众人评论一次欧姆定律实验-挑战相对论-西陆网

众人评论一次欧姆定律实验

[楼主] 作者:physicist 发表时间:2002/07/27 01:30

点击:670次

某物理学家为了用较高的精度检验欧姆定律，进行了一次实验。他设计了精度可以达到万分之一的电压表和电流表。然后把一段金属电阻丝放在严格恒温的条件下，并小心地屏蔽掉周围的电磁辐射，同时测量流过它的电流和电压。测得两组数据： U1 = 1.3425mV, I1 = 1.1625mA U2 = 2.4324mV, I2 = 2.1062mA 组织实验时，他也顺便用只有5%精度的万用电表测量了一下电阻丝的电阻，为0.12欧姆。他分析道：如果欧姆定律成立， U1 = I1 * R U2 = I2 * R 两式相除，得 U1/U2 = I1/I2 所以，欧姆定律预言第二组数据的电流是 I2 = I1 / (U1 / U2) = 1.1625 / (1.3425/2.4324) = 2.1063mA 与实测值2.1062mA在误差范围内一致。欧姆定律在万分之一的精度下得到验证. yanghx评论道: 这个实验的确设计的比较巧妙，很多东西可以借鉴，现在只说有疑问的地方，也难免有不当之处，探讨着看吧。既然实验时电流表串联在电路中，那就有电流表的内阻对电路的影响了。那么电压表也存在这个问题？结果就难说了。总之他们是否考虑过仪表的内阻造成的误差呢？逆子评论道：0.12欧姆对结果起着举足轻重的地位。什么是实验数值，与实验数值相比较时，它是在什么电阻之下的实验数值？这个实验数值就是在不确定的0.12欧姆下的实验数值，这个电阻的不精确性，也难保这个结果的准确性。实验结果的不确定性，我们还能利用它来反推电阻或检验欧姆定律的正误？另，实验已经测定了0.12欧姆下的电压和电流，干脆直接用欧姆定律的关系式来预测一下试验结果，做一下比较好了。何苦转这样一个大弯呢？有简单明了的比较法，非要转个弯来说明问题。如果我们直接用实验数据来分析的话，就会看出其中的破绽。 zongzr评论道：看来欧姆定律在这个实验中又有拼凑数据之嫌。请大家思考：加上电压值后的电阻丝里就有电流，电流的速度是光速，这是常识。在这样的高速下，能量状态已经改变，电阻值还能不能保持不变？我以我的理由认定欧姆定律是伪科学，你深信欧姆定律在如此高精度下得到证明,不必考虑电场加速,高速态能级分布不变是你的权利.国家允许宗教信仰自由. 明日重现道: 确实是在拼凑数据，这是欧姆定律学者长期坚持的方法。这个贴子才是学术研究的态度，童先生应这样坚持，不要去北大物理论坛跟别人打嘴仗。

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[3楼] 作者:明学发表时间: 2002/07/27 12:10

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回复:physicist
恒温和没有电磁场的作用，意味着传栽电流的导体周围的空间是均匀的，他对导体传导电流没有影响。但是，即使是这样，导体内部的粒子的运动还是杂乱无章的，因为有温度存在，所以电阻只能是一个统计效果，而且正是因为这个温度的存在导致粒子运动的杂乱无章，致使对电阻的测量受到各种偶然因数的影响，因而电阻的测量值的误差总是存在，你如果在同样的条件下做两次同样的实验，你必然会在更小的数量级上发现他们的误差。现在我们回过头来考察一番超导现象，我们知道在超导现象中，导体的电阻为零，此时意味着电压为零。注意我们可以设想在绝对零度下。各种粒子杂乱无章的运动消失了。所以电阻为零。此时电压为零，但电流却存在，这意味着什么呢？这意味着在宏观条件下成立的欧姆定律他是有其实用范围的。意味着电压并非是电流产生的必要条件。其中的深刻含义，大家去体会。

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明学达观

[4楼] 作者:cavalleria 发表时间: 2002/07/27 14:47

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回复:我来说点正经的物理
明学第一段里提到的问题实际上是统计涨落问题.统计物理研究的宏观物理量,如电阻,压强,密度,极化强度,比热等,既然都是热力学系综的平均值,当然会有涨落,而且涨落是有物理效应的.比如等容比热实际上是物体内能涨落的反应,磁化律是磁化强度涨落的反应,具体公式还是去书上找.但是一个宏观量的平均值涨落实际上是很小的,绝大多数时候都不能被直接测量到.如果被测量体系的粒子数是N,那么平均值的涨落与1/sqrt(N)是同一个数量级,这是概率论的结果.一般N为10的23次方,所以对于宏观量的涨落是一个很小的值. 第二个问题提到超导,这是一个很大的问题,不是一句两句能讲得清楚的.简单的说一般金属的低温超导已经由BCS理论做出了解释,高温超导体的研究还有很多问题.现在学术界认为一般金属超导体是由于电子声子作用形成电子库伯对,库伯对在低温下产生类似于超流体的凝聚集中到一个宏观波函数上,持续电流实际是这些库伯对的宏观量子效应,而不是因为热运动停止了.金属的转变温度也不是0K. 电阻的问题其实很复杂,即使在零温的极限下,电阻一般也不是零.电阻和材料的维数,尺度,温度,外加磁场等因素都有复杂的关系,并非一个欧姆定律就完事了.很多材料甚至会发生导体和绝缘体的相变.具体内容可以去参考凝聚态物理,固体输运方面的专著,有很多关于电阻的问题现在仍然在学术界争论不休.

[5楼] 作者:逆子发表时间: 2002/07/27 17:40

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光波多谱勒频移关系式得到实验的证实，这意味着什么？
人们想通过实验在证实光的多谱勒频率的正解性，换言之，这种作法是想通过实验来证实绝对时间膨胀的真实性。因为，经典与相对论的区别就在于时间膨胀因子。如果实验中能证明有时间膨胀因子参与的关系式才能与实验吻合，这也就说明了时间随速度的绝对膨胀性。退一万步讲，我们可以把它当作0.064C速率下的实验证实关系式。我们假定锂原子的速度向着我们运动的速率为光速时，相对论多谱勒频率会导出一个无穷时间的结果来，这个无穷的时间相对论者该作如何解释。反过来，这个实验说明了什么？相对性原理还能成立吗？这个实验实际上是来证明时间是否会随速度产生膨胀。结果真的膨胀了。运动的时钟会发生真实的变慢，那各惯性系平权一说也该废除了。剩下的问题就是来找速度的基准了，也许又找到以太身上了。

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逆子

[6楼] 作者:逆子发表时间: 2002/07/27 18:09

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我也依你的弹簧振子来分析一下光的多谱勒频移原理。
我们知道一个弹簧振子的振动周期是一定的。无论是把它放在飞机上，还是飞船上，也无论飞船的运动速度大小，只有它所处的惯性系是匀速运动的，它的振动频率就不会发生改变的。这就是相对性原理的具体体现。所谓的时间膨胀仅是一种观测是结果，是由于光的传播速度所形成的一种视觉形象畸变。不具有真实性。而光的多谱勒频移告诉我们，振子的振动频率是随速度变化的，它的运动速度越高，它的振动周期会越大，换言之，运动速度越高，振动频率就越小。当振子的运动速度为光速时，振子的振动频率就降为零了。不妨仔细分析一下膨胀因子在光波多谱勒频移中的作用，无论光源是背向的运动，还是相向的运动，光源的频率皆会受到膨胀因子的影响，也就是说，无论它的运动方向如何，得到的结果都是时间膨胀了。所以说时间膨胀因子是与速度紧联系的。可速度又是什么呢？速度是一个相对概念，以此推导的出的时间膨胀也应是相对的。既有时间的膨胀，也会有时间的收缩。为何时间只会膨胀不会收缩呢？这不正是绝对时间的膨胀结果吗？

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逆子

[7楼] 作者:tongzr 发表时间: 2002/07/27 18:20

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能量(包括体系的动能)决定体系构成质点的能级值和能级分布.这才是公识
体系不同的能量(包括体系的动能)决定体系构成质点的能级值和能级分布.这才是公识. 体系动能改变不大,能级分布可以用体系"平移"近似处理.但体系受强大外电场作用,动能大幅增加.构成质点的能级值和能级分布必然改变.这是对如此精度的实验最起码的质疑. 量子力学体系不是刚性架构,质子,电子处于不同的运动状态,体系大幅加速后增加的动量并非是按"刚性构架"均匀分配给各个质点.能级将因总能态的改变而该变.分离变量法是处理方程简易可解,动量项大幅改变影响能级值,能级间隔是显而易见的,况且锂离子是多质子体系. 我提过,体系动的大幅变化产生构成质点的能级值和能级分布的改变可以通过间接的实验结果来验证, 温度是体系内部分子平均动能的标志.通过对不同温度下的某元素能级分布的对照可以给出间接验证.

[8楼] 作者:yanghx 发表时间: 2002/07/27 19:26

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这个比喻要修改一下才比较恰当：电阻丝的电阻是10^-14欧姆？
如果你说的是这样一个相对简单的系统，那么争议也会相对少一些，不过这个比喻修改一下也可以勉强使用：电阻丝的电阻是10^-14欧姆，不过就是这样的简单系统，影响它状态的参量也不少，比如你就忘记了恒温的问题、电阻丝的温度系数问题、电阻丝通电后的温度变化问题、电压的稳定度问题、电源内阻的问题、以及YANGHX说的电流表内阻分压的问题、电压表内阻不够高造成的分流问题，特别是当电阻值很小的时候，比如是10^-14欧姆时，考虑这些因素的影响是多余的吗？只屏蔽辐射还不行，还要保持红外辐射量（温度）不变吧？与空气的接触热传导呢？所以还要在真空中才行吧？真空度也要考虑吧？超高真空度对任何电器都会产生微弱的影响，要考虑的问题还会很少吗？影响还会很小吗？这就是我为什么希望能用飞船来作“多普勒验证”的原因，问题会相对的少一点，因为毕竟宏观系统要比微观系统简单的多，但就算用飞船作成了，估计今后产生的争议也不会少？

[楼主] [11楼] 作者:physicist 发表时间: 2002/07/28 06:47

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空树一个靶子
我明明说了电阻是再0.1欧姆的数量级，你偏说电阻是10^-14欧姆。既然用的电压表和电流表有那样的精度，你说它们的内阻有多少影响？明明说了“严格恒温”，还说我忘了恒温，说明你看帖子很不仔细。既然说了恒温，再说什么电阻的温度系数、温度变化、红外辐射、与空气的接触热传导，是不是很多余？如果电源电压不稳，电压表、电流计的读数就会跳动，读不到那么多位有效数字。既然测到了那么多位有效数字，你说电源电压够不够稳？既然提供的电压够稳了，电源的内阻又有什么影响？至于你说用飞船来做“多普勒”实验要考虑的问题会少的多，只说明你对现实世界太缺乏了解。随便给你列一大堆问题出来让你长长见识（可见航空航天计算的复杂度远不是中学生的习题可比的）。这些问题都可能造成与飞船速度下的二阶多普勒频移同等量级的偏差：飞船的速度怎么测？最常用，也是最准确的办法，就是利用多普勒效应来推算。乖乖，用多普勒效应推算出来的速度验证多普勒效应？那么就只好用别的办法。不管怎么样，光信号（无线电信号）在穿过大气层到达地面时，大气温度、密度波动造成的折射率变化需要加以考虑。地球自转引起的表观速度要考虑。月球的引力、太阳的引力、其他行星、在轨道上的大大小小的人造卫星和太空垃圾的引力也要考虑。引力势差造成的引力红移要考虑。因潮汐现象造成地球质量重新分布对引力的影响要考虑。飞船轨道上的稀薄大气造成的阻力要考虑。太阳风要考虑。太阳辐射的光压要考虑。飞船燃料箱的细微漏气要考虑。飞船在升空时与大气摩擦会带上静电，在地磁场作用下的洛仑兹偏转要考虑。飞船的微弱磁矩与地磁场的作用要考虑。飞船定向发射无线电信号引起的动量反冲要考虑。飞船的不均匀散热造成的动量反冲要考虑……

[12楼] 作者:明学发表时间: 2002/07/28 12:29

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回复:cavalleria
cavalleria先生的话我明白，但我所想表达的意思实际上是一个比你所说的更深刻的问题，坦率的说，我都不知道从何说起。这样说吧，现代物理学实际上建立在牛顿的时空观之上的，爱因斯坦发展了牛顿的时空观，比如说用空间的曲率来表达引力场，此时的空间不像牛顿所描述的空无一物了。那么承载这个曲率的物理本体是什么呢？这个问题我们可以暂时不谈（实际上对其全部意义的理解，对建立正确的物理理论是致关重要的）。你所说的统计涨落也好，各种物理量的测量或者他们的涨落也罢？他们都是建立在物质的相互作用的基础之上的，我的问题是空间在其中起什么作用呢？（当然这个问题牵涉物理学最基本的问题，我非三言两语说得清楚）。我们凡是讲到物质必然存在有温度和作用以及涨落这不假。当我们想象在绝对零度的情形是怎样的呢？（是否存在绝对零度并不重要，但作为一个基本的物理理论必须对他作出解释）。此时辐射全部消失，涨落也不存在了。此时到真像牛顿所描述的那样的是一个绝对均匀的空间，但他绝对不是空无一物。这一点我们从空间具有介电常数和磁极化常数这两个量本身可以推证。此外我们从爱因斯坦的的质速关系也可以得到理解，按照爱因斯坦的解释，我们只要给物体一个作用，就可以使物体的惯性质量增加，这无论如何也不能自圆其说。如果我们换一个角度，则是可以理解的，我们假设是物质和空间作用，这种作用随着物体运动速度的不断增加而增加。你所说的BCS理论也好，声子也好，他们无不都是从物质的角度去考虑问题，从来不考虑空间在其中所起的作用，或者说不能从物质和空间统一的整体上去把握和理解超导现象，所以他只能是一个头痛医头的唯像理论。BCS理论又是如何去理解超流现象的呢？你所讲的电阻问题都没错，但我们需要的完备的理论，而不是一个用统计和测不准原理为基础的唯像理论。也许该是我们谈论隐变量的时候了。你的朋友明学

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明学达观

[15楼] 作者:tongzr 发表时间: 2002/07/28 23:56

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你的物理水平是棱镜入射线平行出射线的江湖骗子水平.早已领教.你深通的是江湖手段,有的是江湖德行和劣绩
这是相对论精确验证骗局的致命点: 锂离子在经过外电加速到0.064c的高速. 1.体系质点结构形变不可能在加速后完全恢复至加速前状态. 2.体系不同的能量状态决定体系构成质点的能级值和能级分布. 体系动能改变不大,能级分布可以用体系"平移"近似处理.但体系受强大外电场作用,动能大幅增加.构成质点的能级值和能级分布必然改变.这是对如此精度的实验最起码的质疑. 3.我提过,体系动的大幅变化产生构成质点的能级值和能级分布的改变可以通过间接的实验结果来验证, 温度是体系内部分子平均动能的标志.通过对不同温度下的某元素能级分布的对照可以给出间接验证. 你的物理水平是棱镜入射线平行出射线的江湖骗子水平.早已领教.你深通的是江湖手段,有的是江湖德行和劣绩附: 看来相对论在高速锂离子多普勒效应实验中又有拼凑数据之嫌请大家思考: 加速后的高速锂离子三个能级与文献数据能否相同? 加速锂离子就已经改变了能级的分布!请行家审思. "在量子时代，结果越精确就越可疑？" 这一点我赞同yanghx先生的看法. 谢谢physicist先生提供具体内容. 实验精度离普朗克常数还差得远呢作者:physicist(xxx.xxx.xxx.xxx) 2002/07/22 02:29 字节:3K 点击:31次帖号:18794 当前论坛: [挑战相对论]讨论区 [hongbin.xilubbs.com] 互换联接:帮我提供环境新闻这样的实验精度，跟普朗克常数相比还差得远呢。实验的细节都在文献那儿摆着呢，如果你真的要质疑，最好自己去研究文献。这里我简单介绍一下这个实验的原理。实验用的发射系统，是高速运动的锂离子。实验用到了锂离子的三个能级，不妨称其为能级1(实际上是2^3S能级下的J=1, F=3/2的超精细能级）,能级2(2^3S，J=1, F=5/2),能级3(2^3P, J=2, F=5/2)。其中能级1最低，能级3最高，能级2只比能级1高一点点。它的能级图看起来就像希腊字母lambda，所以称为lambda系统。先考虑静止的情况。通常情况下，锂离子主要存在于能级1上。当我们用一束激光去轰击锂离子时，如果激光的频率正好等于能级3与能级1的差别时，锂离子就会被激发，跃迁到能级3上。但能级3是不稳定的，锂离子会再次跃迁到能级1或能级2上。这样，轰击的结果，会使处于能级2的锂离子数目大幅度增加。如果这时再用另一束激光去轰击这些锂离子，而这束激光的频率是可调的。那么当激光的频率调到正好对应于能级3与能级2的差时，激光将会被大幅度吸收，并产生荧光。所涉及的两条光谱线的频率已经被精确的测定，设它们是f1(1->3), f2(3->2)。现在来考虑运动的情况。设有一束高速运动的锂离子，这些离子的速度有大有小，具有一定的分布(当然分布并不是很宽）。现在从这束离子的背后发射激光，而且激光的频率略高于能级3与能级1的差。由于多普勒效应，锂离子接收到的激光的频率会降低一点，降低多少取决于离子的速度。只有某种具有特定速度的锂离子接收到的激光的频率正好对应于能级3和能级1的差，所以只有这部分锂离子才会被激发，因此也只有这部分锂离子才会大量地处在能级2。现在在从这束锂离子的正面射去可调激光。同样由于多普勒效应，锂离子接收到的激光频率会略高一些。由于只有被第一束激光选中的那种速度的锂离子才会富集在能级2，也只有当第二束激光的频率经过那个速度下的多普勒频移后正好对应能级3与能级2的差时，激光才会被大量吸收。这个第二束激光的频率，就是所谓的共振频率。通过测量系统发出的荧光的强度，可以得知第二束激光是否与系统发生了共振。设第一束激光的频率是fa, 第二束激光的频率是fb，被选中的锂离子的速度为v。根据上面的原理，四个频率之间满足以下关系： f1 = fa * f(v) f2 = fb * g(v) 两个函数f(v)和g(v)分别是背向和相向的多普勒频移公式，不同的理论给出的函数形式不一样。对于狭义相对论而言 f1 = fa * k * (1 - v/c) f2 = fb * k * (1 + v/c) 相乘后，得 f1 * f2 = fa * fb （1）故狭义相对论预言的共振激光频率应为 fb = f1 * f2 / fa 对于经典理论而言 f1 = fa * (1 - v/c) f2 = fb * (1 + v/c) 相乘，得 f1 * f2 = fa * fb * (1 - vv/cc) （2）故经典理论预言的共振激光频率应为 fb = f1 * f2 / fa / (1 - vv/cc) 实验的目的，就是检验相对论预言的共振频率是否与实测值相符。实验的结果，昨天已经给出，这里再补充得完整一点。实验中第一束激光的频率是fa = 582 490 603.370(0.130) MHz 实验测得共振激光频率是fb = 512 667 592.4(3.1) MHz 静止参照系下两条谱线的频率分别为[这是另一组实验科学家独立测量的，结果发表在Physical Review A 49, 207 (1994)上。下面两个数据是我自己从这篇文献上找来的。Grieser他们用的数据我没有找到，所以用下面这组数据推算的相对论预言值与昨天给出的会略有不同，但都在误差范围内] f1 = 546 474 963.42 (0.4) MHz f2 = 546 455 145.74 (0.4) MHz 这个实验构思的精巧之处，就在于对狭义相对论而言，最后的公式（1）中没有出现离子的速度。相对光谱而言，速度是一个比较难以测准的量。由于只用到可以精确测量的光谱数据，这个实验就能对狭义相对论作出非常严格的检验。

[18楼] 作者:jqsphy 发表时间: 2002/07/29 12:27

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1.体系质点结构形变不可能在加速后完全恢复至加速前状态. 【【【【【【错误。这是可以用恢复的驰誉时间计算的，驰誉时间小于1微秒。】】】】】】】 2.体系不同的能量状态决定体系构成质点的能级值和能级分布. 【【【【【还是老话：牛顿力学，相对论，量子力学方程，都不存在内外耦合项，所以外部速度不影响内部能级。您的这一理论观点是您“一个人的”理论观点，全世界没有第二个人会承认。】】】】】体系动能改变不大,能级分布可以用体系"平移"近似处理.但体系受强大外电场作用,动能大幅增加.构成质点的能级值和能级分布必然改变.这是对如此精度的实验最起码的质疑. 3.我提过,体系动的大幅变化产生构成质点的能级值和能级分布的改变可以通过间接的实验结果来验证, 温度是体系内部分子平均动能的标志.通过对不同温度下的某元素能级分布的对照可以给出间接验证. 【【【【【请提供证据出处。】】】】】

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