分享

更多

   

季灏:在百年相对论理论前沉思

2016-01-07  私有资料
在百年相对论理论前沉思
季 
(上海东方电磁波研究所,202150 上海)
    摘要:作者重新审视了狭义相对论的理论和实验。指出了挑战派批评狭义相对论在理论上存在问题的错误观点,同时作者也指出维护相对论的科学家,迷信相对论,过分夸大相对论在物理领域中的重要作用,分析了每个验证相对论的实验,发现每个实验都不是严格站得住脚的。作者设计八个思维实验和在复旦大学近代物理实验室作验证洛伦兹力变化的实验,得出相对论是充满矛盾、错误的理论。
关键词:狭义相对论、洛伦兹力、质速关系
引言
    1905年是爱因思坦的奇迹年,他先后发表了“论动体的电动力学”[1]、“光电效应”等震惊世界的物理学论文。从此,创建了狭义相对论和广义相对论两大理论体系。为此,爱因斯坦的崇拜者和理论的维护者把狭义相对论说成是一个神圣不可侵犯的终极理论,并把爱因斯坦捧到了神坛上。但是,另一方面,国内外,对狭义相对论的质疑和批评没有随着时间的流逝和爱因斯坦狭义相对论声誉及地位的不断提高而减少。作者认为近年来对爱因斯坦狭义相对论的批评和质疑越来越激烈。甚至有些学者写了长篇论著全面细致地批评爱因斯坦狭义相对论[2-9]。最可喜的是不管在互联网上还是在有创新精神的各种刊物上,大量出现了质疑和挑战相对论的文章和报道。
狭义相对论在理论上自洽性问题的探究
    狭义相对论在整个理论体系是否有问题?作者和很多挑战者一样三十多年来寻找理论上的存在问题,作者是失败者。因此,作者十分赞同中科院理论物理研究所朱重远研究员的观点,在理论上很难找到突破口。作者在同美国UAH张操研究员的长时间接触过程中,张教授曾谈到:“如果狭义相对论在数学上或理论上真有问题,那它不会被世界物理界公认,因为当时爱因斯坦还是小人物。”很多挑战者主要集中在光速不变原理、洛伦兹变换等问题上的质疑,但在论证过程中都会出现这样、那样的问题。大多数学者对相对论没有真正的了解。因此,作者认为相对论在理论上能说是自洽的。
对狭义相对论验证实验的重新审视
3.1相对论的维护者认为狭义相对论已被广大实验所证实,而作者则有不同的看法,作者重新审视了每一个验证狭义相对论的实验,发现每一个实验都不是严格站得住脚的,存在着严重问题,值得广大科学家考究。
    (1)拥护者为狭义相对论辩护最有信心的第一个实验验证是光速不变原理,笔者认为爱因斯坦狭义相对论中的光速不变原理所指的光速是单向光速,但是至今一切实验实际测量的是回路光速的不变性,因此,用中科院张元仲研究员的话说[10]:“因此,通常所说的光速不变原理已为实验所证实是不确切的”。作者也撰文“光行差是光速可变的实验研究”、从广义相对论理论撰文“光速可变的理论证明”[11]指出光速是可变的。
    (2)拥护者认为,狭义相对论的相对性原理,已被实验所证实,用艾小白先生的话说:“将自已的眼睛闭上,几秒以后再将眼睛睁开,人们会发现周围的自然界并没有发生大变化……实际上它是对相对性原理的正确性的有力证明”。笔者认为这句话十分不严格,没有大变化,小变化还是有的,现代科学实验测得精细结构常数(α=e2/hc)的数值不恒等于质心系中的数值1/137,在高运动量转移下会增大到1/128,这件事明显与相对论证明的电子电荷是相对论不变量的论断矛盾。笔者从高能物理的实验事实撰文《惯性系不平权》[9],对相对性原理提出批评。
    (3)拥护者对狭义相对论辩护很有信心的实验证据是“时间延缓”。第一个实验是运动的μ子或π+介子的寿命,比静止的μ子或π+介子的寿命长,笔者同意马青平博士的观点[3],认为到目前为止实验室还没有办法制造静止(相对实验室的观察者)的μ子或π+介子,因此,实际上静止的μ子和π+介子是不存在的,所谓静止的μ子和π+介子是通过铅版、镉板使μ子和π+介子减速使其静止,在这减速的过程中,必然有物质与μ子和π+介子相互作用,笔者认为这些物质的相互作用也必然影响μ子和π+介子的稳定性,因而他们的寿命比在近乎真空中运动的μ子和π+介子寿命短也是很正常的。拥护者的第二个实验是Hafele的原子钟环球航行实验[3]。有的说这是验证了狭义相对论的时间延缓效应,也有人说这是验证了广义相对论的时间效应,但是笔者认为①该实验没有重复性实验,而没有重复性实验的实验是不可靠的。②从理论上讲对爱因斯坦狭义相对论有意义的速度是两时钟之间的相对速度,不是相对于某一参照系的“绝对”速度。那么,向东飞行和向西飞行的原子钟相对于地面的原子钟狭义相对论效应,那个应该走得慢些?③笔者对这一实验的结果的可靠性表示怀疑。根据实验报告的修正后的结果与原始数据不相同,他们所作的修正原则上是科学研究中不允许的。根据凯利博士从美国海军天文台索取的原始资料复印件,四个钟的其中三个有严重的不稳定基线漂移。用Hafele在1971年内部报告上自己说的话:“多数人(包括我自己)不认为这些原子钟指出的时间加快说明任何问题”。“理论与测量数值的不同令人困扰”。下面我们比较理论和实验的实际情况:理论上东向飞行的钟应比地面钟-40ns,向西飞行的钟应比地面钟+275ns。而实验值用最稳定的447号钟,东向飞行的钟比地面钟-97ns,向西飞行的钟比地面钟+26ns,从对比数据可以发现实际实验的值与理论计算发生严重的偏离,根本谈不上实验验证了狭义相对论的时间延缓效应。
其实关于运动时钟变慢结论,这是一个自相对论建立以来,长期争论而未能达共识的问题,即使爱因斯坦本人和很多科学家都认为解决时钟佯谬问题超出了狭义相对论的范围。
    (4)运动物体长度收缩实验。用北京广播学院黄志洵教授的话说:“至今没有一个实验证明过。”
    (5)拥护者认为最有力的实验验证是相对论质量随速度增加的实验。
    关于电子质速关系的相对论关系实验,历史上已有这很多实验物理学家用各种不同的方法进行验证,其中最多和最成功的是用电磁偏转方法[12-18]。但这类实验都必须假定作用于带电粒子上的电场或磁场在其运动方向上所受的力(理论值)不依赖于带电粒子的运动速度的。然而提供这方面的经验是在大大低于光速的情况下进行的。现在这个假设对高速运动的电子是否适用,很多科学家都是持疑问态度的。因此,用张元仲教授的话说:“上面所介绍的实验,都……。实验实际上证明的是……荷电粒子在电磁场中的运动规律。”[10]第二类实验是运用弹性碰撞理论,观察快速运动的电子与静止的电子碰撞后的散射角[19],该实验首先假定两电子是弹性碰撞,而且实验时实际的误差要比实验中所考虑的误差更大。因此,即使在主流物理学界也未达共识。第三类实验是测量原子光谱的精细结构[20],不同的质量公式可以得到不同的精细结构分裂,但是该实验并不适用于所有原子的光谱。因此,该实验也没有在主流物理学家中达到共识。第四类实验是1964年贝托齐实验[21],它避免电磁相互作用,提供十分简单而直接的数据验证了相对论的质速关系结果。但是该实验在测量速度极限时用了0.5Mev、1.0Mev、1.5Mev、4.5Mev、15Mev五种能量的电子,但在能量测量时仅用1.5Mev和4.5Mev能量的电子。因此,作者认为该实验也不是一个成功的实验。
    3.2关于电子洛伦磁力和能量测量的实验略。
我们选取了在大学教育中被广泛采用的经典实验——关于验证相对论中的动能和动量关系的实验[22]而作研究。我们用五个不同磁场强度对 粒子能量进行测量,发现该实验的结果并不是通常人们所认为的那样满足相对论的动能和动量关系,因而认为相对论关于带电粒子在磁场中受力(理论值)不变的假设是错误的。通过合理的物理推断,我们进一步指出带电粒子在磁场中的受力(理论值)是随着粒子速度的增加而逐渐变小的。我们还发现,相对论对能量定标偏高;实际上,实验研究的结果很好地验证了作者关于电子在磁场中运动时有效作用力因子的假设。
    结论
大多拥护者是盲目地崇拜爱因斯坦和狭义相对论,夸大狭义相对论在二十世纪物理学的巨大作用,缩小和掩盖狭义相对论的存在问题,尽量避免提及不利于狭义相对论的实验资料,笔者则不同,仔细审视了有关狭义相对论的每一个实验,发现每个实验都是站不住脚的。笔者并且设计八个思维实验,质疑狭义相对论,作者完成对电子洛伦兹力测量的实验得出狭义相对论理论和实验是不能自洽、错误的理论。
参考文献:
[1]EinsteinA.  爱因斯坦文集[M].论动体的电动力学.范岱年、赵中立、许良英译.北京商务
印书馆.1977.   83~115
[2]杨本洛.自然哲学基础分析[M]上海交通大学出版社2001.
[3]马青平.相对论逻辑自恰性探疑.上海  上海科技文献出版社2004
[4]黄德民.论物理现象的本质—物质作用论挑战相对论[M]西安  陕西科技出版设社2001
[5]黄志洵.论动体的质量与运动速度的关系[J]北京中国传媒大学学报2006.1   1~12.
[6]宋正海等.相对论再思考[M]北京地震出版社2002.
[7]张操.修正的相对论和引力理论[M]北京原子能出版社2000.
[8]郭汉英.爱因斯坦与相对论体系[J]现代物理知识2005.17.(5)22~30
[9]郝建宇等.时空理论新探[M]北京地质出版社2005.
[10]张元仲.狭义相对论实验基础[M]北京科学出版社1979.
[11]季灏.挑战[M]香港  华夏文化出版有限公司2005.
[12]W.Kaufmann.Nachr.Ges.Wiss.Gottingen.Math-Nat.Kl,143(1901)
[13]M.M.Rogers,et,al,Phys.Rev,57.379(1940)
[14]A.H.Bucherer.Ann.d.Phys.28.513(1909)
[15]C.E.Guye.and C.Lavanehy.Compt,Rend,161,52(1915)
[16]V.Meyer et al,Helv,Phys,Acta,36,981(1963)
[17]D.J.Grove,and.J.G.Fox,Phys,Rev,90,378(1953)
[18]E.Hupka,Ann,d,Phys,31,169(1910)
[19]F.C.Champiou,Proc.R.Soc.A136,630(1932)
[20]K.Glitscher,Ann.d.Phys.52.608(1917)
[21]W.Bertozzi,Am.J.Phys.32.551(1964)
[22]李学慧、高峰、孙炳全、杨桂娟.大学物理实验[M].北京:高等教育出版社
[23]沈元华、陆龙申、基础物理实验[M]..北京:高等教育出版社

    本站是提供个人知识管理的网络存储空间,所有内容均由用户发布,不代表本站观点。如发现有害或侵权内容,请点击这里 或 拨打24小时举报电话:4000070609 与我们联系。

    猜你喜欢

    0条评论

    发表

    类似文章
    喜欢该文的人也喜欢 更多