黃德民：詳解并重構(gòu)相對性原理講解

1、黃德民：詳解并重構(gòu)相對性原理 黃德民2006年10月8日，閱讀人數(shù)662人 摘要：本文以伽利略的分析為基礎(chǔ)，以物質(zhì)作用論的觀點(diǎn)為指導(dǎo)，深入分析、論證了相對性原理的思想內(nèi)涵，重新解釋、闡述了相對性原理的基本內(nèi)容，澄清了一些常見的錯(cuò)誤認(rèn)識。主題詞：相對性原理物質(zhì)作用論解釋重構(gòu)推論 相對性原理是物理學(xué)中一條重要的原理，起源于伽利略的觀察與分析，在牛頓理論中得到發(fā)展，在相對論中得到進(jìn)一步擴(kuò)展。但縱觀物理學(xué)書籍，如此重要的一條原理，卻一直沒有一個(gè)嚴(yán)格、準(zhǔn)確、統(tǒng)一的說法。多數(shù)人認(rèn)同相對性原理，少數(shù)人堅(jiān)決反對之，還有部分人深感其在理論解釋和實(shí)際應(yīng)用中的混亂。這種現(xiàn)象，在物理學(xué)乃至整個(gè)自然科學(xué)中都是非常奇特和

2、少見的！相對性原理是否正確，基本內(nèi)涵是什么，應(yīng)如何理解和把握，是本文要解決的問題。一、相對性原理的起源相對性原理起源于伽利略的思想。在關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話一書中1，他用生動形象的文字，以常見的物理現(xiàn)象為例，深入闡述了他的見解。他寫到：把你和一些朋友關(guān)在一條大船甲板下的主艙里，再讓你們帶幾只蒼蠅、蝴蝶和其它小飛蟲。艙內(nèi)放一只大水碗，其中放幾條魚。然后，掛上一個(gè)水瓶，讓水一滴一滴地滴到下面的寬口罐里。船停著不動時(shí)，你留神觀察，小蟲都以等速向艙內(nèi)各方面飛行，魚向各個(gè)方向隨便游動，水滴滴進(jìn)下面的罐子中。你把任何東西扔給你的朋友時(shí)，只要距離相等，向這一方向不必比另一方向用更多的力，你雙腳

3、齊跳，無論向哪個(gè)方向跳過的距離都相等。當(dāng)你仔細(xì)地觀察這些事情后（雖然當(dāng)船靜止時(shí)，事情無疑一定是這樣發(fā)生的），再使船以任何速度前進(jìn)，只要運(yùn)動是均速的，也不忽左忽右地?cái)[動。你將發(fā)現(xiàn)，所有上述現(xiàn)象絲毫沒有變化，你也無法從其中任何一個(gè)現(xiàn)象來確定，船是在運(yùn)動還是停著不動。即使船運(yùn)動得相當(dāng)快，在跳躍時(shí)，你將和以前一樣，在船底板上跳過相同的距離，你跳向船尾也不會比跳向船頭來得遠(yuǎn)，雖然你跳到空中時(shí)，腳下的船底板向著你跳的相反方向移動。你把不論什么東西扔給你的同伴時(shí)，不論他是在船頭還是在船尾，只要你自己站在對面，你也并不需要用更多的力。水滴將向先前一樣，滴進(jìn)下面的罐子，一滴也不會滴向船尾，雖然水滴在空中時(shí)，船已

4、行使了許多柞。魚在水中游向水碗前部所用的力，不比游向水碗后部來得大；它們一樣悠閑地游向放在水碗邊緣任何地方的食餌。最后蝴蝶和蒼蠅將繼續(xù)隨便地到處飛行，它們決不會向船尾集中，并不因?yàn)樗鼈兛赡荛L時(shí)間留在空中，脫離了船的運(yùn)動，為趕上船的運(yùn)動顯出累的樣子。如果點(diǎn)香冒煙，則將看到煙象一朵云一樣向上升起，不向任何一邊移動。所有這些一致的現(xiàn)象，其原因在于船的運(yùn)動是船上一切事物所共有的，也是空氣所共有的。伽利略之所以要細(xì)細(xì)列數(shù)這些現(xiàn)象，目的就是要論證出這樣的結(jié)論：在船艙內(nèi)，從任何物理現(xiàn)象中都不能分辨出大船是靜止還是在運(yùn)動。將這種結(jié)論推廣到一般就是：靜止和（勻速）運(yùn)動是無法區(qū)分的，從任何物理現(xiàn)象中都不可能發(fā)現(xiàn)物

5、體的絕對運(yùn)動速度。這一思想被后人稱為“相對性原理”。這就是相對性原理的起源。此后，相對性原理得到進(jìn)一步發(fā)展，內(nèi)容得到進(jìn)一步擴(kuò)充。到目前為止，相對性原理包含的內(nèi)容已十分寬廣，有些是其基本思想的合理外延，有些則已完全脫離相對性原理原有的基本思想。二、相對性原理的現(xiàn)狀相對性原理發(fā)展到如今，已出現(xiàn)多種不同的理解和解釋方法，歸納起來，至少包括如下四種：任何物理現(xiàn)象都不給引進(jìn)“絕對運(yùn)動”的概念提供依據(jù)。無論進(jìn)行什么樣的觀察或?qū)嶒?yàn)，都不可能發(fā)現(xiàn)物體相對于絕對空間的絕對運(yùn)動速度。物理規(guī)律適用于任意慣性系?；蛘哒f物理規(guī)律在慣性系中是始終相同的。即慣性系平權(quán)。物理規(guī)律從一個(gè)慣性系變換到另一個(gè)慣性系時(shí)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式

6、保持不變（或完全相同）。又稱為“變換不變性”或“協(xié)變不變性”。物理規(guī)律在任意參考系中都具有相同的數(shù)學(xué)表達(dá)形式。這一思想被稱為廣義相對性原理。除了上述描述上的區(qū)別外，在適用范圍上也有不同，至少可以劃分為四個(gè)層次：伽利略相對性原理：適用于力學(xué)現(xiàn)象，觀察者和被觀察對象整體勻速運(yùn)動；牛頓力學(xué)相對性原理：適用于力學(xué)規(guī)律與慣性系；狹義相對性原理：適用于所有物理規(guī)律與慣性系；廣義相對性原理：適用于所有物理規(guī)律與任意參考系。三、對相對性原理的初步考查從原始出處入手，沿著伽利略的思路進(jìn)一步考查，才有可能準(zhǔn)確地洞察和把握相對性原理的本質(zhì)含義。對伽利略討論過的大船中的物理現(xiàn)象，我們不妨把思路放開一些，再作一次深入討

7、論。當(dāng)初，伽利略主要討論的是靜止與勻速運(yùn)動這兩種情況下物理現(xiàn)象是否保持一致的問題，該問題可看著是“物理現(xiàn)象在何種情況下保持一致”這一總問題的分支問題。我們完全可以更加深入、更加全面地設(shè)問一下，要保證物理現(xiàn)象始終一致，必須具備什么樣的條件呢？對物質(zhì)作用因素的考查。我們不妨借用伽利略提到的物理現(xiàn)象，就大船運(yùn)動后的情境自由設(shè)想一些不同的物質(zhì)作用條件。假設(shè)船不密封，船的運(yùn)動引起艙內(nèi)空氣流動，小飛蟲還能“等速向艙內(nèi)各方面飛行”嗎？點(diǎn)香形成的煙還能“象一朵云一樣向上升起”嗎？假設(shè)碗中的水被人為攪動，形成高速旋渦，魚兒還能“悠閑地游向”水碗邊緣嗎？假設(shè)水滴下落的過程中因障礙物的阻擋改變路線，水滴還能準(zhǔn)確地“

8、滴進(jìn)下面的罐子”嗎？假設(shè)艙內(nèi)的空氣密度加大，粘度增加，人們向同伴扔?xùn)|西，還象平常一樣用力行嗎？假設(shè)地球的引力場發(fā)生改變（增大或減小），人們還能“和以前一樣在船底板上跳過相同的距離”嗎？很容易想見，所有一切都將不同！這說明，物質(zhì)作用條件是否相同，是物理現(xiàn)象是否相同的重要影響因素，物質(zhì)作用條件相同是物理現(xiàn)象保持相同的必要條件！關(guān)于這一點(diǎn)，相信人人都明白?？赡苷怯捎谶@個(gè)原因，伽利略在他的著作中沒有展開論述，只是在上述文字后面點(diǎn)到為止寫到：這正是為什么我說，你應(yīng)該在甲板下面的緣故；因?yàn)槿绻@實(shí)驗(yàn)是在露天進(jìn)行，就不會跟上船的運(yùn)動，那樣上述現(xiàn)象就會發(fā)現(xiàn)或多或少的顯著差別。對時(shí)空因素的考查。這種影響，其實(shí)

9、就是伽利略展開論述的內(nèi)容。伽利略用大量無可辯駁的事實(shí)告訴人們，大船勻速運(yùn)動時(shí)其上的物理現(xiàn)象和大船靜止時(shí)其上的物理現(xiàn)象是完全一樣的！實(shí)質(zhì)上，就已經(jīng)明白無誤地告訴人們：時(shí)間、空間對物理現(xiàn)象不產(chǎn)生作用與影響。因?yàn)樗^“運(yùn)動”就是指時(shí)間進(jìn)程變化的同時(shí)空間位置發(fā)生變化。大船勻速運(yùn)動前后，物理現(xiàn)象保持不變，換成時(shí)空語言的說法就是：時(shí)間進(jìn)程變化時(shí)，物理現(xiàn)象保持不變！空間位置改變時(shí)，物理現(xiàn)象也保持不變！除了物質(zhì)作用和可能的時(shí)空作用外，物理學(xué)不承認(rèn)有其它任何作用。鑒于以上分析已明確得出“時(shí)空不對物理現(xiàn)象產(chǎn)生作用和影響”的結(jié)論，物質(zhì)作用就成了物理現(xiàn)象變與不變的決定性因素。至此，我們可以將伽利略的思想完整地概括為：

10、時(shí)空不參與對物理現(xiàn)象的作用。無論何時(shí)何地，只要物質(zhì)作用條件相同，物理現(xiàn)象必然相同。正是由于這一思想揭示出物理現(xiàn)象與時(shí)空之間沒有絕對的、必然的關(guān)聯(lián)性，才被人稱為“相對性”原理。四、對相對性原理思想本質(zhì)的深入考查除了沿伽利略的思路進(jìn)行分析總結(jié)外，還可以從科學(xué)自身具有的特性以及物質(zhì)作用論的觀點(diǎn)進(jìn)一步論證和闡述相對性原理。大家知道，物理學(xué)屬自然科學(xué)，科學(xué)最重要的特征是“可重復(fù)檢驗(yàn)性”。所謂“重復(fù)”，當(dāng)然是指時(shí)間上的重復(fù)以及空間上的重復(fù)，前提條件則是物質(zhì)作用條件相同。如果物質(zhì)作用條件不同，就不叫“重復(fù)”。只要物質(zhì)作用條件相同，今天做出的現(xiàn)象，明天依然能做出；你做出的現(xiàn)象，其他人也能做出；這里做出的現(xiàn)象，

11、換個(gè)地方照樣能做出。這就是科學(xué)的 “可重復(fù)檢驗(yàn)性”。可以看出，上面分析總結(jié)的相對性原理的思想內(nèi)容與這一特性是完全吻合的，這說明，相對性原理不僅適用于物理學(xué)，甚至有可能適用于整個(gè)科學(xué)至少是自然科學(xué)。這就為相對性原理找到了更為深厚的根基和更加廣闊的適用范圍。論物理現(xiàn)象的本質(zhì)物質(zhì)作用論挑戰(zhàn)相對論一書第一次在物理學(xué)中明確提出了“物質(zhì)作用論”的觀點(diǎn)2。該觀點(diǎn)認(rèn)為：物質(zhì)與物質(zhì)之間的相互作用是一切物理現(xiàn)象的本源，任何物理現(xiàn)象的本質(zhì)都是物質(zhì)之間相互作用的結(jié)果。盡管物質(zhì)的運(yùn)動變化離不開時(shí)間、空間，但時(shí)間、空間本身并不對物質(zhì)產(chǎn)生作用。因此，對任何物理現(xiàn)象的解釋都必須歸結(jié)到物質(zhì)之間相互作用的機(jī)理上來，離開“物質(zhì)作用

12、論”的任何其它觀點(diǎn)及解釋都是錯(cuò)誤的，或者說只是臨時(shí)性的解決辦法。很明顯，相對性原理是符合物質(zhì)作用論的觀點(diǎn)的。這就為相對性原理尋找到了理論來源。相對性原理雖然重要，但從提出至今并沒有得到過系統(tǒng)論證。伽利略在關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話一書中的論證，屬于相對性原理的啟蒙，論證還不完備。一是，局限于對現(xiàn)象的討論，尚未深入到物理本質(zhì)和規(guī)律；二是，主要討論了時(shí)空變化（即運(yùn)動）對物理現(xiàn)象的作用與影響，對物質(zhì)作用沒有展開論述。三是，只討論了觀察者和被觀察對象作為一個(gè)系統(tǒng)（下文簡稱這樣的系統(tǒng)為“物體系統(tǒng)”）整體運(yùn)動的情形，對于觀察者與被觀察對象之間相對運(yùn)動的情況論及較少?；蛘哒f，只是從動力學(xué)的角度進(jìn)行

13、了討論，未從運(yùn)動學(xué)的角度進(jìn)行考查。物理學(xué)的使命不僅在于闡述現(xiàn)象，更主要在于揭示規(guī)律。規(guī)律是事物現(xiàn)象間內(nèi)在的、本質(zhì)的、必然的聯(lián)系。物理規(guī)律則是對物理現(xiàn)象背后內(nèi)在的物質(zhì)作用本質(zhì)及其作用效果的歸納、總結(jié)和提煉。現(xiàn)象相同，規(guī)律必然相同；相反，現(xiàn)象不同，規(guī)律仍有可能相同。同一物理事實(shí)，在不同運(yùn)動狀態(tài)的觀察者看來，現(xiàn)象和規(guī)律是否相同，是物理學(xué)必須面對和解答的問題，對該問題的回答，現(xiàn)已成為相對性原理的一項(xiàng)重要內(nèi)容。這就要求我們對相對性原理還要從運(yùn)動學(xué)的角度作進(jìn)一步考查。大家知道，當(dāng)觀察者未受到物質(zhì)作用（或受到的物質(zhì)作用效果為零，下同）時(shí)，觀察者處于勻速直線運(yùn)動狀態(tài)之中。不同速度的觀察者觀察同一物理事實(shí)，位移

14、、速度等物理現(xiàn)象會有所不同，但運(yùn)動性質(zhì)并不改變。勻速運(yùn)動的物體仍被觀察為勻速運(yùn)動（或靜止?fàn)顟B(tài)），變速運(yùn)動的物體被觀察為變速運(yùn)動。相反，當(dāng)觀察者受到物質(zhì)作用且作用效果不為零時(shí)，觀察者將作變速運(yùn)動。此時(shí)，勻速運(yùn)動的物體被觀察為變速運(yùn)動，變速運(yùn)動的物體則有可能被觀察為勻速運(yùn)動，從而改變了運(yùn)動的性質(zhì)。為什么會這樣？仍然可以從物質(zhì)作用和時(shí)空作用兩方面加以考查。很明顯，上述兩類觀察者唯一的區(qū)別是，一類受到物質(zhì)作用，另一類未受到物質(zhì)作用。說明物質(zhì)作用雖然發(fā)生在觀察者身上，卻間接地對觀察者眼中的物理現(xiàn)象和規(guī)律產(chǎn)生了影響。這種影響可以理解為觀察者受到的物質(zhì)作用間接地“轉(zhuǎn)移”到了被觀察對象身上，等效于被觀察對象受

15、到了“額外”的物質(zhì)作用，從而導(dǎo)致觀察者眼中物理規(guī)律發(fā)生變化。這說明，前面總結(jié)的“物質(zhì)作用決定物理現(xiàn)象和物理規(guī)律”的結(jié)論仍然成立。與前面討論的物體系統(tǒng)整體運(yùn)動情況不同，觀察者相對于被觀察對象運(yùn)動，觀察到的物理現(xiàn)象與靜止時(shí)相比不完全一樣。這是否體現(xiàn)了時(shí)空對物理現(xiàn)象的作用呢？不是。因?yàn)檫@種運(yùn)動是觀察者和被觀察對象之間的相對運(yùn)動，即“物體與物體之間”的相對運(yùn)動，不是物體系統(tǒng)相對于絕對空間的運(yùn)動。如果我們?nèi)匀话延^察者和被觀察對象當(dāng)作一個(gè)整體考查，仍會得到時(shí)空不參與對物理現(xiàn)象產(chǎn)生作用的結(jié)論。這說明，觀察者和被觀察對象之間存在相對運(yùn)動時(shí)，觀察到的物理現(xiàn)象的變化，反映的是“物質(zhì)與物質(zhì)之間”相互運(yùn)動的聯(lián)系性而不

16、是物質(zhì)與絕對空間之間的聯(lián)系性。時(shí)空不對物理現(xiàn)象產(chǎn)生作用的觀點(diǎn)仍然成立。綜合動力學(xué)和運(yùn)動學(xué)的考查結(jié)論，將相對論原理概括為如下一般陳述：時(shí)空不對物理現(xiàn)象產(chǎn)生作用，物質(zhì)作用決定物理規(guī)律。無論何時(shí)何地，只要物質(zhì)作用條件相同，物理規(guī)律必然相同。很明顯，相對性原理可以看著是物質(zhì)作用論思想在物理學(xué)中的具體體現(xiàn)，可視為物質(zhì)作用論的一個(gè)重要推論。五、相對性原理的有關(guān)推論以上面總結(jié)出的相對性原理的基本思想為基礎(chǔ)，可以推論出相對論原理的其它一些內(nèi)容。1、推論一、絕對運(yùn)動速度不可探測：無論進(jìn)行什么樣的觀察或?qū)嶒?yàn)，都不可能發(fā)現(xiàn)物體相對于絕對空間的絕對運(yùn)動速度，絕對參考系不存在。所謂“絕對運(yùn)動速度”，即相對于“絕對空間”

17、的速度。相對性原理的基本思想告訴我們，空間不對物理現(xiàn)象產(chǎn)生作用。既如此，就不可能從物理現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)絕對空間參與作用的任何蛛絲馬跡，當(dāng)然就不可能從物理現(xiàn)象中找尋到物體相對于絕對空間的絕對速度。換一種說法，就是“絕對空間不存在”。自然，就更加不可能尋找到代表絕對空間的“絕對參考系”。任何尋找“絕對參考系”的努力注定都是徒勞的。2、推論二、現(xiàn)象與規(guī)律的可重復(fù)性與慣性系平權(quán)：一個(gè)物體系統(tǒng)，如果內(nèi)外物質(zhì)作用條件都保持相同，則物理現(xiàn)象和規(guī)律不受到時(shí)空的影響，具有可重復(fù)性。這一結(jié)論，實(shí)際已無需推導(dǎo)，因?yàn)樵诳疾橄鄬π栽淼幕舅枷霑r(shí)已充分論述。要強(qiáng)調(diào)的是，這種物質(zhì)作用條件相同，既包括被觀察對象，也包含觀察者?？?/p>

18、以認(rèn)為是“一切”物質(zhì)作用條件相同。因此，這一結(jié)論不僅適用于慣性系，同樣也適用于非慣性系。比如，在轉(zhuǎn)動的圓盤上觀察物理現(xiàn)象，雖然不是通常意義下的慣性系，但無論何時(shí)、何地，在相同的轉(zhuǎn)動情況下，觀察者觀察同一物理現(xiàn)象時(shí)得到的認(rèn)識將始終相同。因此，可以認(rèn)為可重復(fù)性是廣義的、普適的。當(dāng)然，物理學(xué)研究得最多、最為普遍的是觀察者未受到物質(zhì)作用或觀察者雖受物質(zhì)作用但作用效果為零的情況，也就是通常所說的“慣性系”。這種情況下，已不必考慮觀察者受物質(zhì)作用的情況，只需考慮被觀察對象受物質(zhì)作用情況這唯一因素，問題變得更為簡單。只要被觀察對象受到的物質(zhì)作用相同，無論何時(shí)、何地，任何慣性系都能重現(xiàn)相同的物理現(xiàn)象和規(guī)律。所

19、謂“慣性系平權(quán)”，就包含著這一層含義。3、推論三、變換不變性與慣性系平權(quán)：同一物理現(xiàn)象，在任意慣性系看來，物理規(guī)律始終相同?；蛘哒f，一個(gè)慣性系中總結(jié)出的規(guī)律，變換到另一個(gè)慣性系時(shí)，其數(shù)學(xué)表達(dá)形式保持不變。物質(zhì)作用決定物理規(guī)律，這是相對性性的核心思想。如果觀察者受到物質(zhì)作用，這樣的觀察者觀察物理現(xiàn)象時(shí)，等效于給被觀察對象引入一個(gè)“額外”的物質(zhì)作用，其眼中的物理規(guī)律將不相同。相反，如果觀察者未受到物質(zhì)作用或者受到的物質(zhì)作用效果為零，這樣的觀察者將作勻速直線運(yùn)動，對應(yīng)的參考系就是慣性系。由于自身未受到物質(zhì)作用或效果為零，他們觀察物理現(xiàn)象時(shí)自然不會給被觀察對象帶來物質(zhì)作用方面的影響。因此，不管其速度如

20、何，他們得到的物理規(guī)律將始終相同。如果這種規(guī)律是用數(shù)學(xué)方程來表達(dá)的，則意味著，一個(gè)慣性系中總結(jié)出的規(guī)律，變換到另一個(gè)慣性系時(shí)，其數(shù)學(xué)表達(dá)形式保持不變。這就是通常所說的“變換不變性”，這也是“慣性系平權(quán)”的一個(gè)重要內(nèi)容。不過，要特別強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)。通常，位移、速度等物理量是與運(yùn)動相關(guān)聯(lián)的物理量，與物質(zhì)作用無關(guān)。但是，在某些特定的物理方程中，這些物理量卻是與物質(zhì)作用相聯(lián)系的。如流體阻尼方程、聲速方程等，其中的速度量已不再是普通意義上的與觀察者運(yùn)動相關(guān)的時(shí)空變量，而是與物質(zhì)屬性或物質(zhì)作用密切相關(guān)的物理量。必須理解為“相互作用的物質(zhì)之間”的相對速度，而不應(yīng)該視為與觀察者的運(yùn)動相關(guān)的速度。如流體阻尼方程中的速

21、度應(yīng)理解為流體中的物體與流體間的相對運(yùn)動速度，聲速應(yīng)理解為相對于聲介質(zhì)的速度等。如果不認(rèn)真區(qū)分這些物理量所代表的物理含義，隨意進(jìn)行參考系變換，很可能將這種與物質(zhì)作用相關(guān)的物理量當(dāng)作與觀察者運(yùn)動狀態(tài)相關(guān)的普通時(shí)空量進(jìn)行變換，等同于改變了被研究對象的物質(zhì)作用條件，就有可能導(dǎo)致物理定律或方程形式上的變化。因此說，變換不變性的應(yīng)用是有條件的，其前提是變換不改變方程蘊(yùn)含的物質(zhì)作用條件。如果變換帶來這一條件的改變，這樣的物理方程不適于進(jìn)行參考系變換。如果一定要進(jìn)行變換，必須根據(jù)原物理量真實(shí)物理含義，改寫將原方程，再進(jìn)行變換。如流體阻尼方程中的速度應(yīng)改寫為物體與流體之間的速度差；聲速應(yīng)改為波速與介質(zhì)的速度差

22、等。六、澄清幾種錯(cuò)誤認(rèn)識1、封閉系統(tǒng)內(nèi)測量到某種速度意味著相對性原理不成立由于當(dāng)初伽利略是以封閉大船上的物理現(xiàn)象為例來論證“靜止和（勻速）運(yùn)動不可區(qū)分”這一觀點(diǎn)的，致使許多人誤以為只要在封閉的系統(tǒng)內(nèi)測量到系統(tǒng)的運(yùn)動速度，就是對相對性原理的否定。殊不知，這完全是對相對性原理的誤解。通過上面的分析我們已知，相對性原理強(qiáng)調(diào)的是不可能測量到物體系統(tǒng)“相對于絕對空間的絕對運(yùn)動速度”，并不否定通過某種方法從系統(tǒng)內(nèi)測量到系統(tǒng)“相對于系統(tǒng)外某一物體的運(yùn)動速度”。有一點(diǎn)必須要非常清楚：測速離不開物質(zhì)作用，離開物質(zhì)作用無法測速。眼睛能觀察物體的運(yùn)動，源于眼睛接收到來自物體的光線；超聲波能測速，源于接收物體對超聲波

23、的反射；無線電波能測速，也是源于接收物體的反射。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們完全可能還會發(fā)明出一些新的測速原理，比如利用地球的引力場測速，利用“宇宙微波背景”測速等等，甚至人們還會發(fā)現(xiàn)一些新的物質(zhì)背景，利用它來測速。但無論如何，不依靠物質(zhì)作用，憑“空”測速是不可能的，因?yàn)榭臻g不對物質(zhì)產(chǎn)生作用。茫茫宇宙中，一艘飛船向外發(fā)出一束測速信號，如果該信號在空間不受到物質(zhì)作用，它甚至連返回飛船的可能性都沒有，更別指望用它來測速了。既然測速離不開物質(zhì)作用，那么測得的速度一定是相對于某一物質(zhì)（物體）的速度而不是相對于絕對空間的速度。既然測得的不是相對于絕對空間的速度，就不能聲稱是對相對性原理的否定。那些熱衷于設(shè)計(jì)

24、新的實(shí)驗(yàn)方案企圖從密封艙內(nèi)測速的人，設(shè)計(jì)中一定要利用某種物質(zhì)作用，測出來的速度也一定是相對于某一物質(zhì)（一般是地球或地球周圍的某種物質(zhì)）的速度，永遠(yuǎn)也無法知道該艙相對于絕對空間的速度。因此，實(shí)驗(yàn)無論成功與否，都與相對性原理無關(guān)。2、變換不變性適用于任意物理學(xué)方程大多數(shù)物理學(xué)方程滿足變換不變性，因?yàn)榇蠖鄶?shù)情況下，物理方程包含的位移、速度等物理量，完全是與物質(zhì)作用無關(guān)的時(shí)空量，不會因?yàn)閰⒖枷底儞Q改變方程的物質(zhì)作用性質(zhì)。但另有一類方程，包含位移、速度等物理量，卻不是通常意義上的與觀察者運(yùn)動狀態(tài)相關(guān)的時(shí)空量，而是由物質(zhì)屬性或由物質(zhì)作用決定的物理量，具有特定意義上的不變性。這類方程只適用于某種特定的物質(zhì)參考系，不宜進(jìn)行參考系變換，若強(qiáng)行變換，方程的形式將會發(fā)生改變。許多物理人士沒有認(rèn)識到這一點(diǎn)，盲目把“變換不變性”奉為金科玉律。認(rèn)為所有物理學(xué)方程都必須滿足“變換不變性”的要求，不滿足“變換不變性”的物理方程是錯(cuò)誤的，是對相對性原理的違背。一個(gè)比較典型的例子就是以麥克斯韋電磁理論方程組不具備“伽利略變換不變性”為由，否定伽利略變換的正確性，同時(shí)以該方程組具備“洛侖茲變換不變性”為由，為洛侖茲變換作正確性辯護(hù)。事實(shí)上，由于我們對電磁波、對光的本質(zhì)還不十分清楚，我們沒有必要盲目做結(jié)論。正如經(jīng)典理論中并不要求聲學(xué)方程一定要滿足伽利略變換不變