深蹲动作的深度剖析

深蹲动作的深度剖析（精选5篇）

篇1：深蹲动作的深度剖析

深蹲动作的深度剖析

蹲几乎是所有运动项目中都会出现的动作模式，深蹲也像是一门文化,从一个人对深蹲的理解可以看出他训练的大致目标和个人训练涉及的知识范围.另一个角度 讲,如果你想知道一个多年训练的人或一个私人教练的专业程度如何,问问他深蹲怎么练.我仅从个人角度发表点看法。

一直以培养健身房私人教练为主要工作的亚洲运动及体适能学院（AASFP）对深蹲的标准说明大概是这样的（年代已久，如有偏差不要追究）： 动作训练目的：锻炼下肢肌群 动作路线：上下直线运动

动作幅度：上至膝盖微屈 下至大腿与地面平行

动作要领：双脚分开与肩同宽，双脚脚尖冲外，11点05方向。收腹挺胸，后背挺直，下至大腿与地面平行或膝关节稍小于90度，膝盖不要超过脚尖，上至膝关节微屈，不要超伸。呼吸：下吸上呼 节奏：4-4拍

到目前为止，很多人也会认为这样的深蹲就是标准深蹲了。但是实际训练当中依旧很多问题，即使按这个标准执行还是可能受伤或没有效果。

最先需要确认的是练深蹲作什么用？常见的，女性锻炼深蹲为塑形或提高下肢力量，男性锻炼深蹲为提高下肢力量，或是为了提高弹跳。这句话的潜台词其实是说： “把能用的肌肉都用上，同时避免运动 损伤”。那回到人体功能，深蹲动作对于关节的活动要求是膝关节和髋关节的伸屈，严谨点说深蹲时髋关节和膝关节要同时屈和伸。而实际情况中很多人是膝盖伸展 良好而髋关节伸展不足，很多人下蹲过程中屈膝良好，而屈髋不足。屈髋不足的人表现就是蹲不下去，说好了的90度就是到不了，谁也没办法，这样训练也就没有 效果，你非要她蹲到90度，动作就变形了。很多人由于蹲不到90度，得到的答案往往是“多练练就好了”，这样训练最打击人的积极性。伸髋不足的人看起来柔 韧性比屈髋不足的好，至少是蹲的下去的，不过他们在训练上却更危险，膝盖伸直之后髋关节还没充分打开，这说明不会调动伸髋的肌肉发力，例如臀大肌。长时间 这么深蹲，全部练股四头肌，大腿后侧和臀部没有训练效果，导致前面肌肉紧张把躯干向前向下拉，形成骨盆前倾姿态，腰椎会承担整个上半身压力，于是一段时间 后腰疼或腰肌劳损。很多人在负重深蹲后腰疼，时间一长膝盖也跟着疼，就说深蹲对身体不好，但他不明白自己可能还没做好最基本的徒手深蹲。

（骨盆前倾）

为了改善以上两种情况出现了两种基本深蹲模式，一种双手在前，这种是为了维持动作平衡，让在你大腿后侧肌肉链条控制能力不足的情况下让你蹲得下去而设计出来的动作。

还有一种是双手抱头在后，像我发的那张图，这是真正的为了你找到肌肉平衡而设计的动作。这个动作让起立过程中大腿后侧及内侧参与伸髋的肌肉能更好发力，让髋关节能充分打开。

另外有关深蹲幅度问题，膝关节是90度？，还是小于90度？，还是蹲到底？

先回顾一下亚体曾经提到的关于深蹲的基本要领：双脚分开比肩稍髋，脚尖向两侧分开11点05方向，下蹲时挺胸收腹，后背挺直，起立时膝盖稍微弯曲不要完 全伸直。基于这个前提说说深蹲幅度问题.90度是个分界线，但是小于90度，还是大于90度完全是因人而异，就像前面提到的有人屈髋不足，那就是到不了 90度。在不了解每个人身体特征的情况下不能要求别人或自己做到90度或更低，更不能跟人说“不蹲到90度就没效果或者尽量蹲的低”。

如果一个人蹲不下去，深蹲到不了90度，可以选择双手在前的方式先达到90度，慢慢提高控制能力之后变成双手在脑后，学习如何让更多肌肉发力。如果此人使 用双手在前的深蹲还是蹲不到90度，要考虑到踝关节灵活性不足的问题，而不是髋关节。一旦他能很熟练蹲到90度时，应该逐渐过度到双手在后的深蹲。深蹲动作的深度剖析(2)

对于一个双手在后深蹲可以达到90度的人来讲，如果他可以保持上面说的动作标准，那应该再标准一点，到底怎样才算最标准？，标准动作就是把能用的肌肉都用 上，让训练效率尽量高，所以需要从解剖学更多地理解这个问题。参与伸髋的肌肉除了臀大肌，其实还有腘绳肌与股内收肌的大收肌部分。

（大收肌）

（腘绳肌）

为了让这些肌肉也参与发力，下蹲过程中除了后背挺直，还要尽量保持臀部绷紧并试图向上翘起，尾骨垂直向下。参照这个标准，很多人都可能蹲不到90度了。如果后背挺直但是臀部的这个环节放松，会出现骨盆的反向卷动，腘绳肌，大收肌甚至臀大肌变得松弛，不参与发力，锻炼的效率也就降低，膝关节压力则更大。

从图中可以看到左图为标准动作，红线表示相关肌肉保持紧张，右图骨盆出现反向卷动，蓝线表示臀部相关肌肉变得比较松弛不参与工作图表1是正确的背部角度，可以让腿后肌群和臀部内收肌在起始点（绿色盒子的左下角）和终止点（膝盖后面）间保持紧绷。这可以让这些肌肉在深蹲里完全参与，保证施展更多的力量和将负 重更加均匀地分布在膝关节上。

图表2就是我称之为“屁股眨眼”的姿势，即深蹲到底后在骨盆下面的转向。可以很清楚的看到骨盆周边绿色盒子的角度。这个姿势减少了腿后肌群和臀部内收肌的 起始点和终止点的距离，将负重从这些肌肉移离。你可以看到蓝线（采取不正确角度时）和红线长度的差异。将这些腿后肌肉的负重卸离的结果就是，这些负重一定 会转移到大腿上部，这就在你深蹲到底部时候可以运用的肌肉减少了，并且将更多的负重转移到了膝盖的前部。这还会让你不能够运用腿后肌群和内收肌群的伸展反 应去在深蹲到底时“弹起”，这样就会让你在用高强度深蹲时更快地疲劳和在尝试重负荷举起的时候失败。

另外蹲到小于90度的人往往是以为自己深蹲90度没有问题的人，如果按上述要求蹲不到90度，那建议立刻放弃小于90度的深蹲或者全蹲。因为蹲不到90 度，说明伸髋肌群其实不仅仅没有完全调动起来也意味这控制能力不足，在伸髋肌群控制能力不足的情况下，还蹲到90度以下，那过多参与伸髋发力的是离骨骼最近的深层肌肉梨状肌，梨状肌发力初期会让股骨外旋之后才是伸髋，这样会形成股骨与髌骨关节面的滑动不吻合，股骨与髌骨出现摩擦，时间一长就会出现关节弹响 和膝关节疼痛。所以全蹲有人能练有人不能练，在于身体能力不一样，和动作没关系。

（梨状肌）

再说说膝关节超不超过脚尖的问题。这个要点，早期可能是一些运动康复机构或亚体提出来的，我不清楚谁是第一个说膝盖不让超过脚尖的，不管谁说的，这句话有 意义但是没有完全对，膝盖超过脚尖膝盖周围肌腱的压力会比较大，对肌肉力量考验会相对高，大概出于保守才有这样的训练建议。但实际上很多人练深蹲是为了更 好避免运动损伤更好提高运动能力，那这个深蹲训练需要和具体运动项目中的蹲和跳动作相一致，否则这个深蹲就变成了一个没有实际意义的“新动作”，实际上是 任何体育运动项目当中，没有蹲的时候膝盖不能超过脚尖这个说法，立定跳远如果膝盖不过脚尖肯定跳不远，跑步如果膝盖不过脚尖你可以想象那个姿势很滑稽。所 以深蹲很多时候是膝盖超过脚尖才能对专项运动起到帮助，我们只要保持重心在足底，保持膝盖一直和脚尖方向一直，不要左右晃动，膝盖就不会受伤，而保持膝盖 不晃动的主要肌肉就是前面提到的伸髋肌群，所以做好上一步比膝盖是否超过脚尖更重要。

深蹲动作的深度剖析(3)我个人喜欢修改深蹲动作，让一些蹲不到90度的人在某种角度下尽量膝盖超过脚尖，很多人可以通过1分钟之内的训练蹲到标准的90度。我从徒手训练和运动表现角度分析认为膝盖不过脚尖弊端更多，实际上负重的深蹲训练如果膝盖不超过脚尖那问题则更严重。

肩关节的作用在深蹲里是什么？，不管是囚犯深蹲（双手抱脑后的深蹲）还是负重深蹲，肩关节向后收紧和抬头都是在带动后背的多裂肌与竖脊肌发力，帮助更好稳定脊椎与骨盆，保持动作的高效性与安全性。同时肩关节向后收紧会让重心靠后，迫使你提高伸髋肌群控制能力。（多裂肌）

总结：

手在前的深蹲：如果你蹲不下去，大概就蹲到45度左右，那就使用这种深蹲先蹲到90度慢慢练习，熟悉深蹲的动作结构，熟悉深蹲膝盖和髋同时发力打开的感觉，慢慢过渡到手在后的深蹲。如果手伸前面还是蹲不到90度，那你的选择是做健身球深蹲（网上查查）或脚底垫高，或者提 高踝关节灵活性让你的深蹲幅度达到90度。手在后的深蹲：练深蹲必须练这个动作，在挺胸收腹，后背挺直的前提下注意加上两个要点，肩胛骨向后收回和臀部绷 紧并试图向上翘起，避免骨盆出现反向卷动，让股内收肌也参与发力。

（难度增加可以改进到过顶深蹲，双臂伸直，肩胛向后收回与头和躯干在一个平面上）

膝盖不过脚尖的蹲与过脚尖的蹲：不过脚尖是一种保守训练推广理念，没有实际功能性，对运动损伤预防与运动表现起不到什么作用，负重训练时过度强调膝盖不过脚尖会出现更高的损伤风险。下蹲膝盖超过脚尖是顺应人体自然活动动作的方法，不会伤害膝盖，只要重心保持在足底就行。从我的角度看，标准的深蹲是应该是这么做： 动作要领：

站姿，双脚分开比肩稍宽，双脚脚尖稍微冲外成11点05方向，挺胸收腹，双手交叉抱在脑后，稍微抬头，肘关节打开肩胛骨向后收紧，下蹲时保持后背挺直，收紧小腹并且努力保持脊椎笔直（当然不是要你破坏生理弯曲，就是后背看起来始终是直的，不要弓背），让臀部绷紧并稍微向上翘起，保持重心在足底，起立时重 心稍微靠后，并且注意发力次序，尽量让膝关节和髋关节同时打开，膝盖始终保持稳定并与脚尖方向一致。深蹲幅度在动作标准的前提下越低越好。

呼吸：不管。

节奏：慢。

训练目标：熟练深蹲这个动作，找到良好的肌肉本体感觉与发力次序，以此为基础去学习其他下肢类动作。

我说的深蹲动作可能还不是最标准的，举重运动对深蹲会有更深的解读，但是我在改善肩关节与骨盆位置练习深蹲后，在爆发力没有任何提高的情况下，立定跳远提 高了10cm。深蹲这个动作起到的作用不仅是塑形或增加肌肉力量，它是一种人体的基本动作模式，出现在多种不同的运动项目当中，良好的深蹲动作与发力模式可以带来更好的 运动表现，和降低运动损伤的风险。塑形变得更像是能力提高后的附属品。

篇2：深蹲动作的深度剖析

目前为止，我们还没讲过肌腱伤病等情况对发力的神经控制的影响。据说，得有髌腱伤病的人会表现出皮质脊髓兴奋和股四头肌皮质抑制。一般认为，为了让肌肉更僵硬来适应病变肌腱更高的柔度，股四头肌的预激活和兴奋度都更高，皮质抑制被认为是为了限制发力能力。尽管这些神经异常可能并不够，但它们的本质都是保护性的，都是为了减少病变组织所受到的负荷。显然，这种调节机制会限制我们使用肌肉肌腱的能力，对想要增肌、提高三大项的人来说非常不理想。但幸运的是，最近的观察发现，我们或许能通过一些简单的办法显著改变上述异常。Rio等人在有髌腱病的人身上进行了一项研究，他们对比了等长收缩与等张收缩的疼痛、股四力量和皮质脊髓抑制。用1RM的70%进行45s的等长伸膝后，发现对等张动作的三项指标都有着显著影响。更确切的来说，通过等长收缩，皮质脊髓抑制降低了，平均股四力量提高了18.7%，并持续了45分钟。这并不是说你能多蹲18.7%，但提供了数据支持了在训练前用中高强度等长收缩加载的说法。这能帮助调整神经肌肉控制，帮你在训练中提高负荷承受度和发力水平。

用这个方法热身之后，是时候选择一个深蹲动作模式了。不同站距、不同杠位、不同部位主导的深蹲对肌肉发力的需求差异非常小，但对髌腱压力的差异却很大。数学模型表示，髌腱受到的力(包括拉力和压缩力)在深蹲中与膝盖屈角成正比。在屈角最大时，压力最大(130度时，压力大约6000N)，然后每减少30度，压力降低2000N。因此，尤其是在康复初期，限制屈膝程度很重要。在实践中，应当调整深蹲动作而不是去改深蹲深度等。箱蹲就是个不错的选择。用这种蹲法，你能够向后坐很多，增加屈髋幅度，同时还能保持躯干比较竖直。另外，箱子也能帮你精确控制屈膝角度。过几周或几个月后，如果髌腱能承受的话，可以逐渐转移到低杠深蹲、高杠后蹲、前蹲(如果有需要的话)。

调整深蹲动作的同时，可变化阻力也是个很好的选择。用弹力带、铁链等工具，在底部最脆弱的部分压力最小，随着站起来压力越来越大，也不会牺牲训练效果。但要小心弹力带在此处的使用，传统的用弹力带将杠铃和地面连接起来的方法并不适用，因为在深蹲离心过程中髌腱受到的力比向心过程大15-35%，而这种使用方法给向心过程加速度，因此并不适用。如果采用弹力带的话，将弹力带绑在高处吊着杠铃会更好一些。

最后，因为身体总会有意无意的做出一些代偿来避免让伤病部位受力，所以只做复合动作未必足以给肌腱足够的压力。因此，训练后最好做做些腿屈伸等孤立动作。

训练强度

传统上来说，离心收缩是肌腱康复中的关键部分。然而，Bohm等人最贱进行了一个系统的回顾，检测了不同受力情况的影响和适应性反应的类型。他们发现，收缩方式无关紧要(除了一个个例，后面会讲到)，最重要的还是训练强度。那么，康复的最佳强度是多少?骨骼肌对各种程度的刺激的反应都很强烈，都能产生积极的适应性，但肌腱需要更为精确的负荷。肌腱对低于1RM的70%的强度不会产生明显的力学、材料或形态上的适应性变化。更高的强度被认为会给肌腱带来更多的张力，导致正常的胶原质卷流失、纤维募集增加、细胞变形——这些都是激发康复过程所必需的。因此，训练强度应当高于1RM的70%。

康复时间

最后一个因素就是这样监控、更改训练变量要持续多长时间。简单的来说，既然已经有过伤病了，你应当一直注意训练的各个变量才对。不过最重要的时期是开始康复训练的8-12周内。肌腱疼痛和功能并不能真实反应肌腱结构的变化。前面提到过，疼痛是一种复杂的机制，反应的不仅仅是周围组织状态。肌腱伤病疼痛一般在治疗性干预下几周后就会消失，然而，这并不意味着康复就结束了。肌腱敏感度可能下降了，但其材料性质在8-12周内一般不会产生变化，形态适应性更是需要更久的时间(具体多久目前没有统一的说法，但一般都是以年来计算的)。

另外，肌肉和肌腱发展不一致时，潜在的风险会被放大。肌腱适应性比肌肉适应性发展要慢，更难受到外界影响。因此，在康复的前几个月里，病变肌腱承受的来自于股四头肌的压力可能远超其所能承受的。想要恢复正常训练的欲望很难克制，尤其是疼痛小时之后。一定要克制住自己的欲望，相信过程。

★ 高城深堑成语解释

★ 深空探测阅读试题训练附答案

★ 深空通信的现状与发展

★ 小学体育与健康公开课教案《蹲踞式起跑》

篇3：深度剖析选址的五痛

1.下行商圈要谨慎;

2.灯下黑要谨慎;

3.楼中店要谨慎;

4.畸形房产要谨慎;

5.买肥搭瘦要谨慎;

6.新盘新场要谨慎;

7.二房东要谨慎;

8.决策机制含糊要谨慎。

选址之痛1:新场有风险,入市当谨慎!

如果熟悉东莞虎门的朋友,你一定当初会认为虎门国际购物中心是个不错的项目。区位优势明显,周边有虎门汽车站,镇区核心商圈的五星级龙泉大酒店,边缘密集的居民区,自身配套虎门第一家巨幕影院,主力店大润发超市等。

其实很多投资者看好它,因为它引入了主力店大润发,在签合同时还特别留意餐饮集中的区域在哪,能否成行成市形成品牌聚力,是否在逛街购物人流的动线上。可是,当投资者进场筹建时, 露天的广场通往地下餐饮区突然多了天花,开发商为了扩大招商面积创造业绩也是拼命利用空间做加法,牺牲原本的功能定位,更不在乎已进商家的存活,品牌布局混乱,动线破坏,可见度不高,广告位设置不够等等诸多因素,终于走进了自掘的坟墓。

总结:

在二三线城市,应该更多关注开发商的开发,规划,招商,运营,营销,物管等综合实力,特别是私人老板,土豪的项目,千万不要被他的招商推广误导, 要有自己的判断,宁可等开业后第二波品牌调整时找机会进入,也不要贸然第一个吃螃蟹。总之,新场有风险,入驻要谨慎!

选址之痛2:单体楼中店,一年后不见

原来的店址所在是一间超大饭堂。 目标顾客就是本座大厦和附近几个甲级办公楼盘的白骨精们! 当时投资者老张计算的就餐人流量一天至少2000人,这个基数对于整栋30多层的大楼只有独家餐饮配套的老张而言是得天独厚的优势。

可是,等老张开业后,形势急转直下,一天不到1000人的消费远远不足以支撑他的投资,更别提收益了。为什么?因为过于自信,过于盲目,老张干了迄今为止最大面积的店———900平方米。可是,老张阻止不了陆续有楼层清空的搬离,阻止不了越来越多周边餐饮配套楼盘的增加掠夺,阻止不了周末节假日休息时大楼人去楼空的宁静。

一年后,老张不得不关掉了门店。

选址之痛3:二房东,千万别当真!

小李选择在广州市一处开店,事实上筹建到开业很顺利,开业后生意上升趋势明显。但二房东是个混蛋!他作为二包租,定位所承租的近2000多平方米的项目严重失误,将过气服装档口塞满除了两个餐饮外的所有区域,该区域虽然是街铺,但毕竟在二楼,又临近春节开业,珠三角城市的特点,特别是深广莞,基本大部分城市建设者在春节都会离开回老家。

春节期间本身是快餐业态生意的淡季,生意要守的。这老兄可倒好,开业刚刚3个月就开始拖欠大业主租金,他确实也损失很大,包下这项目改造据说投入了4百万元,加装扶手梯,做外立面改造等,但无论如何,他违约了,殃及池鱼。后来大业主强行收回房产,小李的店无辜的躺枪身亡。

选址之痛4:你看到的不一定是真的!

因为广州市电脑集散地川流不息的人群,投资者王海认为快餐店生存没问题,实际是王海看到的是假像。因为从消费者的构成分析,这条街的人流停留性差,而且都是以物流打包送货路过为主的人群,王海的店还是在该死的一楼半,还要缩进路面20米,业主把它当首层招租,租金过10万每月。出来混迟早要还的,王海输得好惨。

这是一个典型的灯下黑案例,王海选址判断的标准看来光凭人流数量是远远不够的,还要考量有效人流。

选址之痛5:畸形房产结构,倍受折磨

你见过一家快餐店从大门到后门纵深跨度70米的距离吗?这个项目就是这么畸形,像智利地图,狭长窄浅。这家店原本是部队的停车场通道,由于地理位置实在太好,有本事的人就加建起建筑用来做商业。从破旧的房梁结构可以判断当年起楼的粗制滥造。

篇4：深蹲：最好的健美动作

【深蹲效果】

1.紧实腹部：紧实腰部腹部肌肉，改善松垮的腰腹部。

2.紧实臀部：紧实臀部的臀大肌，改善臀部外扩。

3.紧实大腿：紧实大腿的股四头肌，改善松垮的大腿。

4.消耗热量：可以刺激全身肌肉生长，从而消耗更多的热量。

5.提高代谢：可以提高基础代谢的无氧运动，减肥不易发胖。

6.矫正腿型：可以矫正外八字腿、O型腿和X型腿。

7.强健心肺：可以强健心脏，提高肺活量。

动作描述：带球深蹲

动作要求协同发力，即下蹲起立时向上同时上举，球下落时身体同步下落。

目标肌肉：前臂肌、臀。

训练好处：提升核心的作用，提升臀部的效果。

常见错误：没有协同发力。

改善措施：加强身体协调性的练习。

动作描述：史密斯深蹲

运用史密斯架，将杠铃放于中上斜方肌上，双手闭握杠铃，肘关节垂直指向地面，双脚打开比肩膀宽一些，向前移动双腿，使整个双腿与地面形成斜坡，整个身体保持直立，吸气时，屈膝向下蹲，至大腿与地面平行，膝盖不超过脚尖，呼气时，身体直立，还原至初始位置。

目标肌肉：臀部，大腿后侧和股四头肌。

功效：提高腿部和臀部力量，减少脂肪，达到减脂提臀的效果。

训练要点：向下蹲时要保持身体稳定，膝盖不要发生翻转，起身时注意收紧臀部和大腿，膝盖不要完全锁死，保证膝盖安全。

常见错误：膝盖翻转超伸，低头，脚尖内扣，起身时臀部没有夹紧，身体不稳定，杠铃杆压在颈后，导致颈部疼痛。

改善措施：在颈部垫上垫子，固定姿势。

动作描述：箭步蹲

练习者身体中心在两腿之间，前腿膝盖不能超过脚尖，下蹲时前腿接近90度，吸气向下，呼气向上。

目标肌肉：臀大肌、股二头肌、股四头肌。

训练好处：美化臀型和腿部线条、塑造翘臀。

训练感受：会感到臀部酸胀。

篇5：相对论问题的深度剖析与探索

一、对牛顿力学和狭义相对论的深度剖析与批判

(一) 牛顿力学的巨大成就与不足之处。

所有关于运动学的物理定律, 都是描述给定物体在空间位置上如何随着时间的流逝而不断变化的自然规律, 相对论问题也不例外。经典牛顿力学认为, 物理学的运动方程在任意两个惯性系之间的“伽利略变换”保持不变。习惯上, 人们把这个结论叫做“狭义相对性原理”。牛顿以伽利略变换为基础, 构建了经典的物理学理论, 即牛顿力学。自牛顿力学创建之后, 在200多年的时间里, 取得了一系列辉煌的成就。毫无疑义, 牛顿对于物理学的发展作出了巨大的贡献!

不过, 在随后的发展中, 牛顿力学与某些物理实验, 以及某些新理论之间, 出现了裂隙, 这些裂隙大多数都与物质的极高速 (与光速可以比拟) 的运动有关。物体 (或质点) 在极高速运动的情况下, 其力学规律与牛顿力学之间产生了明显的分歧。尤其是以麦克斯韦方程为基础所建立的电磁场理论, 根本不满足于伽利略变换。

为了从根本上解决这些矛盾, 爱因斯坦于1905年创立了“狭义相对论”。当前的学术界普遍地相信:爱因斯坦的相对论是物理学的一个普遍理论。他对经典物理学的时空观念作了根本性的变革, 在对物理定律的推广和物理学的一些重要分支和宇宙论方面, 具有深远的意义。

(二) 洛伦兹变换公式。

在经典的物理学中, 通常使用“事件”的概念。意思是说, 一个事件是由其发生的地点和发生的时间来决定的。因此, 在某一个运动物体 (或质点) 上发生的“事件”, 可以由物体 (或质点) 的三个坐标、以及事件发生的时间来决定。按照“光速不变原理”, 信号传递速度在K坐标系统内和K坐标系统内是相同的。基于间隔平方相等的前提, 洛伦兹在1904年发表了著名的洛伦兹变换公式, 即:

显然, 上述变换与熟知的伽利略变换截然不同。

(三) 爱因斯坦的狭义相对论。

诚如所知, 构建爱因斯坦狭义相对论的基本原理包括:一是相对性原理:物理定律在一切惯性参考系中具有完全相同的 (数学) 形式。具体地说:表示自然定律的各种方程, 对于从一个惯性系到另一个惯性系的时间与空间坐标的各种变换是不变的。换言之, 描述自然界定律的方程, 如果用不同惯性参考系的坐标与时间来写出, 它们具有相同的数学形式。二是光速不变原理:真空中的光速在任何惯性参考系中都是不变的, 是个普适常数。这是个经过严格物理实验证明了的结论, 即著名的“迈克尔逊光速实验”。把相对性原理同光速不变原理结合起来, 就构成了所谓的“爱因斯坦相对性原理”。

从这里开始, 我们首先简要地介绍爱因斯坦的狭义相对论。为了便于理解, 要用图1来介绍。设光信号从X轴上某点A向两个相反的方向发出。这个信号在两个方向上都等于真空中的光速 (c) , 那么, 在K'系中就应该同时到达与A等距离的两点B和C。但是, 对于K系中的观测者来说, 这件事绝对不是同时的。按着相对性原理, 信号相对于K系的速度也等于c, 但是, 因为B点对于K系而言, 是面向它发出的信号, 而C点则是背离它发出的信号, 所以在K系中, 信号到达B点要比到达C点早。也就是说, 同一个事件, 对于不同的观测者来说, 并不是同时发生的。由此而论, 爱因斯坦相对性原理使某些基本物理观念发生了深刻地改变。

狭义相对论的讨论方法是针对上面的示意图, 假设事件是从在K系统内的t1时刻具有坐标为 (x1, y1, z1) 的点以光速 (c) 向外传递的信号, 并在t2时刻到达点 (x2, y2, z2) 的位置, 那么, 这个信号的传递距离就是c (t2-t1) , 这个距离还可写成, 所以有:

对于K'系来说, 相同的道理, 可以写出:

假设 (x1, y1, z1, t1) 及 (x2, y2, z2, t2) 是任何两个事件的“空时坐标”, 也就是“四度坐标”, 则有:

这个式子被称为两个事件的“时空间隔平方”, 简称“间隔平方”。如果两个事件无限的接近, 上式所代表的间隔平方可以改写成:

然后, 爱因斯坦断言:V≡V'。这里V和V'分别代表和的相对速度。进而证明:ds'≡ds, 并由此得出结论:两个事件的间隔在所有惯性系中都是一样的。以此为基础, 爱因斯坦给出了狭义相对论的坐标变换式, 其形式与洛伦兹变换公式 (1) 完全相同, 并于1905年创立了他的“狭义相对论”, 其变换关系如下:

顺便指出, 爱因斯坦关于间隔相等的数学证明, 并不是严格意义上的形式逻辑, 而是简单的逻辑循环, 即所证命题的结论已经包括在他的前提假设之中。换言之, 因为这里关于V≡V'的结论是错误的, 其错就错在, 这不是两个做相对运动的观测者之间, 对同一个事件, 观测结果的直接比较, 因为二者的运动起点和运动方向都不相同。从哲学意义上说, 任何相互比较, 都必须建立在相同的基础上。

众所周知, 由狭义相对论出发, 爱因斯坦引申出“空间收缩”和“时间膨胀”等新的物理观念, 它们的数学形式分别为:

(7) 式表明:一个长度为△x'的刚尺, 在与他保持相对静止系 (K'系) 的观测者看来, 尺度最长, 与刚尺以相对速度V运动参考系 (K系) 上的观测者看来, 刚尺会缩短成式表明:一个精准时钟记录的时间过程△t', 在与它保持相对速度V运动 (K系) 上的观测者看来, 应变成, 时间膨胀, 也就是时钟的走时变慢。这一理论结果导致了著名的“时钟佯谬” (即孪生子佯谬) 之类违背形式逻辑的荒谬结论。

另外还要指出, 由爱因斯坦狭义相对论导出的质能关系式为:

式中的m是光子的质量。由上式可以看出, 当相对速度V=0时, 光子的静止能量为:

这是狭义相对论中质量和能量相互关系的著名公式, 根据这个公式, 爱因斯坦断定:物质中存在着“结合能”, 这一结论为后来核能技术的发展奠定了重要的理论基础。

不过, 我们也必须指出:在 (9) 式中包含了一个重大的疑问:当V→c时, 会有E=mc2/0→∞。为了化解这一矛盾, 爱因斯坦牵强附会地假设了光子的质量m=0。问题的关键是:光子的质量是否真的等于零呢?到目前为止, 仍然没有可靠的物理实验加以佐证。

(四) 对狭义相对论的深度剖析与批判。

爱因斯坦狭义相对论的物理内涵可以类比于, 仅仅是类比于, 下述物体系统中的相对论问题。比方说, 在太阳、地球、月球这一物体系统中, 太阳可以类比于K参考系, 地球可以类比于K'参考系, 月球则可类比于一个运动事件 (或质点) 。位于太阳上和地球上的观测者, 分别站在自己的位置上, 来描述月球的运动, 会得到不同的时空坐标, 把不同的时空坐标相互比较, 就构成了狭义相对论。乍看起来, 爱因斯坦的狭义相对论似乎是摆脱了牛顿力学的不足之处。或者说, 基于光速不变原理, 确实“时间不是绝对的, 而是相对的, 在不同参考系中, 事件所经历的间隔是不同的”。这是爱因斯坦狭义相对论的出发点。

尽管“时间是相对的”这一结论是无可厚非的, 但在阐述“时间是相对的”这一现象的物理根源上, 爱因斯坦却犯了“认识论”上的严重错误。把话说白了, 爱因斯坦并没有真正地找出“时间相对性”的物理根源, 而是一方面沿袭着牛顿力学的物理概念, 另一方面又直接地陷入到马赫的“相对主义时空观”之中。就上述举例来分析这个问题, 爱因斯坦的意思是说:地球上观测者考量月球运动的时空坐标时, 时间是绝对的;太阳上观测者考量月球运动的时空坐标时, 时间也是绝对的;唯独地球与太阳之间, 因为在它们中间存在着相对速度 (V) , 所以导致了时间的相对性, 而且这个相对性并不是别的什么原因, 是时间概念本身的固有属性, 即“空间和时间不是客观实在, 而是感觉的复合”。这是不折不扣地沿袭了马赫主义的时空观。换句话说, 爱因斯坦的意思是:太阳上和地球上的观测者, 各自都能绝对同步地给出月球运动的时空坐标, 唯独在太阳和地球之间, 他们就不能完全正确地给出对方的时空坐标。

实际情况, 无论是地球上、还是太阳上的观测者, 基于光速传递有限性这个已知的客观事实, 他们都不可能绝对同步地分别给出月球同自己作相对运动时所形成的时空坐标, 除非他们手中都持有一个“传递速度为无穷大”的信号发射装置。须知, 这是根本不现实的事。因此说, 爱因斯坦的相对论还是没有彻底摆脱牛顿的绝对主义时间观。我们承认, 光的传递速度的确非常快, 在小范围内测定运动事件时, 因光速有限性导致时间测量结果的“滞后”可以忽略不计 (在牛顿力学适用的范围内) , 但在天文尺度上, 这个“滞后的时间过程”决不能忽略不计。考虑到这一点, 不同位置上的观测者, 对同一个运动事件时空坐标的描述必定有所不同, 尤其是时间坐标, 其差别往往是巨大的。

再者, 在狭义相对论的创建过程中, 爱因斯坦又不自觉地利用了来源于牛顿力学的一些物理概念 (包括狭义相对性原理、相对速度、间隔平方, 及其数学证明等) 来进行理论分析和建立物理方程。须知, 这些概念都是建立在“绝对同时性的时间观念”之上。因此说, 狭义相对论不仅存在着概念错误, 而且存在着严重的逻辑谬误。这就构成理论的前提假设自相矛盾。这一系列的逻辑谬误和概念错误, 必然导致狭义相对论中出现诸多的逻辑谬误, 诸如时钟佯谬, 光爆丛佯谬, 等等。

顺便指出, 把不同位置上的观测结果集中起来加以描述的做法, 只有在“具有无穷大思维速度”的“人类大脑”中才能够实现。哲学上, 把这种行为叫做“哲学抽象”或“数学抽象”等等。须知, 数学抽象的做法与“相互作用传递速度有限性”的物理事实存在着某种对立。因此, 恩格斯早就明确地指出:“数学的抽象只有在纯粹的数学中才是无条件的、有效的”。

不言而喻, 用洛伦兹变换来描述相对论的物理方程, 也是建立在数学抽象的基础上。数学抽象又是建立在绝对同时性的时空观念上。不难想到, 在数学中, 没有人会考虑“一个三角形的三条边”在时间顺序上是否存在“先”与“后”的问题, 也没有人会考虑一条线段的两个端点在形成顺序上分出“早”与“晚”的问题。当然了, 因为是数学抽象, 就没必要做这样的考虑。不过, 当我们把这种“抽象的线段”作为某个物体运动的空间轨迹来对待时, 在天文尺度上, 就必定出大问题。

总而言之, 在绝大多数物理领域中, 完全可以借助于现有的“数学理论”来构建物理方程, 但在相对论这一课题中, 因为涉及到“同时性是相对的”这个前提, 所以决不可以不加思考地直接套用简单的形式逻辑来构建物理方程。这既是一个重大的数学和物理问题, 也是一个重要的哲学问题。

二、对广义时空相对论的深度剖析

(一) 广义时空相对论的基本概念。

笔者认为, 时间的相对性是光速传递有限性导致的, 对于任何离开运动事件的观测者, 永远不可能绝对同步地、准确地测量出一个运动事件在任何位置上的时空坐标, 两个坐标原点重合的情况例外, 因而也就不可能把不同观测者, 对同一个运动事件 (或质点) , 在不同坐标系里的时空坐标, 绝对同步地测量和描述出来。不仅如此, 即使在同一个参考系内, 位于坐标原点的观测者, 同位于任何其他位置的观测者之间, 针对同一个事件的时空坐标, 也不可能绝对同步地作出相应的描述。

针对上面提到的关于太阳、地球和月球这个物体系统来说, 太阳上的观测者和地球上的观测者, 都不可能绝对同步地给出“月球”在任意空间位置的时空坐标, 他们给出的关于月球的时空坐标一定会比月球上的观测者自己给出的时空坐标滞后一段时间。当然, 这种情况也同样适用于地球和太阳上的观测者, 他们都不可能绝对同步地知道对方在任何时刻的时空坐标。否则, 问题就一定回到相互作用的传递速度无穷大, 同时性是绝对的情况中来, 即回到牛顿力学的绝对主义时空观。

为了更加清晰和明了, 这里再举一个例子 (参见图2) , 假如在一辆火车上安装了以光速c传递的信号发射装置, 甲观测者乘坐这辆火车, 而乙观测者位于火车站。

显然, 甲观测者可随时随地给出火车在任何时刻抵达指定位置时所走过的空间距离, 以及所历经的时间过程, 乙观测者却绝对做不到这一点。不过, 乙观测者可以随时随地通过接收火车抵达指定位置的“反馈信息”来确认火车的状态, 乙观测者收到这个反馈信息的最短间隔时间为Δt=r/c。我们把甲观测者记录火车到达指定位置的时间过程用t'表示, 那么乙观测者所持时钟记录火车到达对应位置的时间过程应为t=t'+Δt=t'+r/c。换言之, 位于火车始发站 (坐标原点) 的观测者, 即便用具有光速传递特征的无线信号来测定火车所在位置的时空坐标, 也不可避免地造成测量结果的时间滞后。

同一个事件, 甲和乙却得出完全不同的时间坐标, 所以我们照样得出:时间是相对的。在这里, 既没有否定时间本身的客观实在性, 又给出了时间相对性的内在原因。进而言之, 相对论中关于时间的相对性, 并不是时间自身的固有属性, 而是观测者受到光速有限性的限制, 时间坐标照旧是客观事物运动过程的映像, 实际过程多长, 其映像就多长, 既不膨胀也不收缩。只是因为受到光速传递有限性的影响, 不同观测者的观测位置不同, 因而对同一个运动过程的观测结果产生了相对性。这是广义时空相对论对“同时性是相对”这一结论的认知, 显然, 这是辩证唯物主义的时空观。顺便指出, 广义时空相对论并不是对狭义相对论的某种改良, 而是对其中的概念错误和逻辑谬误作了彻底地纠正。当然了, 我们也必须站在历史唯物主义的立场观点上, 对狭义相对论的巨大贡献给予充分地肯定。

为介绍广义时空相对论, 我们还需要重申和引进几个物理原理, 并重新定义几个相关的物理概念。

(二) 重申和引进三个重要的物理原理。

1. 光速不变原理。

光在真空中的传递速度是一个固定的常数。就目前所知, 世界上没有比光 (包括电磁波) 的传递速度更快的物质了。所以到目前为止还敢说:光速是物质运动的极限速度。当然, 将来如果发现超光速的物质存在, 我们这里的讨论原则照样适用, 只要在关系式中, 把光速c用新发现的速度替换就是了。

2. 接触作用原则。

要确定运动物体的时空坐标, 观测者必须与被测物体接触。接触的方式有两种:一是观测者与被测物体的“直接接触”;二是观测者通过“中介”与被测物体的“间接接触”。直接接触, 可通过跟随被测物体一起运动来实现;间接接触, 可利用电磁脉冲跟踪被测物体的位置和到达所在位置的信号来实现。即是说:基于光速传递信息的有限性, 没有时间过程的间接接触是不存在的, 在现实中, 任何间接接触都不可能是瞬时的。

3. 客观性原理。

客体具有不依赖于主体的客观内容。意思是说, 不同位置上的观测者从不同角度观察同一个运动事件, 会得出截然不同的观测结果。但是, 这个客观事物本身的客观特征是唯一的和固有的, 它是不会随着观测位置的不同而不同的。这是个辩证唯物主义的哲学观念, 是无需证明的客观公理。诚如所知, 类似这样的客观公理, 在高等数学中到处可见, 正如恩格斯指出的那样:“在高等数学中的几乎所有的证明, 从微分学的一些最初的证明起, 从初等数学的观点看来严格地说都是错误的。如果像在这里那样, 要用形式逻辑去证明辩证法领域中所获得的结果, 那么情况也不可能是另一个样子”。

(三) 明确和引进几个重要的物理概念。

1. 观测者。

相对论文献中的“观测者”应理解成, 这个观测者能够对事件发生的地点和时间作出判断。关于“一个K参考系的观测者看到事件发生的地点x和时刻t”的说法, 应理解为K参考系观测者所确立的这个事件的空间距离和时间过程, 即“空-时坐标”, 而不应理解为K参考系的观测者看到事件的“瞬时位置”与“时刻”是x和t。深入地分析, 这里必定要牵涉到一个额外的问题, 即运动信息由一点到另一点的传输过程, 任何“单一的观测者”不能同时处于不同的地点 (空间位置) 上。在某一时刻, 他只能知道发生在他所在位置的空间和时间坐标这样的物理量。

2. 空间。

空间是对物体 (或事件) 存在形式所具有的普遍性特征 (即共性) 所赋予的抽象描述, 也就是对其共性特征作出的表象 (或映象) 。具体空间尺度是刚性的。

3. 时间。

时间是对物体 (或事件) 运动过程所具有的普遍特征 (即共性) 所赋予的抽象描述, 也就是对其共性特征作出的表象 (或映象) 。时间的流逝过程是唯一的。在广义时空相对论中, 时间是相对的, 但这种相对性是相互作用传递速度 (光速) 的有限性导致的, 它并不是流逝的时间过程的固有特征。这是辩证唯物主义的时空观。

4. 绝对空间。

牛顿认为, 绝对空间是刚性的, 两点间的距离与任何特殊的参考系无关。换言之, 测量距离的尺子是刚性的, 其长度不受其运动状态的影响;也就是说, 这把尺的长短放在运动状态不同的参考系中永远一个样, 是绝对不变的。

5. 绝对时间。

时间过程是绝对的, 与任何特殊参考系的选择无关。牛顿说:“绝对的、真正的和数学的时间本身, 就其本性而言, 是不受任何外在事件的影响而均匀地流逝的。”换言之, 时钟的“走时率”不受给定时钟的运动状态影响, 固定在不同惯性系中的时钟, 他们对同一运动的“计时结果”是完全相同的。同一个运动事件的时间过程, 在不同参考系上也只有一个。假如对某一个观测者来说, 有两个现象是同时发生的, 那么对于其他观测者来说, 这两个现象也是同时发生的。总之, 两个给定事件发生的时间间隔在一切参考系中必须一样。

6. 相对静止观测者。

跟随事件一起运动的观测者, 被定义为“相对静止观测者”, 所谓的“相对静止”是针对“观测者”与“运动事件”之间的相对位置而言的, 他位于运动系 (K') 的坐标原点之上, 并与运动事件 (K'系) 始终保持着相对静止的状态。

7. 相对运动观测者。

位于“事件运动起点”的观测者, 被定义为“相对运动观测者”。所谓的“相对运动”, 也是针对“观测者”与“运动事件”之间的相对位置而言的。他位于K系坐标原点 (运动的起点) 之上。这里千万不要误以为:运动系上的观测者叫做“相对运动观测者”, 静止系上的观测者叫做“相对静止观测者”。这是爱因斯坦的时空理论中不曾使用的概念。

在经典的牛顿力学中, 因为肯定了“绝对同时性的时间观念”, 所以没有必要区分“相对运动观测者”和“相对静止观测者”这样的概念。在牛顿的绝对时间观念之下, 不同惯性参考系之间, 对同一个运动事件物理量的确定是超时空的。在任何不同的参考系内, 对于时间的观测结果都是一样的, 绝对的。不难理解, 做这样的结论等于承认:“相互作用的传递速度是无穷大, 同时性是绝对的”。

爱因斯坦的狭义相对论则认为:在每个单一的惯性参考系内, 时空位置的确定是绝对同时的, 只是在任意两个以相对速度V (或V') 运动的参考系 (K和K') 之间, 绝对时间和绝对空间的概念才开始不正确, 空间和时间才开始具有相对性。具体地说, 这里的时空坐标将取决于观测者的主观意志, 而不是客观事物的真实写照。从爱因斯坦对间隔平方的讨论中, 我们可以充分地看出这一点来。

8. 绝对速度。

还是以上述关于火车运动的例子来分析。甲、乙两个观测者手中都持有性能完全相同的精准时钟。甲坐在匀速直线运动的火车上, 乙留在火车的始发站, 这辆火车上已经安装了精确的计程仪和以光速传递的信号发生器。在起点 (火车站) , 甲和乙两个观测者已经准确地校对了时钟。显然, 乘坐火车的观测者甲, 可以随时随地知道火车抵达位置 (B) 的时空坐标, 即到达B处火车走过的空间距离 (r') 、以及所经历的时间过程 (t') 。由此可得出火车的“运动速度”v=r'/t'。在广义时空相对论中, 笔者把这个“运动速度”定义为火车运动的“绝对速度”。

9. 相对速度。

对于观测者乙来说, 要描述火车相对于他所在起点的运动速度 (用V表示) , 就只能用“间接接触”的方式来完成。如果用r代表火车行走的路程、用t代表位于火车站的时钟记录的时间过程。那么火车相对于观测者乙来说, 其相对运动的速度可写成V=r/t。在广义时空相对论中, 笔者把这个相对运动的速度定义为火车运动的“相对速度”。

因为我们已经事先在火车上安装了以光速c传送的“信号发射装置”, 所以观测者乙可通过接收火车所在位置的动态信息 (即到达指定位置的时空坐标) 。不难理解, 观测者甲可以绝对同步地知道火车的运行距离 (r') 以及运行中经历的时间过程 (t') 。而观测者乙收到“同一个运动信息”的时间肯定“滞后于”观测者甲, 而这其中, 最短的滞后的时间过程为Δt=r/c。于是, 乙观测者所持时钟记录下来火车到达B点的时间过程应为t=t'+Δt。然而, 我们决不能抛弃这一滞后的时间过程Δt, 否则将重新返回到牛顿力学的“绝对时间观念”之上。这样, 对于观测者乙来说, 火车运动的相对速度应为:

在这里, 因为t和t'不同, 所以时间是相对的, 即同时性是相对的。显然, 笔者所说的“时间的相对性”与爱因斯坦所说的“时间的相对性”之间, 存在着根本的分歧。爱因斯坦的时间相对性是说, 时间过程不是人们对客观事物运动过程的真实写照, 而是人们的直观形式。与此截然相反, 是说:时间的可变性并不是它的固有属性, 而是因为观测者的主观能力受到客观条件 (光速有限性) 的限制造成的。

(四) 广义时空相对论简介及其深度剖析。

在介绍广义时空相对论之前, 先回头剖析一下洛伦兹变换所涉及的“间隔平方相等”问题。诚如所知, 在狭义相对论的数学论证中, 爱因斯坦基于V≡V'的前提, 即以“由于第一系统相对于第二系统的相对运动速度显然与第二系统对于第一系统的相对运动的速度相同”这一推理为前提, 提出了ds'=ads的数学形式, 并得出间隔相等 (ds'=ds) 的结论。这里笔者要重申, 关于V≡V'的结论, 也是建立在牛顿力学的基础上。按着广义时空相对论的概念, V≡V'的结论也是错误的。因为, 这两个相对速度并不是同一个运动事件所形成空间距离r (或r') 与时间过程的比值。再者, 由于V和V'的时空起点不同, 因而不是同一个运动事件。还有, 从严格的哲学意义上来讲, “相互比较”必须建立在相同的基础之上。既然二者不是同一个运动事件, 那么, 这种比较就违背了相互比较的基本原则。

基于时空的均匀性和连续性, 在广义时空相对论的讨论中, 也需要写出一个运动事件先后位置的“时空间隔”。比如, 某个以光速c运动的事件, 站在事件上的观测者, 用自备的时钟 (即运动时钟) 测得的时间间隔是Δt'。那么Δt'和光速c的乘积 (c·Δt') , 照样代表着事件在时间间隔Δt'内, 跟随光速一起运动的观测者, 所走过的空间距离Δr'。如果按着爱因斯坦的做法, 这个事件的时空间隔写成:

式中的Δr'2= (x'2-x'1) 2+ (y'2-y'1) 2+ (z'2-z'1) 2是站在运动事件 (K'系) 上的观测者所记录的运动事件以光速运动时所形成的空间距离的平方。

不过, 在构造间隔平方的定义上, 从广义时空相对论与狭义相对论的相互比较看出, 二者在做法上截然不同。笔者这里是用两个做相对运动的观测者, 在背道而驰中, 所形成的空间距离Δr来定义间隔平方。换言之, 这里的Δr2是运动事件以任何相对速度运动时, 在Δt'= (t'2-t'1) 这段时间内, 离开坐标原点后, 所形成的空间距离。因此, 即使两个观测者之间无限地接近, 仍然有:

因为, 这里的 (c·Δt') 将远大于相对速度 (V·Δt) , 或者是 (v·Δt') 。

还以上面的火车为例。基于站在火车始发站上确定火车任意位置时间坐标的滞后性 (Δt=r/c) , 我们不难想到, 站在运动事件之外任何位置的相对运动观测者, 都应得出:

即使火车与始发站无限地接近, 同样可以写成:

不难理解:不跟随事件一起运动的相对运动观测者, 不可能绝对同步地得出运动事件在任意位置上的时空坐标。因此, 在一系列不同的空间位置上, 将出现一系列互不相等的“间隔”ds0≠ds1≠ds2≠......≠dsn……。它们之所以互不相等, 是由于观测者的所在位置不同。因而从某种意义上说, 这种不等是某种观测误差。这正是时间相对性的由来。更具体地说, 这种时间上的相对性并不是时间本身的固有属性, 而是“光速有限性”这一客观条件造成的。这样一来, 我们就有充分的理由运用“客观性原理”, 即“客体具有不依赖于主体的客观内容”这个“客观公理”来“勒令”所有的间隔平方一律相等, 即所有的观测误差一律相等, 即:

因为, 带着时钟一起运动的———相对静止观测者始终停留在K'系的坐标原点, 故有dr'≡0。所以, 在相对论的讨论中, 下述恒等式永远成立, 即:

显然, 这个恒等式是根据“客观性原理”建立的, 或者说, 这是辩证唯物主义时空观的直接推论, 因而是一个无法用“形式逻辑”加以证明的“客观公理”。这正是笔者不同意把广义时空相对论的坐标变换叫做“新洛伦兹变换”的真正原因。这一点也往往是否定广义时空相对论的批评者们疑问丛生的出发点。对此, 笔者也只能无可奈何地说:一个理论正确与否, 只有在具体应用中来加以验证, 能够合理解决实际问题的理论就是客观真理, 否则就是谬误。不难看出, 微积分理论与这里的情况颇有相似之处。

由此而来, 对于一个与运动时钟保持相对运动 (即始发站上) 的观测者———相对运动观测者———来说, 其相对速度V=dr/dt, 将该式代入 (17) 式得出:

进一步地讨论, 按着辩证唯物主义的时空观, 对于站在同一个运动距离两个端点的观测者来说, 理应满足于r≡r'。不必考虑运动方向是否相反, 因为这个距离是标量而不是矢量。因此有:

将 (18) 式代入上式, 经过简单的数学推导, 得出:

归纳上述讨论, 我们写出广义时空相对论的一组变换公式, 即:

其中, 是广义时空相对论的“质能关系式”。当绝对速度v→0时, 该式将趋于爱因斯坦的质能关系式E=mc2。因此说, 狭义相对论的质能关系式是广义时空相对论质能关系的极端情况。

总而言之, 广义时空相对论研究的是“绝对时空”与“相对时空”的比较, 即是说, 站在运动事件 (火车) 之上所给出的时空坐标是“绝对客观的”, 而离开火车 (即运动事件) 的观测者 (即始发站的观测者) 得出的时空坐标, 因受光速传递有限性的影响而不真实了, 即带来了时间坐标的滞后性, 或者说, 这里参杂着观测者的因素。总之, 无论在概念上, 还是物理内容上, 广义时空相对论与爱因斯坦的狭义相对论之间, 都存在着根本的区别。因此说, 广义时空相对论决不是对爱因斯坦理论的改头换面, 而是一个全新的时空理论。

三、关于唯物主义与经验批判主义

(一) 经典牛顿力学。

其认为信号传递速度无穷大, 相互作用的过程是超时空的, 即是说, 无论两个参考系相距多么遥远, 原因和结果总是相继地出现。按着这个观点, 可以得出的必然结论是:空间和时间本身是绝对的, 或者说, 相对作匀速运动的两个参考系上的时钟, 不管他们相距多么遥远, 都能瞬时的“校准”, 因而同时性是绝对的, 不同参考系上的空间和时间也都是绝对不变的, 并且满足于熟知的伽利略变换。这样的时空观念, 通常被称谓:“绝对主义”的时空观, 或牛顿力学的时空观。

(二) 爱因斯坦狭义相对论。

同一个参考系中的观测者, 能够绝对同步地给出这个参考系内运动事件的时空坐标, 不同参考系的观测者, 基于“爱因斯坦相对性原理”, 而不可能绝对同步地给出同一个运动事件在任意空间位置上的时空坐标。这里会得出“时间的相对性”, 并认为:这种相对性不是观测者的主观原因造成的, 而是时间自身具有可变性的特征, 这是时间的固有属性。于是爱因斯坦认为:空间和时间不是客观实在, 而是感觉的复合。可见, 爱因斯坦的时空观是马赫的。对此, 爱因斯坦本人供认不讳。这种时空观, 通常被称为:“相对主义”的时空观, 或爱因斯坦的时空观。不难看出, 爱因斯坦一方面承认在两个做相对运动的坐标系之间时间的相对性, 另一方面又沿袭了一个坐标系内时间的绝对性。显然, 这里充满了自相矛盾和逻辑混乱。

马赫的时空观则是不折不扣的“主观唯心主义”时空观, 正如列宁指出的那样:“在马赫的著作里, 我们读到:空间和时间是感觉系列的调整了 (或者协调了, nohlgeordete) 的体系”。这是很明显的唯心主义谬论, 他是从物体是感觉的复合这个学说中必然产生出来的, 不是具有感觉的人存在于空间和时间之中, 而是空间和时间存在于人里面, 依赖于人, 为人所产生。这是从马赫的著作中找出的必然结论。

康德同马赫的时空观念稍有不相同。康德有时还能承认时间和空间是“自在之物的映像”。但在同一个地方, 康德又说:“空间决不是自在之物本身的属性, 而仅仅是我们的感官表象能力的形式, 没有看到空间里的一切对象仅仅是现象, 这些现象不是自在之物本身, 而是我们的感性直观的表象。”显然, 康德是折中主义的, 不承认现象可以反映事物的基本属性。马赫则断然否认自在之物的客观实在性, 根本不承认空间和时间是人们对自在之物普遍性特征的真实描述 (映像) , 即对自在之物存在形式和运动过程普遍特征 (共性) 所赋予的抽象描述, 不承认表象 (或映象) 具有客观实在性。由马赫主义只能得出唯一的结论:空间和时间根本不是客观存在, 他的存在与否, 取决于观测者的主观意志。显然, 马赫已经陷入主观唯心主义的“唯我论”之中。

(三) 广义时空相对论。

由于相互作用传递速度是有限的 (等于真空中的光速) , 因此, 不同参考系的观测者, 不可能绝对同步地给出同一个运动事件在不同位置上的空间和时间坐标, 故而得出的观测结果是相对的。也就是说, 不同的观测者对同一个运动事件给出的时间坐标会有所不同, 因而是相对的。乍看起来, 这个结论似乎和爱因斯坦的时间相对性存在着某种相似, 其实不然, 二者的根本区别在于:爱因斯坦所说的“时间相对性”是时间的固有属性, 而笔者所说的“相对性”是由于无法克服的客观条件 (光速有限性) 造成的, 因而不是时间的固有属性。换言之, 笔者认为:空间和时间本身是客观事物的抽象, 因而能够客观地反映出时间的各种特征, 只是因为受到客观因素的限制, 造成相对论中的“时间参数”在观测结果上出现了相对性而已。

四、结语

我们不能因为牛顿力学存在着不足之处, 就抹杀牛顿的伟大成就, 以及经典牛顿力学对物理学发展作出的巨大贡献。相反地, 我们也不能因为爱因斯坦狭义相对论取得的巨大成就, 就毫无保留地全盘接受爱因斯坦相对论中的逻辑谬误和概念错误。坦率地讲, 广义时空相对论不仅从根本上指出了牛顿力学的不足, 而且系统地纠正了爱因斯坦相对论中存在的概念错误和逻辑谬误。笔者深信, 广义时空相对论的推广与普及, 必将使现代物理学的时空观念重新回到辩证唯物主义的正确轨道上来!

摘要：本文从牛顿力学和爱因斯坦相对论的时空观念入手, 深度剖析了牛顿时空观念的不足之处, 以及爱因斯坦相对论时空观念的错误。在纠正和批判了狭义相对论的概念以及时空观念错误的基础上, 介绍了广义时空相对论。广义时空相对论是个完全不同于爱因斯坦相对论的新时空理论, 它的时空观念是辩证唯物主义的。广义时空相对论自发表以来, 已经取得不少的学术成就。尽管当前还没有引起学术界的普遍重视, 不过笔者深信, 随着广义时空相对论的深入发展, 其必将使现代物理学重新回到辩证唯物主义的时空观念之上。

关键词：牛顿力学,伽利略变换,狭义相对论,广义时空相对论,主观唯心主义,辩证唯物主义

参考文献

[1] .夏烆光.广义时空相对论[M].北京:人民交通出版社, 2003

[2] .夏烆光.广义时空相对论及其应用概述[EB/OL].http://sea3000.net/xiaxingguang/.

[3] .夏烆光.广义时空相对论与现有时空理论的对比[EB/OL].http://sea3000.net/xiaxingguang/.

[4] .徐龙道等编著.物理学词典[M].北京:科学出版社, 2004

[5] .[苏]Л.Д.朗道, Е.М.栗弗席兹著;任朗, 袁炳南译.场论[M].北京:人民出版社, 1958

[6] .[苏]列宁.唯物主义与经验批判主义[M].北京:人民出版社, 1950

[7] .马克思, 恩格斯.马克思恩格斯选集[M].北京:人民出版社, 1950, 第3卷

[8] .赵常德.关于季灏先生最新实验的理论解释[EB/OL].http://blog.sina.com.cn/zhaochangde.