深圳工程师张仰彪探讨相对论相关问题，引发科学界关注

在科学的浩瀚星空中，相对论无疑是一颗极为耀眼的星辰，自爱因斯坦提出以来，它深刻地改变了我们对时空和宇宙的认知。然而，近日一位来自深圳的机械工程师张仰彪，凭借着自己对科学的执着与钻研，向这一经典理论发起了挑战，他针对行相对论提出的147个问题如同一颗颗投入平静湖面的石子，激起了层层涟漪。因篇幅所限，我们先聚焦于其中最核心的 6 个问题，一同来感受这场科学探讨的魅力与深度。

<1> 一同时的相对性：视角改变引发的矛盾困境。

作为狭义相对论的首个推论，同时的相对性一直以来都备受关注。爱因斯坦认为：在两个做相对运动的惯性系A和B中，惯性系A里同时发生的两个事件，在惯性系B中由于无法同时接收到标志着这两个事件开始的光信号，所以这两个事件就不是同时发生的。

张仰彪以一个生动的火车经过站台的思想实验来阐述他的疑问。想象一下，一列火车匀速驶过平直的站台，当火车上的乘客恰好经过站台中点时，一道闪电同时照亮了站台进、出两端的柱子。按照狭义相对论，由于乘客迎着火车运动前方的反光在前行，所以两根柱子的反光就会先后到达乘客的眼睛。

可是，运动是相对的呀!倘若我们把火车视为静止，站台在运动，又会出现怎样的情况呢?根据光的传播特性，光一旦离开光源就与光源无关了，站台两端柱子反射的光的速度都是 c，且这两道光在出发时与车上乘客的距离相同，如此一来，这两道光必然会同时到达乘客的眼睛。

同一个物理过程，仅仅因为观察视角的变换，就出现了两种截然不同的结果，这该如何解释呢?这就好比我们从不同的角度看同一幅画，却看到了完全不同的画面内容，着实令人困惑不已。

<2> 动钟变慢：火车里的时间究竟由谁代表?

爱因斯坦提出，两个做相对惯性运动的惯性系，彼此都会观察到对方的时间流逝速率变慢，这便是著名的动钟变慢效应。

而张仰彪对此提出了自己的见解。在火车经过站台的场景中，为何在研究时间流逝时仅仅聚焦于光呢?假如从车厢顶部自由释放一个钢球，由于火车做平稳的惯性运动，车厢内的乘客会看到钢球垂直下落，而车外站台上的站长却看到钢球的运动轨迹则是指向火车斜前下方的一条抛物线。在站长眼中钢球的运动路程更长，但钢球的运动完全符合伽利略速度叠加原理，站长看到其运动速度与火车速度叠加后，更快了。在这种情况下，并没有出现矛盾。那么，为何这个钢球不能代表火车里的时间流逝速率与站台上一致呢?

进一步思考，火车内部除光之外的所有物质实体的运动，包括所有亚原子粒子的运动，在火车外的人看来都遵循伽利略速度叠加原理，这难道都不能说明火车里的时间流逝速率并未变慢吗?爱因斯坦为何仅仅因为对火车内某一道光的行为有个基于光速不变假设的认识，就得出火车里的时间变慢的结论?这是否是以偏概全呢?这就如同我们仅仅根据一朵花的颜色来判断整个花园的色彩，显然是不合理的。

此外，爱因斯坦在推导动钟变慢理论时，仅仅研究一动、一静两个坐标系，由于坐标系中没有实物，所以他就忽略了研究周围环境中相关的实物。这就好比搭建一座房屋，却忽略了最重要的基石，这样的推导过程是否存在漏洞呢?

<3> 推导动钟变慢时忽视动尺变短，合理性存疑。

爱因斯坦在推导动钟变慢理论时，运动的惯性系里的各种长度尺寸在静止的观察者看来是不变的。然而，张仰彪指出，这并不合理。

我们知道，动尺缩短效应与动钟变慢效应在物体低速运动时，其影响程度都极小，且处于同一个数量级。这就好比计算一个公司的盈利，若老板来算，估计一下，精确到万元就足够了，此时，公司产品售价的微小变化，老板一般是不会在意的。但若是会计来算，就必须精确到分，此时公司任何一款产品的售价，变化一分钱都不能忽略，都必须计算进去。同理，在研究微小的动钟变慢效应时，微小的动尺变短效应同样不可忽视。

而且，从理论上来说，动尺变短效应和动钟变慢效应在物体的运动过程中总是同时存在的。那么，爱因斯坦在当初推导动钟变慢理论时，就没有任何理由不考虑动尺变短效应，否则就违背了理论物理追求精确的基本要求。这就如同在研究一种新药时，只考虑药物的杀菌效果，就给出了服用剂量，却不考虑药物对人的毒副作用，这肯定是不对的，因为药物的疗效和毒副作用一定是同时对人起作用的，在研究时要一并研究，不能顾此失彼。

<4> 双生子佯谬：闵氏几何的解释为何难以服众?

双生子佯谬是相对论中一个饶有趣味的问题。一对双胞胎兄弟，哥哥乘坐飞船去进行太空旅行，弟弟留在地球上。依据狭义相对论的动钟变慢理论，哥哥在太空中长期做惯性飞行，其时钟一直为动钟，一直存在动钟变慢效应，所以当哥哥回到地球后，会比留在地球上的弟弟更年轻。

然而，运动的相对性使得问题变得复杂起来。哥哥在飞船中看到地球离他而去，又飞回来，他认为自己是静止的，留在地球上的弟弟的时钟才一直是动钟，是弟弟发生了动钟变慢效应，最终弟弟应该比自己更年轻。兄弟二人的想法完全相反，那么究竟谁的想法会成为现实呢?这就如同抛硬币，但只能抛一次，究竟那一面会朝上呢?

双生子问题本身很简单，但它的解释却很困难。而用闵氏几何来解释双生子佯谬，被称为双生子问题的现代解释或终极解释。但张仰彪认为，这种解释并不成立。因为，双生子问题的根源在于狭义相对论的动钟变慢理论，而动钟变慢理论又基于光速不变假设。所以要证明双生子问题里上天飞行的哥哥最后一定比留在地球上的弟弟更年轻，就必须证明光速不变假设的正确性。

然而，闵氏几何同样建立在光速不变假设之上，它与狭义相对论是同门同类、同宗同源的两套新理论，就像是两棵从同一粒种子里生长出来的树，只不过一个侧重于数学，一个侧重于物理罢了。用闵氏几何来解释双生子佯谬，就是自己在证明自己，这属于自我证明或循环证明，在逻辑上是站不住脚的。这就如同在法庭上，哥哥给弟弟作证，通常是无效的，因为他们二人同宗同族、利益相关，不能互相证明。

<5> 动尺缩短：变速过程引发的理论困境。

爱因斯坦提出，两个做相对惯性运动的惯性系，都会观察到对方沿着运动方向的长度缩短，这就是动尺缩短效应。

但张仰彪发现，按照狭义相对论的动尺变短理论，我们所看到的与我们有相对惯性运动的一个物体，其在运动方向上的长度缩短，必然是在从相对我们静止开始的加速运动过程中逐渐形成的。当那个物体停止加速，运动速度稳定后，其长度不再继续缩短和变化。这似乎表明，是变速运动导致了动尺变短，而非惯性运动。

但是，我们都知道，狭义相对论来自于爱因斯坦对惯性系的研究，它仅适用于惯性系，并不适用于各种典型的变速系统。这就好比把一把钥匙硬塞进一个不匹配的锁孔，不应该能打开，但却打开了。动尺缩短理论与狭义相对论适用范围之间的这种矛盾，让人不禁对该理论的自洽性产生了怀疑。

<6> 相对论的验证：铯原子钟环球飞行实验疑点重重。

相对论一直以来都在寻求实验的验证，然而，张仰彪认为，目前相对论所有的验证都存在问题，其中铯原子钟环球飞行实验就是一个典型例子。 铯原子钟环球飞行实验是狭义相对论的一个著名验证，旨在验证动钟变慢效应。在这个实验中，向西环球飞行一圈的飞机上的铯钟，比地面上的铯钟快 273 纳秒;而向东环球飞行一圈的铯钟，比地面上的铯钟慢 59 纳秒。

地球作为一个典型的弱惯性系，完全符合狭义相对论的适用条件。根据动钟变慢理论，以地面上的时钟为参照，无论向东还是向西飞行的飞机上的时钟都是动钟，都应该比地面上的时钟慢，且慢的程度应该大致相同。但实验结果却显示向西飞的飞机上的时钟比地面上的时钟更快，这与动钟变慢理论背道而驰，难道存在动钟变快现象?但相对论里没提这回事啊。

除非我们改变观察视角，从太阳的角度来观察这个实验，考虑上地球在自转，或许能够解释得通。但狭义相对论遵循狭义相对性原理，强调以某个惯性系本身为观察视角去观察其它惯性系并得出结论。在解释铯钟环球飞行实验时，必须始终以静止在地面上的铯钟为观察视角，去观察天上飞行的铯钟，才符合相对论的宗旨。况且，在这个问题里如果需要考虑地球的自转，那地球的公转要不要考虑?还有，太阳系整体在以每秒220公里的速度在银河里狂奔，要不要不考虑?都考虑上，还能研究下去吗?还能有确定的结果吗?

如此一来，铯钟环球飞行实验的结果与狭义相对论的动钟变慢理论其实完全不符，这无疑给相对论的验证蒙上了一层阴影。

张仰彪提出的这 6 个问题，以及未在此详细介绍的另外141个问题，每一个都简单、明了，却又意义重大。科学的发展往往源于不断地质疑与探索，正如古人云：“学贵有疑，小疑则小进，大疑则大进。” 这些问题的提出，无疑是全世界对相对论进行一次重大研讨的契机。科学界的相关专家们理应对此予以重视，给出合理的解答。这场关于相对论的探讨，或许将为我们打开一扇通往全新科学认知的大门，让我们拭目以待，看看科学的未来会走向何方。