| 写在前面： 1、本书是杜威拉森《New Light on Space and Time》一书的中译本，这本书没有复杂公式推导，可能是现有拉森物理学中最浅显易懂的一本，可以从中对拉森提出的宇宙“互反系统理论”有个定性的了解，看到该理论对当今物理学诸多难点问题的统一解释。理解拉森物理学最困难的部分可能是时空观的转变，而本书作为拉森物理学的入门读物正好合适。 2、译者翻译拉森物理学系列的目的是自我学习，当初的翻译只求自己能看懂，翻译力求“信”，不苛求“达雅”。此外，翻译的正确性和译者当前对拉森物理学思想的理解水平有关，将随着译者认识的不断深入而不定期的修正。 3、请读者用心去理解，不必盲从和妄加评论。 玄宇之光 |
时间与空间的新曙光翻译：玄宇之光2019.03.11 第三章（2） 我们所坚持的：数学观点 诚然，正如相对论家所主张的那样，如果没有某种外在的标准，我们无法确定一个系统是处于静止状态，还是处于匀速平动状态， |
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而这正是支持相对论假设的主要实验证据。但这一证据只表明，如果我们有意地把自己局限于观察运动系统内部的匀速平动所能获得的信息，那么就没有什么能与相对论假设相矛盾。然而，我们没有任何合理的理由禁止使用外部标准来帮助确定事实真相，这些标准明确地告诉我们，绝对的运动-
-相对宇宙的一般框架的运动-
-确实存在。此外，只要我们超越了匀速平移运动，我们就可以不参考外部条件，确定系统是否正在经历绝对加速度。由于绝对加速度是绝对运动大小的变化，这必然涉及绝对运动的存在。
例如，宇宙飞船上的乘客在达到匀速运动后，将不会有在飞船内平动的物理证据，但在火箭发射后的这段时间里，他们会对加速度有强烈的感知，如果因为某种原因，火箭开始旋转，他们会非常清楚情况。相对论主义者从来没有能够把这种加速度纳入他们的系统，除了通过称它们为“相对于固定恒星的加速度”，这只是绝对加速度的委婉说法。
对这一狭义相对论的逻辑地位造成现有混乱的因素之一是以太概念的引入。按照最初的设想，以太应该是一种充满所有空间的东西，并且在那个空间中是静止的。如果存在这样的实体，那么以太的运动将测量绝对空间的运动，而迈克尔逊和莫雷的实验就是针对这种测量的。由于所有这类实验都未能产生积极的结果，到目前为止，已经相当肯定地证明，地球相对于绝对空间的运动不能通过测量相对于一个假想的以太的运动来探测到。在这一点上，合乎逻辑的结论是，为了达到这一目的，必须采取其他手段，但与此同时，爱因斯坦提出他的理论是基于绝对空间和绝对运动不存在的假设。科学界迫切希望对迈克尔逊-莫雷实验的结果做出某种合理的解释，因此，为了适应新理论并防止其立即遭到破坏，物理学家们的立场是，除非绝对空间和绝对时间的存在能够在运动系统内部以某种方式得到证明，否则他们将拒绝承认它的存在。实际上，这排除了除以太以外的任何可能的普遍参照系。正如亚瑟·贝瑟所说的“官方”立场:“以太的不存在意味着没有普遍的参照系，所以所有的运动都只存在于观察它的人或仪器之间。
这样，为确定绝对运动而使用外部标准被武断地裁定为非法。这是科学程序中最令人震惊的创新。我们在法学上对这种情况是相当熟悉的。许多违法者逍遥法外，因为证据规则不允许引入本可判他有罪的证词。但是把这种东西带入科学领域不仅是前所未有的，而且是完全无序的。自然不承认“科学的证据规则”，也没有合理的理由说明科学应该束缚自己的手脚。
既然我们不能直接观察空间中的位置，我们就必须通过存在于其中的可观察到的东西来识别它们，但没有必要把它称为以太，或任何类似以太的东西。相反，如果我们利用我们知道确实存在的物体，而不是纯粹假设的东西，我们就会有更坚实的基础。参考系统最明显的选择是由固定恒星定义的空间框架。
我们是否认为这个参考系定义了一个“绝对空间”是无关紧要的。一些专业的相对论主义者承认确实如此。例如，Moller承认，“相对于‘绝对空间’，固定恒星作为一个整体可以被认为是近似静止的。” 爱丁顿也做出了类似的让步。但无论如何，这些恒星为我们提供了一个普遍适用的参照系，一种相对论声称不存在的“首选坐标系”，以及我们是否称之为“绝对空间”只是一个语义问题。相对于这个普遍参照系的运动，从科学和实践的观点来看，即使不是从哲学的角度来看，也和相对论出现之前科学界所知道的“绝对运动”完全是一回事。相对论主义者自己频繁呼吁“相对于固定恒星的运动”以走出理论死角，清楚地证明了绝对框架实际上是多么必要，甚至对那些基本理论建立在否认任何此类事物存在的基础上的人也是如此。同样重要的是，天文学家，这个工作最直接受相对论影响的科学团体，他们无情地无视这些原则来进行计算，就好像他们从来没有听说过爱因斯坦一样，尽管作为科学界的忠实成员，他们可能对当前科学教条的这一阶段只说不做。麦克维蒂明确地告诉我们:
在讨论恒星的固有运动和径向速度时，天文学家默认这些速度代表了局部距离相对于经典牛顿力学绝对时间的变化率。此外，局部距离也与经典理论的绝对距离相一致。
除了对时钟悖论和绝对加速度的存在所提供的反对狭义相对论的概念有效性的直接证据之外，该理论的追随者无法扩展其适用范围或与其他物理理论建立牢固的联系。尽管在这项任务上投入了大量的努力，但在某种意义上，这是反对这项任务的又一直接证据，由于非匀速运动与匀速运动密切相关，一个适用于较有限领域的概念上有效的理论应该能够毫无困难地推广到一般情况。因此，我们必须得出这样的结论:狭义相对论的概念有效性不仅没有得到证实，而且肯定是被否定的。本卷将不考虑与狭义相对论有关的情况，因为相对论的这一阶段的思想超出了目前讨论的范围。然而，在《超越牛顿》中对它进行了详细的研究。
现在的问题是，如果上面的结论是正确的，而且如果正视这些问题，这一点是很难否认的，那么为什么现在的科学家如此彻底地相信狭义相对论的正确性呢? 为什么一流的科学家会做出如下海森堡一样的断言:
这个理论……此时，也成为了所有现代物理学的一个公理基础，通过大量的实验证实了这一点。它已经成为了精确科学的永久属性，就像经典力学和热理论一样。
我们可以通过以下两种说法来阐明这些问题:
A、作为一个数学问题，实际上只有一个可能的解决方案(洛伦兹变换)，如果光的速度对所有人来说都是一样的。(乔治·汤姆逊爵士)
B、除了放弃绝对时间和绝对长度的概念，并形成两个相互依赖的概念之外，过去和现在都还没有对这个实验(迈克逊-莫雷实验)的解释。(r·a·米利根)
这两种语句的逻辑结构(包括隐含断言)是相同的，可以表示如下:
1。已经得到了正在考虑的问题的解决方案。
2。长期而深入的研究未能产生任何替代方案。
3。因此，最初的解决方案必须是正确的。
在表述A中，这个逻辑是无可辩驳的。事实上，即使不寻找任何替代方案，它也是有效的。由于原始解会给出正确的答案，任何其他有效解都必须在数学上等价于第一个解，而从数学的角度来看，等价语句只是表达同一事物的不同方式。例如，表述x = ab和x/a = b不是两个不同的数学关系;它们只是描述同一关系的两种不同方式。因此，一旦我们得到一个数学上正确的答案，我们就有了数学上正确的答案。
表述B是同样的逻辑在概念上的应用，而不是数学上的解决方案，但是在这里逻辑是完全无效的，因为在这种情况下，可选的解决方案是不同的解决方案，而不仅仅是表示相同解决方案的不同方式。“物理理论由形式演算和解释组成，”哈滕解释说，“但实际上演算和解释之间的关系并不独特。一个微积分可以用不同的概念来解释。在这种情况下，仅仅找到符合观察到的事实的解释并不能保证我们得到正确的解释。如前所述，在概念效度建立之前，我们必须从其他来源得到额外的确认。
而且，对这一额外证据的需要仍然和以往一样强烈，即使这狭义相对论是迄今为止科学所能提出的最佳解释，事实是（或者至少应该是）很明显的，我们永远不能确定我们已经用尽了所有可能的替代方案。理论家们不愿意承认这一点。当他们花了许多年的时间来研究和调查一个问题，而情况仍然象米利肯所描述的那样- -也就是说，只找到一个似是而非的解释- -时，人们很容易假定没有其他可能的解释存在，并且认为现有的理论必然是正确的，尽管就象狭义相对论那样，可能有与之相反的具体证据。否则，如果他们不作出这样的假设，他们必须默认，即使不是明确承认，他们的能力迄今为止还不能胜任寻找其他理论选择的任务。在科学领域内外，很少有人喜欢承认这一点。
那么，这就是为什么狭义相对论的严重缺陷目前被如此宽容地看待的原因。现在没有更好的方法了，物理学家们不愿意承认他们可能忽略了正确的答案。但事实很清楚。迈克尔逊-莫雷实验和旨在解释该实验结果的理论发展并没有给先前存在的关于空间和时间的知识体增加任何新的概念信息。狭义相对论不过是一个错误的假设:它是对琼斯所引用的历史记录的显著补充; 另一个例子是一个数学公式是正确的，或者非常接近正确的，但是它的物理解释是非常错误的。
对于许多人来说，从他们与物理科学的最早接触开始，他们就被教导说，这种狭义相对论“属于现代物理学的坚实基础，在我们目前的情况下是无可争议的”，正如海森堡所言。这一结论似乎令人难以置信，但人们越来越认识到，洛伦兹变换的数学有效性并不能证明爱因斯坦对这些数学结果的解释的有效性。费耶阿本德说:“然而，必须承认，爱因斯坦对狭义相对论的最初解释几乎从未被当代物理学家使用过。” 对他们来说，相对论包括两个要素:(1)洛伦兹变换;(2)质量能量等价。Bridgman还评论了“将狭义相对论的内容定义为与洛伦兹方程的内容具有共延性”的趋势，并指出在此基础上不存在相对论的“理论”:
在(洛伦兹)方程中没有任何明确的东西决定了物理应用的性质，但这必须在方程之外以某种方式指定。直到我们指定了物理应用的细节，我们才有权把方程作为物理“理论”的一部分。
大多数物理学家对任何认为爱因斯坦的理论将不得不被抛弃的建议的情感反应，在很大程度上是由于一种错误的印象。这一选择是在爱因斯坦和“爱因斯坦之前”二者间进行的; 变革的支持者是在倡导退回到目前已知是站不住脚的位置。但只要我们承认洛伦兹方程的正确性，就不可能回到纯粹的牛顿理论。在这项工作中提出的发现并不意味着从爱因斯坦到前爱因斯坦（pre-Einstein）的倒退;他们提出了从爱因斯坦到后爱因斯坦（post-Einstein）的进步。
狭义相对论在数学上是正确的，但在概念上是错误的。我们需要的不是抛弃正确的数学结构，而是抛弃爱因斯坦对数学结果的错误解释，正如费耶阿本德和布里奇曼在上述声明中所报告的那样，已经在进行中，然后确定需要哪些新概念，以便产生一种数学上和概念上都正确的理论。
因此，正确的时空理论不仅必须建立在第二章末尾所概括的概念信息的基础上，还有关于这两个实体的额外的数学信息，这是从迈克尔森·莫雷实验中得到的以及后来对实验结果的研究。这些信息可表示如下:
光的速度与参考系无关。
在一个参考系统中以正常方式测量的其他速度，可以用另一个相对于第一系统恒定速度运动的参考系统中的速度来表达，这种数学变换被称为Lorentz变换。
例如，宇宙飞船上的乘客在达到匀速运动后，将不会有在飞船内平动的物理证据，但在火箭发射后的这段时间里，他们会对加速度有强烈的感知，如果因为某种原因，火箭开始旋转，他们会非常清楚情况。相对论主义者从来没有能够把这种加速度纳入他们的系统，除了通过称它们为“相对于固定恒星的加速度”，这只是绝对加速度的委婉说法。
对这一狭义相对论的逻辑地位造成现有混乱的因素之一是以太概念的引入。按照最初的设想，以太应该是一种充满所有空间的东西，并且在那个空间中是静止的。如果存在这样的实体，那么以太的运动将测量绝对空间的运动，而迈克尔逊和莫雷的实验就是针对这种测量的。由于所有这类实验都未能产生积极的结果，到目前为止，已经相当肯定地证明，地球相对于绝对空间的运动不能通过测量相对于一个假想的以太的运动来探测到。在这一点上，合乎逻辑的结论是，为了达到这一目的，必须采取其他手段，但与此同时，爱因斯坦提出他的理论是基于绝对空间和绝对运动不存在的假设。科学界迫切希望对迈克尔逊-莫雷实验的结果做出某种合理的解释，因此，为了适应新理论并防止其立即遭到破坏，物理学家们的立场是，除非绝对空间和绝对时间的存在能够在运动系统内部以某种方式得到证明，否则他们将拒绝承认它的存在。实际上，这排除了除以太以外的任何可能的普遍参照系。正如亚瑟·贝瑟所说的“官方”立场:“以太的不存在意味着没有普遍的参照系，所以所有的运动都只存在于观察它的人或仪器之间。
这样，为确定绝对运动而使用外部标准被武断地裁定为非法。这是科学程序中最令人震惊的创新。我们在法学上对这种情况是相当熟悉的。许多违法者逍遥法外，因为证据规则不允许引入本可判他有罪的证词。但是把这种东西带入科学领域不仅是前所未有的，而且是完全无序的。自然不承认“科学的证据规则”，也没有合理的理由说明科学应该束缚自己的手脚。
既然我们不能直接观察空间中的位置，我们就必须通过存在于其中的可观察到的东西来识别它们，但没有必要把它称为以太，或任何类似以太的东西。相反，如果我们利用我们知道确实存在的物体，而不是纯粹假设的东西，我们就会有更坚实的基础。参考系统最明显的选择是由固定恒星定义的空间框架。
我们是否认为这个参考系定义了一个“绝对空间”是无关紧要的。一些专业的相对论主义者承认确实如此。例如，Moller承认，“相对于‘绝对空间’，固定恒星作为一个整体可以被认为是近似静止的。” 爱丁顿也做出了类似的让步。但无论如何，这些恒星为我们提供了一个普遍适用的参照系，一种相对论声称不存在的“首选坐标系”，以及我们是否称之为“绝对空间”只是一个语义问题。相对于这个普遍参照系的运动，从科学和实践的观点来看，即使不是从哲学的角度来看，也和相对论出现之前科学界所知道的“绝对运动”完全是一回事。相对论主义者自己频繁呼吁“相对于固定恒星的运动”以走出理论死角，清楚地证明了绝对框架实际上是多么必要，甚至对那些基本理论建立在否认任何此类事物存在的基础上的人也是如此。同样重要的是，天文学家，这个工作最直接受相对论影响的科学团体，他们无情地无视这些原则来进行计算，就好像他们从来没有听说过爱因斯坦一样，尽管作为科学界的忠实成员，他们可能对当前科学教条的这一阶段只说不做。麦克维蒂明确地告诉我们:
在讨论恒星的固有运动和径向速度时，天文学家默认这些速度代表了局部距离相对于经典牛顿力学绝对时间的变化率。此外，局部距离也与经典理论的绝对距离相一致。
除了对时钟悖论和绝对加速度的存在所提供的反对狭义相对论的概念有效性的直接证据之外，该理论的追随者无法扩展其适用范围或与其他物理理论建立牢固的联系。尽管在这项任务上投入了大量的努力，但在某种意义上，这是反对这项任务的又一直接证据，由于非匀速运动与匀速运动密切相关，一个适用于较有限领域的概念上有效的理论应该能够毫无困难地推广到一般情况。因此，我们必须得出这样的结论:狭义相对论的概念有效性不仅没有得到证实，而且肯定是被否定的。本卷将不考虑与狭义相对论有关的情况，因为相对论的这一阶段的思想超出了目前讨论的范围。然而，在《超越牛顿》中对它进行了详细的研究。
现在的问题是，如果上面的结论是正确的，而且如果正视这些问题，这一点是很难否认的，那么为什么现在的科学家如此彻底地相信狭义相对论的正确性呢? 为什么一流的科学家会做出如下海森堡一样的断言:
这个理论……此时，也成为了所有现代物理学的一个公理基础，通过大量的实验证实了这一点。它已经成为了精确科学的永久属性，就像经典力学和热理论一样。
我们可以通过以下两种说法来阐明这些问题:
A、作为一个数学问题，实际上只有一个可能的解决方案(洛伦兹变换)，如果光的速度对所有人来说都是一样的。(乔治·汤姆逊爵士)
B、除了放弃绝对时间和绝对长度的概念，并形成两个相互依赖的概念之外，过去和现在都还没有对这个实验(迈克逊-莫雷实验)的解释。(r·a·米利根)
这两种语句的逻辑结构(包括隐含断言)是相同的，可以表示如下:
1。已经得到了正在考虑的问题的解决方案。
2。长期而深入的研究未能产生任何替代方案。
3。因此，最初的解决方案必须是正确的。
在表述A中，这个逻辑是无可辩驳的。事实上，即使不寻找任何替代方案，它也是有效的。由于原始解会给出正确的答案，任何其他有效解都必须在数学上等价于第一个解，而从数学的角度来看，等价语句只是表达同一事物的不同方式。例如，表述x = ab和x/a = b不是两个不同的数学关系;它们只是描述同一关系的两种不同方式。因此，一旦我们得到一个数学上正确的答案，我们就有了数学上正确的答案。
表述B是同样的逻辑在概念上的应用，而不是数学上的解决方案，但是在这里逻辑是完全无效的，因为在这种情况下，可选的解决方案是不同的解决方案，而不仅仅是表示相同解决方案的不同方式。“物理理论由形式演算和解释组成，”哈滕解释说，“但实际上演算和解释之间的关系并不独特。一个微积分可以用不同的概念来解释。在这种情况下，仅仅找到符合观察到的事实的解释并不能保证我们得到正确的解释。如前所述，在概念效度建立之前，我们必须从其他来源得到额外的确认。
而且，对这一额外证据的需要仍然和以往一样强烈，即使这狭义相对论是迄今为止科学所能提出的最佳解释，事实是（或者至少应该是）很明显的，我们永远不能确定我们已经用尽了所有可能的替代方案。理论家们不愿意承认这一点。当他们花了许多年的时间来研究和调查一个问题，而情况仍然象米利肯所描述的那样- -也就是说，只找到一个似是而非的解释- -时，人们很容易假定没有其他可能的解释存在，并且认为现有的理论必然是正确的，尽管就象狭义相对论那样，可能有与之相反的具体证据。否则，如果他们不作出这样的假设，他们必须默认，即使不是明确承认，他们的能力迄今为止还不能胜任寻找其他理论选择的任务。在科学领域内外，很少有人喜欢承认这一点。
那么，这就是为什么狭义相对论的严重缺陷目前被如此宽容地看待的原因。现在没有更好的方法了，物理学家们不愿意承认他们可能忽略了正确的答案。但事实很清楚。迈克尔逊-莫雷实验和旨在解释该实验结果的理论发展并没有给先前存在的关于空间和时间的知识体增加任何新的概念信息。狭义相对论不过是一个错误的假设:它是对琼斯所引用的历史记录的显著补充; 另一个例子是一个数学公式是正确的，或者非常接近正确的，但是它的物理解释是非常错误的。
对于许多人来说，从他们与物理科学的最早接触开始，他们就被教导说，这种狭义相对论“属于现代物理学的坚实基础，在我们目前的情况下是无可争议的”，正如海森堡所言。这一结论似乎令人难以置信，但人们越来越认识到，洛伦兹变换的数学有效性并不能证明爱因斯坦对这些数学结果的解释的有效性。费耶阿本德说:“然而，必须承认，爱因斯坦对狭义相对论的最初解释几乎从未被当代物理学家使用过。” 对他们来说，相对论包括两个要素:(1)洛伦兹变换;(2)质量能量等价。Bridgman还评论了“将狭义相对论的内容定义为与洛伦兹方程的内容具有共延性”的趋势，并指出在此基础上不存在相对论的“理论”:
在(洛伦兹)方程中没有任何明确的东西决定了物理应用的性质，但这必须在方程之外以某种方式指定。直到我们指定了物理应用的细节，我们才有权把方程作为物理“理论”的一部分。
大多数物理学家对任何认为爱因斯坦的理论将不得不被抛弃的建议的情感反应，在很大程度上是由于一种错误的印象。这一选择是在爱因斯坦和“爱因斯坦之前”二者间进行的; 变革的支持者是在倡导退回到目前已知是站不住脚的位置。但只要我们承认洛伦兹方程的正确性，就不可能回到纯粹的牛顿理论。在这项工作中提出的发现并不意味着从爱因斯坦到前爱因斯坦（pre-Einstein）的倒退;他们提出了从爱因斯坦到后爱因斯坦（post-Einstein）的进步。
狭义相对论在数学上是正确的，但在概念上是错误的。我们需要的不是抛弃正确的数学结构，而是抛弃爱因斯坦对数学结果的错误解释，正如费耶阿本德和布里奇曼在上述声明中所报告的那样，已经在进行中，然后确定需要哪些新概念，以便产生一种数学上和概念上都正确的理论。
因此，正确的时空理论不仅必须建立在第二章末尾所概括的概念信息的基础上，还有关于这两个实体的额外的数学信息，这是从迈克尔森·莫雷实验中得到的以及后来对实验结果的研究。这些信息可表示如下:
光的速度与参考系无关。
在一个参考系统中以正常方式测量的其他速度，可以用另一个相对于第一系统恒定速度运动的参考系统中的速度来表达，这种数学变换被称为Lorentz变换。