五、标准时空论的基本假设和主要观点

前面我们回顾了狭义相对论遇到的主要疑难。现在的问题是，在上述现代物理学的最新实验事实和理论思维成果之中，我们应当选取哪些事实作为探索新时空理论的逻辑起点呢？作者认为，下面两个基本假设可以作为这种探索的起点。

第一个假设：标准惯性系原理

存在一个空间显示各向同性的特殊的惯性参考系，即标准惯性系（或称以太参考系）；物体由于相对以太参考系运动而在运动方向上产生的长度收缩是一种动力学效应，具有绝对的意义。对标准惯性系作匀速直线运动的参考系也是惯性参考系。

第二个假设：回路平均光速不变原理

在任何惯性参考系中，沿真空中任一闭合路径传播的光信号的回路平

均光速都等于常数 c，与光源的运动和空间的方位无关。

这里的第一个假设也可以称为以太参考系假设，显然，它与狭义相对论的第一个假设狭义相对性原理是完全对立的。但是，既然承认存在新以太，并且它构成一个特殊的参考系，那末长度收缩等效应当然是运动物体与以太相互作用的结果，是一种动力学效应。因此，以太参考系假设的叙述自然成立。这里的第二个假设只包含了狭义相对论的第二个假设光速不变原理的内涵的一部分。如前所述，较之光速不变原理，它具有更为坚实的实验基础。不仅如此，按以太参考系的观点，回路光速不变是可以理解的，因为在一般惯性系看来，光速大小也许与方向有关，但是这种方向效应在往返回路中可以相互抵消而不会显示出来，平均光速仍为常数 c。

除这两个基本假设之外，新时空理论如同狭义相对论一样必须满足以下三个要求：

对于可以构成因果联系的两个事件，作为原因的事件必须发生在作为结果的事件之前。（因果律）
空间和时间上的所有点都是完全等价的。（时空均匀性假设）
新的时空变换关系在低速范围（v<<c）内必须还原为经典变换关系。

（对应原理）

作者遵照爱因斯坦的方法论，按照逻辑简单性原则，从尽可能少的意义明确的基本假设出发，最大限度地运用数学工具和逻辑推理，把基本假设所包含的物理内容尽可能地挖掘出来，阐述清楚，最后将理论的结果与实验事实相对照。所有这些，就构成了一种时空理论，作者把它称为标准时空论。①

作者从上面两个基本假设和三个要求出发，推出了一般惯性系Σ′和标准惯性系Σa 之间的时空坐标变换式即推广的伽利略变换

x′=γ（xa-vta）， y＇=ya，z＇=za， t′=γ-1ta

式中，γ =（1-v2/c2）-1/2，v 表示Σ′系相对Σa 系的运动速度。显然，这里关于时间的变换式可以导出同时性的绝对性和时间的绝对有序，因而它允许超光速运动和超光速作用存在。从推广的伽利略变换出发，统一地处理了亚光速运动和超光速运动的运动学和动力学问题：求得了速度变换，长度收缩，时间延缓和事件之间的间隔等运动学公式，其结果表明，斐兹杰惹—洛伦兹长度收缩假说和拉摩—洛伦兹时间延缓假说，作为前述两个基本假设的逻辑推论的一部分，被包括在标准时空论之中；求得了运动粒子的质量，动力学方程和质能关系式（△E = c² △m和E² = p²c ² +m² c⁴

仍然成立）等动力学公式。接着，作者建立了标准时空论的四维形式，其动力学方程满足方程的协变性要求。最后，按标准时空论观点对于验证狭义相对论的一些主要实验重新作了解释，迄今没有发现一个实验与标准时空论相抵触。新理论还提出了几类新的实验预言。

① 有关的论文已发表在《国防科技大学学报》1984 年第 1 期，和《大自然探索》1985 年第 3，4 期和 1986 年第 1，2 期上。在上述论文中，使用了惯性系原理、回路平均光速不变原理和绝对有序原理三个假设。但后来作者进一步证明了由这里的两个基本假设就可以建立标准时空论。

按标准时空论观点，严格地说来，狭义相对性原理并不成立，但物理学理论和定律应当满足推广的伽利略变换下的方程协变性要求。标准时空论认为，存在特殊的优越惯性参考系，这就是标准惯性系或称以太参考系；存在着绝对运动，这就是相对标准惯性系的运动；存在着作为标准惯性系的背景空间物质的新以太。运动物质（包括量度工具）相对标准惯性系运动所产生的长度收缩、时间延缓和质量增加，并不是表面的外部关系的产物（因而在标准时空论中不存在双生子佯谬），而是一种真实的变化，应当把它们归因于运动物质与新以太相互作用的结果。因为量度对象和量度工具都产生这种真实的变化，所以任一惯性参考系中关于运动物质的长度、时间和质量的量度结果既具有相对的性质，又具有绝对的性质。运动是相对性和绝对性的对立统一。

显而易见，标准时空论是一种严格的“新以太论”。按标准时空论观点，空间不空，除实物粒子之外，空间充满着连续的背景物质——新以太场。这种场物质自然不应当理解为是绝对静止的，恰恰相反，它是一种在非常小的尺度（如 10-34 厘米的尺度，按著名科学家钱学森的意见可称之为“渺观”）上迅速脉动的场。我们也可以称它为渺观场。无论从渺观或宇观来看，这种场都可能是不均匀的，但是，在一定的微观或宏观范围内，平均说来这种场可视为是均匀分布的。作者认为，标准时空论适用于空间新以太场（或渺观场）可视为均匀分布的区域。

如前所述，标准时空论以严密的逻辑体系统一地处理了亚光速运动和超光速运动的运动学和动力学问题，并不存在破坏因果律的困难。理论的推导得到，亚光速粒子和超光速物质之间存在着“光障”，即两类物质之间的转换需要无限大的能量，因而是不可能直接相互转换的。这样，物质世界可分为亚光速世界和超光速世界。实物粒子及其组合而成的宏观物体构成了亚光速世界，光速是这类物质运动的极限速度。又是什么物质构成了超光速世界呢？作者认为，这就是新以太场，或称渺观场。不仅如此，我们由此可进一步得出这样的论断：亚光速粒子是由超光速物质组成的，或者概括地说，物质世界分为实物粒子和新以太场（渺观场），而实物粒子是新以太场（渺观场）的自组织。

因此，标准时空论也是一种超光速理论，是一种亚光速和超光速的统一理论，它引导我们进入渺观场论的研究。

作者提出的标准时空论是对爱因斯坦狭义相对论的一种修正。然而，作者的工作一直受到爱因斯坦追求真理的精神的支持和鼓舞。他说过：“对真理的追求要比对真理的占有更为可贵。”我们应当学习他勇于批判，大胆探索的精神，把他所开拓的现代物理学的研究不断向前推进。

（谭暑生）