坐标变换。牛顿理论是基于对低速 （于光速相较）运动的观测和描述，因此，利用伽利略变换就足以正确表述不同惯性系间的观测结果间的差异。而爱因斯坦发现，当被观测客体的相对运动速度可与光速相比拟时，必须用洛仑兹变换来取代伽利略变换。本来这种取代的真实含义是：由于不存在瞬时传递，因此任何参考系间的信息交换，必然要借助于某种传递手段，而爱因斯坦认为光是宇宙间传递最快，且最容易操作的讯号，因此他选用了光来作传递手段。于是当人们观测相对运动速度与光速可比拟时，表现在对时间和空间的度量上，会出现一些与日常经验不相符合的现象。乍看起来甚至有些古怪。例如：当一位观测者观测一根棒，在对于他以恒定速度运动着的那个参考系中，他给棒规定的长度，必须比他在对他是静止的参考系中所规定的长度要短些。为了符合狭义相对性原理，他必须这样做，其实这里并不涉及棒的真正长度问题。对于时间过程也完全一样，人们常常去追问 “尺缩、钟慢”并以此来怀疑和否定相对论，其实这些都是不严肃的科普文章带来的后果。我们应该正确地说：当一位光测者在观测两个事件间的时间间隔时，在对他以恒定速度运动着的参考系中，他给这两个事件之间的时间间隔应当规定得短些。这里同样并不涉及时间的真实本性问题。但一些科普文章却由此引出什么诸如 “双生子佯谬”之类的奇谈怪论，并引出一些追求概念而不懂用理念去直观地把握事物本质的人们的 “热烈争论”！并一再地宣称他们“驳倒了相对论”？

批判者们还认为相对论的时空观是资产阶级唯我论。批判者们认为：“爱因斯坦根据他的两个大前提建立起来的那套纯属相对的时空观念，同辩证唯物主义的时空观毫无共同之处。他那个没有测量和感觉，时空就没有意义的公式，仍然是与贝克莱的 ‘没有参考物体就没有时空’的唯心主义观点一脉相承的。而他关于时间不过是 ‘个人经验中’事件的 ‘序列’的观点，与马赫关于 ‘空间和时间是感觉序列的调整了的 （或者协调了的）体系’的观点更是如出一辙。列宁在揭露贝克莱和马赫这种 ‘感觉复合论’的反动本质时写道：‘如果物体像马赫所说的是 ‘感觉的复合’，或者像贝克莱所说的是 ‘感觉的组合’，那么由此必然会得出一个结论：整个世界只不过是我的表象而已。从这个前提出发，除了自己以外，就不能承认别人的存在，这是最纯粹的唯我论。’”

批判者们还认为：“爱因斯坦所谓的 ‘同时性的相对性’正是利用了它，相对论才断言，事件的时间进程、物体的空间大小乃至物体质量等等基本属性也是纯属相对的，完全随观察者和客体的相对速度这种外部关系为转移。也正是这个效应，被西方资产阶级吹捧为 ‘爱因斯坦哲学中的一个最精微深奥的观念’。使他的相对主义时空观大大超出了他的哲学前辈。”

对于绝对时间的否定，这是爱因斯坦的相对论对物理学乃至哲学的最大贡献之一。能否正确地理解时间和空间的相对性是是否真正理解相对论的基本标志之一。现代物理学发展表明，一个正确的物理理论的最重要标志在于是否满足罗仑兹协变。不了解这一点，可以说是不了解现代物理学。

批判者还提出：“相对论的基本原理被实验证实了吗？”并指出：“为了弄清相对论的物理内容究竟被实验证实到何等程度，我们对有关专门验证相对论的各种实验进行了调查，并重新作了分析。”

接着批判者作了长长的一段关于理论经受实践的检验的论述，实际上是批判者并不了解物理理论需要验证的是什么！批判者从三个方面来列举狭义相对论的实验验证情况，第一类就是 “光速不变原理”。其实，任何物理原理是物理学家根据观测实践所抽象出的假设。它们本身不必甚至是不可能受到试验的直接证实。就是牛顿的基本定律也是如此。从直接的感受，似乎是力的作用使物质产生运动速度，力的作用一旦停止，运动也就停了下来！因此，最初人们认为“力”的作用直接产生速度。但牛顿发现力的作用是使被作用体产生 “加速度”，于是提出第二定律。但由于摩擦力处处存在，致使牛顿第二定律是不可能得到实验的直接证实的。人们是否可以据此来反对牛顿第二定律的正确性呢？

我们这里用了一些篇幅来介绍 “文革”时期，人们对相对论的 “批判”并作了一些简单评述，目的是想告诉人们如何正确地去研究和评价爱因斯坦的相对论。至今不少人仍在重复着那种类似 “文革”时期的批判，他们特别热衷于用哲学来 “指导并批判”科学。其实这正是本末倒置的事情。可以说，哲学是研究个人和所在自然及社会环境间的关系的学说。哲学观念的提出，一般来说并不要求受到实践的直接证明，也不需要对论题作任何定量的分析。而后两者恰好是现代科学所具有的基本特征。天文学中星系的发现，可以作为反映科学和哲学间密切关系的一个典型的例子。虽然康德在他的 《宇宙发展史概论》中是以太阳系为中心来论述宇宙的结构和演化的，但他在他1755年的 《自然通史和天体论》一书中却明确提出 “广大无边的宇宙”之中有“数量无限的世界和星系”的观念。宇宙中无数的恒星系统可形象地比喻成汪洋大海中的岛屿。后来人们把它称为宇宙岛，并仍把此观念归功于康德。

关于宇宙岛是否真的存在的议论，天文学中始终是围绕着对星云的观测而展开的。

在银河系的基本成员天体中除了由大量恒星组成的球状星团、疏散星团、一些零散的其他恒星外，还有大量的星际物质。它们也可分为三大类：亮星云、暗星云和它们之间的星际气体及埃尘。对一些星云的本质天文学家一直存在着争论，其间涉及的哲学问题就是关于宇宙岛是否存在。开始人们想从一些不十分暗弱的星云中分解出恒星，结果是要么分不出，而可能分出的却仍是球状星团或疏散星团。它们仍属银河系内的天体。

20世纪初，用口径较大的望远镜摄到许多更为微弱的星云，其中很大一部分具有漩涡结构，这成了当时的热门课题。但仅由漩涡结构甚至加上光谱分析都不足以揭示它们是河内还是河外天体之谜。1917年，威尔逊山天文台的里奇在漩涡星云NGC6946的一张照片上偶然发现了在星云中的1颗新星。随后的两月中，又在原有底片中找出了11颗新星。在一定假设下定出大量星云的距离远远超过了银河系的范围。但这些发现未能使天文学家普遍接受。

1918年，威尔逊山天文台建成了口径2.54米的反射望远镜——胡克望远镜。1922年，威尔逊山天文台的邓肯在M31中发现了一些变星。1923年，哈勃用威尔逊山天文台的胡克望远镜通过照相观测，将M31的外围部分分解为单个的恒星，并认出其中的一颗是造父变星，接着在M31中又找到几颗造父变星。此外，在M33和NGC6822中也发现了一些这类变星。哈勃利用周光关系，推出了M31的距离为150千秒差距 （虽然后来发现此值偏小，但已比银河系盘的直径大五倍）。这样，天文学家才普遍接受了星系的存在，并公认哈勃是星系天文学的开拓者，至今，最流行的、基于形态特征的星系分类就称星系的哈勃分类。