四个检验相对论的实验方案>
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- 一、寻找马赫参考系--月球上的付科实验，
- 二、转盘的时空扭曲--用同一架钟来测量相对论的时钟变慢效应
- 三、检验洛伦兹收缩--水中迈克尔逊实验、
- 四、检验迈克尔逊实验选址正确性--用空气做的斐索实验,
- 一个让人充分信服的理论应该能在实验结果出来之前去正确预言,而不是仅仅去迎合已知的现象,所以我们期待着各位朋友能用自己支持的理论去预言以下几个实验的结果,也期待着以下实验得以付诸实施
- 一、月球上的付科实验
- 1851年，傅科在巴黎圣母院用67米长的单摆进行了一个实验，根据摆的振动平面偏转效应证明了地球自转，博得了很大的声誉，被命名为傅科摆。（如动画摆2所示）
- 联合国大厅和北京自然博物馆门口就有一个。实验的根据是这样的。我们脚下的地球就好像一个巨大的陀螺，它分秒不停地自西向东旋转，每自转一圈就是一昼夜。如果在南北极，大铁球的惯性却始终是保持相对太阳静止的方向摆动，这样就产生了大铁球相对地球摆动而逐渐偏转的现象，过一段时间后，大铁球的摆动方向和初始参考线将会产生一个夹角。（如动画摆3所示）
- 如果在地球南北两极做这个实验，大铁球连续摆动24小时，摆动方向刚好旋转了360°。（如动画摆1所示）
- 这个实验预示着应该存在一个特定的运动参考系，但不是牛顿的绝对参考系，这里我提出一个问题,如果将付科实验搬到月亮上的南北极去做,会得到什么样的结果呢,
- 由于相对论可以自由选择参考系,不管月球上的付科实验得出的是任何结果.都可以有圆满解释,当然效应最终只可能有一个,
- 二、转盘时空扭曲实验；用同一架钟来测量相对论的时钟变慢效应
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- 爱因斯坦在《狭义与广义相对论浅说》中写道:"取构造完全相同的两个钟,一个放在圆盘的中心,另一个放在圆盘边缘,因而这两个钟相对于圆盘是保持静止的，按照洛伦兹变换得出的结果，运动的时钟变慢，则边缘的钟永远比放在圆盘中心的钟走得慢。"（如动画转盘实验2所示）
- 这个问题告诉了我们,在同一个圆盘上中心跟边缘之间虽然没有相对运动,也会有相对论造成的时间差现象,这个预言后来得到了实验的证实，为相对论的时空扭曲找到了坚强的依据， 1971年，哈菲尔和凯廷完成了飞机载原子钟环球航行实验，他们把四个在地面上调整同步的铯原子钟分别放在两架飞机上，两架飞机都在赤道面附近高速飞行，一架向东，一架向西，在飞机绕地球一周回到原地后，理论预期为由东向西的飞机上的钟比静止在地面上的钟变慢约为144纳秒，而实测值跟静止在地面上的钟相比分别为由东向西慢59纳秒和由西向东快273纳秒，后来还发现全球定位系统卫星上的原子钟，也每天比地面的原子钟快38微秒。相对论中时间的延缓效应得到了原子钟实验的支持,使人们更坚信了相对论的正确性, 但随着宇航技术的发展,却使它又面对了一个难堪的现实,有些经历过太空遨游的农作物种子，返回地面种植后，不仅植株明显增高增粗，果型增大，产量比原来普遍增长而且品质也大为提高。虽然人们尚未完全破解其中的原因，但引力的变化会不会引起原子钟的性能变化，却又成了一个迷，因此我们期待着进一步的实验。
后来一个叫自相矛盾的成语故事给了我一个灵感，如果用同一架钟的指针根部和针尖来对比测量相对论的时钟变慢效应，以自身相对比,会得到什么结果呢？（如动画转盘实验3所示）
由于考虑到时钟的指针运行太慢,短期难于发现变化效应,可以直接在一个圆盘上画一条直线代替指针，通过长时间高速旋转，观察指针的变形来对比圆盘的中心和边缘是否会产生转速差，比如是否会出现转盘中心旋转了一百亿零一转,而边缘只转了一百亿转的现象,自然就会对圆盘造成扭曲现象,我们不妨把这种力称为爱因斯坦力。(目前人类已经拥有了每分钟十万转以上的能力,我们可以不用考虑计时的准确性,因为主要是采用对比法,计时越长精度越高，不管多少年的运行只要能累计产生十亿分之一秒的差别,也可以得到很明显的观测值.因为爱因斯坦力将导致指针的弯曲,如果这种力真的存在,那么我们将很容易在现实生活中来寻找是否有这种效应的发生, 这里请大家预测一下结果
让我们先来了解一下迈克尔逊实验，如动画（迈克尔逊2）所示，光源发出的光，经半透射的镀银面分成互相垂直的两束光，经反射镜反射，两束光在望远镜中发生干涉．通过动画演示可以看到,随着干涉仪的速度变化,前进方向的光路相比垂直的光路变长，两条光路由于路径长度不同，将不能同时到达观察屏，产生光程差。
如将整个仪器转90度，如动画（迈克尔逊1）两条光路长短互换，时间差的改变将可以通过干涉条纹移动观察到，迈克尔逊根据地球的轨道速度为30千米／秒，估算出应该能产生0．04个条纹的移动。开始，迈克尔逊在柏林大学做实验，因震动干扰太大，无法进行观测，乃改到波茨坦天文台的地下室。实验在1881年4月完成。可是，出乎迈克尔逊的意料，他看到的条纹移动接近于零，后来洛伦兹提出了一个被相对论采用的收缩假说，如动画（迈克尔逊4）根据洛伦兹收缩假说，干涉仪将沿前进方向按一定的比例缩短，刚好抵消了两束光产生的光程差,所以相对论圆满地解释了迈克尔逊实验为什么检测不到条纹变化，
洛伦兹公式是引用真空中的光速推算出来的,当然洛伦兹收缩仅适用于解释接近于真空中的光速做的迈克尔逊实验，才会得到零结果，如果将迈克尔逊实验置于其它折射率物质中来进行, 将可能因为不同的光速产生新的光程差，比如在水中的光速约是真空中光速的3/4 ，光在玻璃中的光速约是真空中的2/3 ，所以水中的迈克尔逊实验也是检验洛伦兹收缩的一个很好的途径。
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斐索实验介绍 1859年，斐索做了一个流水实验，实验的目的是为了考察介质的运动对在其中传播的光速有何影响，从而判断以太是否被拖曳。实验装置如下图所示，光束由光源L发出后，经过半透镜后分为两束，一束光与水流方向一致，另一束光则与水流方向相反，两束光在观察者处产生干涉条纹。
- 斐索实验虽然只用了水、酒精和石英棒等很少几种透明物质做过，由于其非常符合菲涅耳的以太拖拽假设和相对论的速度变换式而使人们坚信，斐索实验的条纹变化将随着透明物质的折射率变化而变化，折射率越高，观察到的条纹变化越大。折射率越低，观察到的条纹变化越小， 因为空气的折射率只有1.0003，产生的条纹移动预计只有0.00016, 所以换用气体将无法观察到条纹变化。但我自制设备换用空气做了一个新的斐索实验,实验结果却产生了大约0.2至0.3个条纹的移动, 其中约包含有0.1至0.2个条纹的晃动，虽然我针对实验精度做了很多改进，但都没有得到预期的零结果，这样的结果使我陷入了困惑，如果这个实验结果正确，就否定了相对论的光速不变原理和速度变换式，也否认了菲涅耳的部分曳引假说，另外在实验中我还意外发现，光行差现象不一定象当时认为的，需要观察者相对以太直接运动才会产生，这就给我们带来一个新的结果，即以太相对于地球表面可以是静止的，也就是说，迈克尔逊实验将因此回到经典理论框架内，因为典理论需要的也将是零结果，所以我个人慎重地认为我的实验可能因精度不够没有得到接近于零的结果，需要继续作进一步的精确验证，请朋友们帮忙研究一下。我的实验究竟还需要作什么样的改进。