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季灏:狭义相对论实验的再思考

2017-07-20  物理网文
               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指的是单向光速,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:“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”。
    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。笔者还撰文《惯性系不平权》,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。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,即使爱因斯坦本人也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、护拥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。
    关于运动物体质量的增加结论,确是物理学家做了大量关于质速关于的实验,但是几乎所有的实验都包含了运动电荷电量不变及电荷在电磁场中受力不变的假设。因此,同张元仲研究员的话:“上面所介绍的实验,都包含着对荷电粒子在电磁场中的运动规律的承认,因此,这类实验实际上证明的是相对论力学及荷电粒子在电磁场中的运动规律。”
    当然,有一个实验我认为确是证明相对论质速关系的,它就是1964年贝托齐实验(刊登在1964年美国“物理评论”上),但是张元仲研究员没有把该实验列入质速关系部分,为什么?笔者认为,这是因为实验本身存在的严重问题。
    对于电子能量的测量,贝托齐实验仅对1.5Meυ和4.5Meυ两种能量的电子作了测量并记录。(而其他著述有5种、4种或3种能量的电子能量测量。)贝托齐实验既然对15Meυ的电子速度测量,为什么没有对15Meυ电子能量测量?是没有达到预期效果,还是有其他原因?
    最重要的是对1.5Meυ和4.5Meυ电子能量测量,但贝托齐没有把当时的实验经过时间详细写出来。在该实验中中间间隔的时间是很重要的,因为在实验中电荷的收集时间很短,而铝盘的热时间常数较大。
    如果1.5Meυ电子打到铝盘以后,铝盘温度升高没有足够的时间,铝盘的热量不可能很快散发掉,否则4.5Me υ电子打到铝盘时,铝盘温度的升高必然有1.5Meυ电子能量的贡献。也就是36.5格偏转很可能包含1.5Me υ电子能量的成分。
    此外,该实验始终没有讲到铝盘的质量和大小。因为24mA的电流通过200Ω电阻133秒校准检流计的偏转19格,相当于每格检流计的偏转200Ω电阻上吸收了0.8焦耳的热量。那么整个铝盘吸收0.8焦耳热能,不能等价于200Ω电阻直接吸收0.8焦耳热能,使检流计同样偏转1格。
    综上所述,1964年贝托齐所作能量测量部分并不是很成功的实验,甚至可能是失败的实验,如果是失败的实验,则意味着爱因斯坦狭义相对论理论的错误。
    艾小白研究员讲到现代加速器就是根据相对论设计的。笔者认为不是这样的,笔者曾撰文“惯性系不平权”,指出相对性原理在高能物理领域的失败。

三、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,得出狭义相对论是不能自洽、错误的理论的结果


http://www.sciencehuman.com/party/papers/papers2005/papers2005l.htm

2005-09-05

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