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各位好!这是我在新浪博客(blog.sina.com.cn/qingpingma)写的文章,请大家批评指正。 Reinhardt等人的"时间膨胀"实验被誉为迄今为止最精确的验证狭义相对论"时间膨胀"结论的实验。不少媒体作了报道介绍。国内新京报的新知周刊发表了《相对论一百多年的验证探索历程》的介绍文章(http://www.sina.com.cn 2007年11月26日 07:30 新京报)。前一段时间比较忙,介绍了Reinhardt等人的实验后没有接着分析新京报介绍Reinhardt等人的实验时的几个错误。今天把欠帐补上。 新京报新知周刊的文章介绍"时间佯谬"是狭义相对论的核心问题。这一点似乎是不正确的。"时间佯谬"一般涉及从同一地点出发后再相遇的两个时钟的时间比较问题。因为从同一地点出发后再相遇的两个时钟必然涉及速度变化,而狭义相对论主要讨论匀速直线运动,所以多数学者认为这应该属于广义相对论的课题。因此"时间佯谬"不该是狭义相对论的核心问题。新京报文章所说"时间佯谬"大约是指"时间膨胀"这一概念。
新京报的文章介绍在《论动体的电动力学》一文中,爱因斯坦提出:如果A处有两只同步的钟,其中一只以恒定速度沿一条闭合曲线运动,经历了t秒后回到A,那么,比起那只在A处始终未动的钟来,这只钟在它到达A时,要更慢一些。爱因斯坦在《论动体的电动力学》一文中的有些说法实际上在狭义相对论的框架内不够严谨,上述观点就是一例。因为运动是相对的,所以在A点静止的钟相对于运动的钟也在运动,究竟谁更慢一些就很难说了,这就蕴藏了"时间佯谬"问题。不过爱因斯坦在《论动体的电动力学》一文中并没有意识到这一点,数年后才由法国物理学家朗之万指出。 对于"双生子佯谬"等时间佯谬问题,多数相对论学者认为重新相遇时做加速运动的时钟将实际变慢,这是一种广义相对论效应(也有学者认为狭义相对论能解决"双生子佯谬"等时间佯谬问题)。这一看法的问题是完全取消了狭义相对论效应。举例来说,如果两个时钟以相同速度、相反方向离开A点,再以相同加速度改变方向、相同速度返回A点,因其广义相对论效应完全相同,所以只剩下狭义相对论效应。究竟哪一个时钟更慢一些呢?拥护相对论的学者似乎都避免对此类问题作正面解答。在狭义相对论能正面解答此类问题之前,很难说狭义相对论得到证实。
新京报报道说,"中科院理论物理研究所研究员张元仲指出,此次实验与其他证明方式的不同点在于,实验者在实验过程中使用的是原子钟,这是到目前为止精度最高的实验工具"。张元仲先生是颇受(拥相和反相的)相对论研究者尊重的著名学者,不过"与其他证明方式的不同点在于使用的是原子钟"这一说法却是错误的。我觉得错误的原因可能是新京报的记者没理解张元仲先生的具体表述,而不是张元仲先生不懂Reinhardt等人的实验。我在《Reinhardt等人的最新"时间膨胀"实验》一文中已经介绍了ReinHardt等人的最新实验通过测量两个速度(0.064c和0.03c)下的多普勒频移,绕过了测量v0的需要,提高了α测量精度。以往的实验只测量一个速度下的多普勒频移,而测量v0成了精度的主要限制因素。以往的实验也要用原子钟,不可能用秒表来做。 新京报的文章介绍"研究人员用分子加速器把原子打成两条光束,在真空管内绕圈而行,模拟"时间佯谬"理论中较快的钟"。这一说法也是错误的,研究人员用两束不同频率的激光来改变锂离子的能级,而不是用分子加速器把原子打成两条光束(这种技术还不存在)。
新京报的文章介绍说,"由于原子的‘年龄',即其运行的时间,可以通过激光技术测量它们的内部状态来取得"。这种说法还是错误的。原子的在检测储存环(test storage ring)中运行的时间不能通过激光技术测量它们的内部状态来取得。ReinHardt等人的实验通过激光激发锂离子的某些能级跃迁所需要的频率来测量激光相对于运动锂离子的多普勒频移。从多普勒频移间接推测"时间膨胀"。
新京报的文章介绍说,"他们利用分子加速器将原子加速到光速的6%,即每秒1万千米的速度,然后用激光打出两条光束,同样绕圈而行"。ReinHardt等人的实验用了两个速度(分别为光速的6.4%和3%)的锂离子。无论是对应于两个能级差的两个频率的激光,还是锂离子从吸收激光能量后的高能级回到吸收前的低能级时发出的荧光,都不是"同样绕圈而行"。 新京报的文章介绍说,"研究人员用高精密度的激光光谱测量时间,发现光束上较靠外的部分的确慢了一些。而这种快慢的差别恰恰就如102年前相对论中所提到的那样"。其实,ReinHardt等人的实验比较的根本不是光束上较靠外的部分或较靠内的部分,而是锂离子高速运动时激光激发锂离子的某些能级跃迁所需要的频率变化是否更符合狭义相对论的多普勒频移公式。测量锂离子从吸收激光能量后的高能级回到吸收前的低能级时发出的荧光主要是为了确认激光确实激发了所要观察的锂离子的能级跃迁,大概不会"发现光束上较靠外的部分的确慢了一些。而这种快慢的差别恰恰就如102年前相对论中所提到的那样"。关于Reinhardt等人的"时间膨胀"实验及其意义,可参见《Reinhardt等人的"时间膨胀"实验》(http://blog.sina.com.cn/s/blog_503f9315010087q1.html>)
相对论以其难以理解而闻名于世,有世界上只有3个人或12个人懂相对论的说法。浏览网上,似乎懂相对论并能看出他人不懂相对论者甚众。从新京报对ReinHardt等人的实验的报道来看,且不说懂相对论的难易,即使把一个实验究竟做了什么搞清楚也不易。 |