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挑战相对论--让我们开启新时代

2015-02-24  物理网文

作者:尹志新

 

以下极端简单的思想实验,让大家看看(不管你有没学过物理学),爱因斯坦是如何犯小学生的错误的。这小小的错误,就像蝴蝶拍了一下翅膀,让辉煌的物理学大厦几乎倒塌,毒害之深,犹如现代版的地心说。  
 
      在人类探索自然的神奇历险中,有两座灯塔,无论谁看到,都会被它们的不可思议所震撼,一是牛顿的万有引力的发现,另一个则是德布罗意的物质波的发现,原来任何粒子,从电子到我们机枪的子弹,在运动的时候,竞然也是波动的! 甚至就连你我,在跑步的时候,也是波动的(只不过波长实在太短以至于根本觉察不到任何效应)。 就是说,电子(或子弹)在通过一条狭缝后,会出现衍射条纹,和水波一样!
    
      当初德布罗意刚刚发表这个怪异看法时,也许全世界只有爱恩斯坦明白其伟大的意义,在老爱的大加赞赏和推荐下,物理学界才留意到可能值得去研究一下。 结果大家都知道了,开创了新的时代。不管后来的量子力学多么庞大复杂,核心思想就是物质波。
      我高中时候第一次听到物质波的讲座时候,被彻底征服,匪夷所思啊。 显示电子甚至中子有波动性的实验很简单,如下的单缝衍射实验,某个速度的电子束经过左边一条狭缝后,会打在右侧屏幕上出现多条衍射条纹(而不是只有一条),这是典型的波动效应,水波声波光波皆如此。 现在问题是,这个实验,完全和狭义相对论冲突。老爱当年盛赞的理论,他估计没有想到将是他的相对论克星。


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留意一下,右边黑白屏幕上亮条纹的间距,是正比于波长λ的,若波长大一倍,间距也大一倍,若波长大十倍,间距也大十倍。若波长非常大,间距也极其大以至于实际上看不到清晰条纹了。记住这个结论,你会看到好戏在后头。

      什么是狭义相对论?它很简单,就是说,在任何匀速运动的车上所做的物理学实验,结果必然是绝对相同的。或者说,任何匀速直线运动的体系,其物理学定律不会改变。 两个人在地面上打桌球,和他俩在一列匀速行驶的列车上打桌球,不用担心力学规律会改变,必然是一样的(若是不同,就麻烦了,地上的球功到了列车上就不顶用了)。 这就是老爱的著名的所谓“相对性原理”。一切都是相对的。 不会说站在地面打桌球就一定比在列车上打桌球更有优势。 又叫:一切匀速运动的参照系都是等价的,没有谁比谁更高等。在地面实验室里做的任何实验,搬到列车上做,必定看到相同的现象、得到相同的数据从而说明一切定律都还适用。这就是老爱的看法。也是目前主流物理学界公认的假设。 为什么说是假设呢?因为没有被证明过,只不过暂时还没有发现反例。 
     但是,以下尹志新发明的电子衍射实验,却点了这个原理的死穴。。。。。我们将首次看到,地上的物理定律在列车上是不再成立的。

这个发现,可能值一千个诺贝尔奖,呵呵。。。。

   就用以上装置,看看我们能做出什么有趣事情来吧:

     把它放在车上,车静止不动。电子速从左边狭缝射出,打倒右边屏幕上,形成上图的条纹。假设电子的速度是100米/秒、向右。
     调整狭缝的宽度,使得屏幕上的条纹宽度是相隔1厘米。这很正常,没什么新意。无论是车上的人还是路基上的人,看到的情况是一模一样的,因为车静止。
   现在,让车匀速跑起来,方向是向左!注意,和电子速的方向相反,车速度大小我们让它刚好是100米/秒。为什么这样呢?这样一来,路基上的人看到的电子,相对于路基来说,速度竞然就是零!这回发生什么现象呢? 依据量子力学,这束电子流是静止的,波长就是无穷大(依据上文说过的,条纹间距会随着波长增大而增大),换言之,屏幕上的条纹宽度应该是无限宽、而不再是1厘米。就是说,屏幕上看不到任何衍射条纹的图案了!

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    但是,矛盾的是,对于车上的人看来,由于整个装置是跟着车一起运动的(因为装置是定在车上的),根据相对性原理,车上的物理定律应该没有改变,无论车是跑还是静止,看到的物理现象应该是不变的,因而应该有条纹。(或者说,车上的人认为电子不是静止的,而是相对狭缝有向右的速度,故波动依旧,条纹依旧)

   我们把屏幕上的底片拿下来,看看究竟是有条纹呢?还是没有条纹?

    显然,量子力学是对的,应该没有条纹,于是,错的只能是相对论。
这显示,在车上的人所看到的现象,在车跑起来后,就不同了,因此,在不同匀速运动的参照系上,物理定律是不同的,即,相对性原理是错的,狭义相对论玩完啦。
    
    波动出,老爱完。长江后浪胜前浪,此恨绵绵无绝期。。。。。。




   bw:有细心的人会问,车跑的时候,狭缝和屏幕也跟着跑啊,这样一来,会不会对条纹造成影响呢?详细计算表明,这类影响远远小于电子波长变化导致的影响,可以忽略。

 

(字节数: 3013)

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