广义观测相对论_时空在爱因...上篇)——GOR理论的建立_阮晓钢 (1).pdf

第 49 卷 第 2 期2023 年 2 月北京工业大学学报JOURNAL OF BEIJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGYVol.49No.2Feb.2023编者按:2020 年第46 卷第1 期,北京工业大学学报设立“学术争鸣冶,刊载北京工业大学阮晓钢教授题为“观测与相对论:光速在爱因斯坦狭义相对论中为什么不变?冶的论文,介绍一种新理论:“观测相对论冶(observational relativity),简称 OR 理论.OR 时空变换,所谓“广义洛伦兹变换冶,概括统一了洛伦兹变换和伽利略变换;而 OR 理论体系则概括统一了爱因斯坦狭义相对论和牛顿惯性力学.OR 理论发现,光速并非真地不变.现在,阮晓钢教授完成了“广义观测相对论冶(general OR,GOR 理论)的研究和写作.本刊本期在“学术争鸣冶中刊载广义观测相对论:时空在爱因斯坦广义相对论中为什么弯曲?之“上篇:GOR 理论的建立冶;其“下篇:GOR 理论与科学预言冶将在下期刊出.GOR 场方程,概括统一了爱因斯坦场方程和牛顿场方程(万有引力定律之泊松方程);而 GOR 理论体系则概括统一了爱因斯坦广义相对论和牛顿万有引力论.GOR 理论发现,时空并不真地弯曲.爱因斯坦广义相对论和牛顿万有引力论皆霍金言下的局部理论(partial theory):根据 OR 和GOR 理论,爱因斯坦相对论属光学观测理论;牛顿经典力学属理想观测理论.牛顿万有引力论并非爱因斯坦广义相对论的近似理论,而是客观引力世界的真实写照;爱因斯坦广义相对论只是客观引力世界透过光学观测呈现给观测者的光学映象,包含观测效应和表观现象,并不完全客观真实.同一世界,同一逻辑.现在,人类物理学历史上 2 个伟大的引力论被概括于同一公理体系之下,统一于同一理论体系之中.这意味着,GOR 理论,既与爱因斯坦广义相对论逻辑上一致,又与牛顿万有引力论逻辑上一致;从一个侧面,印证了 GOR 理论逻辑上的自洽性和理论上的正确性.GOR 理论是牛顿万有引力论和爱因斯坦广义相对论的发展,是人类物理学的一次进步.“奇文共欣赏,疑义相与析.冶收稿日期:2022鄄04鄄26;修回日期:2022鄄08鄄29作者简介:阮晓钢(1958),男,教授,主要从事自然控制论和理论物理学方面的研究,E鄄mail:adrxg 广义观测相对论:时空在爱因斯坦广义相对论中为什么弯曲?(上篇)GOR 理论的建立阮晓钢(北京工业大学信息学部,北京摇 100124)摘摇 要:“观测相对论冶(observational relativity,OR),基于不同于爱因斯坦狭义相对论之逻辑前提,却导出了形式上与洛伦兹变换完全相同的“广义洛伦兹变换冶,概括统一了伽利略变换和洛伦兹变换,揭示了物理学不同观测体系之间以及不同理论体系之间的对应关系,赋予玻尔对应原理更为普遍的意义.本文基于 OR 理论和玻尔对应原理,建立“广义对应原理冶;进而,基于“广义对应原理冶,将 OR 理论由惯性时空推广至引力时空,将爱因斯坦广义相对论由光学观测体系推广至一般观测体系,最终,建立起与爱因斯坦广义相对论同构一致的“广义观测相对论冶(general observational relativity,GOR).GOR 理论为我们带来了有关爱因斯坦广义相对论的全新认识:时空并非真地弯曲 客观真实的时空是不会弯曲的;与一切观测上的相对论性现象一样,所谓“时空弯曲冶,并非客观的物理现实,而是观测局域性所致之观测效应.GOR 理论概括统一了牛顿万有引力论和爱因斯坦广义相对论两大理论体系.GOR 理论中,牛顿万有引力论和爱因斯坦广义相对论皆霍金言下之局部理论(partial theory),分属不同观测体系:牛顿万有引力论乃理想观测体系的产物,而爱因斯坦广义相对论则是光学观测体系的产物.根据 GOR 理论,不同观测体系存在不同程度的观测局域性,其观测上的引力时空呈现不同程度的弯曲状态:光速是有限的(c 肄),网络首发时间：2022-04-25 17:03:53网络首发地址：https:/ 京摇 工摇 业摇 大摇 学摇 学摇 报2023 年因而,光学观测体系存在观测局域性,这是爱因斯坦广义相对论之引力时空看起来有些弯曲的原因;理想观测体系无观测局域性存在,因而,牛顿万有引力论之引力时空代表客观真实的引力时空.广义对应原理意义下,GOR 理论与牛顿万有引力论和爱因斯坦广义相对论具有严格的对应关系:光学观测体系情形,GOR 场方程严格地约化为爱因斯坦场方程,GOR 运动方程严格地约化为爱因斯坦广义相对论之运动方程;理想观测体系情形,GOR 场方程严格地约化为牛顿万有引力定律之泊松方程形式,GOR 运动方程严格地约化为牛顿第二定律之运动方程形式.这种严格的对应关系表明,GOR 理论,既与爱因斯坦广义相对论逻辑上一致,又与牛顿万有引力论逻辑上一致;同时,这种严格的对应关系印证了 GOR 理论逻辑上的自洽性和理论上的正确性.GOR 理论意味着,人类及其物理学需要重新认识牛顿万有引力论和爱因斯坦广义相对论,重新认识引力相互作用及其相对论性现象,重新认识爱因斯坦基于广义相对论所做出的科学预言,重新认识客观世界,重塑人类的自然观.关键词:对应原理;相对性原理;狭义相对论;广义相对论;观测相对论;局域性原理中图分类号:O412文献标志码:A文章编号:0254-0037(2023)02-0103-76doi:10.11936/bjutxb2022040007General Observational Relativity:Why is Spacetime Curved in Einstein蒺s General Relativity?(Part 玉)The Establishment of GOR TheoryRUAN Xiaogang(Faculty of Information Technology,Beijing University of Technology,Beijing 100124,China)Abstract:The theory of observational relativity(OR),based on the logical prerequisites different fromthat of Einstein蒺s theory of special relativity,has derived the general Lorentz transformation(GLT)that isexactly the same as the Lorentz transformation in form.The GLT has generalized and unified the Lorentztransformation and the Galilean transformation,shed light on the corresponding relationship betweendifferent observation systems and between different theoretical systems in physics,and endowed Bohr蒺scorrespondence principle with more universal significance.On the basis of the theory of OR and Bohr蒺scorrespondence principle,this paper develops the principle of general correspondence(PGC).Under theprinciple of PGC,the theory of OR is extended from inertial spacetime to gravitational spacetime,Einstein蒺s theory of general relativity is extended from the optical observation system to the generalobservation system,and finally,the theory of general observational relativity(GOR)has beenestablished that is isomorphically consistent with Einstein蒺s theory of general relativity.The theory of GORprovides us with a new insight into Einstein蒺s general relativity:the objective and real spacetime is nevercurved;like all relativistic phenomena in observation,the so鄄called spacetime curvature is not objectivelyphysical reality,but an observational effect resulting from observational locality.The theory of GOR hasgeneralized and unified the two great theoretical systems,Newton蒺s theory of universal gravitation andEinstein蒺s theory of general relativity.In the theoretical system of GOR,Newton蒺s theory of universalgravitation and Einstein蒺s theory of general relativity are both partial theories that Hawking termed in hisbook“A Brief History of Time冶,and belong to different observation systems:the Newton蒺s theory is theproduct of the idealized observation system;while Einstein蒺s theory is the product of the opticalobservation system.According to the theory of GOR,different observation systems have different degreesof observational locality,so that their observed gravitational spacetimes present different degrees ofcurvature.The speed of light is limited(c 肄)and therefore the optical observation system hasobservational locality,which is why Einstein蒺s gravitational spacetime looks somewhat curved;theidealized observation system has no observational locality and therefore Newton蒺s gravitational spacetime401摇 第 2 期阮晓钢:广义观测相对论:时空在爱因斯坦广义相对论中为什么弯曲?(上篇)represent