一，相对论的纰漏与时间标准
有一点是不可否认的，我们在观测物体的运动时，光是作为观测的媒介，对于宏观物体来说测量介质性质不可能影响实际物体的运动，这可以说是物理学中的常识。但在相对论中光速却堂而皇之地成为决定相对论修正的主要因素；这等于说如果我们换用另一种不同的观测媒介来测量物体的运动，其运动规律就可能变为另一种形式。这显然地违背基本物理常识。但如此违背常理的理论为何却能被世界上那么多人顶礼膜拜长达一百年？

与同时代的大多数物理学研究者一样，爱因斯坦显然倾向于用实证的方法来建立和验证其理论。他曾说过：“相对论并不是起源于思辨。它的创建完全由于想要使物理理论尽可能适应于观察到的事实，…要放弃某些迄今被认为是基本的同空间，时间和运动有关的观念，决不可认为是随意的，而只能认为是由观察到的事实所决定的[1]。”相对论理论的基础便是一个爱因斯坦称之为光信号方法的理想实验[2]。在这个理想实验中通过在两个作相对运动的坐标系之间传递光信号来确定它们的相对位置。这个实验以及由此得出的结论和推导过程在长达一个世纪的时间里被认为是完美的，且被广泛地引用。爱因斯坦曾说过：“相对论理论主要吸引人的地方在于逻辑上的完备性。从它推出的许多结论中，只要有一个被证明是错误的，它就必须被抛弃；要对它进行修改而不摧毁其整个结构，那似乎是不可能的[3]。”

当然爱因斯坦也不会认为存在一个违背基本物理常识的完备的物理理论。爱因斯坦对这个矛盾给出的解决方案是要求人们改变时空观念。但是新的时空观实际上还是不能解释为什么测量介质能够影响宏观物体的运动。所以这其实是一个一直都悬而未决的问题。

带着这个问题笔者仔细研究了相对论理论，得出的结果是相对论并不是一个完备的理论，甚至可以说相对论是建立在错误基础上的错误理论。相对论的纰漏首先来自作为其基础的理想实验。为了说明爱因斯坦设计的理想实验中存在的问题，需要先介绍一下时间标准的相关概念。1967年的国际计量大会(CGPM)议定，用铯133原子内部电子在基态的两个超精细能级间发生跃迁辐射发出的电磁波震荡9192631770周所用时间为1秒作为世界时间标准[4]；也称为原子时。之所以选择铯133原子的这个能级跃迁辐射电磁波是因为它的频率非常稳定，用它来做时间标准可以使计时的误差达到30万年不超过一秒。实际上如果不是要求高精度的话，只要是一个固定频率的电磁波的频率就可以用来作为1秒的时间定义。但有的情况下电磁波就完全不能胜任时间标准代表的角色。比如在做相对运动的坐标系之间传播时，电磁波会发生显著的频率改变—多普勒效应。

在爱因斯坦的理想实验中，使用光在两个做惯性相对运动的坐标系之间传递时间间隔信息，这实际上等同于测量者针对对方坐标系采用了与自己坐标系不同的时间标准。我们用多普勒效应可更直观地说明这一问题：如果测量者看到对方坐标系发出的光发生了红移，就代表对方的标准时间间隔延长；即对方的时间标准发生了变化；这时如果测量者没有意识到这一变化，仍然用自己的时间标准标记从对方坐标系发来的光信号就会得出对方坐标系的时钟变慢的结论。爱因斯坦设计的理想实验中恰恰就是犯了这个错误。当然在爱因斯坦的时代，都用天文时作时间标准，包括物理学家在内，人们都还不熟悉用电磁波频率作时间标准的方式。这可以说也是相对论错误长期没有被发现的原因之一。如果对爱因斯坦的理想实验中得到的测量结果进行时间标准纠正，就会发现通过爱因斯坦的光信号方法理想实验根本推导不出狭义相对论的洛仑兹变换式。也就得不出时间和空间尺度与物体运动速度相关的奇异结论。

用自己的时钟来确定感知到的外界事件的发生时间是人类习以为常的方式。但是在用电磁波做观测时间间隔的媒介时，由于代表标准时间间隔的频率发生了偏移，测量时间时就要针对不同坐标系采用各自的时间标准；这样你就会看到做相对运动的对方坐标系中的物体运动方程和相对静止的己方坐标系中的物体运动方程是完全一样的。相对论的错误就在于它将己方坐标系的时间和通过电磁波信号测量到的对方坐标系的时间间隔直接进行比较，完全忽视了时间标准的不同。当然我们也可以采用另外一种方式来处理这个问题：那就是将测量到的对方坐标系的时间进行时间标准变换，转换到己方坐标系的时间标准；而将转换后的测量结果与采用各自时间标准时所得测量结果的偏差看作是一种在做相对运动的坐标系之间因使用电磁波来传递信息而造成的异常现象。

二，相对论推导过程中的错误。
相对论的推导过程也远不像人们曾认为的那样完美。我们来考察分析一下狭义相对论的开始部分。下面是爱因斯坦1905年6月完成的《论动体的电动力学》中开始推导狭义相对论的基本结论——洛仑兹变换的部分段落[5]：

“对于完全地确定静系中一个事件的位置和时间的每一组值x，y，z，t对应有一组值ξ,η,ζ,τ,它们确定了那一事件对于坐标系k的关系，现在要解决的问题是求出联系这些量的方程组。”

“如果我们置x'=x-vt，那么显然对于一个在k系中静止的点，就必定有一组同时间无关的值x'，y，z，我们先把τ定义为x'，y，z和t的函数。为此目的，我们必须用方程来表明τ不是别的，而只不过是k系中已经……”

“从k系的原点在时间τ₀发出一道光线，沿着x轴射向x'，在τ₁时从那里反射回坐标系的原点，而在τ₂时到达；由此必定有下列关系：

在上面的推导过程中我们需要着重关注的是爱因斯坦定义构造了一个特殊的函数τ(x',y,z,t)。请注意这个函数的前三个变量是动系k的三维空间坐标，而t则是静系中的时间坐标。然后，爱因斯坦认为τ₂时刻，函数τ(x',y,z,t)可表示为τ(0,0,0,t+x'/(V-v)+x'/(V+v))；这里，爱因斯坦将空间坐标的x'置0的同时却保留了时间坐标中的x'；当然，如果将这里的x'看作常量，这样做都还只是符号使用问题，尚不至于导致严重的错误结果。但不幸的是爱因斯坦在接下来的推导中将τ₂和τ₁中的所有的x'都一视同仁地作为变量来处理。换言之，爱因斯坦实际上分派给x'两个不同的角色：一个是作为动系k的空间坐标变量的x'；另一个是作为该坐标变量的最大值的x'；但在关键的推导步骤中却不加区别处理。 爱因斯坦将空间坐标的x'置0的同时却保留了时间坐标中的x'；说明他知道其中的不同，但他不能将它们分别表示，因为这样做的话后面所有漂亮优美的结果形式都无法得出了！

在关于相对论的书籍中还可看到另一种利用相对运动坐标系之间的对称性来推导洛仑兹变换式的方法；但同样是错误的。其错误主要是在于它利用对称性来表述时间关系时认为如τ₁=βτ₀，则τ₂=β²τ₀，容易证明这实际上是不正确的。

三，多普勒效应原理推广。
物体做相对运动时可以观察到多普勒效应，该效应发生时的测量媒介可以是声波，也可以是电磁波。爱因斯坦虽然早在一百年前就将多普勒效应原理推广到了电磁波领域，但是却硬性地在多普勒效应频率偏移公式中加进了一个的时间膨胀因子β=(1-v²/c²)。从上面对相对论推导过程的分析我们知道这个时间膨胀因子实际上是不存在的；这同时还意味着所谓的横向多普勒效应也不存在。现在,我们有必要重新定义和推广多普勒效应：多普勒效应是声波或电磁波在做相对运动坐标系之间传播时发生的与运动速度相关的频率偏移现象。电磁波情况下，当波源与观测者以匀速v,方向与二者连线成角度θ做相对运动的时候，所观测到的频率即发生偏移后的频率由下列表达式决定：

既然持续的固定震荡频率可以用来作为时间的量度。频率的变化就是时间间隔的变化；频率的升高（蓝移）意味着以此频率标定的时钟在变快，频率的降低（红移）意味着以此频率标定的时钟在变慢。那么时间间隔的改变同时也意味着依靠这些信息确定的其它量的同时改变。例如运动坐标系中空间视距离和物体的视尺度的变化。当然，物体的实际位置完全可以由经典力学简洁地给出。视尺度和视时间间隔可由观测直接得到。在两个惯性背离运动的坐标系（K，K′）的情况下，如果想由计算确定对方坐标系的视位置（观测位置），可以采用时间标准变换（以下简称时标变换）的方法；首先确定时标变换比，由多普勒效应理论以及频率对应时间标准间隔的原理：

上述结果的实际应用意义是显而易见的。它说明目前观测得到的相当多的遥远距离和高速运动天体的尺度和周期数据（如双星，中子星，变星，周期性射电源等的周期）需要做出相应调整才能反映出真实的情况。

相对论的光信号法中由于时间标准的混淆导致对结果的物理意义的错误理解。而时标转换方法则显得时间标准清楚，步骤简洁，物理意义十分明确。另外时标变换方法本身不涉及坐标系对称问题，其对称性以及光速为常数的前提都可由多普勒效应理论继承而来。

多普勒效应同时也是光速不因相对运动而改变的唯一原因。不难证明上述坐标变换式是直接满足在做相对运动的不同坐标系中光速不变原理的。不像在相对论中是通过缺乏实验根据的假定光速为自然界最大速度来满足光速不变原理。而且对上述变换式，x²+y²+z²-c²t²仍然是一个不变量。有意思的是如果使用爱因斯坦推导洛仑兹变换式中的表述方式，其结果实际上是不能直接满足光速不变原理的。

多普勒首先发现总结了声波在做相对运动的物体之间传播时发生的频率偏移现象。本文则对爱因斯坦的相对论多普勒原理进行了修正，并在此基础上应用时标变换方法得出了在相对运动坐标系之间以电磁波为观测媒介时发生的测量时间间隔和视尺度变化。这些思想的整合就形成了较完整地描述波在做相对运动坐标系之间传播时所发生的异常现象的理论。

无奈地发现我们要面临的问题非但没有减少，反而是又多出许多。就对一些相关问题做简要的解释如下：
1，时间变慢，尺子缩短？
说到相对论，被人们谈论最多的莫过于其富于想象力的时空观念。爱因斯坦的相对论中直接告诉人们：在高速运动的坐标系中时间会变慢，尺子会缩短[6]事实上必须是在特定的条件下，才有可能观察到这种现象。这个特定的条件就是：在做相对运动的坐标系之间以电磁波为传播信息的媒介来测量对方坐标系中的时钟和尺子，同时又没有注意到时间标准已发生改变时才会得出时间变慢和尺子缩短的结论。相对论不仅没有说明这些现象的物理本质，也完全忽略了其发生的条件。举一个例子，一艘宇宙飞船以高速离地球而去，飞船以每间隔一秒发出一个电磁波脉冲的方式告诉地球上的人飞船上的时间。这时地球上的接收者就会发现所接收到的电磁波脉冲间隔实际上大于一秒且相差越来越多，好像飞船上的时钟在变慢。但飞船上的宇航员不会发现他的时钟有任何异常；除非他也以同样方式接受地球上发来的秒信号，但即使这样他也是看到地球发来的秒信号比飞船上的时钟慢。当然前面我们已经阐明，在这样特定的条件下发生的时间异常也只是一种因使用电磁波作为时间间隔信息传播媒介而发生的表面现象，真实的时间依然在均匀地流逝，没有发生任何异常变化，即便是在高速运动的飞船上。同样的道理当飞船在返回地球的过程中时，地球人将会看到相反的现象发生—飞船的秒信号间隔比地球上的一秒要短，且差距在缩小；当飞船回到地球减速降落，这个差距恰好缩减到零，这时两个时钟不会有任何因为之前的运动过程而产生的差异。总之那种只要宇航员乘坐极高速飞船就会使时间变得缓慢甚至停滞，从而延长宇航员的生命使其能经历漫长的空间飞行并到达遥远星球，以及当他返回地球时依然年轻而地球上的人早已老去的种种设想都将永远只能是幻想。尺子缩短的问题也是类似的，这里就不再复述。

2，引力对光线的作用以及引力透镜。
其实现代技术已经提供了直接观测引力对光线作用更方便的手段，这就是利用在太空中的观测装置直接观测当太阳在黄道上运行靠近恒星时是否会造成恒星在天球上视位置的改变。鉴于现在已经有大量的太阳观测资料，很可能通过分析已有的资料就能得出有意义的结论。之前宣称的射电观测结果是令人质疑的。因为太阳拥有两千公里厚的由电离氢等离子体构成的充满磁场的色球层和超过十个太阳半径厚度由高速自由电子，质子及等离子体组成的日冕。在做上述观测时必须考虑它们的影响。

目前的有关引力透镜的证据仅限于一些遥远星系的照片上所呈现的其它星系的对称的影像。但仅凭这些并不能证明影像是直接因引力而产生，因为现在我们知道在很多星系的周围并不是干净的真空，而是存在类似于太阳系的柯伊博带的区域，这一区域由稀薄的气体和冰粒及其它各种尘埃微粒构成，其密度从内向外逐渐降低直到数个星系直径的深空。从星系外看柯伊博带就象一个中间有一个空心的有着低折射率的大球形透镜，完全可以形成透镜成像效果。

3，黑洞的发光问题。
认为黑洞巨大引力造成空间弯曲闭合或引力吸引光使黑洞不发光或者以光速作为逃逸速度下限的黑洞理论无法清楚解释众多x和γ射线源的存在。这些理论一般都将这一问题模糊处理，说是由于黑洞吸收周围物质，物质流高速接近黑洞时会发出x和γ射线。至于是否存在一个既算是接近又没有进入黑洞的不能逃逸的引力范围，还能发出强烈高能辐射的区域，现有的黑洞理论一概回避不谈。我认为引力作用产生的物质流的辐射应该是比较白色的，不会只集中到x和γ频段。其实物质不发光和反射光并不需要引力大到逃逸速度超过光速，只要其中重带电粒子被束缚得使其受激振荡频率下限高过γ射线频段，物质就不会发出或反射任何可观测到的电磁波。也就是说既使引力对光线没有了吸引力，黑洞也同样可以是黑的。黑洞黑到什么程度是由其中带电粒子被束缚的程度决定的，所以我们才可以观测到许多微波，x射线，γ射线辐射源。

4，光障现象（这里的光障不是指光速作为速度上限）。
当超音速飞机加速到超音速时会出现音障现象。这同样适用于电磁波，所不同的是电磁波具有宽广的频谱。不需要加速到光速就能观测到光障现象。例如飞船离地球而去，不断加速使其速度越来越快，宇航员向后看时，会发现地球发出的光和联络无线电信号都在发生红移，当速度达到约0.6c时，紫外光将红移到红外频段，通信无线电信号也早就红移到飞船天线的可接收频段外，宇航员这时就看不到之前所见的可见光物体，也无法与地球进行通讯联系了；而当速度接近于c时，γ射线将红移到红外频段，飞船后方就会出现一个随着速度增大而扩大的黑区，其范围内宇航员就看不到任何东西了。相反在飞船前方则会出现更为可怕的情况，因为前方本来发出明亮可见光的星星现在变成了强烈的x和γ射线源，小小的飞船难以防护γ射线的照射，唯一能做的是不要高速接近它们。

5，后相对论时代的时空观。
相对论被证明是错误的。我们似乎在物体的基本运动规律，多普勒效应，光行差等诸多方面都需要回归经典。但时空观是个例外，绝对时空观是为以太量身订制的，既然以太早已被证明是多余的，不存在的。我们目前还无法在宇宙中确定一个绝对的时空参考点。所以我们需要一个新的时空观：一个以相对参照系为基础的新时空观。我将其表述为：在做相对运动的坐标系之间可以建立统一的，不变的时间和空间尺度标准。如果使用波在做相对运动的坐标系之间传递时间间隔信息，则不同坐标系会因波的多普勒效应而发生时间和空间尺度标准改变的现象，从而拥有了不同的时间和空间尺度标准。这一表述可简称为：相对统一时空观。这一时空观的合理性与必要性的证明首先就来自于：在相对统一时空观下，只要认识到在做相对运动的坐标系之间用波来传递时间间隔信息时时间标准因多普勒效应而改变，且多普勒效应是在做相对运动的坐标系中光速不因运动而改变的唯一原因；那么经典物理学的世纪性遗留问题：麦克斯韦尔电磁学理论如何适用于相对运动坐标系的问题（又称电磁场理论与伽利略变换的不自恰或矛盾）就得到完全解决。

参考注释:
1， 阿尔伯特-爱因斯坦，《爱因斯坦文集—关于相对论》第二卷，商务印书馆.范岱年 赵中立 许良英编译
2， 阿尔伯特-爱因斯坦，《爱因斯坦文集—论动体的电动力学》第二卷，商务印书馆.范岱年 赵中立 许良英编译
3， 阿尔伯特-爱因斯坦，《爱因斯坦文集—什么是相对论》第一卷，商务印书馆.范岱年 赵中立 许良英编译
4， John Gribbin, COMPANION TO THE COSMOS, Item atomictime
5,6 阿尔伯特-爱因斯坦，《爱因斯坦文集—论动体的电动力学》第二卷，商务印书馆.范岱年 赵中立 许良英编译