2022年2月15日，在我国知名理论科学家、中科院理论物理所研究者张元仲患病去世，寿终81岁。张元仲老先生长期性从业理论物理科学研究和课堂教学，特别是在小范围与广义相对论理论、吸引力理论和天文学等行业，著有《狭义相对论试验基本》等专著，对中国的吸引力和广义相对论的科学研究和教学作出了主要奉献。

文中是张元仲老先生为回应“狭义相对论”是近现代物理一大支柱并非广义相对论所作。

发文 | 张元仲

（文中为《物理与工程》2017年第2期特邀文稿。照片为文中创作者中科院理论物理研究所张元仲研究者）

（中国科学院理论物理所）

01

环境

早在1970年，我们在参考文献中就见到物理学界认可的评价：“狭义相对论和物理学是近现代物理的两个支柱”；近期落款DHBD219的于2012年5月5日提交互联网的“第15章 狭义相对论结构力学基本”第3张影片也展现了这一观点。

图1为互联网截屏，下载链接是：

http://wenku.baidu.com/link?url=wGmEmuuPlIB-jaCrYUBwDIDQTeG lWGZAVVu1X8R0JOPzP3iZVm4vHgKIoDimvW NQI8u0xNgdhp31AZ_65U_8Z-kqp1Nun3as5D 5oGMms00q

图1　互联网截屏

必须留意的是，早些年有的参考文献为了更好地方便而把这其中的“小范围”二字省去了，在其余的物理名字中也省去了“小范围”二字，例如广义相对论结构力学、广义相对论物理学等，在其中的“广义相对论”全是指“狭义相对论”。牛顿在1916年发布的《广义相对论基本》[1]中 刻意作了表明：“下边要阐述的理论，是对现如今通常所指的‘广义相对论’所做的很有可能想像获得的更为详细的营销推广。为了更好地有利于差别考虑，之后我称以上‘广义相对论’为‘狭义相对论’，而且假设已为我们所了解。”

如今没法考资格证书早些年是什么权威专家或博士研究生把“广义相对论是近现代物理的一大支柱”中的“广义相对论”当做了“广义相对论”！因此在高等院校和科研院所的某些博士研究生论文中出現了彻底问题的评价：“广义相对论是当代物理学理论的支柱”；这类失误的评价近些年也发生在一些权威专家的股票基金可研性报告和申请报告中。为了防止这类不正确再次不懂装懂，下边表明做为近现代物理的一大支柱为什么是“狭义相对论”而不是“广义相对论”。

02

狭义相对论的两根基本概念（或说假定）

（1） 小范围相对性原理：一切物理定律在全部惯性系中都合理。

（2） 光速不变原理：光在真空系统中一直以不会改变速率c 散播且与灯源的运动状态不相干。

下边对这两根基本概念作必需的表明。

03

洛伦兹变换

狭义相对论适用的惯性系K(x,y,z,t)中的三维欧式空间座标（x,y,z）是笛卡尔坐标（与伽利略变换中的区域座标沒有差别）；可是，時间座标t的理解与经典力学的根本不一样，这儿的時间座标是用光速不变原理界定的：室内空间全国各地都装有一只规范钟表来精确测量本地的時间，可是仅有把全国各地的钟表相互之间指向（即界定双向性）以后才可以相互之间较为時间顺序。这时全国各地钟表标示的时长才算是K系的座标時间t；钟表指向的流程如下所示：

如今表明，假如维持相对性原理不会改变，而拆换单边光速不变假定，状况可能怎样。例如：

(1） 用双程光速不变（单趟光的速度可变）的假定替代单边光速不变假定，从而界定的座标時间也就有别于式（1）和式（2），并且连着相对性原理导出来的旋转变换就并不是洛伦兹变换反而是爱德瓦兹转换[2]。相对应的理论称之为控制回路光速不变的狭义相对论。

（2） 用瞬间数据信号（即快速传播为无穷）的假定替代单边光速不变假定，那样理解的時间座标便是伽利略時间座标，连着相对性原理导出来的便是伽利略变换；也就是在洛伦兹变换中取c相当于无穷的状况。

上边的解析表明，3种不一样的双向性界定连着相对性原理会导出来3种不一样的旋转变换，所以说狭义相对论的（单边）光速不变原理与相对性原理是相互之间独立性的基本上假定。

04

狭义相对论是近代物理理论的一大支柱

拥有以上的洛伦兹变换（4）和式（5）后就可以把小范围相对性原理实际描述为：一切物理定律的表达式在洛伦兹变换下维持方式不会改变（换句话说协转性）。

近代物理理论便是用（小范围）相对性原理的这个描述结构出去的。结构的方式通常是功效量方式，即应用物理学系统软件的动力学模型自变量结构出在洛伦兹变换下不会改变的功效量，随后取该功效量对动力学模型自变量的变分等于零（最少功效量基本原理）即获得该物理学系统软件的动力学方程（欧拉-拉格朗日方程），那样取得的方程式在洛伦兹变换下维持方式不会改变（即达到小范围相对性原理的规定）。例如，竖直时光的宏观经济理论有：（小范围）广义相对论结构力学、健身运动物质的（小范围）广义相对论电磁场理论等；外部经济理论有：（小范围）广义相对论物理学、（小范围）相对论性的量子电动力学、（狭义）相对论性的粒子物理理论等。全部这种（宏观经济的和外部经济的）理论其动力学模型表达式都是在洛伦兹变换下维持方式不会改变（即达到小范围相对性原理的规定）；并且，这种物理学系统软件的功效量在非齐次方程洛伦兹变换下的不变得出质量守恒（齐次方程洛伦兹不变得出角动量质量守恒；時间座标的移动不变得出能量守恒定律；室内空间坐标系的移动不变得出动量守恒定律）。所以说狭义相对论是全部这种近代物理理论的一大支柱（换句话说沒有狭义相对论就没这种近代物理理论。自然，物理学是外部经济物理学理论的另一大支柱）。

1905年狭义相对论问世以后，哥白尼引力定律也务必营销推广成洛伦兹变换下的协变方式；可是在竖直时上空没法实现这一点，因此牛顿于1915年创建了弯折时光的吸引力理论即广义相对论。

广义相对论也是有2个基本上假定：（1）理论相对性原理（或说广义协变基本原理）；（2）牛顿等效原理（或说强等效原理）。强等效原理可以描述为[3]：在弯折时光的每一个时空点周边（部分）都能够创建一个部分惯性系，之中开展非吸引力的物理小实验获得的物理定律全是狭义相对论的方式（换句话说这种物理定律在洛伦兹变换下不变，例如宏观经济电磁场理论试验给定的便是电动力学，外部经济电磁场理论试验给定的便是量子电动力学；机械设备力学实验得出的便是狭义相对论结构力学，这些）。所以说，狭义相对论也是广义相对论的支柱（在弯折时光的部分达到小范围相对性原理）。广义相对论也就是（部分）狭义相对论性的吸引力理论，它仅仅描绘吸引力相互影响的理论，跟电磁感应理论、弱功效理论、强作用理论等归属于同一层级，不太可能谁是谁的支柱（或基本）。仅有狭义相对论才算是全部4种基本上相互影响（吸引力、磁场力、弱力、超强力）的近代物理理论的支柱。因而，“广义相对论是当代物理学理论的支柱”这类表述是物理概念的错乱。

论文参考文献

[1]牛顿.广义相对论基本，法国《物理学记事》第4系列产品[M].1916,49:769-822.

（中译文翻译参照上海人民出版社1973年出版发行的《爱因斯坦论著选编》第36页）

[2]Edwards W F. Special relativity in anisotropic space[J]. Am.J.Phys.,1963(31): 482.

（或参照张元仲.狭义相对论试验基本,第1.2节.北京市：科学出版社,1979)

[3]温伯格.吸引力论和宇宙论（广义相对论的基本原理和运用）[M].北京市：科学出版社,1980:75-76.

文中经受权转载微信公众平台“物理学与工程项目”。

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