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舒恒杞:新编矛和盾的故事---论狭义相对论的自洽破缺(2006-08-12 09:39:54)</div></div>

2016-01-07  私有资料
 
    新编矛和盾的故事-------论狭义相对论的自洽破缺
舒恒杞(怀化学院  418008)
    摘要:狭义相对论在处理光子零静质量的问题上不能自洽。
    关键词:狭义相对论、矛和盾、破缺


   很久以前,就传说矛和盾的故事:古代一个卖矛的人,拿出他的矛对围观的人说,他的矛是如何尖锐,无盾不摧;一会儿又拿出一个盾来说,他的盾是如何坚硬,无论怎样的矛,也能抵挡。正吹的天花乱坠时,旁观一个人出来说:“师傅,请用你的矛戳你的盾,到底是你的矛尖还是你的盾硬?”这个生意人听到此话立即收摊走人。
    我在高校教了多年“原子物理”,每当讲到对半经典半量子化的玻尔理论进行修正时,必然要讲到索末菲(Sommerfeld)公式,这是索末菲将相对论的质量公式应用于玻尔原子理论而得出的,其计算结果与实验数据十分接近,成功地解释了氢原子光谱线的精细结构。这比物理学上的较准确的巴尔麦公式做得毫不逊色。又如,在讲原子核结合能,总离不开相对论的质能公式E=mc2(或⊿E=⊿mc2,其中⊿m为质量亏损),一个铀核裂变可放出200Mev的原子核能,也离不开这个公式计算。从而核电站、原子弹等工程的设计中,当然也离不开这个公式。所以,从这个方面看,爱因斯坦的狭义相对论确实取得了很大的成功。我本人对爱因斯坦也是相当敬重的,对狭义相对论也举办过多次讲座,广为宣传。
    狭义相对论一百年过去,客观审视。我发现,这个理论也不是完美无缺。爱因斯坦本人还要发展广义相对论嘛。本文仅对光子的静质量处理上不能自圆其说为例,作如下探讨:
我们将相对论质量公式                  应用于光子本身,就可引发深思:假如光子以光速C运动,上式分母为0,动质量m就要变无穷大,这是不可能的。于是必须认为光子的静质量m0=0,这一来,上式变为m=0/0形式。这是一个不定式,根据罗贝塔法则,m仍可为某一不为零之值。由此仍可计算光子的能量:
E=mc2=hν,其中h=6.62620×10-34J.S为普朗克常数,其中ν为光频率,由此又可算出光子的动质量:m=hν/c2。实际上,高校近代物理教材上都是这么推论概述的,已是共识。
现在将光通过介质,如水或玻璃之类,光在介质中的传播速度v=c/n,其中n为折射率且已知n水=1.33299,玻璃的折射率随种类和型号不同(n=1.48740—1.78816),取n玻=1.53,如将该公式代入相对论质量公式有                   
由于n≠0,上式的分母不为0了,但因光子的静质量m0=0,所以动质量m=0,从而光子的能量按公式E=mc2计算,有E= 0"c2 = 0。
    根据狭义相对论,光子在水和玻璃等介质中传播时,光子能量为0,这显然与实际不符,矛盾!而实际上,光在水和玻璃等介质中传播的过程就是能量的传播过程,怎么为零呢?
    狭义相对论不仅在处理光子静止质量时遇到了困难,就是在处理其它以光速运动的微观粒子,如中微子的静止质量问题时,也遇到了类似困难。根据狭义相对论,中微子的静止质量应为0,而根据多国科学家于20世纪末在日本做的联合实验,巳经肯定中微子有静态质量,其值约为10-33g ,看,又是矛盾的。
    由此可见,狭义相对论在处理零静质量的问题中,遇到了困难,得出了理论与实际相矛盾的结果,不能自洽。这说明狭义相对论并非我们以前想象的那么完美无缺,还有瑕疵,亦还有值得探讨和发展的空间。爱因斯坦也是人,不是神,绝对不能过于迷信,应象对其它科学家的发明,乃至客观事物一样,抱着平常心看待,这才是我们科学人做学问的基本态度。

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