中国版教材起步：创建交叉学科时空观，破解爱因斯坦未解之谜

在物理学中，牛顿绝对时空观和爱因斯坦相对论时空观是两个最重要的时空理论，经常被当做现代科学技术的基础。

但是，牛顿绝对时空观和爱因斯坦相对论时空观都存在历史局限性，所以，它们还无法成为现代科技所有领域的公共时空认识。

例如在心理学、脑科学、生物学、中医学等领域，牛顿绝对时空观和爱因斯坦相对论时空观都缺乏具体的作用和贡献。

基于现代科学的系统学、计量学、物理学、宇航学、天文学、数学、逻辑学、心理学等学科的知识和认识，实验和实践，有关的科学认识和技术产品，针对时空问题等，我们进行了交叉学科创新研究。

通过研究更多领域的时空问题和科学技术问题，继往开来螺旋式上升提高，发展认识更上一层楼，更广泛深入地探索研究和创新突破，我们发现了更多科学真相，创新地建立了交叉学科时空观。

与牛顿绝对时空观和爱因斯坦相对论时空观相比较，交叉学科时空观具有如下特点：

首先，基于人类对时间、空间和速度的定量描述规则，根据交叉学科知识，指出了如下科学事实：在实验和实践中，必须基于国际单位制，使用时钟和量尺来测量确定时间值、长度值和速度值；在理论研究上，必须基于国际单位制、时钟时间值和量尺长度值，来讨论和假设时间值、长度值和速度值。

其次，根据交叉学科知识，指出了如下科学事实：在实验和实践中，在理论研究上，观测者使用时钟量尺进行测量实验，确定时间值、长度值和速度值时，因为光信号延迟，存在发出光信号的时间值和坐标值，看到光信号的时间值和坐标值，看到的同时事件和实际的同时事件等。

第三，根据交叉学科知识，指出了如下科学事实：时钟等开放的复杂系统，它的可观测时间性质的变化，它的时间值变化，既与时钟的内部结构、运动和作用等空间性质存在密切关系，也与时钟所受的外界作用变化和交换的物质能量存在密切关系。

第四，根据交叉学科知识，指出了如下科学事实：实际宇宙就像大象，这就是科学家的认识对象；科学家可以使用眼睛观察、仪器实验、语言描述、数学描述、逻辑推理、假设想象等科学方法，进行认识活动，在头脑里获得大象反映，建构大象图像；科学家可以使用语言文字对头脑里的大象反映和大象图像给出描述，建立大象理论；大众可以学习大象理论，在头脑里复制大象图像，力求与科学家头脑里的大象图像完全一样。上述四个内容有关系，但是却不是一回事，不能混为一谈，不能简单地当成一回事。

交叉学科时空观，广泛深入地扩大了科学视野，突破了牛顿绝对时空观和爱因斯坦相对论时空观的局限性，突破了物理学时空观的局限性，为更多的科学技术领域打造了公共的时空认识。正在推动科学认识创新进步，推动有关的实验、实践、技术和产品创新发展。

交叉学科时空观，可以跟牛顿绝对时空观和爱因斯坦相对论时空观并肩而立，共同发挥作用，共同发展完善。基于交叉学科时空观，人们还可以创建交叉学科统一论，与牛顿力学和爱因斯坦相对论并肩而立，推动科学技术全面深刻地创新进步，突破发展。

交叉学科统一论，可以包括开放的复杂巨系统、交叉学科时空观、升级的引力论、发展的电磁学、量子场论粒子学、有结构光子论、光子和电子均有结构的原子模型、中国科技创新方法等8大分支，8个分支可包括许多具体方向和内容，每个分支都可以进行独立研究，撰写出版科学专著或科普读物。它们都具有中国科技独立创新，科技自立自强的特点，可以作为中国版教材的起点，树立样板楷模带动全面创新发展。都能为教育强国、科技创新、科技自立自强、解决卡脖子问题、解决钱学森之问和加速伟大复兴等，发挥重要作用，做出重要贡献。

实际上，交叉学科时空观，还可以继续发展，为更多的科学认识和技术实践提供重要的时空认识。

例如基于交叉学科时空观，从时间角度可以说，一个人的生命活动，从出生到死亡，具有很多可观测时间性质；从构成生命的原子和细胞，再到心灵和肉体，它们的连续变化，就像连续播放的视频；它们经历了一个又一个具体过程，每个具体过程都由许多具体状态构成；每个具体状态都像暂停的画面，都与其他事物存在同时性和先后顺序等关系；对上述可观测时间性质，都可以根据计量学方法进行定量描述。上述内容，都是值得认真研究的时间问题。

基于交叉学科时空观，从空间角度可以说，一个人的生命内容，从出生到死亡，在生前和死后，都具有很多可观测空间性质；从生命活动的基本元素原子，到基本单位细胞，从心灵到肉体，从局部到整体，都有大小、尺度、形状、结构、内容、体积、位置、关系等情况；对上述可观测空间性质，都可以根据计量学方法进行定量描述。上述内容，都是值得认真研究的空间问题。

一个人的生命活动，时间性质、空间性质、速度特点、变化情况、质量性质、能量性质、电磁力作用、引力作用、量子特征、量子纠缠、暗物质关系、暗能量影响、心灵和肉体、明心见性和除恶扬善等，它们具有共同存在、协同变化、相互影响、共同发展的关系。立足交叉学科时空观，可以更广泛深入地探索生命奥秘，促进生命进化。

为了展示交叉学科时空观的内容、特点、作用和贡献，在本文中：首先，我们指出了爱因斯坦未解之谜和牛顿未解之谜，简称为爱因斯坦-牛顿未解之谜；其次，对爱因斯坦-牛顿未解之谜，我们基于交叉学科时空观给予了破解；第三，简略地介绍了交叉学科时空观的基本内容；第四，基于交叉学科时空观，对爱因斯坦狭义相对论时空观进行了比较研究。这是对交叉学科时空观给予科普和发展。

应该指出，爱因斯坦-牛顿未解之谜，是实际存在，既有趣又有价值，最近被发现，越来越受重视的重要科学问题。我们对爱因斯坦-牛顿未解之谜给出的破解，暂且可当成众多破解方案中的一种。大家还可以给出更多视角的破解，这对于科技创新发展，具有重要意义。实际上，大家积极破解爱因斯坦-牛顿未解之谜，相当于提高创新能力大练兵，可以在头脑里快速提高创新能力，推动创新实践取得大丰收。

简略地说，在人头脑里，存在勇敢创新能力、综合集成能力、辨析判断能力和发明创造能力等四大创新能力，存在理解能力、思考能力、记忆能力和应用能力等四大学习能力等。人使用头脑里的学习能力，可以认识世界，使用头脑里的创新能力，可以改造世界，学习能力是创新能力的基础。

针对非常有趣且有价值的爱因斯坦未解之谜和牛顿未解之谜，人们要想破解前人未解之谜，就必须在头脑里使用和提高理解能力、思考能力、记忆能力、应用能力、勇敢创新能力、综合集成能力、辨析判断能力和发明创造能力等。就必须进行学习和研究，创新和实践。这样，大家就可以在头脑里快速提高学习能力和创新能力等，不断提高到更高更强的新水平，因此，就可以在创新实践中取得大丰收。

应该指出，爱因斯坦相对论，研究了重要问题，解释了重要现象，引发了重要思考，产生了重要影响，推动了物理理论和实验研究进步发展，推动了科学和技术发展进步，历史功绩，不可否定。发展科学认识，推动技术和产品进步，必然会推动爱因斯坦相对论发展完善，无论结果如何，都是科学技术进步发展的必然结果。坚持上述观点，是大家都应该具备的科学精神。

一、爱因斯坦-牛顿未解之谜，既有趣又有价值的科学问题

1905年，在创建狭义相对论的文章《论动体的电动力学》中（参见范岱年等译，《爱因斯坦文集》，北京商务印书馆，1977年），文章开篇后，爱因斯坦广泛地谈论了几十次“时钟”、“量尺”“测量活动”，然后，才陆续推出了光速不变假设和洛仑兹变换等，建立了狭义相对论时空观，并进一步建立了狭义相对论。在该文中，使用时钟量尺进行测量实验的说法，随处可见。

在爱因斯坦所处的时代，物理学家建立物理学理论所用的科学方法，包括眼睛观察、仪器实验、语言描述、数学描述、逻辑推理、假设想象等科学方法。使用时钟量尺进行测量实验，就是上述科学方法的具体内容之一。

爱因斯坦在狭义相对论时空观中，高度重视，反复谈论“时钟”、“量尺”“测量活动”，就是给他假设推理出的光速不变假设、洛仑兹变换和狭义相对论时空观等，贴上了诞生于“时钟”、“量尺”“测量活动”的标签，打造了在物理学田野里生存和发展的实验基础。

实际上，使用时钟量尺进行测量实验，既是爱因斯坦狭义相对论时空观的实验基础，也是牛顿绝对时空观的实验基础，也是所有时空观的实验基础。这是人类对时间、空间和速度的定量描述规则所决定的必然结果。

——秒定义米定义速度值定义等，当是人人必知的时空常识

为了定量描述一切物质都具有的可观测时间性质，物理学和计量学约定了量值基准，也就是国际单位制“秒”。1967年国际计量大会规定，铯133原子振动9192631770次所需的时间定义为1秒。或者说，秒是铯133原子基态两个超精细能级之间跃迁对应辐射的 9192631770个周期所持续的时间。

根据上述国际单位制“秒”约定，人们制造了“秒”的各种各样代表物，也就是时钟。时钟显示的时间值，一方面是根据“秒”约定，对自身的可观测时间性质所做的定量描述；与此同时，时钟显示的时间值，也可以用来定量描述，测量描述其他事物的可观测时间性质。因此，时钟是定量描述可观测时间性质的测量工具、观测仪器。

为了定量描述一切物质都具有的可观测长度性质和空间性质，物理学和计量学约定了量值基准，也就是国际单位制“米”。1983年国际计量大会做出决定，光在真空中1/299792458秒内所经过路程的长度定义为1米。换个说法，米是光在真空中299792458分之一秒的时间间隔内所经路径的长度。

根据上述国际单位制“米”约定，人们制造了“米”的各种各样代表物，也就是量尺。量尺显示的长度值，一方面是根据“米”约定，对自身的可观测长度性质所做的定量描述；另一方面，量尺显示的长度值，还可以用来定量描述，测量描述其他事物的可观测长度性质和空间性质。因此，量尺是定量描述可观测长度性质和空间性质的测量工具、观测仪器。

在物理学中，速度是描述物体运动快慢的物理量。速度值可以通过如下方法获得：基于国际单位制，相对选定的参照物，观测者使用一定量尺，测量出运动物体一定量位移值Δs，再使用一定时钟测量出相应的时间值Δt，就可以计算获得运动物体的平均速度值v=Δs/Δt。对平均速度值求极限，就可以获得瞬时速度值v=ds/dt。

应该强调，在实验和实践中，各种时间值，都必须使用时钟来测量确定；各种长度值和空间值，都必须使用量尺来测量确定；各种速度值，都必须使用时钟量尺来测量确定。

在时空理论研究中，必须基于时钟时间值和测量活动，来谈论具体的时间值；必须基于量尺长度值和测量活动，来谈论具体的长度值和空间值；必须基于时钟时间值、量尺长度值和测量活动，来谈论具体的速度值。

必须基于时钟时间值、量尺长度值和测量活动，来研究时空问题，建立时空理论，检验时空理论，发展时空认识。

而且，对于物理学和科学中存在的有关假设，例如假设出来的时间值、长度值、空间值、速度值，有关的各种假设和约定，都应该使用时钟量尺进行测量实验，或者基于时钟时间值和量尺长度值进行研究，检验其物理意义和合理性，这是科学技术发展的必由之路。

关于时空问题的上述基本认识，是交叉学科时空观的重要内容之一，应该是人人必知的科学常识，应该是现代人必须具备的科学技术素养。学过中学物理课的人，关注或辅导过孩子中学物理课的家长，大家基于现有的科学技术知识，进一步提高升级，就都能掌握上述时空常识，就都能达到人人必知的要求。

——发扬光大爱因斯坦的时钟量尺测量方法，坚持时空认识四个原则

把爱因斯坦建立狭义相对论时空观的基本方法，也就是使用时钟量尺进行测量实验的方法，给予发扬光大，对现代科学其它时空观的科学方法给予概括总结，把它们综合集成，创新发展，就可以提炼出所有科学时空观都必须坚持的科学方法，这就是交叉学科时空观的基本方法和基本原则。具体如下：

1、根据国际单位制“秒”定义和时钟使用规则，在实验和实践中，各种时间值，都必须使用时钟来测量确定；在时空理论研究中，必须基于时钟时间值和测量活动，来谈论具体时间值；这样的时间值，才能得到实验支持。

2、根据国际单位制“米”定义和量尺使用规则，在实验和实践中，各种长度值和空间值，都必须使用量尺来测量确定；在时空理论研究中，必须基于量尺长度值和测量活动，来谈论具体长度值和空间值；这样的长度值和空间值，才能得到实验支持。

3、根据速度值定义u=△s/△t和u=ds/dt，在实验和实践中，各种速度值，都必须使用时钟量尺来测量确定；在时空理论研究中，必须基于时钟时间值、量尺长度值和测量活动，来谈论具体速度值；这样的速度值，才能得到实验支持。

4、通过假设推理给出的时间值、长度值、空间值和速度值，仅当它们能得到时钟、量尺和测量实验的支持，它们才能被认定是符合实际的科学内容。研究时空问题，建立时空理论，检验时空理论，发展时空认识，都必须基于时钟时间值、量尺长度值和测量活动来进行。

对于上述科学方法和基本原则，可简称为时空认识四个原则，或者使用钟尺测量原则。上述时空认识四个原则，是交叉学科时空观的重要内容之一，既是建立科学时空观的基本方法，也是检验各种时空观的科学方法。

2****牛顿未解之谜，两系互测等速假设如何成立？

在图一所示情况中，设在真空中惯性系理想条件下，有多个观测者静止在直角坐标系oxyz使用时钟量尺进行观测活动，他们构成甲参照系。另有多个观测者静止在直角坐标系OXYZ也使用时钟量尺进行观测活动，他们构成乙参照系。设甲系乙系x、X轴重合，y、Y轴平行，z、Z轴平行，两参照系在x、X轴方向匀速直线运动。

学过牛顿力学的人，包括中学生都知道，在牛顿绝对时空观中，有伽利略变换和逆变换

T=t**，X=x-ut，Y=y，Z=z ……（1）**

t=T**，x=X+uT，y=Y，z=Z ……（2）**

伽利略变换和逆变换的物理意义如下：

首先，对一个质点运动，甲系观测者可以使用甲系的时钟量尺独立地测定运动质点在甲系的时间值和坐标值（t、x、y、z）。据此，可以根据速度定义，计算出运动质点在甲系的平均速度值v=△s/△t，或瞬时速度值v=ds/dt。

其次，对于同一个运动质点，乙系观测者可以使用乙系的时钟量尺测定运动质点在乙系的时间值和坐标值（T、X、Y、Z）。据此，可以根据速度定义，计算出运动质点在乙系的平均速度值V=△S/△T，或瞬时速度值V=dS/dT。

第三，伽利略变换和逆变换由9个物理量构成，其中（t、x、y、z）和T、X、Y、Z）等8个物理量，必须使用时钟量尺测量得出，不能随意假设。

第四，伽利略变换和逆变换的第9个物理量u，是甲系乙系之间的相对运动速度值，它是甲系乙系的时空关系桥梁，是甲系乙系的公共物理量。如果没有甲系乙系的公共物理量u，就不会有伽利略变换和逆变换。正是基于甲系乙系的公共物理量u，运动质点在甲系的时间值和坐标值（t、x、y、z），在乙系的时间值和坐标值（T、X、Y、Z），它们的变换关系可以是伽利略变换和逆变换。

必须强调，根据时空认识四个原则，伽利略变换和逆变换的第9个物理量u，在实验上，应该使用时钟量尺测量获得。在理论研究上，应该基于时钟时间值、量尺长度值和测量实验，进行研究或约定。

在牛顿绝对时空观中，甲系观测者可以使用甲系的时钟量尺测得乙系相对甲系的速度值u1=△x/△t；乙系观测者可以使用乙系的时钟量尺测得甲系相对乙系的速度值u2=△X/△T；如果假设u=u1=u2，也就是假设u1=△x/△t=u2=△X/△T，这就是两系互测等速假设。

研究表明，在牛顿绝对时空观中，理论创建者首先假设了u1=△x/△t=u2=△X/△T，这就是两系互测等速假设u=u1=u2。然后，基于假设而来的u，把它当做无需甲系乙系使用时钟量尺测量检验，无需实验证明的甲系乙系公共物理量u，继续假设出了伽利略变换和逆变换，由此建构了牛顿绝对时空观。然后，基于牛顿绝对时空观，理论创建者建立了牛顿力学。

那么，在牛顿绝对时空观伽利略变换和逆变换中：1、公共物理量u的成立条件是什么？2、伽利略变换和逆变换的成立条件是什么？

上述问题，是牛顿绝对时空观应该回答，却一直没有回答的问题，对此可称之为牛顿未解之谜。几百年的实验和实践表明，牛顿未解之谜是不可否认的重要事实。

关于牛顿未解之谜，如果有人认为牛顿未解之谜不存在，不值得重视，那么，他们就必须基于时空认识四个原则，回答如下问题：在牛顿绝对时空观中，理论创建者给出两系互测等速假设u=u1=u2，并把假设而来的u当成甲系乙系的公共物理量，这个u=u1=u2，它是天经地义的事实吗？是不证自明的公理吗？它不需要甲系乙系使用时钟量尺进行测量实验来检验吗？在科学里可以存在类似的不需要实验证据的速度值吗？

对上述问题，如果不能给出令大家满意的回答，那么，牛顿未解之谜就是不可否认的重要问题，就值得高度重视。

3****爱因斯坦未解之谜，洛仑兹变换的u和C如何成立？

学过爱因斯坦狭义相对论的人，包括一些中学生都知道，在爱因斯坦狭义相对论时空观中，有洛仑兹变换和逆变换

洛仑兹变换和逆变换的物理意义分别如下：

首先，对一个质点运动，甲系观测者可以使用甲系的时钟量尺独立地测定运动质点在甲系的时间值和坐标值（t、x、y、z）。据此，可以根据速度定义，计算出运动质点在甲系的平均速度值v=△s/△t，或瞬时速度值v=ds/dt。

其次，对于同一个运动质点，乙系观测者可以使用乙系的时钟量尺测定运动质点在乙系的时间值和坐标值（T、X、Y、Z）。据此，可以根据速度定义，计算出运动质点在乙系的平均速度值V=△S/△T，或瞬时速度值V=dS/dT。

第三，洛仑兹变换和逆变换由10个物理量构成，其中（t、x、y、z）和（T、X、Y、Z）等8个物理量必须使用时钟量尺测量得出，不能随意假设。

第四，洛仑兹变换和逆变换的第9个物理量u，是甲系乙系之间的相对运动速度值，它是甲系乙系的时空关系桥梁，是甲系乙系的公共物理量。第10个物理量C，是同一个光运动在甲系乙系的光速值，C也是甲系乙系的时空关系桥梁，也是甲系乙系的公共物理量。

如果没有u和C这两个甲系乙系的公共物理量，就不会有洛仑兹变换和逆变换。正是基于u和C这两个甲系乙系的公共物理量，运动质点在甲系的时间值和坐标值（t、x、y、z），在乙系的时间值和坐标值（T、X、Y、Z），它们的变换关系可以是洛仑兹变换和逆变换。

必须强调，根据时空认识四个原则，洛仑兹变换和逆变换的第9个物理量u，第10个物理量C，在实验上，也应该使用时钟量尺测量获得。在理论研究上，也应该基于时钟时间值、量尺长度值和测量实验，进行研究或约定。

在爱因斯坦狭义相对论时空观中，甲系观测者可以使用甲系的时钟量尺测得乙系相对甲系的速度值u1=△x/△t；乙系观测者可以使用乙系的时钟量尺测得甲系相对乙系的速度值u2=△X/△T；如果假设u=u1=u2，即假设u1=△x/△t=u2=△X/△T，这就是两系互测等速假设。

可以说，在狭义相对论时空观中，爱因斯坦相当于继承了牛顿绝对时空观伽利略变换的甲系乙系公共物理量u，物理意义大同小异。也就是在理论研究上，爱因斯坦直接假设了u=u1=u2，由此，爱因斯坦给甲系乙系假设出了第一个公共物理量u。

在爱因斯坦狭义相对论时空观中，对于甲系乙系x、X轴正方向运动的光束，甲系观测者可以使用甲系的时钟量尺测得光束相对甲系的光速值为C1=△x/△t=299792458米/秒；乙系观测者可以使用乙系的时钟量尺测得同一光束相对乙系的光速值为C2=△X/△T；如果假设C=C1=C2，即假设C1=△x/△t=C2=△X/△T=299792458米/秒，这就是两系测光等速假设。

可以说，在狭义相对论时空观中，在理论上，爱因斯坦就是直接假设了C=C1=C2=299792458米/秒，由此，爱因斯坦给甲系乙系假设出了第二个公共物理量C。

在爱因斯坦狭义相对论时空观中，爱因斯坦首先假设出了u和C，也就是分别假设出了两系互测等速假设u=u1=u2，以及两系测光等速假设C=C1=C2=299792458米/秒。然后，爱因斯坦把假设而来的u和C，当做无需甲系乙系使用时钟量尺测量检验，无需实验证明的甲系乙系公共物理量，继续假设推理出了洛仑兹变换和逆变换，由此建构了狭义相对论时空观。然后，基于狭义相对论时空观，爱因斯坦建立了狭义相对论。

那么，在爱因斯坦狭义相对论时空观洛仑兹变换和逆变换中：1、公共物理量u的成立条件是什么？2、公共物理量C的成立条件是什么？3、公共物理量u和C的成立条件有何关系？4、洛仑兹变换和逆变换的成立条件是什么？

上述问题，是爱因斯坦狭义相对论时空观应该回答，却一直未回答的问题，对此可称为爱因斯坦未解之谜。100多年的实验和实践表明，爱因斯坦未解之谜是不可否认的重要事实。

关于爱因斯坦未解之谜，如果有人认为爱因斯坦未解之谜不存在，不值得重视，那么，他们就必须基于时空认识四个原则，回答如下问题：在爱因斯坦狭义相对论时空观中，爱因斯坦给出两系互测等速假设u=u1=u2，给出两系测光等速假设C=C1=C2=299792458米/秒，并把假设而来的u和C当成甲系乙系的公共物理量，那么，这种u=u1=u2和C=C1=C2=299792458米/秒，它们是天经地义的事实吗？它们是不证自明的公理吗？它们不需要甲系乙系使用时钟量尺进行测量实验来检验吗？在科学里可以存在类似的不需要实验证据的速度值吗？

对上述问题，如果不能给出令大家满意的回答，那么，爱因斯坦未解之谜就是不可否认的重要问题，就值得高度重视。

还应该指出，由于爱因斯坦无条件继承了牛顿绝对时空观伽利略变换的甲系乙系公共物理量u，所以，爱因斯坦相当于继承了牛顿未解之谜，爱因斯坦未解之谜中就包括着牛顿未解之谜。对于爱因斯坦未解之谜和牛顿未解之谜，也可以合并简称为爱因斯坦-牛顿未解之谜。

基于时空认识四个原则，可以说，由于爱因斯坦未解之谜和牛顿未解之谜实际上一直存在，长期无解，没有公认的答案，所以就导致了有关的矛盾，长期的争论。现在，对于爱因斯坦-牛顿未解之谜，大家可以积极破解了，有关的矛盾和争论，也可以得到破解和解决了。

基于现代科学的系统学、计量学、物理学、宇航学、天文学、数学、逻辑学、心理学等学科的知识和认识，实验和实践，有关的科学认识和技术产品，针对时空问题等，进行交叉学科创新研究，就可以创新地建立交叉学科时空观。与牛顿绝对时空观和爱因斯坦相对论时空观进行比较研究，就可以破解爱因斯坦-牛顿未解之谜。

4****破解牛顿未解之谜

——牛顿未解之谜，公共物理量u的成立条件是什么？

设甲系时钟和乙系时钟同时开始“1秒”计时，当甲系时钟“1秒”结束时，若乙系时钟的“1秒”尚未结束（乙系时钟走慢了），或者早已结束（乙系时钟走快了），也就是，甲系时钟乙系时钟的“1秒”同时开始后，不能同时结束，对于这样的甲系时钟和乙系时钟，可称之为非同步时钟。对这种非同步时钟的时间值关系，可表示为（甲系时钟△t=1秒）≠（乙系时钟△T=1秒）。

对于甲系时钟和乙系时钟的时间值关系，给出（甲系时钟△t=1秒）≠（乙系时钟△T=1秒）这种创新形式的表达，具有重要意义。

设甲系量尺和乙系量尺“1米”长度的起始点对齐时，乙系量尺“1米”长度的终结点，要么比甲系量尺的“1米”终结点要短些，要么比甲系量尺的“1米”终结点要长些，也就是，甲系量尺和乙系量尺的“1米”长度起始点对齐时，终结点不能对齐，对于这样的甲系量尺和已系量尺，可称之为非同长量尺。对这种非同长量尺的长度值关系，可表示为（甲系量尺△s=1米）≠（乙系量尺△S=1米）。

对于甲系量尺和乙系量尺的长度值关系，给出（甲系量尺△s=1米）≠（乙系量尺△S=1米）这种创新形式的表达，具有重要意义。

研究表明：当甲系时钟和乙系时钟是非同步时钟，（甲系时钟△t=1秒）≠（乙系时钟△T=1秒）；当甲系量尺乙系量尺是非同长量尺，（甲系量尺△s=1米）≠（乙系量尺△S=1米）；则在此情况下，甲系观测者使用自己的时钟量尺测得的乙系速度值u1=△x/△t，乙系观测者使用自己的时钟量尺测得的甲系速度值u2=△X/△T，它们不相等，可表示为（u1=△x/△t）≠（u2=△X/△T），即u≠u1≠u2。在此情况下，伽利略变换和逆变换（1）（2）也不能成立。

对于甲系测定的速度值u1和乙系测定的速度值u2的关系，给出（u1=△x/△t）≠（u2=△X/△T）这种创新形式的表达，具有重要意义。

设甲系时钟和乙系时钟同时开始“1秒”计时，当甲系时钟“1秒”结束时，乙系时钟的“1秒”恰好也结束。对于这样的甲系时钟和乙系时钟，可称之为同步时钟。对这种同步时钟的时间值关系，可表示为（甲系时钟△t=1秒）=（乙系时钟△T=1秒）。

应该指出，基于现代科学技术和国际单位制要求，在实际情况中，甲系的所有时钟，作为同一参照系的时钟，原则上都是同步时钟。乙系的所有时钟，作为同一参照系的时钟，原则上也都是同步时钟。关于甲系时钟和乙系时钟如何才能成为同步时钟，后面有具体讨论。

设甲系量尺和乙系量尺“1米”长度的起始点对齐时，甲系量尺和乙系量尺“1米”长度的终结点也能对齐。对于这样的甲系量尺和乙系量尺，可称之为同长量尺。对这种同长量尺的长度值关系，可表示为(甲系量尺△s=1米）=（乙系量尺△S=1米）。

应该指出，基于现代科学技术和国际单位制要求，在实际情况中，甲系的所有量尺，作为同一参照系的量尺，原则上都是同长量尺。乙系的所有量尺，作为同一参照系的量尺，原则上也都是同长量尺。关于甲系量尺和乙系量尺如何才能成为同长量尺，后面有具体讨论。

研究表明：当甲系时钟和乙系时钟是同步时钟，（甲系时钟△t=1秒）=（乙系时钟△T=1秒）；当甲系量尺乙系量尺是同长量尺，（甲系量尺△s=1米）=（乙系量尺△S=1米）；则在此情况下，甲系观测者使用自己的时钟量尺测得的乙系速度值u1=△x/△t，乙系观测者使用自己的时钟量尺测得的甲系速度值u2=△X/△T，它们能相等，可表示为（u1=△x/△t）=（u2=△X/△T），即有u=u1=u2。在此情况下，伽利略变换和逆变换（1）（2）也能成立。

——公共物理量u和伽利略变换，都只能有条件成立

现在，关于牛顿未解之谜，可以说：

1、研究表明：在伽利略变换和逆变换中，甲系乙系公共物理量u的成立条件是：甲系时钟和乙系时钟是同步时钟，即有（甲系时钟△t=1秒）=（乙系时钟△T=1秒）；甲系量尺和乙系量尺是同长量尺，即有（甲系量尺△s=1米）=（乙系量尺△S=1米）；在上述条件下，甲系观测者使用自己的时钟量尺测得的乙系速度值u1=△x/△t，乙系观测者使用自己的时钟量尺测得的甲系速度值u2=△X/△T，彼此相等，即有u=u1=u2。

研究表明：在伽利略变换和逆变换中，甲系乙系公共物理量u的不成立条件是：甲系时钟和乙系时钟是非同步时钟，即有（甲系时钟△t=1秒）≠（乙系时钟△T=1秒）；甲系量尺和乙系量尺是非同长量尺，即有（甲系量尺△s=1米）≠（乙系量尺△S=1米）；在上述情况下，甲系观测者使用自己的时钟量尺测得的乙系速度值u1=△x/△t，乙系观测者使用自己的时钟量尺测得的甲系速度值u2=△X/△T，彼此不相等，即有u≠u1≠u2。

2、伽利略变换和逆变换的成立条件，与甲系乙系公共物理量u的成立条件相同。伽利略变换和逆变换的不成立条件，与甲系乙系公共物理量u的不成立条件相同。

简略地说，在牛顿绝对时空观中：牛顿认为时间值是绝对的数学时间，均匀流失永不变化；牛顿认为空间值和长度值是绝对的数学空间和数学长度，刚性存在永不变化；因此，根据速度定义，使用上述“数学的”时间值和长度值假设出来的速度值，包括光速值，就是相对的，可以变化的物理量。但是，牛顿绝对时空观的“数学化”时间值和长度值，在现实世界中没有对应物，没有提供者。所以，它们只能在理想情况中，在理论中存在和成立。

基于交叉学科时空观进行研究，可以发现，在实践中，在理论上，两系互测等速假设u=u1=u2能否成立，伽利略变换能否成立，跟使用时钟量尺进行测量和约定密切相关，跟甲系时钟乙系时钟是否为同步时钟密切相关，跟甲系量尺乙系量尺是否为同长量尺密切相关。

5****破解爱因斯坦未解之谜

——爱因斯坦提出四个速度值假设，假设出狭义相对论时空观

爱因斯坦使用假设推理的方法建立狭义相对论时空观的过程如下：针对上述甲系乙系，在真空中惯性系条件，设甲系乙系原点重合，甲系时钟和乙系时钟时间值关系t=T=0时，在甲系原点o处有一点光源发出了一个球面光波，就此，爱因斯坦提出了两组速度值假设，第一组是两系互测等速假设，第二组是两系测光等速假设。参见图二。

1、两系互测等速假设：爱因斯坦假设，甲系观测者使用时钟量尺测得乙系相对甲系速度值u1=△x/△t，乙系观测者使用时钟量尺测得甲系相对乙系速度值u2=△X/△T，u1和u2的关系是，u=u1=u2，这就是两系互测等速假设。

基于两系互测等速假设u=u1=u2，爱因斯坦假设了甲系乙系的相对运动情况，给甲系乙系建立了第一个时空关系桥梁和公共物理量u，这是建立狭义相对论时空观的第一步。两系互测等速假设u=u1=u2，是狭义相对论时空观的一级假设。

2、光速不变第一假设：爱因斯坦假设，甲系观测者使用时钟量尺测定，点光源发出的球面光波始终以甲系原点o为球心，以C1=299792458米/秒速度值膨胀为球面光波，球面光波数学方程可写为 x2+y2+z2 =C2t2。

3、光速不变第二假设：爱因斯坦假设，乙系观测者使用时钟量尺测定，点光源发出的球面光波始终以乙系原点O为球心，以C2=299792458米/秒速度值膨胀为球面光波，球面光波数学方程可写为X 2+Y2+Z 2=C2T2。

4、光速不变第三假设：针对球面光波上任意点的光子，爱因斯坦假设，甲系观测者使用时钟量尺测定任意点光子的光速值C1=299792458米/秒，乙系观测者使用时钟量尺测定上述任意点光子的光速值C2=299792458米/秒，即有C=C1=C2=299792458米/秒。针对甲系提出的光速不变第一假设和数学方程x2+y2+z2=C2t2，针对乙系提出的光速不变第二假设和数学方程X2+Y2+Z2=C2T2，它们永远共同成立。把光速不变第一、第二假设的两个数学方程移项后，可以合并，写成如下等式形式x2+y2+z2–C2t2=X2+Y2+Z2-C2T2。

对于爱因斯坦提出的光速不变第一、第二、第三假设，可称之为两系测光等速假设，可简略表示为C=C1=C2=299792458米/秒。对于甲系乙系沿x、X轴正向一束光，甲系可以使用自己的钟尺测定光速值C1=△x/△t=299792458米/秒，乙系可以使用自己的钟尺测定同一光束光速值C2=△X/△T，在此情况下，两系测光等速假设，具体为C=C1=C2=299792458米/秒。

基于两系测光等速假设C=C1=C2=299792458米/秒，爱因斯坦给甲系乙系建立了第二个时空关系桥梁和公共物理量C。这是建立狭义相对论时空观的第二步。在逻辑关系上，两系测光等速假设C=C1=C2=299792458米/秒，也是狭义相对论时空观的一级假设。是与两系互测等速假设u=u1=u2并肩而立的一级假设。两个一级假设，是狭义相对论时空观的理论基础。

基于两系测光等速假设x2+y2+z2–C2t2=X2+Y2+Z2-C2T2（C=C1=C2=299792458米/秒）和两系互测等速假设u=u1=u2等，爱因斯坦假设推理出了洛仑兹变换和逆变换（3）（4）。这是狭义相对论时空观的二级假设。

根据洛仑兹变换和逆变换，爱因斯坦继续假设推理出动钟变慢，动尺变短，同时的相对性等假设性公式，这都是狭义相对论时空观的三级假设，如下

一般情况下，动钟变慢指乙系的一个时钟，与甲系的两个异地时钟先后比较时间值关系，得出乙系时钟变慢，时间值变小的结论。对于甲系原点o处甲时钟和乙系原点O处乙时钟的时间值关系，也可以使用洛仑兹变换计算，得出甲系乙系两个时钟的动钟变慢假设。如下：

设当甲系原点o和乙系原点O重合时，甲时钟显示时刻值t1=0，乙时钟显示时刻值T1=0；当甲时钟增加△t时间值，显示t2=t1+△t=△t时刻值时，乙时钟显示时间值T2=T1+△T=△T，乙时钟在甲系的坐标值为x2=u△t，根据洛仑兹变换（3）式

也就是当甲时钟时间值从t1=0秒增加到t2=t1+△t=△t秒时，乙时钟时间值从T1=0秒增加到了

秒。这就是甲时钟和乙时钟之间的动钟变慢假设：乙时钟显示的时间值T2=△T小于甲时钟显示的时间值t2=△t，（T2=△T）<（t2=△t），乙时钟变慢了。根据洛仑兹逆变换（4），也可以计算出甲时钟变慢的结果。使用（3）（4）式，也可以针对甲量尺乙量尺进行类似讨论。

因此，在狭义相对论时空观中存在如下相对性的动钟变慢说法：甲系说乙系时钟变慢了，乙系说甲系时钟变慢了，相对运动的两个参照系都说因为相对运动，对方的时钟变慢了。

在狭义相对论时空观中，使用动钟变慢假设去解释介子寿命问题，解释原子钟飞行实验，讨论卫星导航定位问题，讨论双生子年龄问题等，都属于讨论甲系一个时钟与乙系一个时钟之间的动钟变慢效应，属于同类问题。

基于两系互测等速假设u=u1=u2，两系测光等速假设C=C1=C2=299792458米/秒，洛仑兹变换假设，动钟变慢假设，动尺变短假设，同时的相对性假设，速度值变换假设等，爱因斯坦建立了狭义相对论时空观。然后，通过使用狭义相对论时空观改造经典力学和经典电磁学等，爱因斯坦建立了狭义相对论。

——两系互测等速假设，与动钟变慢假设和动尺变短假设相矛盾

研究表明：狭义相对论时空观的两系互测等速假设u=u1=u2，这是爱因斯坦继承牛顿绝对时空观伽利略变换的两系互测等速假设u=u1=u2，继承而来的，物理意义大同小异。所以，这相当于爱因斯坦继承了牛顿的未解之谜。爱因斯坦未解之谜，包括牛顿未解之谜。

在上面已经指出：在牛顿绝对时空观伽利略变换中，两系互测等速假设u=u1=u2的成立条件是：甲系时钟和乙系时钟是同步时钟，（甲系时钟△t=1秒）=（乙系时钟△T=1秒）；甲系量尺和乙系量尺是同长量尺，（甲系量尺△s=1米）=（乙系量尺△S=1米）。在爱因斯坦狭义相对论时空观中，要让两系互测等速假设u=u1=u2成立，也需要满足上述条件。

在狭义相对论时空观中，使用洛仑兹变换（3）可以推算出动钟变慢假设（5），（5）的物理意义是：乙系时钟的“1秒”慢于甲系时钟的“1秒”；甲系“1秒”乙系“1秒”不是相同长度的时间值，对这样的时钟时间值关系，可表示为（甲系时钟△t=1秒）≠（乙系时钟△T=1秒）。在此情况下，甲系时钟和乙系时钟不是同步时钟。

在狭义相对论时空观中，使用洛仑兹变换（3）可以推算出动尺变短假设（7），（7）的物理意义是：乙系量尺的“1米”短于甲系量尺的“1米”；甲系“1米”乙系“1米”不是同长的空间距离，对这样的量尺长度值关系，可表示为（甲系量尺△s=1米）≠（乙系量尺△S=1米）。在此情况下，甲系量尺和乙系量尺不是同长量尺。

进行对比研究可见，狭义相对论时空观两系互测等速假设u=u1=u2的成立条件：甲系时钟和乙系时钟是同步时钟，（甲系时钟△t=1秒）=（乙系时钟△T=1秒），甲系量尺和乙系量尺是同长量尺，（甲系量尺△s=1米）=（乙系量尺△S=1米）；与狭义相对论时空观的动钟变慢假设（5）（6）和动尺变短假设（7）（8）的要求：甲系时钟和乙系时钟是非同步时钟，（甲系时钟△t=1秒）≠（乙系时钟△T=1秒），甲系量尺和乙系量尺是非同长量尺，（甲系量尺△s=1米）≠（乙系量尺△S=1米）；彼此相互矛盾，这是狭义相对论时空观的逻辑不自洽。

——两系测光等速假设成立条件，与两系互测等速假设成立条件相矛盾

研究表明，狭义相对论时空观的两系测光等速假设，C=C1=C2=299792458米/秒的成立条件是：1、甲系时钟和乙系时钟的时间值关系符合动钟变慢假设（5）（6），即甲系时钟的“1秒”与乙系时钟的“1秒”不是相等长度的时间值，（甲系时钟△t=1秒）≠（乙系时钟△T=1秒），甲系时钟和乙系时钟不是同步时钟；2、甲系量尺和乙系量尺的长度值关系符合动尺变短假设（7）（8），即甲系量尺的“1米”与乙系量尺的“1米”不是同长的空间距离，（甲系量尺△s=1米）≠（乙系量尺△S=1米），甲系量尺和乙系量尺不是同长量尺；在上述情况下，甲系使用时钟量尺测得光速值为C1=△s/△t=299792458米/秒，与乙系使用时钟量尺测得同一光的光速值C2=△S/△t，可相等为C=C1=C2=299792458米/秒。

研究表明，狭义相对论时空观的两系测光等速假设，C=C1=C2=299792458米/秒不能成立条件是：1、甲系时钟和乙系时钟是同步时钟，（甲系时钟△t=1秒）=（乙系时钟△T=1秒），甲系时钟和乙系时钟是同步时钟；2、甲系量尺和乙系量尺是同长量尺，（甲系量尺△s=1米）=（乙系量尺△S=1米），甲系量尺和乙系量尺是同长量尺；在上述情况下，甲系观测者使用时钟量尺测得的光速值C1=△s/△t=299792458米/秒，乙系观测者使用时钟量尺测得同一光的光速值C2=△S/△t，它们不能相等，C1=299792458米/秒≠C2。

进行比较研究可见，狭义相对论时空观两系测光等速假设C=C1=C2=299792458米/秒的成立条件：（甲系时钟△t=1秒）≠（乙系时钟△T=1秒），（甲系量尺△s=1米）≠（乙系量尺△S=1米）；与两系互测等速假设u=u1=u2的成立条件：（甲系时钟△t=1秒）=（乙系时钟△T=1秒），（甲系量尺△s=1米）=（乙系量尺△S=1米）；彼此相互矛盾，这是狭义相对论时空观的第二个逻辑不自洽。

——洛仑兹变换u和C的成立，对时钟量尺有特别要求

在狭义相对论时空观中，针对甲系乙系之间的时间值、长度值、速度值关系，爱因斯坦提出了两系互测等速假设、两系测光等速假设、洛仑兹变换和逆变换、动钟变慢、动尺变短、同时的相对性等要求。那么，上述众多假设要求，能否得到甲系乙系使用时钟量尺进行测量活动的支持呢？

基于现代科学技术和国际单位制要求，在实际情况中，甲系的所有时钟，作为同一参照系的时钟，原则上都是同步时钟。甲系的所有量尺，作为同一参照系的量尺，原则上都是同长量尺。乙系的所有时钟，作为同一参照系的时钟，原则上也都是同步时钟。乙系的所有量尺，作为同一参照系的量尺，原则上也都是同长量尺。

所以，在爱因斯坦狭义相对论时空观中，在甲系，可以使用一套时钟量尺代表大量的时钟量尺，在乙系，也可以使用一套时钟量尺代表大量的时钟量尺。

在上述情况下，在甲系拥有一套遵守国际单位制的时钟量尺的情况下，为了保证狭义相对论时空观的众多假设都能成立，爱因斯坦要求乙系的一套时钟量尺必须满足如下多种要求，同时具有具有众多功能。

1、乙系的时钟量尺，与甲系时钟量尺联合使用，它们应该支持两系互测等速假设u=u1=u2成立；因此，乙系时钟和甲系时钟应该是同步时钟，（甲系时钟△t=1秒）=（乙系时钟△T=1秒）；乙系量尺和甲系量尺应该是同长量尺，（甲系量尺△s=1米）=（乙系量尺△S=1米）。

2、乙系的时钟量尺，与甲系的时钟量尺联合使用，它们应该支持两系测光等速假设C=C1=C2=299792458米/秒的成立；支持洛仑兹变换（3）成立；符合动钟变慢（5）的要求；符合动尺变短（7）的要求；支持同时的相对性（9）的成立；因此，乙系时钟和甲系时钟应该是非同步时钟，即有（甲系时钟△t=1秒）≠（乙系时钟△T=1秒），乙系量尺和甲系量尺应该是非同长量，即有（甲系量尺△s=1米）≠（乙系量尺△S=1米）。

3、乙系的时钟量尺，与甲系的时钟量尺联合使用，它们应该支持两系测光等速假设C=C1=C2=299792458米/秒的成立；支持洛仑兹逆变换（4）成立；符合动钟变慢（6）的要求；符合动尺变短（8）的要求；支持同时的相对性（10）的成立；因此，乙系时钟和甲系时钟应该是非同步时钟，即有（甲系时钟△t=1秒）≠（乙系时钟△T=1秒），乙系量尺和甲系量尺应该是非同长量尺，即有（甲系量尺△s=1米）≠（乙系量尺△S=1米）。

4、乙系的时钟量尺，与甲系时钟量尺联合使用，应该能制造出动钟变慢、动尺变短、同时的相对性等说法，可以对介子寿命实验、飞机载原子钟实验等，给出解释。

可以说，在甲系拥有一套遵守国际单位制的时钟量尺的情况下，为了保证狭义相对论时空观的众多假设都能成立，爱因斯坦要求，乙系的一套时钟量尺，它们应该同时满足上述4种要求。

这就要求乙系的一套时钟量尺，可以随时改变科学仪器的工作规律，具有“魔术钟尺”的功能，可以“随时变脸”，具有众多表现。反过来，在乙系拥有一套遵守国际单位制的时钟量尺的情况下，为了保证狭义相对论时空观的众多假设都能成立，爱因斯坦要求，甲系的一套时钟量尺，也应该随时改变科学仪器的工作规律，具有“魔术钟尺”的功能，可以“随时变脸”，具有众多表现。

在过去，正是因为爱因斯坦等人给乙系的一套时钟量尺赋予了“魔术钟尺”功能，这种“魔术钟尺”可以按照需要“随时变脸”，来满足狭义相对论时空观的众多假设要求，为狭义相对论提供支持性说法。因此，“魔术钟尺”及其“随时变脸”，就引发了100多年争论。

换个说法，在甲系拥有一套遵守国际单位制的时钟量尺的情况下，如果给乙系制造并使用三套时钟量尺，就可以很好地满足狭义相对论时空观的众多要求，这样，就不需要乙系的一套时钟量尺成为“魔术钟尺”，“随时变脸”了。具体如下：

首先，让甲系拥有一套遵守国际单位制，并显示时间值的时钟，以及显示长度值的量尺。目前在地球上、各种飞行器上、卫星上、空间站，所使用的时钟量尺，都是这样的情况。

其次，给乙系制造并使用第一套时钟，让它与甲系时钟是同步时钟，（甲系时钟△t=1秒）=（乙系时钟△T=1秒）；给乙系制造并使用第一套量尺，让它与甲系量尺是同长量尺，（甲系量尺△s=1米）=（乙系量尺△S=1米）；把甲系时钟量尺和乙系第一套时钟量尺联合使用，互测对方速度值，专钟专尺专用，不能混淆使用，就能保证两系互测等速假设u=u1=u2的成立。

第三，给乙系制造并使用第二套时钟，让它与甲系时钟是非同步时钟，它们的时间值关系符合动钟变慢假设（5），（甲系时钟△t=1秒）≠（乙系时钟△T=1秒）；给乙系制造并使用第二套量尺，让它与甲系量尺是非同长量尺，它们的长度值关系符合动尺变短假设（7），（甲系量尺△s=1米）≠（乙系量尺△S=1米）；把甲系时钟量尺和乙系第二套时钟量尺联合使用，专钟专尺专用，不能混淆使用，就可以支持两系测光等速假设C=C1=C2=299792458米/秒的成立；支持洛仑兹变换（3）成立；符合动钟变慢（5）的要求，符合动尺变短假设（7）的要求；支持同时的相对性（9）的成立。

第四，给乙系制造并使用第三套时钟，让它与甲系时钟是非同步时钟，它们的时间值关系符合动钟变慢假设（6），（甲系时钟△t=1秒）≠（乙系时钟△T=1秒）；给乙系制造并使用第三套量尺，让它与甲系量尺是非同长量尺，它们的长度值关系符合动尺变短假设（8），（甲系量尺△s=1米）≠（乙系量尺△S=1米）；把甲系时钟量尺和乙系第三套时钟量尺联合使用，专钟专尺专用，不能混淆使用，就可以支持两系测光等速假设C=C1=C2=299792458米/秒的成立；支持洛仑兹逆变换（4）成立；符合动钟变慢（6）的要求，符合动尺变短假设（8）的要求；支持同时的相对性（10）的成立。

但是，在实际情况中，人们不可能给乙系制造并使用三套时钟量尺，尤其是故意制造出第二套、第三套乙系时钟量尺，让它们跟甲系时钟量尺是非同步时钟和非同长量尺。如果这样做，就是违反现代科学技术宗旨，违反计量学原则，相当于故意制造混乱，人为制造麻烦。

交叉学科研究表明，在实际情况中，在地面实验室，在甲系所用时钟量尺遵守国际单位制情况下，在各种飞行器上、卫星上、空间站、有关的情况，乙系的时钟量尺，它们都不是狭义相对论时空观希望的“魔术钟尺”，它们都拒绝狭义相对论时空观要求的“随时变脸”。

——爱因斯坦假设出狭义相对论时空观，制造两个逻辑不自洽

现在，针对爱因斯坦未解之谜，可以说：

1、在狭义相对论时空观中，两系互测等速假设u=u1=u2，这是爱因斯坦继承了牛顿绝对时空观伽利略变换的两系互测等速假设u=u1=u2，物理意义大同小异。

在狭义相对论时空观中，甲系乙系第一个公共物理量u的成立条件是：在甲系拥有一套遵守国际单位制的时钟量尺时，让乙系时钟与甲系时钟是同步时钟，（甲系时钟△t=1秒）=（乙系时钟△T=1秒）；让乙系量尺与甲系量尺是同长量尺，（甲系量尺△s=1米）=（乙系量尺△S=1米）；由此就能保证两系互测等速假设u=u1=u2的成立。否则，两系互测等速假设u=u1=u2就不能成立。

但是，在狭义相对论时空观中，两系互测等速假设u=u1=u2的成立条件：（甲系时钟△t=1秒）=（乙系时钟△T=1秒）和（甲系量尺△s=1米）=（乙系量尺△S=1米），与动钟变慢假设（5）（6）要求的（甲系时钟△t=1秒）≠（乙系时钟△T=1秒），与动尺变短假设（7）（8）要求的（甲系量尺△s=1米）≠（乙系量尺△S=1米），它们相互矛盾，这是狭义相对论时空观的第一个逻辑不自洽。

2、在狭义相对论时空观中，甲系乙系第二个公共物理量C的成立条件是：让乙系时钟具有多功能，与甲系时钟的时间值关系符合动钟变慢假设（5）（6），即它们是非同步时钟，（甲系时钟△t=1秒）≠（乙系时钟△T=1秒）；让乙系的量尺具有多功能，与甲系量尺的长度值关系符合动尺变短假设（7）（8），即它们是非同长量尺，（甲系量尺△s=1米）≠（乙系量尺△S=1米）；这样，就可以保证两系测光等速假设C=C1=C2=299792458米/秒能够成立，同时还可以保证动钟变慢假设（5）（6）和动尺变短假设（7）（8）等，均能成立。否则，两系测光等速假设C=C1=C2=299792458米/秒等，就不能成立。

3、在狭义相对论时空观中，第一个公共物理量u，也就是两系互测等速假设u=u1=u2成立条件：（甲系时钟△t=1秒）=（乙系时钟△T=1秒），（甲系量尺△s=1米）=（乙系量尺△S=1米）；与第二个公共物理量C，也就是两系测光等速假设C=C1=C2=299792458米/秒的成立条件：（甲系时钟△t=1秒）≠（乙系时钟△T=1秒），（甲系量尺△s=1米）≠（乙系量尺△S=1米）；它们彼此相互矛盾，这是狭义相对论时空观的第二个逻辑不自洽。

4、在狭义相对论时空观中，洛仑兹变换（3）和逆变换（4）的成立条件是：甲系乙系的第一个公共物理量u，也就是两系互测等速假设u=u1=u2，必须成立；甲系乙系的第二个公共物理量C，也就是两系测光等速假设C=C1=C2=299792458米/秒，也必须成立。否则，洛仑兹变换（3）和逆变换（4）就不能成立。

但是，在狭义相对论时空观中：甲系乙系第一个公共物理量u的成立条件，甲系时钟和乙系时钟是同步时钟，（甲系时钟△t=1秒）=（乙系时钟△T=1秒），甲系量尺和乙系量尺是同长量尺，（甲系量尺△s=1米）=（乙系量尺△S=1米）；与甲系乙系第二个公共物理量C的成立条件，甲系时钟和乙系时钟是非同步时钟，（甲系时钟△t=1秒）≠（乙系时钟△T=1秒），甲系量尺和乙系量尺是非同长量尺，（甲系量尺△s=1米）≠（乙系量尺△S=1米）；它们是相互矛盾的，这就意味着，第一个公共物理量u的成立条件，第二个公共物理量C的成立条件，存在相互矛盾，不能同时存在。因此，狭义相对论时空观存在自相矛盾，存在逻辑不自洽。

在狭义相对论时空观中，在甲系拥有一套遵守国际单位制的时钟量尺的情况下，只有让乙系时钟具有多功能，与甲系的时钟既是同步时钟，（甲系时钟△t=1秒）=（乙系时钟△T=1秒），又是非同步时钟，（甲系时钟△t=1秒）≠（乙系时钟△T=1秒）；唯有让乙系量尺具有多功能，与甲系的量尺既是同长量尺，（甲系量尺△s=1米）=（乙系量尺△S=1米），又是非同长量尺，（甲系量尺△s=1米）≠（乙系量尺△S=1米）；在上述情况下，才能保证甲系乙系的两个公共物理量u和C，能够共同成立，进而保证洛仑兹变换和逆变换（3）（4）、保证动钟变慢假设（5）（6）、动尺变短假设（7）（8）和同时的相对性假设（9）（10）等，也能成立。

但是，能够满足上述多功能要求的乙系时钟量尺，违反国际单位制要求，在现实中无法存在，无人会制造这样的多功能时钟量尺。这也就意味着，在狭义相对论时空观中，洛仑兹变换（3）和逆变换（4）的成立条件，在理论上是自相矛盾的，存在逻辑不自洽；在实验和实践上，也没有实际的时钟量尺可以提供支持，没有来自实验的支持证据。

所以，狭义相对论时空观的洛仑兹变换（3）和逆变换（4），它们只能在狭义相对论时空观的理论图像中，依托具有多功能的“魔术钟尺”及其“随时变脸”，作为假设图像可以成立。在现实中，实际情况中，它们不能成立，它们得不到实际时钟量尺和测量实验的支持。

正是因为如此，爱因斯坦制造了狭义相对论时空观的内部自相矛盾，逻辑不自洽，与其它时空观也存在矛盾，与实验事实也存在矛盾，由此就导致了100多年矛盾和争论。

简略地说，在爱因斯坦狭义相对论时空观中，爱因斯坦认为甲系乙系的相对运动速度值u，甲系乙系测量同一光运动的光速值C，它们作为物理量，作为甲系乙系的时空关系桥梁，公共物理量，它们都是绝对的量值，不变的量值。因此，对甲系乙系时钟显示的时间值，量尺显示的长度值，对甲系乙系使用时钟量尺测到的时间值和长度值，爱因斯坦就提出了“魔术钟尺”和“随时变脸”要求。例如要求支持公共物理量u成立时，就要求时间值长度值是绝对的，不变的。而当要求支持公共物理量C成立时，就要求满足动钟变慢假设和动尺变短假设时，就要求时间值长度值是相对的，必须按照需要变化。

但是，爱因斯坦狭义相对论时空观的“魔术钟尺”和“随时变脸”，在现实世界中没有对应物，没有提供者。现代科技不会制造出这样的畸形时钟量尺，不会制造这样的违反国际单位制的时钟量尺。所以，爱因斯坦狭义相对论时空观的“魔术钟尺”和“随时变脸”，及其支持的狭义相对论时空观，就只能在理想情况中，在理论中存在和成立。

基于交叉学科时空观进行研究，可以发现，在实践中，在理论上，两系互测等速假设u=u1=u2能否成立，两系测光等速假设C=C1=C2=299792458米/秒能否成立，两个假设成立条件有何关系，洛仑兹变换能否成立，跟使用时钟量尺进行测量和约定密切相关，跟甲系时钟乙系时钟是否为同步时钟密切相关，跟甲系量尺乙系量尺是否为同长量尺密切相关。

综上所述，可以说，爱因斯坦狭义相对论时空观既有符合实际的内容，也有不符合实际的内容。爱因斯坦等人为了维护狭义相对论时空观众多假设的成立，对运动参照系时钟量尺提出了“魔术钟尺”和“随时变脸”等特别要求，并坚持100多年。爱因斯坦狭义相对论时空观已有的所谓证据，无法否认和圆满解决爱因斯坦未解之谜。这就是围绕爱因斯坦狭义相对论时空观产生100多年争论的根本原因。

6****创建交叉学科时空观，发现更多时空真相

使用眼睛观察、仪器实验、语言描述、数学描述、逻辑推理、假设想象等科学方法，基于系统学、计量学、宇航学、物理学、天文学、数学、逻辑学、心理学等学科的知识、实验和实践，进行交叉学科创新研究，就能发现更多真相，更上一层楼，就可以创新地建立交叉学科时空观。就能推动科学认识创新进步，推动实验、实践、技术和产品创新发展。

6.1****原型大象、大象图像、大象描述、复制图像，区别是什么？

人们面对的宇宙万物，就是现实中的实际情况，也就是所谓的客观事物，这就是科学研究对象。

科学研究者使用的科学认识方法，包括眼睛观察、仪器实验、语言描述、数学描述、逻辑推理、假设想象等科学方法。这也是物理学的研究方法。

形象地比喻，人们面对的宇宙万物，就像大象。进行认识活动的科学研究者，就像对大象进行认识活动的盲人。科学认识方法，就像盲人使用双手摸索大象，使用头脑想象大象。使用眼睛观察、仪器实验、语言描述、数学描述、逻辑推理、假设想象等科学方法，科学研究者可以把宇宙大象反映进头脑里，在头脑里建构宇宙大象图像。

在一定的历史时期，使用眼睛观察、仪器实验等认识方法，科学研究者可以摸索到大象的大腿和尾巴，并反映进头脑里。但是因为认识能力存在局限性，科学研究者暂时还摸索不到大象脑袋等内容。使用逻辑推理、假设想象等认识方法，科学研究者还可能在头脑里想象出大象翅膀，但是由于认识能力存在局限性，对于虚构的大象翅膀却是难辨真伪。这样，科学研究者就可能在头脑里建构“大象大腿+尾巴+翅膀”的宇宙大象图像，并据此构建“大象大腿+尾巴+翅膀”的宇宙大象理论。

对于头脑内部的宇宙大象反映、大象图像和科学认识，以及头脑之外实际的宇宙大象、研究对象和各种实际情况，科学研究者可以使用语言文字、名词术语、概念和逻辑、数学符号和方程、图片和图表等，给出描述，把它们变成头脑之外的认识描述，知识和信息。这样，就可以相互交流，检验真伪。

科学研究者头脑里的宇宙大象反映、大象图像和科学认识，科学研究者使用语言文字、数学方程等，对宇宙大象图像给出的认识描述，知识和信息，它们是否符合实际的宇宙大象，必须由实验和实践来判定。这样，关于大象大腿和尾巴的内容，就可以得到实验支持。关于大象翅膀的内容，就会遭到实验的否定。

当然，在一定历史时期，关于大象翅膀的假设，也可能貌似存在实验支持，被当成实际存在的事物，甚至构成权威认识和学说。但是，科学技术的创新发展，终究会证明，大象翅膀不存在，关于大象翅膀的说法得到实验支持，这是另有原因。

对于科学研究者使用语言文字、数学方程等形式，对宇宙大象图像给出的认识描述，知识和信息，大众可以学进自己的头脑里，在头脑里复制大象图像，力求与科学研究者头脑里的大象图像完全一样。但是，由于理解能力和思考能力有差别等原因，大众在头脑里复制大象图像，与科学研究者头脑里的大象图像，经常有差别，甚至差别巨大。

应该强调：

1、实际的宇宙大象，现实中的实际情况，这是科学研究者的认识对象，原型事物。

2、反映进科学研究者头脑里的宇宙大象图像，认识图像，理论图像，并不是原型本身，也不是对原型的写真摄像或全息拍照，而不过是有限近似的素描和速写，在素描和速写中，还可能存在错误。

3、科学研究者使用语言文字和数学方程等形式描述的宇宙大象图像，理论学说，知识和信息形式的大象认识，更是被简化，更加远离原型，只能算是简笔画和讲故事，甚至存在内容遗漏和图像扭曲等情况，存在错误几率更大，甚至难以避免。

4、理论学习者，大众在头脑里复制的大象图像，与科学研究者头脑里的大象图像及其给出的大象描述，常常有区别，跟原型大象更是距离甚远。

所以，上述四种内容：原型大象、实际的宇宙大象是一回事；研究者头脑里的大象反映，宇宙大象图像，是另一回事；研究者使用语言文字和数学方程等形式，对宇宙大象图像给出的描述，理论和知识，又是第三回事；学习者学进头脑的理论和知识，大众在头脑里复制的大象图像，则是第四回事。因为四者不是一回事，所以不能混为一谈。

但是，经常有科学研究者和理论学习者，他们搞不清、不知道：原型大象、大象图像、大象描述、复制图像，四者不是一回事。他们经常把四者当成一回事，混为一谈，混淆不清，不分优劣，不辨真伪。

一般地说，原型大象就是宇宙万物，实际事物。大象图像、大象描述、复制图像，跟原型大象具有如下关系：原型大象的一部分内容，例如大象大腿、尾巴，可以在大象图像、大象描述、复制图像中得到近似反映；原型大象不存在的内容，例如大象翅膀，可能在大象图像、大象描述、复制图像中被假设想象出来，被当成确有其事；原型大象实际存在的内容，例如大象脑袋等，在大象图像、大象描述、复制图像中可能有相关说法，但却有可能遭到否定，被认为是不存在的内容；原型大象实际存在的内容，例如大象的五脏六腑等，在大象图像、大象描述、复制图像中可能完全不存在，不知道还有这种具有决定意义的事物，完全是认识空白。

还应该指出，在科学研究中，研究者对所研究内容给出描述，作出报告时，需要使用写实手法，详细准确地描述现象和事实，对实际情况给出忠实描述，不能遗漏和扭曲事实，否则，就可能造成错误。但是，科学研究者在头脑里创建理论时，却经常需要使用理想化方法，使用近似方法，抓住重点和本质，忽略次要和表象，实现创建理论的预期目标。

牛顿建立力学理论时，就使用了理想化方法。例如把太阳和行星都理想化为质点，没有大小和形状，只有质量和引力作用。还有忽略普遍存在的引力和电磁力，假设存在不受任何外力作用的惯性系。

爱因斯坦建立狭义相对论的时候，也使用了理想化方法。例如忽略普遍存在的引力和电磁力，假设存在不受任何外力作用的惯性系。假设存在完全的真空，并在真空中研究光的传播和速度值。对时钟显示时间值的快慢变化，完全忽略时钟内部结构和外力作用的影响，只考虑相对运动效应，对量尺显示长度值的长短变化，也是完全忽略量尺内部结构和外力作用的影响，只考虑相对运动效应。爱因斯坦建立广义相对论时，也使用了类似的理想化方法。

这样，科学研究者往头脑里反映的宇宙大象图像，使用理想化方法建立的科学理论，就只是现实中实际情况的近似描述，实际的宇宙大象的有限描述，就是一种跟实际情况有差别的理想情况，近似内容。

所以，在理论中，在理想情况中存在的内容，在现实中，在实际情况中可能并不存在。例如质点、惯性系、真空、理想化钟尺，都是存在于理论中理想情况中，在现实中实际情况中都不存在。而且，在理论中理想情况中可以做到的事情，在现实中实际情况中也可能根本无法做到。例如在理论中可以说测定了电子围绕原子核运动的时间值是多少，但是在实际中可能根本测不准。还有在理想情况中可以说测定两个原子的直径大小相等，但是在实际情况中可能根本没有办法把两个原子的直径进行比较，确定谁大谁小。

同理，本文建立的交叉学科时空观，所介绍的给宇宙“按暂停键”方法，画出的t时刻暂停图，介绍的看到的同时情况，实际的同时情况，同步时钟，同长量尺等，前面已经介绍过的内容中，后面将要介绍的内容中，有一些情况，都是理论上的内容，理想情况中的内容，与现实中的情况存在一定差别，是实际情况的有限近似反映和描述。

上述情况，展示了如下科学原理：理论来源于实际，可以指导实践，但是理论又不是实际情况的摄像和拍照，不过是实际情况的速写素描或简笔画讲故事。

还应该指出，在有些情况中，为了建立理论，抓住重点和本质，忽略次要因素和表面现象，科学研究者会对一些现象和内容给予省略或弱化，但是，这样的省略和弱化，也有可能能恰恰是丢掉了真正的本质和原因，割裂了因果关系，背道而驰，事与愿违。

6.2 时间值长度值速度值和时钟和量尺简述

——时间描述可观测时间性质，时钟提供时间值

一切物质都有变化过程、先后顺序等可观测性质，例如人的出生、长大、衰老和死亡等，可称之为可观测时间性质。“时间”这个物理学名词，描述的就是一切物质都具有的变化过程、先后顺序等可观测时间性质。

为了定量描述一切物质都具有的可观测时间性质，物理学和计量学约定了量值基准，也就是国际单位制“秒”。1967年国际计量大会规定，铯133原子振动9192631770次所需的时间定义为1秒。换个说法，秒是铯133原子基态两个超精细能级之间跃迁对应辐射的 9192631770个周期所持续的时间。

根据上述国际单位制“秒”约定，人们制造了各种各样的代表物，也就是时钟。时钟显示的时间值，一方面是根据“秒”约定，对自身的可观测时间性质所做的定量描述；与此同时，时钟显示的时间值，也可以用来定量描述，测量描述其他事物的可观测时间性质。因此，时钟是定量描述可观测时间性质的测量工具、观测仪器。

在以往，对于物质的可观测时间性质，人们使用“时间”这个名词术语来描述；对于来自时钟的物理量时间值，人们也使用“时间”这个名词术语进行描述。这种一词多用，一词多义，造成了混淆和麻烦。建议在今后明确区分时间和时间值，各有所指，避免混淆。

时间这个物理概念，定性描述一切物质都具有的可观测时间性质；时间值这个物理量，定量描述时钟显示的时间量值，或者使用时钟测到的具体事物的时间值，两种时间值，均来自时钟。

——空间描述可观测空间性质，量尺提供长度值

一切物质都有大小、形状、体积、所处位置等可观测性质，例如人的外观、形态、体积、位置等，可称之为可观测空间性质。“空间”这个物理学名词术语，描述一切物质都具有的大小、形状、体积、所处位置等可观测空间性质。

在可观测空间性质中，在一直线上，两点的距离，可称之为可观测长度性质。例如人头顶到脚底的距离，小汽车的车头到车库墙壁的距离等，都是可观测长度性质。可观测长度性质，是可观测空间性质的一部分内容，也被称之为一维空间。

为了定量描述一切物质都具有的可观测长度性质和可观测空间性质，物理学和计量学约定了量值基准，也就是国际单位制的“米”。1983年国际计量大会做出决定，光在真空中1/299792458秒内所经过路程的长度定义为1米。换个说法，米是光在真空中299792458分之一秒的时间间隔内所经路径的长度。

根据上述国际单位制“米”约定，人们制造了各种各样的代表物，也就是量尺。量尺显示的长度值，一方面是根据“米”约定，对自身的可观测长度性质所做的定量描述；另一方面，量尺显示的长度值，还可以被用来定量描述，测量描述其他事物的可观测长度性质和可观测空间性质。因此，量尺是定量描述可观测长度性质和可观测空间性质的测量工具、观测仪器。

在以往，对于物质的可观测长度性质，人们使用“长度”这个名词术语给出了描述；对于来自量尺的长度值，人们也使用“长度”这个名词术语进行描述。这种一词多用，一词多义，造成了混淆和麻烦。建议人们在今后明确区分长度和长度值，各有所指，避免混淆。对于空间和空间值，也应明确区分。

长度这个物理概念，定性描述一切物质都具有的可观测长度性质；空间这个物理概念，定性描述一切物质都具有的可观测空间性质；长度值这个物理量，指量尺显示的长度量值，或者使用量尺测到的具体事物的长度值。上述两种长度值，均来自量尺。空间值这个物理量，指使用量尺测到的具体事物的空间量值。

在此强调，国际单位制约定：光在真空中1/299792458秒内所经过路程的长度定义为1米。这样定义的基本单位“米”，实际上对基本单位“秒”具有依赖性，这不符合基本单位应该具有独立性的要求。所以，人们应该研究具有独立性，更加稳定可靠，且与现行长度单位“米”具有衔接性的“升级版”长度单位。例如把某种原子直径长度的一定倍数研发为长度单位“米”。这可以推动国际单位制的长度单位“米”，创新发展和进步升级。

——谈论速度值，必须说明六要素

在物理学中，速度这个物理学概念、名词术语，主要指一切物体都具有的相对运动的快慢这种可观测性质。在物理学中，速度是描述物体运动快慢的物理量。

速度值，特指速度的量值。基于国际单位制，相对选定的参照物，观测者使用一定量尺，测量出运动物体一定量位移值Δs，再使用一定时钟测量出相应的时间值Δt，就可以计算获得运动物体的平均速度值v=Δs/Δt。对平均速度值求极限，就可以获得瞬时速度值v=ds/dt。

可以说，各种速度值，各种情况下的光速值，必须基于一定的单位制，由观测者使用时钟量尺测量获得Δs和Δt，然后计算出v=Δs/Δt和v=ds/dt的量值。就算是约定速度值、光速值，也需要根据速度值的定义v=Δs/Δt和v=ds/dt，也得基于一定的单位制和选定的时钟和量尺来进行，或者相对国际单位制的“秒”和“米”来约定。否则，说速度值是每秒多少米，所说每秒的依据是什么？所说1米的长度值如何确定？

实验和实践表明，对于同一物体相对同一参照物的运动，使用不同的时钟和量尺组合进行测量和计算，获得的速度值可能会有所不同。因为不同的时钟显示的时间值，可能略有差别，快慢不一，这就是所谓的非同步时钟；不同的量尺显示的长度值，可能略有差别，有长有短，这就是所谓的非同长量尺。

所以，人们谈论速度值这个物理量的时候，应该说明六要素：一是单位制，二是运动物体，三是参照物，四是所用时钟，五是所用量尺，六是测量和计算方法。说明速度值六要素，谈论速度值，就可以避免随意说说和矛盾争论。否则，就可能导致有关的争论和矛盾。

——除了约定的情况，一般情况下的光速值应该使用时钟量尺测量确定

在物理学和计量学中，根据国际单位制“米”约定，在提供国际米的装置中，特定光在真空中1/299792458秒时间值里行进的路程，被约定为1米。这就相当于约定，在提供国际米的实验装置中，特定光相对装置本身，也就是相对静止在装置中的光源，特定光的运动速度值为v=Δs/Δt=1米/（1/299792458）秒=299792458米/秒。

对于上述特定情况下约定的光速值，可使用大写字母C表示为C=299792458米/秒。这样约定的光速值，相当于根据国际单位制，使用特定时钟和特定量尺测量确定了特定光相对特定参照物的速度值，这相当于实验结果。

在物理学的电磁学中，人们约定真空中的介电常数和磁导率时，也约定在特定的条件下，特定的电磁波，相对电磁波源的速度值为C=299792458米/秒。这就是人们可以从电磁学的麦克斯韦方程中推导出电磁波速度值是C=299792458米/秒的原因。这样约定的电磁波速度值，也相当于根据国际单位制，使用特定时钟和特定量尺测量确定了特定电磁波相对特定参照物的速度值，这也相当于实验结果。

但是，上述两种速度值C=299792458米/秒，都是特定条件下的约定，是基于国际单位制，针对特定光、特定电磁波、特定参照物、特定时钟、特定量尺、特定测量方法，所做的有限约定。不是针对所有单位制、所有光、所有电磁波、所有参照物、所有时钟、所有量尺、所有测量方法，所做的无限约定。所以，这样约定的两种速度值C=299792458米/秒，不具有无限推广的实验依据和理论依据。若无条件地推广到所有的情况，必然是缺乏时钟量尺测量实验的支持。

在实际情况中，即使同一光相对同一参照物，使用不同的时钟和量尺组合进行测量和计算，确定的光速值也可以有所不同。因为不同时钟可能是不同步时钟，快慢不一，不同量尺可能是不同长量尺，有长有短。

这也就是说，基于国际单位制，除了在约定光速值和约定电磁波速度值的两种特殊情况，可以无条件认定C=299792458米/秒之外，在其他情况中，任意光相对任意参照物的速度值，任意电磁波相对任意参照物的速度值，都应该使用具体的时钟和量尺组合，通过具体测量和计算来确定。而不能把特定条件下约定的速度值C=299792458米/秒无条件地推广应用，想当然地认为任意情况下的光速值电磁波速值，都是C=299792458米/秒。更不能把假设的光速值当做实验测量结果来说事，否则，就会制造矛盾，导致有关争论。

——关于时空单位，国际单位制和“私人单位制”有区别

国际单位制中与时空单位有关的那部分内容，宗旨如下：

1、竭尽全力做到，让基本单位“1秒”的时间长度，使用各种时钟复现的“1秒”，时钟在各种情况下显示的“1秒”，实践中和理论上的“1秒”，都是相等长度的时间，保证实现：（秒定义1秒时长）=（时钟△t=1秒）。

2、竭尽全力做到，让基本单位“1米”的空间长度，使用各种量尺复现的“1米”，量尺在各种情况下显示的“1米”，实践中和理论上的“1米”，都是相等的空间长度，保证实现：（米定义1米长度）=（量尺1米长度）。

3、根据速度定义v=△s/△t和v=ds/dt，可以定义速度的单位“1米/秒”。相对运动的甲系和乙系，甲系观测者使用时钟量尺，乙系观测者使用时钟量尺，他们互相测量对方速度值，或者测量同一运动物体相对各自参照系的速度值时，他们需要竭尽全力做到：甲系时钟和乙系时钟一直是同步时钟，对此可以表示为（甲系时钟△t=1秒）=（乙系时钟△T=1秒），甲系量尺和乙系量尺一直是同长量尺，对此可以表示为（甲系量尺△s=1米）=（乙系量尺△S=1米）。

4、在实际情况中，如果甲系时钟和乙系时钟不是同步时钟，则它们的时间值关系可表示为（甲系时钟△t=1秒）≠（乙系时钟△T=1秒），如果甲系量尺和乙系量尺不是同长量尺，则它们的长度值关系可表示为（甲系量尺△s=1米）≠（乙系量尺△S=1米）。在此情况下，甲系乙系观测者使用时钟量尺，互相测量对方速度值，或者测量同一运动物体相对各自参照系的速度值，就需要具体问题具体分析。

假设按照国际单位制要求制造了两个时钟，甲时钟和乙时钟，如果甲时钟显示的每个“1秒”，都与国际单位制约定的“1秒”是等长时间，对此可表示为（甲时钟△t=1秒）=（秒定义1秒时长）；但是，如果乙时钟显示的“1秒”，与国际单位制约定的“1秒”不是等长时间，那么对此可表示为（乙时钟△t=1秒）≠（秒定义1秒时长），因此还有（甲时钟△t=1秒）≠（乙时钟△T=1秒）。对此情况，可称为乙时钟有误差，偏离了国际单位制“1秒”要求。

假设按照国际单位制要求制造了两个量尺，甲量尺乙量尺，如果甲量尺显示的“1米”，与国际单位制约定的“1米”一直是相等长度，对此可表示为（甲量尺1米长度）=（米定义1米长度）；但是，如果乙量尺显示的“1米”，与国际单位制约定的“1米”不是相等长度，那么对此可表示为（乙量尺1米长度）≠（米定义1米长度），因此还有（甲量尺△s=1米）≠（乙量尺△S=1米）。就此，可称为乙量尺有误差，偏离了国际单位制“1米”要求。

在上述情况中，由于甲时钟甲量尺，乙时钟乙量尺，都是基于国际单位制制造的，都谋求忠实地复现国际单位制的基本单位“1秒”和“1米”，所以，尽管乙时钟乙量尺产生了误差，偏离了国际单位制“1秒”和“1米”，但是，上述问题仍属于国际单位制的内部问题。

然而，如果制造两个时钟，甲时钟乙时钟，一方面，竭尽全力地做到：甲时钟显示的每个“1秒”，都与国际单位制约定的“1秒”是等长时间，因此有（甲时钟△t=1秒）=（秒定义1秒时长）；另一方面，清晰明确地把乙时钟制造成不遵守国际单位制的时钟，让乙时钟显示的“1秒”，与国际单位制的“1秒”不是等长时间，即有（乙时钟△T=1秒）≠（秒定义1秒时长），因此还有（乙时钟△T=1秒）≠（甲时钟△t=1秒）。在这种情况，根据国际单位制规则，甲时钟的“1秒”，乙时钟的“1秒”，虽然都叫“秒”，但是，甲时钟的“1秒”，乙时钟的“1秒”，物理内容，时间长度，已经均不相同。

上述情况，就等于针对乙时钟，另外约定了不同于国际单位制的“私人单位制”，乙时钟就是按照“私人单位制”制造出来，并显示时间值的时钟，所以才会有（乙时钟△T=1秒）≠（秒定义1秒时长），以及（乙时钟△T=1秒）≠（甲时钟△t=1秒）。

例如在商品销售中，称量食品质量的各种称，它们都被竭尽全力地制造成遵守国际单位制质量基准“千克”的称。使用合格的各种称,来称量一个苹果的质量时，彼此误差会很小。但是，造假商贩使用的假称，称量同一苹果的质量时，结果却有巨大差别。在此情况中，造假商贩使用的假称，就相当于遵守“私人单位制”的假称，而不是遵守国际单位制的合格称。

也可以针对两个量尺，甲量尺乙量尺，进行类似讨论，并得出相似结论：一方面，可把甲量尺制造成遵守国际单位制，并显示长度值的量尺；另一方面，还可针对乙量尺，约定不同于国际单位制的“私人单位制”，把乙量尺制造成按照“私人单位制”显示长度值的量尺。

在实践中，在理论上，如果不加区分，不做说明，就把国际单位制和“私人单位制”混合使用，那么由此，就难免会产生矛盾和争论，甚至导致灾难。

据资料，1998年2月，美国宇航局（NASA）发射了一颗火星气象探测卫星，预定在1999年9月23日进入火星轨道。但在卫星飞抵火星时，研究人员发现，卫星并没有进入预定的火星轨道，而是直接闯入火星大气层后坠毁了。NASA调查发现，造成这次事故的原因是：参与实验的洛克希德·马丁空间系统公司为探测活动提供的重要数据中存在英制单位“磅力”，被探测卫星导航人员误当成了国际单位制的“牛顿”，没有进行单位换算，一直错误使用；这种英制单位和国际单位制混合使用的错误，一直未被发现，因此导致调整探测卫星航向过程中，一直存在违反设计要求的“错误推动力”，最终造成了卫星坠毁、实验失败和数亿美元损失。上述航天实践中混合使用国际单位制和其他单位制的问题，值得高度重视和认真研究。

6.3 光信号延迟和暂停图

——光信号延迟和t时刻暂停图

太阳发出的光，从太阳运动到地球，需要经历8分钟时间值，走过1.5亿公里路程，这就是光信号延迟。在现代科技实验和实践中，光信号延迟普遍存在。参见图三。

在观看手机、电脑视频时，给播放中的视频按下暂停键，就可以得到暂停的视频平面图像。在暂停态视频平面图像中，图像中的每个具体内容都有确定的图像、形状、相对位置、相互关系等。

与上相似，针对物理学理论研究，可以做出如下假设：设甲观测者所持甲时钟显示t时刻值时（或者乙观测者所持时钟显示T时刻值时），给全宇宙按下“暂停键”，这就类似于给电脑、手机播放的视频图像按下暂停键。由此，立体的、运动变化的宇宙就静止不动了，宇宙中所有的事物就全都凝固不变了，这就构成了一幅t时刻暂停态立体宇宙图像（或者T时刻暂停态立体宇宙图像）。实际上，手机、电脑视频的“t时刻”暂停态图像，就相当于以平面图像形式，展示了t时刻暂停态立体宇宙图像的一部分内容，一种具体情况。

在t时刻暂停的、静止不动、凝固不变的立体宇宙图像中，所有事物都具有确定的结构、形状、相对位置、相互关系等。所有的光信号全都停在了路上，其中有些光信号停在了发出地，有些光信号停在了传播路上，有些光信号停在了观测者眼睛前面。在t时刻暂停态立体宇宙图像中存在的所有内容和状态，都是“t时刻同时事件”。

具体说，t时刻暂停态立体宇宙图像中，人说话，五官表情，身体活动的情况，在t时刻暂停的一瞬间，就凝固成雕塑了；枪打出的子弹，在t时刻暂停图中，停在枪口处，停止飞行了；天上飞行的卫星、飞机、导弹，地面上奔驰的汽车、火车、轮船，在t时刻暂停的一瞬间，全都静止在原地了；地球上所有的事物，全都在t时刻暂停的一瞬间，凝固静止成不变的立体图像了；太阳在t时刻暂停的一瞬间，停止了运动变化，太阳发出的光线，全都停在路上，静止凝固了；宇宙的万事万物，全都在t时刻暂停的一瞬间，静止不动，凝固不变了……

对于t时刻暂停态立体宇宙图像中的内容，可以按照需要，把其中的一些内容画出来，并简称为t时刻暂停图。t时刻暂停图，是t时刻暂停态全景立体宇宙图像的简化版。

根据暂停图的内容和作用，可以说，t时刻暂停图中的内容，就是当下、眼前的宇宙事物；t-△t时刻暂停图的内容，就是过去、以往的宇宙事物，它们发展变化的结果，构成了t时刻暂停图的内容；t+△t时刻暂停图的内容，就是将来、未来的宇宙事物，它们是t时刻暂停图内容发展变化的结果，正在迎面而来。宇宙事物，从过去到现在，从现在到将来，经历一个又一个暂停图内容，连绵不断，一往无前，运动作用，发展变化。

——t时刻看到的同时事件和t时刻实际的同时事件

对于手持时钟、处在地面特定位置的甲观测者而言，在t时刻暂停图中，在观测者的时钟显示t时刻值时，有大量光信号，同时到达了观测者的眼睛，被眼睛看见了，这都是t时刻看到光信号事件。T时刻看到光信号事件，让观测者的眼睛看到了各种事物的存在状况。

在t时刻暂停图中，观测者的眼睛同时看到的光信号，是有远有近的不同事物，在t-△t1、t-△t2、t-△t3……时刻，有先有后地发出，经历了不同的传播时间，经历了不同传播距离，同时到达了观测者的眼前。在此情况中，观测者眼睛同时看到的各种情况，就是t时刻看到的同时事件。观测者在t时刻和t+△t时刻先后看到的情况，就是看到的非同时事件。

对于手持时钟、处在地面特定位置的甲观测者而言，在t时刻暂停图中，当观测者的时钟显示t时刻值时，有远有近的不同事物还同时发出了光信号，这都是t时刻发出光信号事件。t时刻发出光信号事件，展示了各种事物的存在状况。

在t时刻暂停图中，各种事物发出光信号，所展示的共同存在情况，就是t时刻实际的同时事件。分别存在于t时刻暂停图和t+△t时刻暂停图中的内容，就是实际的非同时事件。

t时刻实际的同时事件发出的光信号，要经历不同传播时间，经历不同传播距离，在t+△t1、t+△t2、t+△t3……时刻，有先有后地飞行到观测者眼睛，被看到。

在t时刻暂停图中，t时刻同时发出的光信号，t时刻实际的同时事件，t时刻同时到达观测者的光信号，t时刻看到的同时事件，它们共同存在。人们讨论物理学问题时，有些情况，谈论的是t时刻暂停图的内容。有些情况，是把t时刻暂停态图的内容，跟t-△t时刻暂停图内容，或者t+△t时刻暂停图的内容，进行对比。但是，都应该给出必要说明，不能交错混谈。否则，就可能导致混淆和矛盾。

——△t=1秒过程图，同步时钟和同长量尺

根据国际单位制“时空单位内容”的宗旨，可以把t时刻暂停图与t+△t时刻暂停图，进行对比研究，获得重要结论。

如图四所示，在甲时钟显示t=0秒时刻值时，给宇宙按下暂停键，在甲时钟t=0秒暂停图中，设甲时钟、乙时钟和丙时钟分别显示t1=0秒、T1=0秒、t1′=0秒时刻值。

应该说明，在实际动态的宇宙中，甲时钟、乙时钟和丙时钟可以相对静止或相对运动，但是在甲时钟t时刻暂停图中，宇宙万物都已经“瞬间暂停”，因此，甲时钟、乙时钟和丙时钟也都处于暂停态，它们各自显示t1=0秒、T1=0秒、t1′=0秒，暂停态的时刻值。

打个比喻，手机、电脑播放视频时，视频里的所有内容都在运动变化，但是，按下暂停键后，视频里的全部内容，就全都静止不动了；如果视频中有三个时钟，它们被暂停时显示的时间值，就静止凝固在暂停图上了，就会显示暂停时的时间值关系。当然，是手机摄像头“看到的”三个时钟的时间值关系。而在t时刻暂停图上，如果有三个时钟，甲时钟乙时钟丙时钟，它们暂停时显示的时间值，却是t时刻发出光信号的情况，显示了t时刻暂停时，甲时钟乙时钟丙时钟，三个时钟“实际的”时间值关系。

在t时刻给宇宙按下暂停键，获得t时刻暂停图，这是进行理论研究的方法。类似的方法，在科学研究中广泛存在。实际中的动态情况，可以在理论研究中，在暂停图中暂停下来。

在甲时钟增加△t=1秒时间值，显示t2=1秒时刻值时，再次给宇宙按下暂停键，在t2=1秒暂停图中，设甲时钟、乙时钟和丙时钟分别显示t2=1秒、T2=1秒、t2′=0.5秒时刻值。

这样，从甲时钟t1=0秒暂停图的情况，发展到t2=1秒暂停图的情况，甲时钟显示的时间值经历了“从0秒到1秒”的过程，△t=t2-t1=1秒；乙时钟显示的时间值经历了“从0秒到1秒”的过程，△T=T2-T1=1秒。

这也就是说，甲时钟经历“从0秒到1秒”的过程，乙时钟经历“从0秒到1秒”的过程，是相同长度的时间，对这种关系，可表示为（甲时钟△t=1秒）=（乙时钟△T=1秒）。据此，可把甲时钟和乙时钟称之为同步时钟。

但是，从甲时钟t1=0秒暂停图的情况，发展到t2=1秒暂停图的情况，相应于甲时钟显示的时间值经历“从0秒到1秒”的过程，△t=t2-t1=1秒，丙时钟显示的时间值则是经历了“从0秒到0.5秒”的过程，△t′= t2′-t1′=0.5秒。

这也就是说，丙时钟经历“从0秒到0.5秒”的过程，与甲时钟经历“从0秒到1秒”的过程（也是乙时钟经历“从0秒到1秒”的过程），是相同长度的时间。对这种关系，可表示为（丙时钟△t′=1秒）≠（甲时钟△t=1秒），以及（丙时钟△t′=1秒）≠（乙时钟△T=1秒）。据此，可把丙时钟和甲时钟（乙时钟）称之为非同步时钟。

举例说，在一苹果树下有甲时钟丙时钟，对于一个苹果从树上落地的现象，使用甲时钟进行测量，苹果从树上掉到地面，经历了△t=1秒时间值。使用丙时钟进行测量，苹果从树上掉到地面，则是经历了△t′=0.5秒时间值。

在甲时钟t1=0秒暂停图中，设甲量尺、乙量尺和丙量尺1米长度的起始点刻度，均对齐。甲量尺和乙量尺1米长度的终止点刻度，也对齐。但丙量尺1米长度的终止点刻度，却与甲量尺（乙量尺）的0.5米刻度对齐。在甲时钟t2=1秒暂停图中，设甲量尺、乙量尺和丙量尺1米长度的起始点刻度对齐情况，终止点刻度对齐情况，依然如上，均无改变。

这样，从甲时钟t1=0秒暂停图的情况，发展到t2=1秒暂停图的情况，甲量尺的1米长度，与乙量尺的1米长度，一直是相等的长度，对这种关系，可表示为（甲量尺△s=1米）=（乙量尺△S=1米）。据此，可把甲量尺乙量尺称之为同长量尺。

然而，从甲时钟t1=0秒暂停图的情况，发展到t2=1秒暂停图的情况，丙量尺的1米长度，却与甲量尺的0.5米长度（也是乙量尺的0.5米长度），一直是相等的长度；这也就是说，丙量尺的“2米”长度，与甲量尺的1米长度（也是乙量尺的1米长度），一直是相等的长度；对上述关系，可表示为（丙量尺△s=1米）≠（甲量尺△S=1米），以及（丙量尺△s=1米）≠（乙量尺△S=1米）。据此，可把丙量尺和甲量尺（乙量尺）称之为非同长量尺。

如上所述，把甲时钟t时刻暂停图，与甲时钟t+△t时刻暂停图进行比较研究，可以得出关于“同步时钟”“非同步时钟”“同长量尺”“非同长量尺”的重要结论。

为对比研究基本单位“1秒”的时间长度，使用各种时钟复现的“1秒”，时钟在各种情况下显示的“1秒”，实践中和理论上的“1秒”，可以把t时刻暂停图和t+1秒暂停图画在一起，或者画在同一张图上，对这样的暂停图，可称之为△t=1秒过程图。也可以画出△t=n秒任意时间长度的过程图。t时刻暂停图，t+△t时刻暂停图，△t=1秒过程图，△t时间过程图，这都是交叉学科时空观的重要内容。

使用△t=1秒过程图，对比研究基本单位“1米”的空间长度，使用各种量尺复现的“1米”，量尺在各种情况下显示的“1米”，实践中和理论上的“1米”，也能获得重要结论。上述方法，也是重要方法，也是交叉学科时空观的重要内容。

6.4 时钟显示时间值规律和量尺显示长度值规律

在宇航科技、天文观测、工程技术、信息科技的具体实践中，时钟是重要的计时工具、测时工具。

以原子钟为例说，原子钟是具有基准系统、动力系统、连接系统、显示系统的时间机器。原子钟显示的时间值，走快或走慢的影响因素，主要包括内因和外因两部分。

内因包括：原子钟自身原子频标的稳定性，时间偏差、频率偏差、频率漂移、工作电压稳定性、元件老化影响等，这是导致原子钟走快或走慢的内部因素。

外因包括：原子钟工作环境中的温度、湿度、压强、振动、辐射、磁力、电力、引力等因素的作用等，这是导致原子钟走快或走慢的外部因素。

上述内因和外因可以影响原子钟走快或走慢，这是原子钟作为动力学系统遵守能量守恒定律所决定的必然结果。

概括地说，现代科技制造的时钟，由基准系统、动力系统、传动系统和显时系统等子系统联合构成，是开放复杂动力学系统，时钟显示的时间值，是动力学系统运动的一部分内容。时钟的系统运动和所显示的时间值，跟系统内部的结构、运动和作用，跟系统所受的电磁力、引力、温度、湿度、压强、辐射等外界作用，均有密切关系。参见图五。

进行交叉学科研究可知，在惯性系理想条件下，内部结构相同，均不受外力作用，相对静止或相对匀速直线运动的两个时钟，以穿过两时钟连线中点且垂直连线的平面为对称面，具有镜面对称关系，这样的两时钟是同步时钟，所显示的时间值一直相等。如上所述两个同步时钟受到不同外界作用时，两个同步时钟会变成不同步时钟，所显示的时间值变成快慢不同，动钟变慢或动钟变快都可以发生。对上述内容，可称之为时钟时间值规律。

针对两个时钟的时间值关系，把t时刻暂停态立体宇宙图像，与t+△t时刻暂停态立体宇宙图像进行比较，就可以看清，两个时钟能否成为同步时钟，跟它们受到的外界作用变化密切相关，同时存在的两个时钟的相对静止或相对运动，却不过是表面现象，不是决定因素。

与时钟的情况相似，目前人们使用的，作为现代科技产品的量尺，也是开放复杂动力学系统，量尺显示的长度值，也是动力学系统运动的一部分内容。

进行交叉学科研究可知，在惯性系理想条件下，内部结构相同，均不受外力作用，相对静止或匀速直线运动的两个量尺，以穿过两量尺连线中点且垂直连线的平面为对称面，具有镜面对称关系，这样的两量尺是同长量尺，所显示的长度值一直相等。如上所述两个同长量尺受到不同外界作用时，两个同长量尺会变成不同长量尺，所显示的长度值变成长短不同，动尺变短和动尺变长都可以发生。对上述内容，可称之为量尺长度值规律。

针对两个量尺的长度值关系，把t时刻暂停态立体宇宙图像，与t+△t时刻暂停态立体宇宙图像进行比较，就可以看清，两个量尺能否成为同长量尺，跟它们受到的作用变化变化密切相关，同时存在的两个量尺的相对静止或相对运动，却不过是表面现象，不是决定因素。

6.5 基于时钟量尺测量速度值和约定光速值

——两系测量速度值，可以不相等也可以相等

在地球表面的实验室，一些观测者可以使用时钟量尺，测量物体的运动时间值、长度值、速度值等。上述观测者、时钟、量尺、运动参照物、所选坐标系等，就构成了地面参照系。

相对地面参照系，在飞机、空间站、船舶和潜水艇中，也可以有观测者、时钟、量尺、运动参照物、所选坐标系等，这就构成了与地面参照系相对而言的运动参照系。

设甲观测者使用甲时钟甲量尺，丙观测者使用丙时钟丙量尺，他们联合进行测量实验。

如前所述，由于甲时钟和丙时钟是非同步时钟，甲时钟显示的时间值经历“△t=1秒”的过程，与丙时钟显示的时间值经历“△t′=0.5秒”的过程，一直是相同长度的时间，所以有（甲时钟△t=1秒）≠（丙时钟△t′=1秒）。因为甲量尺和丙量尺是非同长量尺，甲量尺显示的“0.5米”长度，与丙量尺显示的“1米”长度，一直是相等的长度，所以有（甲量尺△s=1米）≠（丙量尺△S=1米）。

在上述情况下，设甲观测者和丙观测者都静止在地面上，另设有一人在地面上行走，若甲观测者使用甲时钟甲量尺测得该人相对地面的速度值是v=1米/秒，那么，丙观测者使用丙时钟丙量尺测得的该人相对地面速度值，就会是V=4米/秒。

设甲观测者使用甲时钟甲量尺等，构成甲参照系，甲参照系可以有很多观测者和时钟量尺，联合进行测量活动。设丙观测者使用丙时钟丙量尺等，构成丙参照系，丙参照系也可以有很多观测者和时钟量尺，联合进行测量实验。

在上述情况下，设甲系和丙系相对做匀速直线运动，甲系甲观测者使用甲时钟甲量尺测到丙观测者相对甲系的速度值是v=1米/秒，那么，丙系丙观测者使用丙时钟丙量尺测到的甲观测者相对丙系的速度值，就会是V=4米/秒。

上述事例表明，在甲时钟和丙时钟是非同步时钟，甲量尺和丙量尺是非同长量尺的情况下，两系互测等速假设u=u1=u2，是无法成立的。

换一种情况，设甲观测者使用甲时钟甲量尺，乙观测者使用乙时钟乙量尺。如前所述，因为甲时钟和乙时钟是同步时钟，甲时钟显示的时间值经历“△t=1秒”的过程，与乙时钟显示的时间值经历“△T=1”的过程，一直是相同长度的时间，因此有（甲时钟△t=1秒）=（乙时钟△T=1秒）。由于甲量尺和乙量尺是同长量尺，甲量尺显示的“△s=1米”长度，与乙量尺显示的“△S=1米”长度，一直是相等的长度，所以有（甲系量尺△s=1米）=（乙系量尺△S=1米）。

在上述情况下，设甲观测者和乙观测者都静止在地面上，另设有一人在地面上行走，若甲观测者使用甲时钟甲量尺测得该人相对地面的速度值是v=1米/秒，那么，乙观测者使用乙时钟乙量尺测得的该人相对地面速度值，也是V=1米/秒。

设甲观测者使用甲时钟甲量尺等，构成甲参照系，甲参照系可以有很多观测者和时钟量尺，联合进行测量活动。设乙观测者使用乙时钟乙量尺等，构成乙参照系，乙参照系也可以有很多观测者和时钟量尺，联合进行测量实验。

在上述情况下，设甲系乙系相对做匀速直线运动，甲系甲观测者使用甲时钟甲量尺测到乙观测者相对甲系的速度值是v=1米/秒，那么，乙观测者使用乙时钟乙量尺测到的甲观测者相对乙系的速度值，也是V=1米/秒。

这也就是说，在甲时钟和乙时钟是同步时钟，甲量尺和乙量尺是同长量尺的情况下，两系互测等速假设u=u1=u2，可以成立。

——研究追光实验，观测者使用时钟量尺测量速度值和光速值

在未来，地球人有可能面对如下问题：设有一个外星飞船飞向太阳系，目标是地球，在接近地球过程中，外星飞船向地球发射了一个强光束。

针对上述情况，可以在地球上建立一个直角坐标系oxyz，把坐标系原点固定在地球的球心，让该坐标系y轴是地球自转轴，x轴指向外星飞船，对于该坐标系，以及地球人使用的时钟量尺等，合并起来，可称之为地心参照系。

相对地心参照系，设外星飞船飞向地球的速度值是v（可以是随时间值变化的速度值），外星飞船发出的强光束速度值是C1，中国载人空间站绕地球飞行，近似圆形轨道线速度值为u1（可以是随时间值变化的速度值），西安地面指挥站与地球一同转动，自转线速度值为u2。

在上述情况下，西安地面指挥站人员可以使用自己的时钟量尺等测量仪器，测量确定v、C1、u1、u2的具体量值。西安地面指挥站人员还可以使用自己的时钟量尺等测量仪器，测量确定外星飞船相对中国空间站的速度值，测量确定外星飞船发出的强光束相对中国空间站的光速值等。

针对上述情况，还可以在中国空间站建立直角坐标系OXYZ，对于该坐标系，还有中国空间站航天员使用的时钟量尺等，合并起来，可称之为空间站参照系。中国空间站航天员可以使用自己的时钟量尺等测量仪器，测量确定外星飞船相对空间站参照系的速度值V（可以是随时间值变化的速度值），外星飞船发出的强光束相对空间站的速度值C2，西安地面指挥站相对空间站参照系的“转动”速度值u1，西安地面指挥站与地球一同转动，自转线速度值为u2等。中国空间站航天员还可以使用自己的时钟量尺等测量仪器，测量确定外星飞船相对西安地面指挥站的速度值，测量确定外星飞船发出的强光束相对西安地面指挥站的光速值等。

针对上述情况，如果在太阳上建立一个直角坐标系oxyz，把坐标系原点固定在太阳的球心，那么对于该坐标系，以及地球人使用的时钟量尺等，合并起来，可称之为太阳参照系。相对太阳参照系，地球和中国空间站既有绕太阳的公转运动，又有自转和绕地球转动等。在上述情况下，外星飞船，外星飞船发射的强光束，中国空间站，西安地面指挥站和地球，它们具有复杂的相对运动，并有相应的速度值。

针对上述情况，也可以在外星飞船上建立坐标系oxyz，对于该坐标系，还有外星飞船使用的时钟量尺等，合并起来，可称之为外星飞船参照系。相对外星飞船参照系，太阳系、地球、西安地面指挥站和中国空间站，外星飞船发射的强光束，它们也具有复杂的相对运动，并有相应的速度值。

对于上述问题，限于篇幅，难以详细讨论。在此，讨论一个类似的问题，相当于简化版的问题，也就是追光实验。

如图六所示，为说明情况，设计一个追光实验。设在真空中惯性系理想条件下，有多个持时钟量尺的观测者静止在直角坐标系oxyz，他们构成甲参照系；甲系静止在地球表面，甲系x轴正方向指向月球；设另有多个持时钟量尺的观测者静止在直角坐标系OXYZ，他们构成乙参照系；甲系乙系的x、X轴重合，y、Y轴平行，z、Z轴也平行，乙系沿x、X轴正方向匀速运动，也就是向月球运动。

设甲系乙系时钟时间值t=T=0时刻，甲系乙系原点o、O重合在一起，此刻，甲系原点o处观测者向38万公里远处的月球，发出一束光，在同时、同地、同向，乙系原点O处的观测者也向月球飞去，成为追光者，这就是一个追光实验。

在讨论追光实验时，要使用物理学在理想情况下研究问题的方法。把甲系观测者及其时钟量尺、乙系观测者及其时钟量尺、光源、光束等，都看成理想化的质点，无形状、无大小。这样，在甲系时钟t= 0时刻暂停图上，或者乙系时钟T=0时刻暂停图上，甲系原点o处观测者作为质点、乙系原点O处观测者作为质点，点光源和光束作为质点，它们就可以重合在同一点。此刻，拥有共同出发点的光束和乙系原点O处观测者，沿地月连线，都向月球飞去，在此情况下，乙系原点O处观测者，就是乙系追光者的代表，可简称为追光者。

设甲系时钟时刻值从t=0秒增加到t=1秒，经历△t=1秒时间值，显示t=1秒时刻值时，给宇宙按下“暂停键”。针对甲系时钟t=1秒暂停图，设甲系观测者使用时钟量尺测得如下结果：光束相对甲系原点o的距离值△s1=299792458米，光束相对甲系光速值v1=△s1/△t =299792458米/秒；乙系原点O处追光者相对甲系原点o的距离值△s2=299792457.5米，追光者相对甲系的速度值v2=△s2/△t =299792457.5米/秒；光束相对追光者的距离值△s3=△s1-△s2=0.5米，光束相对追光者的速度值v3=△s3/△t=0.5米/秒。

设甲系时钟时刻值从t=0秒增加到t=1.2675435618秒，经历△t=1.2675435618秒时间值，显示t=1.2675435618秒时刻值时，给宇宙按下“暂停键”，针对t=1.2675435618秒暂停图，设甲系观测者使用时钟量尺测得如下结果：光束相对甲系原点o距离值△s1=380000000米，此刻光束抵达月球表面；追光者相对甲系原点o距离值△s2=379999999.3803251米，光束相对追光者距离值△s3=△s1-△s2=0.6196749米，追光者与月球距离值△s3=0.6196749米。

设甲系时钟时刻值从t=0秒增加到t=1.2675435639秒，经历△t=1.2675435639秒时间值，显示t=1.2675435639秒时刻值时，给宇宙按下“暂停键”，针对t=1.2675435639秒暂停图，设甲系观测者使用时钟量尺测得如下结果：追光者相对甲系原点o距离值△s2=380000000米，追光者到达月球表面。

对上述“追光景象”，应该特别说明：在甲系、乙系时钟时间值t=T=0时刻，在甲系时钟t= 0秒暂停图上，光束与追光者处在“同一起飞点”，就像百米赛跑运动员具有同一起跑线。此刻，沿地月连线，光束以v1=299792458米/秒速度值向月球飞行，追光者以v2=299792457.5米/秒速度值向月球飞行。

在甲系时钟t=1秒暂停图上，光束向月球的飞行距离值△s1=299792458米，追光者向月球的飞行距离值△s2=299792457.5米，光束在前领先，二者拉开了△s3=0.5米距离值。

甲系观测者使用时钟量尺测定的距离值△s1=299792458米，△s2=299792457.5米，都相当于绕地球赤道飞行7.5圈所走路程。一般民航客机速度值900公里/小时，即250米/秒，绕地球赤道飞行7.5圈大约需要飞行333小时，约等于14天。

所以，甲系观测者使用时钟量尺测定的“向月球飞行的光束相对甲系的光速值为v1=299792458米/秒”，还有“追光者相对甲系的速度值为v2=299792457.5米/秒”，都是“秒飞地球七周半”的巨大速度值。

成年人手臂的长度，从肩膀到中指尖的距离大约是0.7米。甲系观测者使用时钟量尺测量确定的“向月球飞行光束相对追光者的距离值△s3=0.5米”，没超过一条手臂长度。

所以，甲系观测者使用时钟量尺测量确定的“向月球飞行的光束相对追光者的速度值是v3=0.5米/秒”，这是“一秒没飞一臂长”的极小速度值。

在追光实验中，v1=299792458米/秒和v2=299792457.5米/秒具有“秒飞地球七周半”物理意义，v3=0.5米/秒具有“一秒没飞一臂长”物理意义，其前提是，甲系时钟量尺都遵守国际单位制。v1=299792458米/秒，v2=299792457.5米/秒，v3=0.5米/秒，三个速度值前面的数字不相等，但后面的速度单位，三个“米/秒”都来自国际单位制，彼此完全相等。

在甲系时钟t=1.2675435618秒暂停图上，光束相对甲系原点o的距离值△s1=380000000米，此刻光束抵达月球表面；追光者距离月球表面还有△s3=0.6196749米距离。在甲时钟t=1.2675435639秒暂停图上，追光者相对甲系原点o的距离值△s2=380000000米，此刻追光者到达月球表面，比光束到达月球表面，落后0.0000000021秒，即落后2.1纳秒。

就上述追光实验，甲系观测者使用时钟量尺测得的时间值、距离值、速度值和光速值等数据，与宇航科技、天文观测、工程技术、信息科技的实践情况高度相符。这是进行有关的实验和实践的决策依据。

——给相对运动的两个参照系建立统一的时空单位制，乙观测者独立进行测量

在国际单位制中，约定了七种基本单位：时间单位“秒”，长度单位“米”，质量单位“千克”，电流单位“安培”，热力学温度单位“开尔文”，物质的量单位“摩尔”，发光强度单位“坎德拉”。同时还对导出单位和实验测量方法等，给出了约定。在国际单位制中，与时间单位“秒”长度单位“米”速度单位“米/秒”等有关的那部分内容，可称之为时空单位制。

在国际单位制中，在相对静止的同一参照系，例如在地面参照系，关于相对静止的甲时钟和乙时钟的时间值关系，相对静止的甲量尺和乙量尺的长度值关系，使用甲时钟甲量尺，使用乙时钟乙量尺，分别测得的“1秒”“1米”“1米/秒”，具有何种关系，现有的计量学在量值基准约定、实验确定方法、生产时钟量尺、制造相关仪器和仪器设备使用等方面，均有较多的研究，并有大量的具体成果。

但是，在相对运动的不同参照系，例如甲系静止在地面，乙系相对地面匀速直线运动的情况，关于甲系时钟和乙系时钟的时间值关系，甲系量尺和乙系量尺的长度值关系，使用甲系时钟量尺，使用乙系时钟量尺，分别测得的“1秒”“1米”“1米/秒”，具有何种关系，现有的计量学还有很多待解问题，还需把国际单位制创新发展，还需要给甲系乙系“统一地”约定量值基准、确定实验方法、生产技术设备和给出理论说明。

通过交叉学科研究，可以发现，由于时钟和量尺是人造的仪器，时钟和量尺都要按照设计要求进行工作，按照时钟时间值规律显示时间值，按照量尺长度值规律显示长度值，因此，时钟显示的时间值和量尺显示的长度值，还有使用时钟量尺测到的时间值、长度值、速度值、光速值等，都存在约束和局限，都不能随心所欲地假设。

基于交叉学科研究，在理论研究上，可以说，根据时钟时间值规律，在惯性系理想条件下，如果甲系的时钟，乙系的时钟，它们的内部结构相同，均不受外力作用，而且，相对运动的甲系时钟和乙系时钟以穿过两时钟连线中点且垂直连线的平面为对称面，具有镜面对称关系，那么在此情况下，甲系时钟和乙系时钟是同步时钟，甲系时钟的“1秒”跟乙系时钟的“1秒”可以是相等长度的时间，即有（甲系时钟△t=1秒）=（乙系时钟△T=1秒）。

同理，根据量尺长度值规律，在惯性系理想条件下，如果甲系的量尺，乙系的量尺，它们的内部结构相同，均不受外力作用，而且，相对运动的甲系量尺和乙系量尺以穿过两量尺连线中点且垂直连线的平面为对称面，具有镜面对称关系，那么在此情况下，甲系量尺和乙系量尺是同长量尺，甲系量尺的“1米”跟系乙量尺的“1米”可以是相等的空间长度，即有（甲系量尺△s=1米）=（乙系量尺△S=1米）。

在上述条件下，甲系的时钟量尺，乙系的时钟量尺，都能遵守国际单位制进行工作，甲系观测者使用时钟量尺测定的“1秒”“1米”“1米/秒”等；跟乙系观测者使用时钟量尺测定的“1秒”“1米”“1米/秒”等，可以对应地相等。这样，就可以基于国际单位制，给甲系乙系建立统一的时空单位制了。

在上述条件下，在追光实验中，乙系追光者使用自己的时钟量尺测到的时间值、长度值、速度值和光速值等，跟甲系观测者使用自己的时钟量尺测到的时间值、长度值、速度值和光速值等，可以具有如下关系。

针对上述追光实验，基于甲系时钟t=0秒暂停图，t=1秒暂停图，t=1.2675435618秒暂停图，t=1.2675435639秒暂停图，可以获得基于乙系追光者时钟的T1=0秒暂停图，T2=1秒暂停图，T3=1.2675435618秒秒暂停图，T4=1.2675435639秒秒暂停图。

1、针对乙系时钟T2=1秒暂停图，即甲系时钟t=1秒暂停图，追光者可以使用乙系时钟量尺测量确定：甲系原点o相对追光者的距离值为△S2=299792457.5米，甲系相对追光者的速度值为V2=△S2/△T=299792457.5米/秒。

上述结果跟甲系观测者针对甲系时钟t=1秒暂停图，使用甲系时钟量尺测得的“追光者相对甲系原点o距离值△S2=299792458米，追光者相对甲系的速度值v2=299792457.5米/秒”，二者存在相等关系，物理意义也相同。V2=299792457.5米/秒和v2=299792457.5米/秒，都是“秒飞地球七周半”的巨大速度值。

2、针对乙系时钟T2=1秒暂停图，即甲系时钟t=1秒暂停图，追光者可以使用乙系时钟量尺测量确定：向月球飞行的光束，相对追光者的距离值△S3=0.5米，向月球飞行的光束相对追光者的速度值V3=△S3/△T=0.5米/秒。

上述结果，跟甲系观测者针对甲系时钟t=1秒暂停图，使用甲系时钟量尺测得的“向月球运动的光束相对追光者的距离值△s3=0.5米，光束相对追光者的速度值v3=0.5米/秒”，二者存在相等关系，物理意义也相同。V3=0.5米/秒和v3=0.5米/秒，都是“一秒没飞一臂长”极小速度值。

3、针对乙系时钟T2=1秒暂停图，即甲系时钟t=1秒暂停图，乙系追光者可使用时钟量尺测定：飞向月球光束相对甲系原点o距离值△S1=△S2+△S3=299792457.5+0.5=299792458米，飞向月球光束相对甲系的速度值V1=△S1/△T=299792458米/秒。

上述结果，跟甲系观测者针对甲系时钟t=1秒暂停图，使用甲系时钟量尺测得的“飞向月球光束相对甲系原点o距离值△s1=299792458米，光束相对甲系的光速值v1=299792458米/秒”，二者具有相等关系，物理意义也相同。V1=299792458米/秒和v1=299792458米/秒，都是“秒飞地球七周半”的巨大速度值。

——在一般情况下，甲观测者乙观测者的测量结果，由实验决定

基于交叉学科时空观，可以说，相对运动的甲系乙系研究同一时空现象时，甲系观测者和乙系观测者分别使用自己的时钟量尺测得的物理量，例如时间值、长度值和速度值等，它们是否具有相等关系，跟甲系乙系是否都遵守国际单位制密切相关；与两系时钟的时间值关系密切相关；与两系量尺的长度值关系也密切相关；与两系观测者的测量活动也密切相关。

基于交叉学科研究，可以说，根据时钟时间值规律和量尺长度值规律，在非惯性系一般情况下，甲系甲时钟和乙系乙时钟不是同步时钟，甲系甲量尺和乙系乙量尺不是同长量尺，在此情况下，甲系乙系各自使用自己的时钟量尺测到的时间值、长度值和速度值等，具有何种具体关系，这是值得计量学等学科进行更广泛深入研究的问题。

在一般情况下，关于上述追光实验，在甲系时钟t=0秒暂停图上，在乙系时钟T1=0秒暂停图上，可以说，在理论研究上可以说，甲系原点o处观测者作为质点、乙系原点O处观测者（追光者）作为质点、点光源和光束作为质点，它们可以重合在甲系乙系原点，拥有共同出发点，其中光束和追光者，沿地月连线，向月球飞去。

针对甲系时钟t=1秒暂停图，乙时钟T2时刻暂停图，乙系追光者可以使用时钟量尺测量确定：光束相对甲系原点o的距离值和光速值分别是△S1、V1=△S1/△T；追光者相对甲系原点o的距离值和速度值分别为△S2、V2=△S2/△T；光束相对追光者的距离值和速度值分别为△S3、V3=△S3/△T。△T是乙系时钟从T1=0秒增加到T2秒的时间值，对应甲系时钟从t=0秒增加到t=1秒，经历△t=1秒的过程。

在一般情况下，如果无法确定甲系时钟和乙系时钟具有何种时间值关系，无法确定甲系量尺和乙系量尺具有何种长度值关系，那么在此情况下，乙系追光者使用时钟量尺测定的：V1=△S1/△T，V2=△S2/△T，V3=△S3/△T，跟甲系观测者使用时钟量尺测定的：v1=299792458米/秒，v2=299792457.5米/秒，v3=0.5米/秒，它们具有何种关系，就应该由具体的测量实验来决定，实验结果是啥样，就是啥样。

在目前条件下，类似航空实践中进行风洞电脑模拟实验，对本文设计的追光实验，也可以进行电脑模拟实验，或者进行实际的实验研究。

7**、对比研究爱因斯坦狭义相对论时空观，看清百年争论原因**

——爱因斯坦假设出公共物理量u、C，制造两个逻辑不自洽

在爱因斯坦狭义相对论时空观中，自始至终，一直有洛仑兹变换和洛仑兹变换因子的存在，其中公共物理量u、C，更是无处不在。

应该指出，由于u、C是两个速度值，其单位都是“米/秒”，所以，u、C的具体量值无论是来自假设或约定，还是来自时钟量尺直接测量或有关实验间接推论，都必须有量尺提供“米”，时钟提供“秒”，这样， u、C才能具有明确的的物理意义。如果没有具体的时钟量尺为依托，那么说u、C的量值是每秒多少米，其“米”其“秒”分别指什么？

可以说，针对狭义相对论时空观，认识到公共物理量u来自两系互测等速假设u=u1=u2，认识到公共物理量C来自两系测光等速假设C=C1=C2=299792458米/秒，是解决问题的最重要一步。

爱因斯坦建立狭义相对论时空观起步时，提出一级假设两系互测等速假设u=u1=u2，无条件地继承伽利略变换的核心内容u=u1=u2，因此，也就等于继承了两系互测等速假设u=u1=u2的成立条件：甲系时钟和乙系时钟是同步时钟，（甲系时钟△t=1秒）=（乙系时钟△T=1秒），甲系量尺和乙系量尺是同长量尺，（甲系量尺△s=1米）=（乙系量尺△S=1米）。

但是，爱因斯坦根据洛仑兹变换假设推理出的动钟变慢假设和动尺变短假设，给出了如下结论：

根据动钟变慢（5）式，乙系时钟的“1秒”与甲系时钟的“1秒”不是相同长度的时间，对上述关系，也可表示为（甲系时钟△t=1秒）≠（乙系时钟△T=1秒）。

根据动尺变短（7）式，乙系量尺的“1米”与甲系量尺的“1米”不是相等的空间距离，对上述关系，也可表示为（甲系量尺△s=1米）≠（乙系量尺△S=1米）。

这也就是说，爱因斯坦假设推理出动钟变慢假设（5）（6）式，以及动尺变短假设（7）（8）式之后，就转而坚持（甲系时钟△t=1秒）≠（乙系时钟△T=1秒），以及（甲系量尺△s=1米）≠（乙系量尺△S=1米），这就是否认了两系互测等速假设u=u1=u2的如下成立条件：（甲系时钟△t=1秒）=（乙系时钟△T=1秒），（甲系量尺1米长度）=（乙系量尺1米长度）。在爱因斯坦狭义相对论时空观中，上述情况，是前后矛盾，逻辑不自洽，在过去一直隐蔽地存在，现在真相大白了。

可以说，在爱因斯坦狭义相对论时空观中，爱因斯坦提出的另一个一级级假设，也就是两系测光等速假设C=C1=C2=299792458米/秒，需要两组成立条件：第一组条件就是动钟变慢假设（5）（6）式给出的甲系时钟和乙系时钟的时间值关系，对这种“不同步”时间值关系，也可以表述为（甲系时钟△t=1秒）≠（乙系时钟△T=1秒）；第二组条件就是动尺变短假设（7）（8）式给出的甲系量尺和乙系量尺的长度值关系，对这种“不同长”长度值关系，也可以表述为（甲系量尺△s=1米）≠（乙系量尺△S=1米）。

这样，在爱因斯坦建立狭义相对论时空观时，针对两系互测等速假设u=u1=u2这个一级假设，爱因斯坦要求的成立条件是：（甲系时钟△t=1秒）=（乙系时钟△T=1秒），（甲系量尺△s=1米）=（乙系量尺△S=1米）；针对两系测光等速假设C=C1=C2=299792458米/秒这个一级假设，爱因斯坦要求的成立条件是：（甲系时钟△t=1秒）≠（乙系时钟△T=1秒），（甲系量尺△s=1米）≠（乙系量尺△S=1米）；上述两系互测等速假设的成立条件，两系测光等速假设的成立条件，存在相互矛盾，这是逻辑不自洽。在过去，上述自相矛盾，逻辑不自洽，一直隐蔽地存在，现在真相大白了。

关于爱因斯坦提出的两系测光等速假设C=C1=C2=299792458米/秒，可以试想，如果甲系时钟和乙系时钟，一直是同步时钟，恒有（甲系时钟△t=1秒）=（乙系时钟△T=1秒）；甲系量尺和乙系量尺，一直是同长量尺，恒有（甲系量尺△s=1米）=（乙系量尺△S=1米），那么，爱因斯坦的两系测光等速假设C=C1=C2=299792458米/秒，还能成立吗？

可以说，在爱因斯坦建立狭义相对论时空观时，他继承牛顿绝对时空观伽利略变换的准常数u，提出两系互测等速假设u=u1=u2，这个一级假设要求的成立条件，已经注定要跟另一个一级假设，两系测光等速假设C=C1=C2=299792458米/秒要求的成立条件，相互矛盾，逻辑不自洽。

在狭义相对论，上述自相矛盾，逻辑不自洽，不可避免地扩散到有关内容中。在啥地方，啥时候，自相矛盾和逻辑不自洽等显而易见地表现出来，被发现了，狭义相对论就会不可避免地遭到质疑和批评。这就是围绕爱因斯坦狭义相对论发生100多年矛盾和争论的根本原因。

如果有人说：在狭义相对论时空观中，甲系时钟乙系时钟都是遵守国际单位制的时钟，那么试问：

首先，国际单位制的追求目标之一就是，让所有的“1秒”都是等长时间；如果甲系时钟遵守国际单位制并显示每个“1秒”，乙系时钟也遵守国际单位制并显示每个“1秒”，那就应该有（甲系时钟△t=1秒）=（乙系时钟△T=1秒）吧？但这跟动钟变慢假设（5）（6）式岂不矛盾？

其次，在图四中，设在t1=0秒暂停图中，甲系时钟显示时刻值t1=0秒，乙系时钟显示时刻值T1=0秒；甲系时钟时间值增加△t=1秒，t2=t1+△t=1秒时，在t2=1秒暂停图中，甲系时钟显示时刻值t2=1秒，乙系时钟所显示时刻值T2，只能在T2<1秒、T2=1秒、T2>1秒三种情况中选择一种；但是，无论乙系时钟显示T2<1秒、T2=1秒、T2>1秒三种情况的哪一种时刻值，都无法满足动钟变慢假设的要求：甲系观测者说乙系时钟变慢了，乙系观测者说甲系时钟变慢了。

如果有人说：在狭义相对论时空观中，甲系量尺乙系量尺都是遵守国际单位制的量尺，那么试问：

首先，国际单位制的追求目标之一就是，让所有的“1米”都是相等长度；如果甲系量尺遵守国际单位制并显示每个“1米”，乙系量尺也遵守国际单位制并显示每个“1米”，那就应该有（甲系量尺△s=1米）=（乙系量尺△S=1米）吧？但这跟动尺变短假设（7）（8）式岂不矛盾？

其次，在图四中，设在t1=0秒暂停图中，还有在t2=1秒暂停图中，在甲系量尺一直显示“1米”长度的情况下，乙系量尺显示的长度，只能在如下三种长度中选择一种：（甲系量尺△s=1米）<（乙系量尺△S=1米），（甲系量尺△s=1米）=（乙系量尺△S=1米），（甲系量尺△s=1米）>（乙系量尺△S=1米）。但是，无论乙量尺显示的长度是下述情况的那一种：（甲系量尺△s=1米）<（乙系量尺△S=1米），（甲系量尺△s=1米）=（乙系量尺△S=1米），（甲系量尺△s=1米）>（乙系量尺△S=1米），都无法满足动尺变短假设的要求：甲系观测者说乙系量尺变短了，乙系观测者说甲系量尺变短了。

这也就是说，在图四中，把t时刻暂停图，与t+△t时刻暂停图进行比较，爱因斯坦根据动钟变慢假设所说的情况：甲系观测者说乙系时钟变慢了，乙系观测者说甲系时钟变慢了，根本不存在；爱因斯坦根据动尺变短假设所说的情况：甲系观测者说乙系量尺变短了，乙系观测者说甲系量尺变短了，这样的情况也根本不存在。

可以说，对于牛顿绝对时空观伽利略变换两系互测等速假设u=u1=u2的成立条件，人们长期没有解决。因此到了爱因斯坦的时候，他不知道u=u1=u2只能有条件成立，他无条件地继承u=u1=u2，就变成了埋伏笔。爱因斯坦假设推理出动钟变慢假设和动尺变短假设之后，就制造了前后矛盾，逻辑不自洽。

在建立狭义相对论时空观的时候，如果爱因斯坦独立地研究出两系互测等速假设u=u1=u2的成立条件是：甲系时钟和乙系时钟是同步时钟，（甲系时钟△t=1秒）=（乙系时钟△T=1秒）；甲系量尺和乙系量尺是同长量尺，（甲系量尺△s=1米）=（乙系量尺△S=1米）；那么在后来，爱因斯坦假设推理出动钟变慢和动尺变短，得出（甲系时钟△t=1秒）≠（乙系时钟△T=1秒）和（甲系量尺△s=1米）≠（乙系量尺△S=1米）之后，他就能清醒认识到，已经发生自相矛盾，前后矛盾，逻辑不自洽。一是两系互测等速假设u=u1=u2的成立条件，先被承认，而后又被否定；二是两系互测等速假设u=u1=u2的成立条件，与两系测光等速假设C=C1=C2=299792458米/秒的成立条件，存在矛盾，彼此不相容。这样，爱因斯坦就有可能给出必要说明，积极解决问题，因此，就有可能避免100多年争论，避免有关认识徘徊不前。

应该指出，在实验中，的确存在动钟变慢等情况，而且存在动钟变快、静钟变慢、静钟变快、长度收缩、长度膨胀、空间收缩、空间膨胀等情况。但是，研究表明，上述物理现象，都是具体事物的电磁力和引力等相互作用发生变化造成的，同时存在的相对运动或相对静止不过是表面现象，相对运动这种表面现象没有能力造成“时钟变慢”等结果。

研究表明，爱因斯坦在狭义相对论时空观中把相互作用变化导致的“时钟变慢”等物理事实解释为相对运动所致，这是使用相对运动这种表面现象解释物理现象，没有认识到相互作用变化这个本质原因，这是曲解了实验和事实，误导了探索和实践。

另外，对于带电粒子在加速器中难以达到光速值等难题，爱因斯坦狭义相对论认为是相对运动速度值不断增加，导致带电粒子的质量不断增加所致。他们没有认识到伴随相对运动速度值不断增加，带电粒子受到的“加速力”可能也在不断减小，带电粒子受到的“阻挡力”可能也在不断增加，“加速力”不断减小，“阻挡力”不断增加，可能是导致实验结果的根本原因。爱因斯坦狭义相对论给出的解释，也是把相对运动这个表面现象当成本质原因，没有认识到相互作用和相互作用变化，才是导致实验结果的真正本质原因。在此，顺便展示本文作者提出的库仑力随速度值变化的假设关系，如下

以上内容，就是基于交叉学科时空观基本内容，对爱因斯坦狭义相对论时空观未解之谜给出的解答。

——把爱因斯坦光速不变第一假设，与追光实验做比较

针对追光实验的情况，爱因斯坦提出的光速不变第一假设“甲系观测者使用自己的时钟量尺测定的光束相对甲系的光速值为C1=299792458米/秒”，还有甲系观测者使用自己的时钟量尺测定“光束相对甲系的光速值为v1=299792458米/秒”，彼此相符。都是“秒飞地球七周半”的巨大速度值。

爱因斯坦光速不变第一假设与国际单位制米约定确定的光速值C=299792458米/秒，也相符合；与电磁学基于麦克斯韦方程组约定的电磁波速度值C=299792458米/秒，也相符合。可以说，爱因斯坦提出的光速不变第一假设，可以得到测量实验的支持，有广泛的实验证据。

——爱因斯坦变魔术，把“一秒没飞一臂长”变成“秒飞地球七周半”

在爱因斯坦狭义相对论时空观中，针对追光实验的情况，关于“向月球飞行的光束相对追光者的速度值”，在甲系观测者使用自己的时钟量尺测量确定“光束相对追光者的速度值v3=0.5米/秒”的情况下，爱因斯坦提出了光速不变第二假设“光束相对追光者的速度值是C2=299792458米/秒”。

必须说明，关于“向月球飞行的光束相对追光者的速度值”，甲系观测者使用自己的时钟量尺测量确定的“光束相对追光者的速度值v3=0.5米/秒”，这是迄今为止地球上所有的科学实验和实践，得到的公认事实，也是70多亿地球人公认的事实。地球月亮的距离值是38万公里，光速值近似为30万公里/秒，就此，可以设计许多实验和情景，进行讨论和论证。

应该强调，物理学的具体物理量，例如C1=299792458米/秒，C2=299792458米/秒，都有两部分内容，一是前面的数字，二是后面的单位。两个同名物理量是否具有相等关系，物理意义是否相同，跟前面的数字，后面的单位，所描述的物理现象，都有密切关系。

在追光实验的情况，关于爱因斯坦针对乙系追光者“假设推理”的光速不变第二假设“光束相对追光者的光速值C2=299792458米/秒”，可以跟爱因斯坦针对甲系提出的光速不变第一假设“光束相对甲系的光速值是C1=299792458米/秒”相互比较。

比较结果是：光速不变第一假设C1=299792458米/秒具有“秒飞地球七周半”的物理意义，是巨大速度值，这是由光速不变第一假设C1=299792458米/秒具有巨大数字“299792458”，其单位“米/秒”来自甲系遵守的国际单位制，共同决定的；相比而言，光速不变第二假设C2=299792458米/秒虽然也有巨大数字“299792458”，但由于巨大数字后面的“米/秒”单位不同于甲系遵守的国际单位制“米/秒”，所以，光速不变第二假设C2=299792458米/秒没有“秒飞地球七周半”的物理意义。

关于爱因斯坦针对乙系追光者“假设推理”的光速不变第二假设“光束相对追光者的光速值C2=299792458米/秒”，也可以跟甲系使用遵守国际单位制的时钟量尺测定的“光束相对追光者的速度值是v3=0.5米/秒”进行比较。

比较结果是：甲系使用遵守国际单位制的时钟量尺测定的“光束相对追光者的速度值是v3=0.5米/秒”，具有“一秒没飞一臂长”的物理意义，是极小速度值，这是由v3=0.5米/秒具有极小数字“0.5”，其单位“米/秒”来自甲系遵守的国际单位制，共同决定的；相比而言，对于甲系使用v3=0.5米/秒描述的物理事实，爱因斯坦针对乙系提出光速不变第二假设C2=299792458米/秒，这相当于在乙系“放大制造”出了光速值C2=299792458米/秒，对同一物理事实给出了描述。

但是，爱因斯坦“放大制造”出的C2=299792458米/秒，虽然拥有巨大数字“299792458”，但由于巨大数字后面的单位“米/秒”不遵守国际单位制，所以，这个在乙系“放大制造”出的C2=299792458米/秒描述的内容，仍然是小情况、小内容，跟甲系使用v3=0.5米/秒描述的内容，是同一物理事实，都是“一秒没飞一臂长”的小情况、小内容。并没有因为使用“放大制造”出的C2=299792458米/秒给予描述，“一秒没飞一臂长”的小情况、小内容，就变成了“秒飞地球七周半”的大情况、大内容。

——爱因斯坦光速不变第二假设，可以“换单位”获得存在机会

针对追光实验等情况，追光者等乙系观测者，如果他们使用特制的时钟量尺进行测量，他们的确可以测定光束相对追光者的光速值为C=299792458米/秒，貌似巨大速度值，可以满足爱因斯坦光速不变第二假设的要求。但这样的情况，属于“换单位”操作。

一是相应于甲系观测者的时钟经历△t=1秒，显示时间值t=1秒时，让乙系的时钟也经历△T=1秒，显示时间值T=1秒；而且在此情况下，让乙系使用特制的“足够短”量尺，测得的“光束相对追光者的运动距离值”恰好是△S3=299792458米，这样，乙系使用自己的时钟量尺测得的“光束相对追光者的速度值”就可以是V3=△S3/△T=299792458米/秒。这样，就能符合爱因斯坦光速不变第二假设的要求了。

二是相应于甲系观测者的时钟经历△t=1秒，显示时间值t=1秒时，让乙系使用特制的“足够慢”时钟，该时钟经历△T=1/(2×299792458)秒时间值；而且在此情况下，让乙系使用自己的量尺测得“光束相对追光者的运动距离值”恰好是△S3=0.5米，这样，乙系使用自己的时钟量尺测得的“光束相对追光者的速度值”，就可以是V3=△S3/△T=299792458米/秒。这样，就能符合爱因斯坦光速不变第二假设的要求了。

——使用动钟变慢动尺变短为光速不变第二假设辩解，存在逻辑困难

在以往，针对追光实验和类似情况，爱因斯坦和相对论专家给出了如下说法：

首先，在甲系，系观测者使用自己的时钟量尺测量，可以获得如下测量结果：向月球飞行的光束相对追光者的速度值为v3=0.5米/秒，是“一秒没飞一臂长”的极小速度值，这是可以的。

其次，在乙系，观测者使用自己的时钟量尺测量，可以获得如下测量结果：“向月球飞行的光束相对追光者的速度值”一定是C2=299792458米/秒，是巨大速度值，具有“秒飞地球七周半”的物理价值。因为在乙系，时钟发生了动钟变慢，量尺发生了动尺变短。

应该指出，按照逻辑规则，在爱因斯坦狭义相对论时空观中，两系互测等速假设是一级假设。两系测光等速假设，也就是光速不变第一、第二、第三假设，也是一级假设。洛仑兹变换，是从两个一级假设推理出的二级假设。动钟变慢、动尺变短等是从二级假设，经过数学推理得出的推理结论，是三级假设。

因此，对动钟变慢、动尺变短，应称之为动钟变慢假设、动尺变短假设。使用动钟变慢假设、动尺变短假设这种三级假设，反过来证明逻辑前提一级假设是正确的，证明光速不变第二假设这种逻辑前提是正确的，这是违犯了逻辑规则，是无效证明。

另外，在追光实验的情况，建立狭义相对论时空观的情况，如果甲系根据动钟变慢假设和动尺变短假设，认为乙系的高速运动，导致乙系确实发生了极其显著的动钟变慢和动尺变短，追光者一定会观测到这种极其显著的动钟变慢和动尺变短。那么，由于动钟变慢假设和动尺变短假设是相对的，追光者也可以根据动钟变慢假设和动尺变短假设，反过来认定甲系也确实发生了极其显著的动钟变慢和动尺变短，而且甲系也一定会观测到这种极其显著的动钟变慢和动尺变短。但是，甲系的观测者，也就是地面参照系的观测者，也就是地球上的人们，谁观测到极其显著的动钟变慢和动尺变短了？

实际上，把甲系时钟t时刻暂停态立体宇宙图像，与t+△t时刻暂停态立体宇宙图像进行比较，爱因斯坦根据动钟变慢假设所说的情况：甲系说乙系时钟变慢了，乙系说甲系时钟变慢了，这样的情况根本不存在。爱因斯坦根据动尺变短假设所说的情况：甲系说乙系量尺变短了，乙系说甲系量尺变短了，这样的情况也根本不存在。

应该指出，在实验和实践中，静止的时钟变慢或变快，运动的时钟变慢或变快，类似的现象广泛存在。根据时钟时间值规律，都与时钟的内部结构运动和外界作用变化密切相关。同时存在的相对静止或相对运动，不过是表面现象而已。

有一些实验，被当做狭义相对论时空观动钟变慢假设的实验证据，但是，在这样的实验中，都是把两个相对运动“时钟”相应时间段Δt1、Δt2进行比较后，发现一个时钟绝对地变慢了，另一个时钟绝对地变快了。站在变快时钟参照系说，对方的时钟因为相对运动变慢了。但是站在变慢时钟参照系说，是对方的时钟因为相对运动变快了。这种动钟变慢现象和动钟变快现象共同存在的实验，虽然动钟变慢的那一半结果可以作为狭义相对论动钟变慢假设的支持证据，但是，动钟变快那一半实验结果，却是狭义相对论动钟变慢假设的否定证据。

研究表明，爱因斯坦两系互测等速假设只能有条件成立，爱因斯坦两系测光等速假设有对有错，爱因斯坦光速不变第一假设符合实验和实际情况，有实验支持证据，爱因斯坦光速不变第二、第三假设不符合实验和实际情况，缺乏实验支持证据，这是导致100多年矛盾和争论的主要原因。交叉学科时空观，可以速解爱因斯坦未解之谜。

8**、基于交叉学科时空观继续创新，创建交叉学科统一论**

关于牛顿绝对时空观，爱因斯坦相对论时空观和交叉学科时空观，形象地比喻，实际的宇宙就像大象，科学家就像摸索大象的盲人。

牛顿通过摸索大象，建立了展示“大象大腿”有限内容的大象图像。爱因斯坦继承前人的认识成果，通过独立地摸索大象和想象大象，建立了“大脑大腿+尾巴+翅膀”内容有限、真伪共存的大象图像。站在前人肩膀上，更上一层楼，齐新发现了更多真相，建立了“大象脑袋+大腿+翅膀”展示更多真相，更符合实际情况，纠正了错误假象，可以推动科学技术加速发展的大象图像。

基于交叉学科时空观，大家继续创新，人们就可以合作共建交叉学科统一论认识体系。交叉学科统一论认识体系可以基于现有的科学理论和创新的科学认识联合构成，这可以推动有关技术加速创新发展。

具体说，交叉学科统一论，目前可以包括八大分支，可以分别对接有关的技术创新，分别如下：

1、开放的复杂巨系统，已由国家科委原主任宋健院士，国家杰出贡献科学家钱学森院士等，联合完成。广泛推广应用和继续创新发展，就能更加辉煌成功取得更大丰收。可以对接航天、人工智能和生命科学技术研究等。

2、交叉学科时空观，已由齐新完成，可以对接计量、航天和高端测控仪器技术等。

3、升级的引力论，已经由清华大学教授李惕碚院士，中科院大学副校长吴岳良院士等，完成基本内容。还可以继续发展升级，取得更多的创新成果。可以对接航天、星际飞行和宇宙探索技术等。

4、发展的电磁学，已由中科院北京纳米能源与系统研究所所长王忠林院士完成发展麦克斯韦方程组重要创新，其他众多创新研究者也在积极行动。可以对接超强电磁力、通信和互联网技术等。

5、量子场论粒子学，已有众多创新实践者积极创建中，可以对接新材料、新能源和加速器技术等。

6、有结构的光子论，也有众多创新实践者积极创建中，可以对接激光、超光速和尖端探测技术等。

7、光子和电子均有结构的原子模型，也有众多创新实践者积极创建中，可以对接核能、

新型芯片和光刻机技术等。

8、中国科技创新方法，齐新已完成脑理学创新方法重要工作，奠定发展基础。可以对接科技创新管理学、教育学等。

创新建立上述交叉学科统一论，以及创新发展有关技术，对于解决卡脖子问题，对于科技自立自强，对于国家科技创新和经济发展等，都能做出重要贡献，都能取得丰收回报。

交叉学科统一论是总名称；开放的复杂巨系统、交叉学科时空观、升级的引力论、发展的电磁学、量子场论粒子学、有结构光子论、光子和电子均有结构的原子模型、中国科技创新方法，是8个分支名称，8个分支可包括许多具体方向和内容，既相对独立，又协同发展。

上述交叉学科统一论8大分支，每个分支都可以进行独立研究，撰写出版科学专著或科普读物。具体图书可以各有作者、名称和内容，分别展示原始创新科学研究成果。其中部分重要成果，有望发展成中国原创的大中学教材的基础和素材，为教育强国、科技创新、科技自立自强、解决卡脖子问题、解决钱学森之问和加速伟大复兴等，做出重要贡献。

参考文献

[1]宋健.航天纵横[M].北京：高等教育出版社，2007

[2]李惕碚.宇宙物理基础[M].北京：科学出版社，2021

[3]钱学森，于景元，戴汝为.一个科学新领域——开放的复杂巨系统及其方法论[J].自然杂志，1990（1）

[4]齐新.智胜爱因斯坦——方法与实践[M].呼和浩特：内蒙古教育出版社，2006

[5]黄福芸等.计量知识手册[M].北京：中国林业出版社，1987

[6]戚进勤等.科学哲学手册[M].上海：上海科学技术出版社，1990

[7]吴家国等.普通逻辑[M].上海：上海人民出版社，1979

[8]孔汪周等. 社会心理学新编[M].沈阳：辽宁人民出版社，1987

[9]爱因斯坦著，范岱年等译. 爱因斯坦文集（第二卷）[M].北京：商务印书馆，1977

[10]张元仲. 狭义相对论实验基础[M].北京：科学出版社，1994

致谢

本文是30多年创新研究的精华集成，在30多年时间里，有上百位领导和专家，志同道合者和见义勇为者曾经协力共进、创新开拓。

衷心感谢国家科委原主任、中国工程院名誉主席宋健院士给予20多年鼎力支持和推动；衷心感谢中国科协原副主席、航天工业总公司原总工程师庄逢甘院士鼎力支持和推动；衷心感谢国家自然科学基金委办公室原副主任唐林研究员和国家教委原主要领导给予热情支持和大力推进；衷心感谢中国科协原副主席刘恕研究员给予热情支持和大力推进；衷心感谢清华大学天文系原主任李惕碚院士大力支持和热情指导；衷心感谢航天工业总公司710所原副所长于景元研究员和系统学讨论班大力支持和推进；衷心感谢中国科学院自然科学史研究所院原研究员宋正海和天地生人学术讲座的大力支持和推动；衷心感谢中国青年报社国家机关记者站原站长徐家良记者给予大力推动和支持；衷心感谢中国科学院北京天文台原研究员朱保如等数十位国内专家学者大力支持和推动；衷心感谢内蒙古出版集团信息中心主任布日古都和内蒙古教育出版社开发部原主任包金柱大力推动和支持；衷心感谢赤峰学院原校长韩永年等众多原单位领导和同事大力推动和支持；衷心感谢国内众多新闻媒体和网站的领导和朋友大力支持和推动；衷心感谢众多相对论研讨群的群友热情支持和友好交流。向一直无私支持的家人表示最衷心的感恩和谢意！所有的成就，都是大家共同努力、众志成城的丰收成果！

作者简介

齐新，头脑简图发明人、专利权人，脑理学创新方法发明人，抑郁症和极端行为预防方法研发者，交叉学科时空观创建者，交叉学科统一论科技创新工程首倡者，《管理大脑思想》和《智胜爱因斯坦》图书作者。1964年2月出生于内蒙古赤峰市；1986年毕业于内蒙古师范大学物理系，此后在赤峰学院物理系任教多年；2002年至2014年先后在北方经济报社采编部和内蒙古日报社广告部工作；2011年11月成立新动力文化，并任负责人至今。

立足现代科学和中华优秀传统文化等，对物质、时间、空间、生命、大脑、思想等问题进行了长期的交叉学科研究。2009年，得到全国政协副主席、国家科委原主任宋健院士推荐，在《前沿科学》第2期发表科学论文《狭义相对论被争论100多年的主要原因》。1998年，得到中国科协副主席、航天工业总公司总工程师庄逢甘院士推荐，在《宇航学报》第2期发表科学论文“论GPS与相对论时空观”。2006年6月，在内蒙古教育出版社出版科普书《智胜爱因斯坦》。2017年7月，在光明日报出版社出版《管理大脑思想》图书。曾经发表大量网络科普文章。