对《狭义相对论》的解读
2024-04-30 20:53阅读：
对《狭义相对论》的解读
断断续续对一些物理问题进行思考，这次又因年底事务纷扰，一搁数月，再读此前写的文章，修改了些，但许多问题想想停停，又陷入混乱中。此番从牛顿《自然哲学之数学原理》思考起已有好几年了，自觉对一些问题明晰了些，只囿于自己看不到专业的文章，且理解困难，唯能用几本相对晦涩的科普书来分析。亦艰难，我仍然对自己抱着一丝信念，并非知已丰富，而是我热衷于思考的过程，喜欢求索物质世界的规律、物理观念的哲学背景，也包括我并无多少目的，仅只是在做好自己的工作、过好自己的生活的同时保持着一份热爱罢了，这也是我对人生的理解。
本篇拟以对《狭义相对论》解读的形式进行，为的是有结构可以去利用。本文主要使用《相对论》麦芒译本，这个译本后面附录比较多，正好以往有的没看。本篇内容涉及其它书中内容，包括《广义相对论》、费曼的《物理学讲义》、罗杰•彭罗斯的《通向实在之路——宇宙法则的完全指南》，也包括我认为较合理的网上信息。
我从开始接触到相对论方面的知识开始，始终抱着尊重，并不因为我屡屡反对一些观点就视自己是反相的，认可、思考、反驳都保持着我对之的尊重。每年总要看不少书，简单一读的书也有不少，而《相对论》看了许些遍了，虽然还谈不上完全理解，总算是前后思考了十余年，如今想按自己的想法去解读一遍。
壹 《狭义相对论》解读
本章按原标题进行，主要是对文中内容的理解，也有一些疑惑先保留下来。文中楷体部分是直接从原书中摘录的，也有部分是从其它书中摘录的。
一、几何命题的物理意义
几何命题是与经典物理的哲学基础一体，是牛顿体系构建的核心，“原理”中对物理世界通过建模构建成几何模型，再重构建为物理世界。
爱氏没有直接否定几何的意义，但质疑了几何的“真实”性。“几何学并不
涉及其中所包含的观念与经验客体之间的关系，而只是涉及这些观念本身之间的逻辑关系。”“以此来断定几何命题的‘真实性’，其基础是不大完整的经验。”
在对直线、距离等观念再思考后，爱氏认为很多基本公理只能符合较为特殊的欧氏几何场景，这与物理真实条件是不符合的。我的理解：如直线涉及方向和距离，方向是由光的性质决定的，而距离在光速未定前是无法以光作为测量尺度的，此时距离是由标准尺进行测量，绝对刚体的尺是不存在的，那标准尺实质是在等引力势面上的，与光线的方向是处于不同的物理模型中的。
在我对牛顿“原理”的思考中，认为不仅是几何场景的问题，还有物理和几何在连续性、极值上的差异，我认为这也导致物理公式中需要设定边界条件。
其一、物质在有限能量条件下不可无限分解，也就是在一定能量基础上物质世界由基本粒子或量子构成，基本粒子可能是一种有边界的存在，无法被理想化为无限小的平滑点，几何中的连续性无法与物理完好匹配，这导致数学建模中的微分、积分只能是对物理世界的近似；
其二、模型无法包含所有变量，比如运动学将物体的质点化就是将相对弱变量简约，细化再分析时往往会采用不同的参照系，于是参照系间的转换成为一个最重要的物理问题。此外，点视为无限小的量，在无限小时很多数学推导将出现无限大的结果，导致需要用奇点来描述，或者采用边界条件来约束，积分也需要额外设定界限，可这与均质化的假设又形成矛盾；
其三、几何基础模型是采用欧氏还是非欧，均存在连续性假定，物质的本身尚可通过不同参照系或边界设定来近似模拟，但空间本身是否是连续的呢？至少不是必然。
二、坐标系
空间未曾被视作一种存在，伽利略-牛顿理论中的空间由物质的相对位置构建，即默认利用固态存在物建立空间概念，用长度测量值来标视，并构建坐标系。（注：以往我混用参照系、坐标系，现在我明确：以物质为参照的物理模型为参照系，构建的数学模型为坐标系。）
“描述一切事件发生的地点或任一物体在空间中的位置的基础，都是参考在一固定物体上确定该事件或该物体的相重合点为根据的。”“在描述位置时，依靠数值量度，而不是固定参考物上的存在的标定的位置，那就会比较方便。在物理测量中应用笛卡儿坐标系能达到此目的的。”“在空间中，对事件位置的每一种描述都必须围绕所参照的刚体展开。所得出的关系以假定欧几里得几何学的定理适用于‘距离’为依据；而一刚体上的两个标记是‘距离’在物理上的习惯表示。”
将物理空间坐标化是物理可以表述和研究的重要手段。爱氏在《相对论》中采用非欧几何来更好的表述物理世界，但于此我仍要强调坐标系与物理世界的区别，也可以更好地理解几何使用的原因及可能存在的不足。
坐标轴的方向与刻度在传统测量方式上是不一致的，如果全部采用光来实现，也依然是不完备的。先要确证光的直线传递与光速不变，这样才能得到一个等同于绝对刚体的三维坐标系。可绝对刚体是不可能实现的，而光的直线传递与光速不变也并不是必然，至少引力空间可能改变光的传递方向。爱氏通过非欧几何来模拟，光速不变可设定在理想真空条件下，或通过物质介质的折射率来修正，在相对论中还论述了运动参照系可能导致的时空的改变，并保持光速不变的构建。
爱氏理论确证了经典空间坐标系的不完备性，只近似适用于星际空间和相对平缓连续的空间中。星际空间可以理解为空间以真空为主，处于较小的引力环境，空间曲率相当小，星体视作点状物（甚至质点）时，采用欧氏几何系中平直坐标；而小场所中，也就是经典物理运动学、力学研究的场所，物体处在相对均匀的、各向异性不明显的环境下，将引力视作恒力来近似模拟，此时平面可以暂采用等引力势面，其实质是近圆曲面，但在较小区域可以忽略不计，物体相对低速运动弱化了空间中的运动效应。
闵氏空间我了解不多，无论是采用曲率概念亦或是引力校正，至少表达了空间中存在一种畸变，但真空的畸变在数学上可以理解，在物理上没有找到令我信服的诠解。
且只要是采用数学坐标系统、采用几何概念，其数学连续性都没有改变，第一节中设定 的问题仍然存在。
三、经典力学中的空间和时间
对空间中的运动进行分析时，
“描述物体在空间中的位置如何随‘时间’而改变是力学的目的。”
爱氏认为此定义是不完备的，“‘在空间中’的运动在此空间是什么意思呢？”“因此我们以‘相对于实际上可看作刚性的一个参考物体的运动’这句话代之”，“借助此例，我们清楚地知道独立存在的轨线是不存在的，存在的是相对于特定参考物体的轨线。”
此中包含了牛顿力学、爱氏相对论对空间的理解。
牛顿空间是物体的场所，由物体来感知空间概念，再利用之来定位物体的相对位置关系、随时间的运动关系，并将运动关系采用力学定义；没有赋予空间物理性质，但认为存在一种绝对空间来容纳其浩濣星辰在其中运动。在地表进行的研究时，牛顿不可能将自转的地球视为绝对空间，在前节中构建的地表近似坐标系中，似乎只能认为火车与轨道都属相对坐标系。
爱氏觉得牛顿空间的概念不明晰、绝对空间并不存在，他以理想刚体为基础、通过计量过程来确定坐标系，在研究经典力学时将物理问题（近似）转化成数学坐标系内问题。坐标系成了一种独特的数学存在，与牛顿同样没有明示空间本身是否是某种存在，甚至有了取消空间物理意义的可能，从基础层面等同了空间、物质相对关系。
本节中对于时间爱氏只是作了简单的说明，无论利用地球、太阳计年日，还是逐渐精确的钟表，我们利用的是物理世界中的稳定的周期，爱氏表明在经典物理中，可以构造完全相同的钟，在不同条件下进行有效的测量（必要时可以校正）。
四、伽利略坐标
“众所周知，伽利略-牛顿力学的基本定律，即惯性定律的表述如下：一个自由质点永远以恒定的速度运动。”“若惯性定律对于一坐标系的运动状态而言是成立的，该坐标系即为‘伽利略坐标系’。伽利略-牛顿力学诸定律只有对于‘伽利略坐标系’来说才能认为是有效的。”
爱氏在此是明确伽利略坐标系的适用范围，在附录中对坐标系与牛顿的绝对空间的关系再次进行探讨，两者间的矛盾是明显的：“牛顿把‘绝对空间’作为最初限定词引过来，让它成为一切力学过程的一个无所不在的能动的参与者。所谓‘绝对’，他显然是指不受物体及其运动的影响。因而应当存在无限个惯性系，它们相互之间是一种均衡的、无漩涡的匀速平移运动的关系，而又区别一切别的刚性坐标系”。并分析马赫的观点——“惯性必须象牛顿理论的其他各种力一样取决于物体的相互作用”，爱氏认为这样的观点隐含着惯性与物体间的相互作用有关，与统一的场论是不相符的。
我无法简单的认可“自由物体恒定速度运动”的表述，无自由物体，物体始终位于一个系统中，可称为惯性系，无法用简单的坐标系来描述。在较均匀的引力场中，物体运动可以简化使用坐标系，甚至直接暂以运动物体作为坐标系原点，但均以系统所处惯性系为基础。
惯性系并非相对的、任意的。
五、相对性原理（狭义）
“对相对性原理的正确性一开始就有两个强有力的普遍事实来支持这一观点：a.如果在力学的领域中应用相对性原理，必然将达到很高的准确度，在某一领域内具有广泛的普遍性和极高准确度的原理，在另一个领域中无效，从推理的观点来看是不大可能的；b.如果狭义相对性原理不成立，那么彼此做相对匀速运动的一系列伽利略坐标，对于描述自然现象就非等效，即我们的参考物体在一切可能有的伽利略坐标系中，具有特别的运动状态的坐标系K，则我们就有理由称该坐标系是‘绝对静止的’。”
“我们可以把地球比作火车车厢，只不过这节车厢是以每秒大约30公里的速度行驶。”“因为公转速度的方向的变化，所以地球不可能相对于假设的坐标系K0处于静止状态。最小心仔细的观察也从没显示出地球实际空间的这种不同方向的物理不等效性，也就是各向异性。这一论据强有力地支持了相对性原理。”
爱氏将如此宏伟的大厦建在这几个假设上，我觉得有些问题。结合前面几节内容，我试着从下面几个方面来分析。
1绝对运动：
绝对运动-绝对空间：在牛顿定义中，水桶旋转是绝对运动，地球自转、公转是绝对运动，
无法构建出旋转的绝对空间。绝对运动依附于绝对空间，由于空间是最基础的构建，即使存在一定程度曳引也可以理解为绝对空间主体是静止的。对于牛顿，星际真空至少相当接近绝对空间的定义，若现在设定一个在宇宙星系体系下认为的接近绝对静止空间的某物A保持与系统的静止状态，同时地球上某物B与地球产生相对运动，并在某个时刻保持与假想的静止系统的相对静止，那两个在“绝对空间”静止的物体A、B相同吗？如果用同一坐标系，其意义相同吗？我以为两者间完全不一样，地表物体B处于一个相对强的引力场中，所有运动受到一个“无源”之力的限制，但如果从虚空角度看，有如电磁力一样这只是一个系统的内力，B位于这个小系统中，其运动是相对于地表的运动，而相对于A物时地表旋转可以忽略不计。
似乎以太曳引又复活了？即使绝对空间存在，引力场中的物体B也不应直接与之形成相对关系，这也是MM实验背后的一个问题。运动隐隐有了分级的意味，相对运动是分级-组合的过程，我们先确认物体相对何物而动，再组合成一个更大的系统，至于其中是否因旋转、平移而产生“绝对”运动，已化解为一个数学问题，这也是将物理的“虚空”转变为坐标系的空间的过程，无论是否存在空间的曳引可能，比如引力场的运动效应，均可设定在数学建模中，并认为物理空间就是虚空+参数（若视引力场为数学模型时）。这个问题暂搁下。
“地球不可能相对于假设的坐标系K0处于静止状态”，在绝对空间被取消后，在逻辑变成：如果没有一个绝对的坐标系，那所有坐标系都是相对的，都是对等的。这是否是将问题绝对化了呢？是否存在一个对某个系统而言相对稳定的、起主要作用的坐标系呢？即在所有的相对运动系中是否有一个相对静止的、简单的坐标系呢？
在地球上爱氏、牛顿也会认可地表参照的，但地球并不代表绝对空间，在物理和数学上不具绝对性，地表参照也只是数学坐标系中的一个重要的坐标系。那地表系也仅是因为渺小观察者的便利才视一个相对静止的参照吗？
因在地表进行的实验无法找到明显的各向异性，我们可忽略相对空间的自转对实验的影响，只考虑公转相背方向（无论是双星实验还是MM实验，都利用的是光与地球运动方向相反的速度差），实验似乎都证明了相对性原理适用，且对于如地球这样的旋转体系，可以采用广相构建的附加力的体系构建符合相对性原理的坐标系。
在这样的相对的运动体系中，爱氏终可将地球与火车同一为相对物了。
2惯性系：
伽利略的惯性系是在匀速条件下等价的相对坐标系，可我认为坐标系并不能简单理解为惯性系，而理解为在惯性系统下的相对坐标系。
惯性与质量并不依赖于某个特殊系统，但它们得以体现和测定均处于某个系统之中。地表上车厢及其内的一切不是无缘故的保持惯性状态，是在引力等势面，通过一系列力的相互作用来保持与轨道的稳定地相对运动，动力（外力或内能转化）、摩擦力是形成和维持这一运动的基础。在平衡力的作用下，物体保持着与等势面匀速运动，那个落下的球无论在车厢内还是车厢外，球本身与地表水平向保持运动惯性，可认为惯性运动的球与车厢没有关系（在理想情况下：真空、低速、无摩擦时），火车提供的支持力也只是地壳支持力传递而来。分析球的运动时，车厢可以简化视为某个移动坐标系，球和地表的关系才是我们观察的内容，车厢系此时只是一种数学坐标系，与物理本质无关。要考虑的惯性效应形成于球与火车共同稳定地相对地表运动的过程中，无论采用什么坐标系去计算球体的运动，火车与球均处于轨道所在地表体系中，火车与球可理解为相互独立的运动。
惯性效应不是相对于任一坐标系的效应，是相对于某个特殊参照物的参照系，我倾向于将地表（地球）视为常用地表实验条件下的基础参照系——可称为惯性系，而以火车或球构建的坐标系不宜称为惯性系，可称为相对坐标系或运动参照系。
可地球是旋转的，用牛顿的概念是一种绝对运动，故构建的地球惯性系并非绝对空间系。地球拥有“强大的”引力，并非水桶，有如地球也不能类比为一辆火车。我觉得可以旋转的地球为惯性系，对于宇宙而言这是一个局部惯性系。作为物理的地球，其旋转必然带来某种存在基础与星际空间的不同步，这种不同步即便是数学
的，无论以何来称谓，局部惯性系与“绝对惯性系”必然有一个界限，肯定不能采用地球固态之表，也不必是某个面，可以是一段过渡空间。
惯性系所依托的存在与空间密切相关，空间中蕴藏的大量能量，空间中也赋存场（引力场、电磁场），并可通过引力场构建质量物体之间的相互关系。我总想直接用空间来定义。但空间对于爱氏而言与牛顿是一样的，不是一种实存，不应有任何特殊之处，即使曾采用以太拖曳的观念，也只是去分析以太，空间用理想三维坐标系——笛卡尔坐标系或闵氏坐标系来描述，可以有曲率，但不可以有自己。
我退求其次，空间蕴藏能量和场，两者是相关的甚至是同一的，在广义相对论中引力场是星际间的唯一联系，引力场由质量物体构建，并影响着质量物体的运动。无论这个场是否是物理的，至少其具数学上可以描述的性质，具物理上的效应。
物体的运动会改变引力场分布状态，即使在强引力物体（如地球）的等势面上，一个小的物体的运动也改变了地表的引力分布，亦即地表的物体平移可改变引力场的分布，而旋转只是相对地心具有一定角速度的曲线移动，则可认为物体绕地心旋转亦导致引力场的旋转变化，同理，地球自身的旋转亦导致引力场旋转。此时是视质量体的运动可导致引力场的调整，而地表的空气其质量体占比小，且考虑到太空的质量体含量更低，那地表处如果存在接近旋转速度的引力场调整，对于太空，并不存在与之同步的质量体旋转，如果认为旋转存在一定的相关度，那太空某处的旋转线速度只会小于地球质量主体导致的场的旋转的线速度，那一个涡形引力场就自然形成了，我以为也就可以建立一个局部引力场效应下的惯性系。
3相对作用：
在经典力学中，低速运动场景下，一切都可以是相对的，并以力的相对性构建了牛顿力学体系，如爱氏对此的评价：“上帝创造了牛顿运动定律与必须的质量和力，此外一切都可以用适当的数学方法演绎出来”。
在经典物理中，球落向地球与地球向球运动这组相对运动关系也可以是等价的，应注意这是位于唯二的简单系统中。慧星切入地球轨道产生分解并部分落向地球，从太阳系角度看地球在运动，但与彗星的运动无关，彗星碎片的运动也与彗星无关（若视为松散体组合，计算时也可采用动量公式），在太阳体系中只能说是彗星碎片向地球运动。虽然地球也会产生相应的摄动，但在太阳系中，不以彗星为参照原点来看待地球的运动。故从更大的空间系而言，运动是有主次或方向的，我们不能将唯二体系中的运动理论正确性拓展到引力场宇宙中。
4伽利略相对性：
地表上火车和球具有相对运动，不可理解为球在“不同”空间时，就认为球会因为相对物不同而导致“独立的轨线不存在”。在匀速运动物体中，力学性质保持不变，即力学满足相对性原理。只是力是理想化、概念化的设定，并不涉及力形成的原因、力作用的方式、力传递的过程、力的测定等。
理想状态下，球与火车间无力的作用，可视为无关的运动。若球和火车均保持相对地表的匀速运动，球所处的惯性系不应理解为火车，球与火车是相互独立的且均位于地表惯性系中。如果火车也被认为是惯性系，球的运动与火车相关，与地球的关系不再是直接关系，需通过火车与地球产生联系。在经典物理的条件下，惯性与质量相关，同样也与引力有一定联系，火车的引力效应几乎为0，球所受到的作用必然是以地球为主。
对于球与火车因相互力的作用产生了相对运动，可以类比于将车整体视作惯性系的状态，对于车外的观察者暂时将之视作盲盒，球与火车的唯二系统中，球的运动将导致火车车体变速运动，而火车与球的整体（共同质心）保持匀速运动。如果采用其中一个物体为参照不仅是计算复杂，而是共同质心作为计算的方法更符合物理实际。我将惯性系的定义调整为：引力场中非自由物质在平衡外力作用下相对于引力场的静止或匀速（低速）运动状态。非自由正是因为惯性系的约束，经典物理的平直指的是地表引力等势面，此时势能不作功。
坐标系与惯性系本质是不同的，一个是数学的，可以是欧氏几何也可以不是，另一个是物理的，是存在引力条件下的状态，虽可用数学表述、计算。坐标系是理想化的，以理想直线为基础，即使采用光尚需满足物理状态的约束，而坐标是完全理想的构建。
5地球视作火车：
为证明运动中的相对性，爱氏将地球比作一个高速运动的火车车厢，这是一个不合适的类比。地球没有固体的封闭界面，却携带并不厚重的气体甚至部分星际粒子一同运动，火车并不能做到，如果开着门无法带走稳定的空气。有如我对洛克实验的分析，在地表引力条件下，一个较重的飞轮如何能带动空间（虽是一种推测，但这一实验并不能证明或否定），可实验结论与MM实验确认了一个重要相对论依据——光在地表参照系没有发现明显各向异性。对于太阳、木星的运动主体，我们应该对待可能不止是外层厚重的气体（等离子体），包括其系统内的伴行星体如地球、木星外卫星系，这是无法用更大的一列火车来比拟的，火车与星体的不同关键在于引力场条件，火车不可能各个方向携人前进。
六、经典力学中的速度相加定理
在平直、低速的假设条件下，速度利用相对参照系进行相加，在数学上有合理性，但应注意“平直”是惯性系基础上的平直，数学上的平直带有理想性，不应无限延长，“低速”是指较少质能效应的影响。可是不能因为数学上的成功，便将相对参照系与惯性系等同，本节中虽未提及惯性系，但前文认为没有某个惯性系是特殊的，使得各参照系获得了惯性系的地位。
车厢内运动的小球，其初始运动是受到了系统外的力作用，如小球不受车厢对它的力（包括空气阻力），那小球的运动实际只是相对地表的运动，若车厢消失，在水平运动方向小球的运动速度保持不变，此即惯性效应；以车厢为参照系统，只是一种数学计算，没有物理意义。现实中车厢不可能对物体毫无效应，空气阻力使小球保持稳定、摩擦力以维持小球的运动；还有就是引力场中的高速运动可能导致的空间、质量的改变，是相对论与经典物理的区别。
七、光的传播定律与相对性原理的表面抵触
“发光物体的运动速度并不为光的传播速度所依赖。”“我们可以假定关于光在真空中的速度c是恒定的。”“因为就像所有其他普遍的自然界定律一样，真空中光的传播定律，作为参考物体的不论车厢还是路轨，都必须是一样的。但从前面的论述看来，这一点似乎不可成立。如果速度c是所有光线相对于路基的速度，那么由于这个理由，相对于车厢传播的光就必然服从另一定律。这个结果与相对性原理相抵触。”“但保留相对性原理是仔细阅读上述论述的读者几乎一致的意见。这是因为相对性原理的自然与简单给予了人们很大的说服力，因而真空中光的传播定律就必须由一个能与相对性原理一致的比较复杂的定律所取代。”“洛伦兹对于运动物体相关的电动力学和光学现象的理论研究表明，他在这个领域中无可争辩的经验产生出关于电磁现象的一个理论，而又由该理论必然推出了真空中光速恒定定律理论。”
这一段是爱氏通过前面的铺设，引出相对论的关键论点，内容虽然不多，但有不少可以去研究和思考的地方。
光在真空中以恒定c传递，真空的定义是什么？光源运动不影响光速、地球观察者不因为地球运动而改变光的速度，这些运动本身如何确定？光速是相对什么光速？光即使具粒子性质能否得出相对于某参照的光速？能否因此得到光相对于任一参照系速度不变？下面我想对几个概念进行辨析。
1真空：
在思想实验中爱氏进行了一次真空转换，地表抽除气体后的空间视为如太空一样的“真空”。“真空”是指什么？仅是空间中无物质吗？光速仅与是否有空气等物质有关吗？还是与空间性质具有联系呢？
“真空”暂视为光的传播介质，此时如不考虑观察者，光的传递虽然是在“真空”中，其参照系可以是相对稳定的体系——远恒星体系；而由观察者来建立坐标系来决定光的传播似乎并不是物理上的必要，甚至有些主观。相对论中是采用时空同时变化来协调的，可观察者可以是无穷数，对于每一个观察者就有一个不同的宇宙观。若暂时设相对稳定的远恒星体系为临时参照系C，两个相背等速运动的观察者A、B其宇宙观念是怎样的呢？宇宙无方向，与C相对运动的A、B应有相同的时间系，可考虑两者的相对运动时，其时间系又不相同？双生子悖论中的互相变老难题，会导致相互间觉得对方年轻，且运动时相对速度导致的质量增加、能量增加均因参照的不同而不同，合理吗？
光介质需要物理性质吗？——亦即如果是真空，真空是什么？有什么？我没有看到解释，从爱氏所述似乎被简单视为“无”，这里似乎隐藏了一个古老的传统，空间定义来自于物体的相互关系。爱氏对坐标系的构建是自洽的，我构建过多种形式，火车内外同步传递是我自己比较满意的一种，可无法从数学上去否定不同的宇宙观的坐标系，只是万物均有相对状态，不会出现流变区域吗？火车的界限真的那样明晰吗？地表的界限是地表吗？
将地表空气抽空，原空气所处的空间中没有了物质，定义为“真空”，固体的地表则视为形而上意义的固体。其实气体分子与固体分子并没有本质的区别，怎么会有如数学坐标系般的清晰区分。爱氏将地表参照系与“真空”中运动火车参照系等价，与具某种运动状态的观察者参照系也等价。这样，真空简单地被视为了“无”？让我们看看更实际的“真空”——星际空间，星际真空也没有塌陷，可理解为星际本就是真空，物质只是在引力约束下的点缀。《环球科学》2024年2月刊中提到研究宇宙中巨大的圆形空洞，星系有如与空洞界限分明的墙壁。我觉得“真空”不能理解为简单的无，“真空”具能量，引力、电磁波也可以“暂”存于其中，极少的物质并体现为极低的温度，不可能支撑着受引力吸引的星体继续加速膨胀（至少未明显减速），是以还需赋予暗能量来支撑这个膨胀的宇宙。真空中有这么多种存在，必然不应该称为“无”。是不是应该重新考虑下：光或许不需要更多的参照系，而只是参照这个作为“有”的真空。
2参照系：
暂且搁下“真空”的性质，只是将之视为一种特殊的存在，并非指将地表空气抽掉后的状态，固体地壳与空气并无本质区别，如果将这个场地放置于月球——几乎没有空气的真空世界——或许更加可以理解，但月球壳体之外的空间就可用“无”来定义了吗？
木星浓厚的气体、地球上空相对透明的气体、月球外几乎无气体存在，这可以侧面说明固体部分并不是必然的界限。真空与无物质的空间的意义是不同的。
无论太阳或月球其引力场作用于星际空间——无物质空间，场与星体、任一有质量的物体的运动同步，星际空间遍布一定强度的场，无引力场的宇宙不存在，那光波、中微子的存在也表明同时大量存在着电磁场，我无法定义这个场的本质，至少我可以理解为空间存在着某种性质的变化的场——暂称为基础场。
星际空间的基础场（只视其性质）运动较缓慢，如其与空间同一也可视为无运动。场被动地随着质量物体形成、运动。空间点缀的星系保持着相对运动，相对于基础场存在着运动。星体间恒有空间位置的变幻，均可认为处于绝对的运动中，只不过暂无法构建一个绝对静止的参照系。但对于浩瀚的宇宙，遥远的星体的运动体现为天球面上微小的颤动，至少在一段时间内保持着相对的稳定，那以大量恒星为基础构建的参照物可以作为相对稳定的参照系，我似乎仍可以称之为基础场，哪怕其本质是无、暗能量或其它。
观察者或许只是处于空间的某个位置，可以通过这个参照系来确定，不应因为其相对运动而产生不同的时空观。可现在就有两种参照系需要协调，光源的运动在此基础场中不是问题，用波的性质来理解也并不复杂。问题在于地球观察者亦无法测到光速的改变，我以为这是指地球引力场段的光速的测定。虽然爱氏以更理论的说法：任一真空状态下的光速保持不变。这一“真空”爱氏主要指的应该是星际光源的光到达地球界限外的路径以真空状态为主，但现有的测定手段无法判断光从外界限到地球观察者段的速度是否不等于c。爱氏对MM实验着笔甚少，但我的理解这个实验是重要证据。
3 MM实验：
迈克尔逊1881年做了一次实验，在1887年与莫雷做了一次说服力更强的实验。迈克尔逊和莫雷认为地球存在“以太风”，所以他们让一束光与以太风平行，另一束跟它垂直，垂直的这束光要考虑与以太风速度的叠加；他们将仪器旋转90度之后又做了一次。实验结果：旋转90度以后，干涉条纹没有发生明显变化，就像压根就没有以太风似的。
以前读过一个逸事：迈克尔逊为了不干扰以太，把实验设备置于四周无阻挡的环境下。后好事者在各种的环境下进行了实验，但都仍在我们的地球上，这个不断旋转并移动的地球上。
实验是为了验证部分曳引假说，菲涅尔认为以太在真空中是静止的（同步的），地球相对于真空是运动的，故在静止以太中穿梭时会感觉到以太风。根据迈克尔逊-莫雷实验的近零结果，我们最容易、最自然想到的结论是：地球拖着附近的以太跟着它一起运动，就像粘性流体那样。我以为实验结果至少证明了光速不受地表相对太阳坐标系运动的影响。当时科学界认为设备与以太有相对速度，从他们的思考角度看，地表似乎可以作为界面，可固体与气体并没有什么区别，只是空隙大小一点而已，一堵墙并不会改变多少；斐索实验中不能将透光介质视为一种特殊物质，其仅只是一种普通的分子流在运动；而地球有更强的曳引可能，至少远强于水。
前辈们似乎偏爱固体，液体考虑其透光性可能部分曳引，气体几乎只被理解为真空中残存着分子，地表似直接在真空以太中运动，我假设不合理。流水（透明介质）并不比空气或固体更特殊，他们均位于地表引力系，在水中的“以太”一样可以在固体中，也不可避免地在地表大气层中，甚至在地表抽成无物质空间或月表一样的状态中。实验并不能否定有曳引效应。
对曳引的否认来自于霍克实验和洛奇实验。
霍克实验过于简单，如果设实验所处地表理解为稳定（以太）空间，即以太与地球的运动、旋转同步，光在地表状态并不受干扰。可霍克不会认可旋转的以太。
洛奇设计虽巧妙，其间距不能达到可观测的干扰现象，其转动速度也会受制于材料和工程能力，这个实验基本是无效的。设洛奇转盘是高密度的透光体，可原子核外是一个空旷的世界，光波进入如入无物之地，如果能干扰以太也是原子核级的间距范围内，而洛奇实验的间距是3英寸约76000nm。
我对MM实验的解读：
其一，地表参照系是基础参照系，光的传播在地表空间时处于一个稳定空间状态下，在地表系统下进行的有限距离内的光速测量无法体现速度变化，仅当观测系统相对于稳定的引力场空间存在较高的运动速度时可能测出光的相对运动速度；
其二，地表参照系与真空（外太空）存在相对运动，两者间有着参照系间的过渡区域，无法用任一坐标系直接延展使用在另一个区域，而且坐标系均只是对参照系统的模拟，均只具有局部真实性，是以需要采用相对性的协作，相对论隐藏的意义可能正在于此。
八、物理学的时间观
这节爱氏主要分析了同时性。爱氏认为确定距离、速度的方法“好像尽围绕着这个逻辑在兜圈子”；“光从A、B处传播到M，所需时间是相同的，这与光的物理性质的假定和假说全无必然的联系，仅仅只是为了得出同时性的定义而已，是我按照自己的自由意志所做出的一种解说。”“这个定义是很清楚的，它能对两个或多个我们选定的任意事件的同时性规定出一个确切的意义，而与事件相对于参考物体（在此是铁路路基）的位置无关，我们因而也可以得出物理的‘时间’定义。”“在这些条件下，我们把一个事件的‘时间’理解放在该事件的（空间）最相邻的读数上。”
“如果没有相反的实验证据的话，这个规定所包含的另一物理假说很少会有人想到。我们已经假定，放在铁路线上的钟的构造完全一样，它们以相同的频率走动。”“那么完全相同的‘指针位置’便总是同时的。”
爱氏描述了经典物理中时间与计时刻度间的联系，并表达了这一联系建立在理想的计时器频率不变的基础上。我觉得并未揭示时间是什么。
我想再分析下时间的定义。时间与物理世界的周期运作直接相关，周期的稳定性成为时间定义的一个重要支柱；时间是否有独立的意义成为理解时间的难点；时间测量上的同时性能否确认又是另一个难点。
1时间概念的建立（生物时）：
人类认识的最早、最重要的周期是“天”，地球自转较稳定，天作为时间概念可以稳定使用，向上可拓展到年，是地球的公转周期，可以用闰年的方法来协调非整数部分。最关键是“等分”构建秒，秒是一个标准单位，而天是一个自然现象，两者间无法保持一致，幸差值较小，可采用闰秒来统一。
在人类没有进入现代化社会，同时的现实意义与现在不同，不同区域可以天为基数均分，计时器精度可以完成地方时统一，但不足以对较大区域进行同时化；航海时代对时间精度要求有所提高，但对同时性尚没有需求，开始建立星系、太阳位置与具体时刻的联系并综合利用。
这样的时间是我们生活所需要的时间，我称之生物时，也是过去未来的构建基础。
2全球时间的建立（社会时）：
随着信息传递方式的变革，原有的时间体系会造成大量混乱，全球统一的时间就成为必要。
我们现在适应了全球授时系统，同时性是通过精密计时工具和信息交流校正，人们位于不同的地点，却共享相同的时间体系（虽然仍需要切换，但按同样的经度定义且精度相同）。同时性的意义在于规则的同一，比如在金融业，若将选择系统的时间调后了1分钟，则会使整个系统的同时性、公平性出现破坏。故采用社会时的定义，是我们约定的时间规则。
3切片时空：
社会时是一种约定，是我们的社会为了运转正常构建的时间，是一种特殊的时间，其物理意义是什么？
在《通向实在之路》17.5节中提到嘉当的“牛顿时空”，是宇宙的此刻的切片，切片空间存在着“同时”，可再将三维空间组成四维时空。文中虽未明言，我觉得仍是约定的同时性，可理解为物理中的社会时。
将时间可以作为独立的维度是一种思维视角，未必是物理的，至少便于理解和分析。而切片空间采用了上帝视角，我们只是理想通过时间来倒推，认定此时的宇宙状态。比如：我们看到的超新星已然熄灭甚至散在宇宙中，那如果这个超星完全变成基本粒子和光线同时到达地球，试想此时的超星的一部分就在我们眼前，也同样在这个宇宙，而将其存在状态倒推到定义的“此时”的意义是什么呢？
4光锥（信息时）：
无论真空如何看待，光通过其需要时间，那以光为构建基础可以勾勒宇宙空间感，也表明我们获得信息（如光、引力波）需要时间，我们可以通过光锥去分析同时性的空间，即在空间参数中添加时间参数，不是此刻的宇宙切片，而是信息宇宙，光锥面是信息的此刻，亦即观测者的此刻——宇宙相互关联的此刻。我将光锥视为信息同时性，时间与空间距离是相关的，没有了绝对的物理时间，只有相对于观测者的时间。
但我期望建立另一种物理意义上的同时概念，光锥同时是以观察者视角的，信息途径是光，也可理解为引力波——即空间自身的状态，可否在此基础上构建物理状态上的同时概念呢？
5引力波时间（引力时间）：
光是信息的传媒，也代表着能量的传播，但对于宇宙的影响缓慢，而引力波代表着引力空间的重塑，我们所测的引力波是星际极端事件。
星体不停在旋转、移动，其周边引力环境也不停地在重塑，但由于物质点缀在浩瀚空间中，其运动对引力场影响的波动范围有限，尤其是对于极远的观察者，难以在基础场状态上显示正常星体运行的效应，超出了仪器可测范畴（仪器也是一种物质，且能级较高，无法测得极小能量变化）。
引力波将不同区域的“此刻”传递到宇宙各处，叠加形成观察者所在区域的引力场。突发的星体巨变将产生引力场变化，引力波以光速传递到宇宙各处，形成新的相对稳定的引力场，这是一个物理过程，即空间确实的状态。时间不是空间的第四维，时间只是空间信息传递的参数，对于观察者此刻的宇宙，是宇宙各处对观察者的微扰现状，引力波在光锥面上带来的信息就是同时，我称之引力时间。光锥（信息时）是我们主观角度去认知的宇宙切片，有人理解为可超过锥面进入某种意义上的过去，即使可以实现那也只是一种过去的信息，是一种残影。而引力波是一种物理状态，我所意指的是所看到的正是宇宙此时的变化、此时的状态。
6时间的独立性
我仍会用时间切片去理解，只是不是嘉当的“牛顿时空”平行切片，是光锥状切面。我不想构建时间为第四维，时间只是空间状态的反映，时间是我们通过节奏变化建立的体系，不具绝对性，也不具独立性。
同样我们以光速去旅行，对于信息时间我们可能会成为某种意义上的时间停滞者（出发点的信息永远不变），但我们只能以到达点的空间状态来理解宇宙的此刻。
九、相对性的同时性
“相对论创立前，物理学中存在着时间的陈述具有绝对意义这一隐含假定，也就是时间的陈述与参考物体的运动状态无关。但是刚才的事例表明，该假定与最自然的同时性定义并不相容，如果抛弃这个假定，那么真空中光的传播定律与相对性原理之间的冲突便会消失。”
爱氏开始展示光相对于不同的参照系速度不变导致的矛盾，我同意时间计量与物体的运动状态相关，但暂不认同是时间的变化，如同我对平行宇宙的观念，我可以认同存在不同的宇宙体系，但其与我们人类的选择无关。人类太渺小了，选择不可能形成宇宙的分叉！人择原理是可能的，但人类的选择只能在微小的区域产生变化，更多地是适应所在的区域，而不至于分裂宇宙。当然宇宙也可能真的是波函数，而存在的是其唯一。
十、距离概念的相对性
十一、洛伦兹变换
“我们能否设想，在每一事件相对于一个或另一个参考物体的地点和时间之间存在着某种关系，使得任一光线相对于路基或者相对于火车，其传播速度都是c呢？”“在数学上，该路基所起的作用是一条假定的直线。”“同理，假如火车以速度v继续在无边无际的空间行驶，那么，无论它行驶得多远，我们都能参照为火车制定的框架来确定它在空间的位置。在这两套框架中，因固体的不可入性而不断相互干扰的问题不至于造成任何根本性的错误。”
洛伦兹长度收缩假说：沿着以太风方向的干涉仪的长度会变短，认为仪器分子间的作用力也会受以太影响，以太运动时，分子间的距离是有可能减少的；引入地方时（local
time）概念。洛伦兹认为长度收缩是一种动力学性质，他认为物体分子间的距离是真真实实地发生了收缩。
在爱氏的狭义相对论里的尺缩效应则是一种纯粹的运动学效应，没有什么力把物体压缩了。
长直轨道的设定：刚性固体设定，且可以采用这种理想条件延展到全宇宙，这也是坐标系的理想构建；光线的直线传播，也正是理想延展的基础，可物理上不存在，光路也会受到引力效应的影响，只有在近零场的真空中才存在这种理想延展；地表轨道实际是对引力等势面的模拟。
设火车行驶在某种设定的长直轨道上，爱氏称固体不可入性而不会相互干扰。只要是实际物质，必然存在即便小到原子层面的干扰；而相对稳定的固体恰要求扰动效应较小，故原子间的作用是一个弱问题。
相比，将地球与太空的关系似乎更接近于理想长直坐标系中的无扰动状态。只是将地球整体可视作一个超级火车，我不同意这列火车只考虑地表（壳）及以下结构，尚应考虑大气层、可能被带动的粒子。再坚持下：地表并非星际界面，不是火车的车壁，而是火车内的一部分，且这列火车可以带着大气层一道运动，月球也没有需要相对太阳运动或相对银心运动而消耗额外的能量，是以地球这列火车是整个地球的运动，甚至可以包括月球的共同体。
抛开圆周运动中的力的效应，绕行的相对速度应如何计算？对于中心点——质点，唯二系统如何确认旋转关系？如果将银心视作奇点，唯二系统中相对奇点我们无法评估太阳是不是在公转，而认为太阳在公转是因为相对更大的恒系体系组成的参照系可以辨别太阳的运动。同理相对太阳表面，我们也不能确认太阳自转还是地球公转导致相对变化。再比如一个中子星极快的在自转，其行星如何在唯二系统时如何分析相对运动问题。这表明我们在单一体系下无法确认相对运动。
我曾构建过很多种火车，其中我最满意的是火车内外比较，但细看相对论，并没有考虑观察者与光源的关系，只是考虑两个观察者之间的运动关系，并采用相对论的方法构建参照系时空体系，这是无法从其它思想实验上反对的。
十二、量杆和钟在运动时的行为
这节就是常说的尺短钟慢，单从本节内容来看，均涉及的是计量的改变，并不涉及空间本身的改变，是以我初时有想法这只是一个测量上的问题。但爱氏坚称时间是重要的，物理的。
十三、速度相加法则斐索实验
“（水）管相当于铁路路基或坐标系K，液体相当于车厢或坐标系K’，光相当于沿车厢走动的乘客或本节引进的移动点。”
在MM实验中，光源将能量抛入无法与物体共同运动的空间中，我们期待测出抛入在空间中的光速与观测者的相对关系。对于物质，我们认为其在空间存在惯性，故可以“叠加”的速度运动；而光在空间中（有时会用真空的定义）速度恒为c，与光源的速度无关，于是矛盾来到了观察者相对于“光”的速度。可这种空间更近于数学定义，记得前文讲的是，大套小的物体，如果大的运动，小物体处的空间究竟有没有移动？我前面也指出了，这个空间是框出来的，并不是物理概念，如果空间的中气体跟随物体移动，其起始阶段必然存在着壁对气体的压力，而这个压力的形成是壁本身足够致密，才能够“网”住气体分子。对于大物体所带动的空间只是其物质占有的部分，而非框住的部分。
那光是真的被抛在了一个与环境无关的空间中了吗？地表的真空就代表了无物质的区域，但真的也代表了所在的空间是没有任何物理效应的吗？比如说引力场所建立的基础——场对光的运动没有影响吗？
当我们分析斐索实验时，光处于介质中，为何会体现为光速的不同？是否此时绝对光速应使用上帝视角下的w，而不是c，而因为这种相对运动导致的光距实际为n*x。更主要的是，采用洛伦兹变换得到一个相近的结论，而洛伦兹变换的基础真的是指在不同的观察者坐标系中不变吗？斐索实验中的观察者与水作为临时观察者的替换合适吗？
十四、对相对论启发作用的评估
十五、一般相对论的普通结果
相对论质量公式-泰勒公式-质能方程。
“能量守恒定律不仅对于坐标系K，而且对于每一相对于K做匀速平衡运动的坐标系K’都是成立的。”“由此看来，随物体能量的改变而改变的惯性质量并不是一个恒量，惯性质量可以被
认为是一个物体的能量的量度，于是物体的质量守恒与能量守恒定律便成为同一。”“法拉第-麦克斯韦解释的电磁超距作用的成功使物理学家确信，完全没有瞬时超距作用，比如牛顿万有引力定律类型。按照相对论，瞬时超距作用总是被光束传播的超距作用代替。”“法拉第结论：不相接触的物体间的相互作用不是直接传递，而是通过中间的媒质以有限速度传递的。这种形式的相互作用称为‘媒递作用’，是场的概念的起源。”
惯性质量不是恒量，为何会出现质量的变化，能量与质量同一我以为仍是现象，质量改变与引力场的关系是怎样的？任意惯性系的设定是不是合理？
十六、经验与狭义相对论
“但是有两类已获得的实验事实，如果要用麦克斯韦-洛伦兹的理论来表示，则必须引进一个辅助假设，当然，这个辅助假设就其本身而论，不引用相对论的话，似乎不能与麦克斯韦-洛伦兹理论相联系。”其后爱氏讲述了电子的当时的一些观点“假定组成电子的质量相互之间的相对距离在电子运动的过程中始终保持不变（即经典力学中的刚性连接），洛伦兹采用收缩方法得到了一个特别的运动定律”，但此处并没有明说是什么定律，我估计是质荷比实验，并表明“相对论导致了同样的运动定律，它不需要电子结构和行为的任何特殊的假设。本部分第13节我们在结束斐索的实验时也得出了相似的结论，实验的结果被相对论的预言所证实，我们不需要引用关于液体的物理本性的假设。”“我们的第二类事实涉及到地球在空间中的运动能否用地球上所做的实验来观察这一问题。本部分第五节我们已谈过，所有关于这类问题所做的努力的最后结果都被否定了。”这应该是指的光速不变实验，虽然爱氏前面说MM实验与静止虚空（以太）并不矛盾，但与相对性原理间有矛盾。他介绍到“在MM利用光的干涉的实验中，完全否定了本应清楚观察得到的这两个时间的差别，这种否定让物理学家感到极为困惑。后来，洛伦兹和斐索所做的实验从困惑的书面中把理论解救了出来
：物体相对于以太运动，假若使物体沿运动方向发生收缩，而这种收缩产生的量恰好足以补偿时间上的差别。”“按照相对论，没有什么以太漂移，也不会出现演示以太漂移的任何实验，因为并没有‘特别卓越的’（唯一的）坐标系可以用来作为引进以太观念的理由。”“如果一个坐标系与其相对物地球一起运动，则镜面系统并没有缩短，但如果对于相对于太阳保持静止的坐标系来说，这个镜面系统的确缩短了。”
这节内容有爱氏对几个重要实验的理解，但他丢弃了需要对实验的物理本性分析的想法，这是我所不赞同的，我觉得数学的物理世界再精美，也不能代表物理世界中实际发生了什么。我觉得自己也进入一个为难的境地，我来到了学习过的物理的反面。
十七、经验与狭义相对论
“空间是一个三维连续区”，“在相对论中，用四维方式来考虑这个‘世界’是很自然的，因为按相对论的观点，时间已经失去了独立性。”
又看了一遍，带来的问题似更多，不禁觉得耽心而又担心。可这是我的思考，虽有形而上之嫌（不能在数学上证明、物理上实验）；却想继续努力，物理知识已有不少进展，有的并不易用相对论来解释，那为何不可突破之。我的思考往往从源头去分析，有很多问题在不断思考中逐渐理解，但一些纠结的问题并没有能完全解决，甚至我觉得理论建立的过程中也有漏洞，如我能找到并补上，也就满足了。
第贰章是自己试着对问题的剖析。
