这个问题告诉了我们,在同一个圆盘上中心跟边缘之间虽然没有相对运动,也会有
相对论造成的时间差现象,这个预言后来得到了实验的证实,为相对论的时空扭曲
找到了坚强的依据, 1971年,哈菲尔和凯廷完成了飞机载原子钟环球航行实验,
他们把四个在地面上调整同步的铯原子钟分别放在两架飞机上,两架飞机都在赤
道面附近高速飞行,一架向东,一架向西,在飞机绕地球一周回到原地后,理论
预期为由东向西的飞机上的钟比静止在地面上的钟变慢约为144纳秒,而实测值
跟静止在地面上的钟相比分别为由东向西慢59纳秒和由西向东快273纳秒,后来
还发现全球定位系统卫星上的原子钟,也每天比地面的原子钟快38微秒。相对
论中时间的延缓效应得到了原子钟实验的支持,使人们更坚信了相对论的正确性, 但
随着宇航技术的发展,却使它又面对了一个难堪的现实,有些经历过太空遨游的农作
物种子,返回地面种植后,不仅植株明显增高增粗,果型增大,产量比原来普遍
增长而且品质也大为提高。虽然人们尚未完全破解其中的原因,但引力的变化会
不会引起原子钟的性能变化,却又成了一个迷,因此我们期待着进一步的实验。
后来一个叫自相矛盾的成语故事给了我一个灵感,如果用同一架钟的指针根部和
针尖来对比测量相对论的时钟变慢效应,以自身相对比,会得到什么结果呢?
(如动画转盘实验3所示)
由于考虑到时钟的指针运行太慢,短期难于发现变化效应,可以直接在一个圆盘上画
一条直线代替指针,通过长时间高速旋转,观察指针的变形来对比圆盘的中心和边
缘是否会产生转速差,比如是否会出现转盘中心旋转了一百亿零一转,而边缘只转
了一百亿转的现象,自然就会对圆盘造成扭曲现象,我们不妨把这种力称为爱因斯
坦力。(目前人类已经拥有了每分钟十万转以上的能力,我们可以不用考虑计时的
准确性,因为主要是采用对比法,计时越长精度越高,不管多少年的运行只要能累
计产生十亿分之一秒的差别,也可以得到很明显的观测值.因为爱因斯坦力将导致
指针的弯曲,如果这种力真的存在,那么我们将很容易在现实生活中来寻找是否有
这种效应的发生, 这里请大家预测一下结果
三、一个检验洛伦兹收缩的实验、水中迈克尔逊实验、
让我们先来了解一下迈克尔逊实验,如动画(迈克尔逊2)
所示,光源发出的光,经半透射的镀银面分成互相垂直的两束光,经反射镜反
射,两束光在望远镜中发生干涉.通过动画演示可以看到,随着干涉仪的速度变
化,前进方向的光路相比垂直的光路变长,两条光路由于路径长度不同,将不能
同时到达观察屏,产生光程差。
如将整个仪器转90度,如动画(迈克尔逊1)
两条光路长短互换,时间差的改变将可以通过干涉条纹移动观察到,迈克尔逊
根据地球的轨道速度为30千米/秒,估算出应该能产生0.04个条纹的移动。开
始,迈克尔逊在柏林大学做实验,因震动干扰太大,无法进行观测,乃改到波
茨坦天文台的地下室。实验在1881年4月完成。可是,出乎迈克尔逊的意料,他
看到的条纹移动接近于零,后来洛伦兹提出了一个被相对论采用的收缩假说,
如动画(迈克尔逊4)
根据洛伦兹收缩假说,干涉仪将沿前进方向按一定的比例缩短,刚好抵消了两束
光产生的光程差,所以相对论圆满地解释了迈克尔逊实验为什么检测不到条纹变化,
洛伦兹公式是引用真空中的光速推算出来的,当然洛伦兹收缩仅适用于解释接近于
真空中的光速做的迈克尔逊实验,才会得到零结果,如果将迈克尔逊实验置于其
它折射率物质中来进行, 将可能因为不同的光速产生新的光程差,比如在水中的
光速约是真空中光速的3/4 ,光在玻璃中的光速约是真空中的2/3 ,所以水中的迈
克尔逊实验也是检验洛伦兹收缩的一个很好的途径。
四.用空气做的斐索实验,
斐索实验介绍 1859年,斐索做了一个流水实验,实验的目的是为了考察介质的
运动对在其中传播的光速有何影响,从而判断以太是否被拖曳。实验装置如下图
所示,
光束由光源L发出后,经过半透镜后分为两束,一束光与水流方向一致,另一束光
则与水流方向相反,两束光在观察者处产生干涉条纹。
斐索实验虽然只用了水、酒精和石英棒等很少几种透明物质做过,由于其非常符
合菲涅耳的以太拖拽假设和相对论的速度变换式而使人们坚信,斐索实验的条纹变
化将随着透明物质的折射率变化而变化,折射率越高,观察到的条纹变化越大。折
射率越低,观察到的条纹变化越小, 因为空气的折射率只有1.0003,产生的条纹
移动预计只有0.00016, 所以换用气体将无法观察到条纹变化。但我自制设备换用
空气做了一个新的斐索实验,
实验结果却产生了大约0.2至0.3个条纹的移动, 其中约包含有0.1至0.2个条纹的晃
动,
虽然我针对实验精度做了很多改进,但都没有得到预期的零结果,这样的结果使
我陷入了困惑,如果这个实验结果正确,就否定了相对论的光速不变原理和速度变
换式,也否认了菲涅耳的部分曳引假说,另外在实验中我还意外发现,光行差现象
不一定象当时认为的,需要观察者相对以太直接运动才会产生,这就给我们带来一
个新的结果,即以太相对于地球表面可以是静止的,也就是说,迈克尔逊实验将因
此回到经典理论框架内,因为典理论需要的也将是零结果,所以我个人慎重地认为
我的实验可能因精度不够没有得到接近于零的结果,需要继续作进一步的精确验
证,请朋友们帮忙研究一下。我的实验究竟还需要作什么样的改进。