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相对论基本问题测试题（系列） 讨论一个问题，首先要理解它，并且立足在大家共同认可的基础上，讨论才有可能形成共识。否则，只会越讨论问题越多，越讨论分歧越大。在相对论问题上，我希望大家先就一些基本问题上达成共识，然后再进一步讨论，否则一切深入的讨论都是徒劳，都是空设靶子空放炮。下面我将分次推出一组相对论基本问题测试题，请您严格依据您所理解的相对论的基本观点或逻辑做答，切忌引入自己的假设。
三、关于光速不变 1、光速不变原理： （ ） a.可由麦克斯韦电磁理论推出 b.是一条假设，需要实验检验 2、对于光速不变假设，更严格、更准确的说法是： （ ） a.同一束光，由不同运动状态的观察者测量，其速度大小均为C b.不同的观察者分别测量光速，均为C 3、关于"同一束光，由不同运动状态的观察者测量，其速度大小均为C"的实验验证： （ ） a.历史上进行过此类实验 b.历史上光速实验很多，但没有进行过此类实验 |
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It is worth noting that it is the constant speed c, rather than light itself, that is fundamental to special relativity; thus if light is somehow manipulated to travel at less than c, this manipulation will not directly affect the theory of special relativity.
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最根本的相对论测试题：
惯性系究竟平全不平权？ 别拿了似是而非的问题煞有介事招摇撞骗了！ |
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2是a.
1与3，我有话说。 对于1，如果承认麦克斯韦方程在任何开放的参考系中都成立，那么答案是a. 我们在地球上得到了这样一套麦克斯韦方程，那么预期在月球上也可以得到同样的麦克斯韦方程（因为地球并不特殊）；地球与月球都是开放的，可以测量同一束光，发现同一束光遵守同样的方程（这不同于封闭车厢内的空气中的声波方程情形），那么选择a.可由麦克斯韦电磁理论推出。实际上，爱因斯坦1905年论文包含这样的想法。 但与此同时，爱因斯坦又把光速不变当作是一条假设，需要实验检验。 所以爱因斯坦其实选择了以上a,b两个答案。 但是，对于我来说，如果由我来写相对论的教材，我会抛弃光速（因为光速与中微子速度一样，太特殊了，怎么可以作为基本理论的出发点呢？）。 我会用“存在一种不变速度”原理，代替光速不变原理。而“存在一种不变速度”原理其实可以通过引入第三个参考系而导出来的。所以，“存在一种不变速度”是一个逻辑结论，不再是原理，不再是假设。所以，a,b我都不选。 对于3，历史上的光速实验，其实都是双程光速不变实验。如果承认空间各向同性，那么双程光速不变等价于单程光速不变，那么我的答案是a.历史上进行过此类实验。 由于地球是一个开放的系统，且并不特殊，那么迈－莫实验就是其中一个。如果不承认地球是开放的，如假设地球是一个密闭的系统（好比去测量封闭车厢内的空气声波速度），那么迈－莫实验（包括所有实验）就都不算了。但我认为地球是开放且不特殊，所以选择a. |
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比如，对任一特定的火炮，由力学方程得出的炮弹速度都是恒定的，也就是你所说的在任何开放的参考系中都成立。但我们不能从中得出“火炮速度不变原理”。
[[[SHEN RE: 黄先生说得对. 但是,您没有看到另一面.关键是看同一个火炮,还是看多个火炮. 如果几个参考系上的观察者看的是同一个火炮,测量火炮速度,然后把各自测量的数据告诉其他观察者.如果数据相同,那么这就是"速度不变原理"了. 如果数据不同,那么就不存在"速度不变原理". 如果各个观察者各自看自己的火炮,那么这种数据比较就没有意思了.黄先生提到的就是这种情形. 我为什么要强调"开放"?开放二字,其含义深刻.只有开放系统,才可以保证很多个观察者观察到同一个火炮,也就是说,虽然每个观察者有各自的时空,每个观察者观察到的火炮的物理现象会有不同,但是他们观察的是同一个火炮. 这就是"开放"的含义. 如果系统不开放,各自看自己的火炮,自然各自的"炮弹速度都是恒定的",但不能从中得出“火炮速度不变原理”。 所以,是否承认系统是开放的,就成为了两种立场的分界点. 您如果认为地球这个系统不是开放的,您看到的月亮(或火炮)与我看到的月亮(或火炮)不是同一个月亮(或火炮),那么你我测出来的月亮(或火炮)速度数据,即使相等,我们当然无法得到“月亮(火炮)速度不变原理”。 但如果承认地球这个系统是绝对开放的,您看到的月亮(或火炮)与我看到的月亮(或火炮)就是同一个月亮(或火炮),那么你我测出来的月亮(或火炮)速度数据,如果相等,我们当然可以得到“月亮(火炮)速度不变原理”。 ]]] |
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（（（你无法必然导出，只有舍去其中有一种无穷大的结果，才有可能得到你想要的结果，而这种舍去是否成立，你是无法说明的！）））。
----------- SHEN Re: 黄先生说得完全正确. 数学上自洽的模型,在自然界不一定可以找到物质承担者,最终需要依靠实验说话. 我的方法只能证明"不变速度"在逻辑上的存在必然性,但无法证明"不变速度"在自然界的存在必然性. 但是,当前,你我是在从逻辑上,命题上,概念上判断相对论正误问题,我希望不要直接引入实验. 我们最好把"从实验上检验相对论"与"从逻辑上检验相对论"分开来,不要混在一起. 只要我们从逻辑上,命题上,概念上找不出某个理论的漏洞,即使目前没有实验证据,我们也应该承认该模型"自洽"(注意,我只说"自洽",不说"正确",因为"正确"二字含义太广,可以包含实验上的验证等). |
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对【16楼】说： 如果地球周围存在"以太、引力场以太、光介子、影子物质等"，对光速有修正，但这种具体物质作用的修正不会影响时空变换。就如电磁介质中光速可变，但电磁介质中的Lorentz变换仍旧与真空中的Lorentz变换一样。所以，重点在于考察真空中的光速是否可变，而不在于考察经"以太、引力场以太、光介子、影子物质等"修正后的光速是否可变。尽管真正的真空不存在，但作为一个模型概念，我们还是可以定义它的。 谈论"以太、引力场以太、光介子、影子物质等"对光速的修正，等价于谈空气与水对光速的修正。但是没有人在讨论相对论的时候，谈论过空气与水对光速的修正。因此矛盾焦点不在于"以太、引力场以太、光介子、影子物质等"修正后的光速是否可变。 如果以上回答，您还不满意。那么就回到本人利用三个参考系得到的"必然存在不变速度"原理（这种"不变速度"是与一切物质作用脱耦的的，它不会受到修正）。我一直坚持，光速与中微子速度一样，作为一种具体物质的速度，怎么可以作为基础理论的前提性原理呢？我们不应该用具体物质（光速），至少应该用任意粒子。本人利用三个参考系，讨论了任意速度普通粒子。这就是我要重新写相对论教材的原因之一。 黄先生，您看到的问题（您的"相对论基本问题测试题"三与四），我也看到了。正因为这些原因，我要重新写相对论教材。 SHEN 2008-5-6 |
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至于你说的"必然存在不变速度"原理，我已回复过，也是有问题的。
-------- SHEN RE: 我也对此做了回复。即：14楼，我认为您没有触及我的方法中的问题。尽管您的“你无法必然导出，只有舍去其中有一种无穷大的结果，才有可能得到你想要的结果，而这种舍去是否成立，你是无法说明的”，的确有道理，但是，我们目前只是在探究相对论是否自洽，而不是在讨论相对论是否一定在自然界展现。这是两个层次的问题。您所提的选择题，目的就是要来找出相对论中的不自洽部分。当然，您有时也涉及了“讨论相对论是否一定在自然界展现”问题，把以上两个层次问题混在一起。我认为，最好不要混在一起。 我打一个比方，量子力学还有一个“隐变量”版本。这个“隐变量”版本在物理学界存在了50年，并与主流版本竞争，直到1980年代才被实验否定掉，说明它无法在自然界展现。但是，我还是由衷赞赏与歌颂“隐变量”版本，因为至少在逻辑上，它没有什么不自洽的地方。从这个角度，我仍旧承认“隐变量”版本。 对待相对论，我也有这个态度标准。我想，对于我这个标准，您不难理解，尽管您不一定接受我的标准。 14楼： （（（你无法必然导出，只有舍去其中有一种无穷大的结果，才有可能得到你想要的结果，而这种舍去是否成立，你是无法说明的！）））。 ----------- SHEN Re: 黄先生说得完全正确. 数学上自洽的模型,在自然界不一定可以找到物质承担者,最终需要依靠实验说话. 我的方法只能证明"不变速度"在逻辑上的存在必然性,但无法证明"不变速度"在自然界的存在必然性. 但是,当前,你我是在从逻辑上,命题上,概念上判断相对论正误问题,我希望不要直接引入实验. 我们最好把"从实验上检验相对论"与"从逻辑上检验相对论"分开来,不要混在一起. 只要我们从逻辑上,命题上,概念上找不出某个理论的漏洞,即使目前没有实验证据,我们也应该承认该模型"自洽"(注意,我只说"自洽",不说"正确",因为"正确"二字含义太广,可以包含实验上的验证等). |
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根据20楼，我认为，目前的光速实验可以算是成功地排除了各种物质作用影响。
但黄德民先生不这样看。他认为，目前的光速实验，正是因为有了各种物质作用影响，才恰好变得“不变”，“不变”是一种表象，是经过物质作用修正后的表象。 但是，问题是，难道能那么巧，复杂的物质作用竟然恰好使得c+v与c-v变得一样？这种巧，匪夷所思。根据量子场论，这种速度修正，肯定要计算路径积分高阶修正，遇到这么巧的事情，比中彩票还难。各向异性的光速变成各向同性，是很难遇到的巧事。这种修正，难道不可能矫枉过正，由原来的c+v与c-v，最后修正为c-u与c+u？u为什么是0，无法回答，因为u为0，实在过于巧了。 此外，我们也可以用胶子代替光子。胶子也遵守“速度不变”，难道您的光介子对光子的量子场论修正贡献，与对胶子的修正竟然一模一样？这也太不自然了。 |
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但是，问题是对于声速，即使它是在封闭车厢里面，它的变换也是c+v, c-v （这里c为固有声速，是与气体弹性系数与密度的比值有关）。也就是说，经过“车厢”这样的“以太，光介质”修正之后的光声速变换还是c+v, c-v。
那么对于光速为何是反了过来呢？您认为原本是c＋v,c-v,但经过“地球车厢”这样的“以太，光介质”修正之后变为了固有的光速c. 是不是？为什么是反了一反呢？ 根据您的观点，我们可以推测，封闭车厢内的空气就好比“声介子”。但任何人都相信，声速的变换是满足c+v, c-v的，我们在地球上就可以做这个声速变换的实验，我们在封闭车厢内跑动，也可以做这个c+v, c-v的。 对于光波，您把地球也看作是一个“封闭车厢”。既然我们在封闭车厢内跑动，可以做这个声速的变换实验，我们在地球上跑动为什么就做不了这类光速变换实验呢？迈－莫实验中，我们没有跑动，所以不算，但高速运动原子的Doppler效应实验，实验与理论已经精确到8位有效数字（Tongzr提供了这样的例子，实验完成于1994年），虽然测量的是频率变化，但光速是其中的一个参数，也算间接测量了光速不变。还有高能物理中的粒子散射实验，计算中都利用了光速不变，这就等于检测了光速。所以，我认为光速不变原理得到了验证。 此外，关于我所说的“难道能那么巧，复杂的物质作用竟然恰好使得c+v与c-v变得一样”，我还有剩余问题。既然对于光波，地球可以作为封闭车厢看待，那么在太阳系中，太阳系难道不可以算封闭车厢吗？光介子无处不在，太阳系也是一个自然的封闭车厢，地球在这个封闭车厢内跑，那么我们以前基于光速不变原理计算的天文数据难道都要失效了？我记得光行差实验应该就算这么一个“地球在太阳这个封闭车厢内跑”的实验吧。 至于胶子，是量子色动力学的粒子，量子色动力学在过去30年获得了实验验证，胶子也是具有光的速度的。光介子对光子的量子场论修正贡献，与对胶子的修正竟然一模一样？这太不自然了。我即使相信了您的“光介子对光子速度的量子场论修正贡献，导致光速不变”，我就无法相信另一个对胶子的贡献了，两者中，我只能相信至少其中一个。 |
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建其：
鉴于你说的很多，我没有时间一一回复。我只捡重点的内个说说（回复在-------------后）： “问题是对于声速，即使它是在封闭车厢里面，它的变换也是c+v, c-v”------------不错！但这是针对观察者相对于车厢运动时的情况。但历史上没有一个光速实验是观察者相对于地球运动的情况，如果有这样的实验，我相信也会出现c+v, c-v的情况。所以也不是你下面说的反了，恰恰是不反！！！！！ “迈－莫实验中，我们没有跑动，所以不算，但高速运动原子的Doppler效应实验，实验与理论已经精确到8位有效数字（Tongzr提供了这样的例子，实验完成于1994年）”------------------你又搞错了！应该做的是“观察者”相对于地球运动的光速实验！而不是“光源”相对于地球运动的光速实验，而你所说的高速运动原子的Doppler效应实验就是光源运动实验，它当然测不出C的变化，这就象声源相对于车厢运动也必然发现不了声速U变化一样，只能发现Doppler效应。 “他可以否定“迈－莫实验是相对论的实验基础”，但还是无法否定相对论本身”-------------------我的质疑不仅公否定了迈-莫实验是相对论的实验基础，而是否定了所有实验！如果真的做到了，相对论就失去了实验基础。洛氏变换也就推失去了实验基础的支撑，就不再存在你所说的“光速是参与变换的，只不过是c=c'而已”这种情况。 |
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但历史上没有一个光速实验是观察者相对于地球运动的情况，如果有这样的实验，我相信也会出现c+v, c-v的情况。所以也不是你下面说的反了，恰恰是不反！！！！！
--------- SHEN RE: 一句话,如果真的"历史上没有一个光速实验是观察者相对于地球运动的情况", 我承认您的"所以也不是你下面说的反了，恰恰是不反！！！！！ " 可是,我认为有这种实验, 原子能发出光子,也能吸收光子,这就具备观察者的基本资格,怎么就不能当作是观测者呢? 请就这个评论. |
