作者   苟文俭

我们知道，爱因斯坦创立狭义相对论的基础，是光速不变原理和狭义相对性原理：前者是指在所有惯性系中，真空中的光速都是一个常量，与光源运动无关；后者是指在所有惯性系中，物理定律有相同的表达形式。

这两个原理作为狭义相对论的公理化假设，并非是爱因斯坦“直觉”出来的，也都有实验的有力支持，属于真的经验真理。

（一）                                

狭义相对性原理是牛顿力学相对性原理的推广，它适用于一切物理定律，其本质是所有惯性系平权。因此在狭义相对论中，整个时空仍然是平直线性的，即时间是均匀流逝的，空间是均匀和各向同性的；其惯性参考系仍与牛顿力学的定义相同：是牛顿定律成立的保持静止或匀速直线运动状态的参考系，或与某个惯性系保持相对静止或相对匀速直线运动状态的参考系。但在现实中，建立在任何可观测物体上的参考系，都绝不可能是保持静止或匀速直线运动状态，即任何可观测物体自身都不可能有惯性参考系存在。因此在对理论的实际表述中，人们总是会根据实际需要选取近似的惯性参考系。比如，在研究地面上物体小范围运动时，地球是一个惯性系。在研究太阳系中天体运动时，太阳也就看成是惯性系了。

换句话说：如果我们研究的不是地面上物体的小范围运动，就不能选地球做惯性系；如果我们研究的物体要离开太阳系运动，就不能选太阳为惯性系了。由此就容易有如下的分析命题，称是“命题A”。

命题A：对范围不受任何限制的运动，在狭义相对论中做洛伦兹变换时，把建立在任何可观测物体上的参考系作为惯性参考系使用，都是不允许的。

（二）

惯性参考系要求静止或匀速直线运动，而且时间均匀流逝，空间均匀且各向同性，那么在不受任何限制的范围，有什么样的客观存在才满足这样的严苛条件呢？

粒子具有波动性，不可能是静止或匀速直线运动；由粒子组成的任何实际存在物，它总是随地球或在星系中做变速运动，也不可能是静止或匀速直线运动。即粒子或由粒子组成的任何实际存在物，都不可能是真正的惯性参考系。

我们知道，粒子都产生于受激发的真空，真空作为可以在受激发中产生粒子的客观的实在性存在，它的任意位置，不仅可以保持静止，而且任意位置集合构成的空间，也还充分保证了均匀性及各向同性，并允许时间的均匀流逝。

在受激发中可以产生粒子的客观的实在性存在的真空，作者也称是物理真空。上述陈述表明：物理真空的任意位置，都可以是真正的理想惯性参考系。分析上述陈述，就又容易有如下的另一个分析命题，称是“命题B”。

命题B：对范围不受任何限制的运动，在狭义相对论中做洛伦兹变换时，使用的惯性参考系，都是而且只能是物理真空的某个位置。

（三）

复旦大学数学科学院辜英求老师在《相对论中的悖论与解决》一文中，具体介绍了狭义相对论中的孪生佯谬、飞船佯谬、梯子佯谬及转碟佯谬。由下面的陈述就很容易看明白，只要选用了物理真空的某个位置为参照系，理论中这些佯谬就都不可能形成。

1、一个在家另一个去太空旅行的两孪生兄弟，当选用物理真空的某个位置为参照系时，依据狭义相对论：运动兄弟的钟走得慢，在家的兄弟不运动，他的时间不会发生变化，他们之间就决不会有哪个更年轻的争论；即相对论中众所周知孪生佯谬就不可能形成。

2、若有两个飞船，它们用一根弦紧拉着，两飞船起飞、加速、减速的操作都完全同样，当选用物理真空的某个位置为参照系时，两飞船及其这根弦的运动始終保持了相同，依据狭义相对论：两飞船之间的距离变化与这根弦的长度变化是一致的，弦决不会被拉断；即相对论中所谓贝尔(Bell)的飞船佯谬也不可能形成。

3、假若有一个梯子平躺着快速穿过一个比它的静止长度还短的库房，当选用物理真空的某个位置为参照系时，梯子是运动的，库房是静止的，依据狭义相对论：运动梯子长度收缩，在一段时间内梯子就完全可以被关在库房内，库房本身长度并不会发生变，即在相对论中也就不可能形成所谓的梯子佯谬。

4、假定有一个以角速度ω绕轴旋转的碟子，碟子静止半径为R0，旋转时半径为R。依据狭义相对论：因为半径与运动方向垂直，长度不收缩，R = R0；但由于碟子边缘运动速度v = Rω，园周长度要收缩，构成了园面积的减小，这就必然又有R < R0，显然这就与

R = R0矛盾。对此也称是埃能菲斯特(Ehrenfest)的转碟佯谬。

当考虑选用物理真空的某个位置为参照系时：如果该位置迭在了碟子之外，则碟子相对于该处位置始终不变，依据狭义相对论长度不收缩，R = R0；如果该位置选在了碟子上的某一点，碟子每一个点的位置是变化的，但不同点均有各不相同的加速度，因此不满足在惯性系之间进行洛仑兹变换的条件，不满足狭义相对论长度收缩的计算，即不会得到转碟园周长度收缩、园面积减小的结论，这样在相对论中也就不可能形成所谓的转碟佯谬。

（四）

在狭义相对性的公理化假设中，我们仍保持光速不变原理的陈述，把狭义相对性原理修正为：在以物理真空的某个位置为参照系的惯性系中，物理定律有相同的表达形式。对此我们就称是狭义相对论的简单修正。

在对狭义相对性原理做了上述简单修正后，如上文（三）所述，不仅理论不会再有在逻辑上难堪的佯谬，也还有如下结果：

1、不会改变洛仑兹变换及狭义相对论的所有形式化表述，因此不会影响狭义相对论所有与事实相符的结果，即不会对理论的有效性产生任何影响。

2、我们知道，狭义相对性的光速不变原理，是指真空中的光的运动、与光源和观察者的运动无关，因此把狭义相对性原理做了如上修正后，由于这两个原理都形成于真空而使它们更具有了相融性，从而使理论的逻辑前提就更趋合理性了。

通过对狭义相对性的一个公理化假设做出上述限制，对狭义相对论做这种简单修正，就有了意想不到的收益，我们何乐而不为呢？

                                    完成于2009/5/21