評福克對愛因斯坦《廣義相對論》的責難(4)

評福克對愛因斯坦

《廣義相對論》的責難

(四)

蔡笑晚/文

1980.10 于浙江瑞安

（四）福克認為愛因斯坦在使用“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”卻被理解為協變性。其實愛因斯坦在狹義相對論的情形中“相對性”也是被理解為“協變性”的；只是福克本人把相對性概念的內容加強了，才使得“相對性”與“均勻性”連系在一起。

在經典物理學中慣性系之間的伽類略變換不改變力學定律，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。愛因斯坦根據當時的實驗事實邁出了決定性的一步，認為在兩個彼此相對作勻速直線運動的參考系中不僅力學定律（牛頓方程）而且電動力學定律（麥克斯韋方程）也應該保持不變。因此定律（方程）的不變性是他建立理論的最基本點出發。愛因斯坦在建立狹義相對論時提出的“相對性原理”是：

“若有兩坐標系作相對均速運動，則物理系統的狀態發生變化時，它們所遵循的定律，無論對這兩個坐標系中的哪一個來說，都不受影響”。【5】

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

福克把“相對性”概念的涵義加強了，他把相對性理解為計算系中存在對應的物理過程。物理過程對應性的保持不僅需要方程的協變性，而且需要邊界條件和物理條件的不變性，但這只能在空間具有均勻性時才有可能。因此物理過程對應性的保持需要空間的均勻性，既然福克把“相對性”理解為物理過程的對應性，而物理過程的對應性是與空間的均勻性相聯系的；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的。（正如福克自己所指出的：協變性與均勻性是毫不相關的）福克的上述思想在數學上的表述是：由洛侖茲變換相聯系的兩個伽利略坐標系中物理過程的對應性是成立的，即相對性原理成立，而且有十個參數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；如果從經典物理學角度來看，物理過程的對應性已不復存在了。因為在經典物理學中，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性的要求之內，而且是最重要的對應條件之一，如果在兩個坐標系中所觀察到的物理過程所需要的時間不同，那未從經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“物理過程的對應性”，那未從經典角度來看即使把力學定律從伽利略協變性推廣到洛侖茲協變性也是以犧牲“相對性”為條件的。于是從經典物理學角度來看，“相對性”也就不存在了。

狹義相對論本身卻認為“物理過程對應性”并沒有被破壞，只是對“相對性”的理解有所不同。因為它不再把時間和空間間隔看作兩個有獨立意義的物理量，而把兩者的結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“物理過程對應性”的條件之一，而是把兩者的聯合“間距”看作是物理過程對應性的條件。因此在這里“相對性”的物理內容被改變了，也就是說狹義相對論也是以物理內容的改變來保持定律（方程）的數學形式。（這或許就是海森堡所謂的“物理學家們是力圖使自己的語言適應新理論的數學結構”【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，并不是以要求較強的物理過程對應性作為出發點。盡管新理論中也可以建立自己的“相對性”條件。

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