对于“实验可以证实‘双生子佯谬’是骗局”一文的看法
[楼主] 作者:tonyylh
发表时间:2002/09/16 10:58 点击:584次
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由于网络的隐蔽性，使在网上发表文章的人不但能充分表达自己的观点，还能借文章充分表达自己的爱憎，因此用词过于激烈的情况比比皆是。例如，刚刚看到的署名为“逆子”的人写的 “实验可以证实‘双生子佯谬’是骗局”，其标题洋溢着作者对爱因斯坦的满腔深仇大恨，程度不亚于希特勒的纳粹政府对爱因斯坦的仇恨，当时他们斥责相对论是国际犹太人集团毒化亚利安人的丑恶阴谋，其依据仅仅是因为爱因斯坦是犹太人。还有的网络杀手把相对论咒为“狗屎”，等等，不一而足。
我不想评价爱因斯坦的为人，也承认他会犯错误，但很惊讶为什么一位无害的老人会遭到这么些对他并不了解的人的痛恨。我看过他的生平，读过居里夫人、普朗克、洛伦兹、海森堡等著名科学家对他的评价，我的结论是，爱因斯坦无论如何不会像希特勒之流诬蔑的，是一个会设计阴谋来贻害他人的恶棍，他的学说也不是逆子等人诅咒的“骗局”或“狗屎”。不过关于这一点，我也就讲到此为止，仅希望今后不要再看到诬蔑性的语言。
现在网络上盛行批判相对论。应该说，科学就是在不断的质疑中进步的，因此批判和揭示相对论的错误是非常有意义的。但是，批判这个经典理论应该从哪儿批起，反相对论者们却不愿意弄清楚。
他们痛批相对论时，主要火力集中在孪生子佯谬上，并据此全盘否定相对论。我感到十分好笑。我要告诉他们，枪打错了地方！批判相对论，如果不批判它的两个基本公设，那还批判个什么东西？
说到两个公设，那什么是相对论的两个基本公设呢？很简单：公设一，对于所有的物理定律，所有的惯性系是等效的；公设二，光在真空中的速率总是具有同一值。整个相对论就建立在这两个简短的断言之上。而孪生子佯谬之类古怪结论都是在这两个公设的基础上采用严格的数学方法推导出来的，逻辑上，计算上都无懈可击，经过数以十万计的人的反复验算。因此，如果试图从数学上来反驳，那就是以卵击石了。退后一万步说，即使把孪生子佯谬批倒了，那也只不过好像一幢宏伟的大厦中有一扇窗户被发现装得不对，于大厦本身并没有什么影响。因此请反相对论战士们去批倒批臭那两个公设吧，别把子弹浪费在枝节上面。
但如果那两个公设真的错了，也不关爱因斯坦什么事，因为公设一是伽里略的思想，后来被牛顿接纳到古典力学的框架中；而公设二是麦克斯维方程组的必然结果，真空中的光速是并仅仅是真空的电磁性质的结果，与不同的参照系无关。
那么爱因斯坦做了些什么，使他成为相对论之父了呢？当然他首先把一直困扰物理学家的所谓“以太”彻底抛弃了，这在当时就是一个惊天动地的举动，然后他提升相对性原理作为相对论的一个公设，但扬弃了伽里略变换公式，推导出和洛伦兹就事论事弄出来的变换公式一模一样的变换公式，他还把真空中光速不变这个争论不休的话题断然用作为另一个公设，最后就以这两个不难看懂但很难真正弄懂的公设为基础，通过一些并不复杂但十分慎密的数学推导，演绎出了狭义相对论。一些原来看来古怪但又符合实际的假设、公式等等，都从狭义相对论中自然而然地推导出来了。比如尺缩计算公式，并不是爱因斯坦最先拿出来的，而是洛伦兹，还有另外一个爱尔兰人为了说明一些莫名其妙的试验结果而假设的，因此是一个就事论事的硬性规定，没几个人真的相信那是真的。但在相对论里面，尺缩是一个推导出来的结果。
因此，如果要批判相对论，得从更早的伽里略批起。但如果批倒了伽里略的相对性原理，牛顿体系也就岌岌可危了。我们的确处于一个令人患精神分裂症的混乱世界之中啊。
我刚才说过，批判爱因斯坦相对论的人总是集中火力攻击“孪生子佯谬”，并据此全盘否定相对论。要说明“孪生子佯谬”并不违反相对性原理是困难的，特别是一些说明很难被人理解。例如逆子已经讲了一个，他以及其他一些反相对论的人均表示绝不能接受那个胡说八道。更令人信服的说法非常复杂，需要用到高等数学工具，而且很可能仍不能为反相对论的人接受。因此非要弄个水落石出的人可以到图书馆之类的地方借阅有关相对论的专著看看。我仅想在此讲讲一些更一般的问题。
逆子等人再三强调各参照系平权，这的确是相对论的公设一中有所表达的意思，但要注意，那里讲到的平权是指物理定律在各惯性系中是一样的，决不是指观察到的现象，甚至不是指全部结论！因此，如果你从一个参照系观察另一个参照系的时候，很可能与在该参照系中的观察者得出不同的结论。这在牛顿体系中也是允许的。
例如，在一个相对于另一个参照系A做匀速运动的参照系B中的自由落体运动，参照系B中的观察者当然会得出结论说物体是垂直往下落的，但参照系A中的观察者会坚持说下落物体走的是一条标准的抛物线。如果坚持逆子等人的立场，牛顿力学也出现了裂缝！
但幸亏情况不是如此糟糕。请看伽里略相对性原理是怎样讲的：一切彼此相对作匀速直线运动的惯性参照系，对于描写运动的一切规律来说都是等价的。话挺绕口的，对于刚才的例子，伽里略费尽心机要表达的意思是，尽管在参照系A和参照系B中的两位观察者对同一个物体的运动状态看法不同，但当他们各自独立地用经典力学来分析物体的运动后，会惊讶地得出相同的加速度的量值！即：物体在水平方向的加速度为零（参照系A：匀速直线运动；参照系B：静止），而垂直方向的加速度都是g。
这个例子表明，相对性原理并不要求从不同惯性参照系中观察到的现象，甚至某些结论总是一致的，但要求在各自用物理定律处理这些数据后，能对一些特定的量给出相同的结论。这可能是相对论的公设一常被逆子等人忽略掉的东西。顺便说一句，牛顿力学在不同的惯性参照系中，加速度是不变量，而速度则不是。作某种变换后，有些量的值改变了，而有些量的值保持不变，这些不变的量通常是物理学家感兴趣的。
综上所述，在多个惯性参照系中，的确有一个处于相当特殊的地位，这就是观察者所处的参照系，当他观察别的参照系时，可以看到那个参照系的人看不到的现象。
关于不同参照系平权的问题，我本来还想说说“同时性”在相对论里面是如何被相对化的，从而说明我们对“同时”的判断是由于我们采用了特殊参照系造成的。但后来一想，那纯粹是相对论的问题，说出来有点用相对论来说明相对论的嫌疑，只好作罢。
那么对于逆子等人来说，相对论的公设一还有什么被他们遗漏的东西吗？肯定还有！他们完全忽略了“惯性系”这几个重要的字眼。以至于他们竟然拿出“同步卫星和地球这个参照系保持静止”这一事实来批驳“孪生子佯谬”。
那什么是“惯性系”？严格的定义就是“彼此相对作匀速直线运动的参照系”，这下我们都可以一眼看出，“同步卫星和地球”之间根本不存在相对的匀速直线运动，它们够不上“惯性系”的资格!由于公设一的限制，狭义相对论还真管不到这两个东西构成的体系。看样子，用“同步卫星和地球这个参照系保持静止”这一事实来批驳“孪生子佯谬”，好比用经济学上的凯恩斯主义批判达尔文的进化论一样荒诞不经。
不过爱因斯坦那个鬼老头还是比逆子等人早一些注意到了狭义相对论的这一局限性，于是抢先推出了“广义相对论”，在这个框架下，能很好地处理“同步卫星和地球这个参照系保持静止”这一事实与“孪生子佯谬”之间的纠纷。其实能解决有关“孪生子佯谬”的一切纠纷。总之，问题解决了。
还有一个怪现象，那就是，反相对论战士们一方面大批相对论，另一方面连有关相对论的一些基本试验都没有看过。例如他们要求拿出钟慢（即孪生子佯谬）的实验结果来，说为什么到现在都拿不出证据来，可见是骗人的。问题是，拿出证据来，你就相信吗？如果能相信的话，我可以告诉大家，早就有实验结果了。这是在美国四十年代做的实验，或者说是观察。
μ介子在静止时的寿命是很短促的，只有0.7微秒。如果相对论关于钟慢的结论是错误的，那μ介子不会因为飞行速度太快就延长它的寿命。这样，一个μ介子以0.7微秒的全部生命，用0.99倍光速的速度飞过空间时，到底能飞多远呢？简单计算表明，是205米左右。但如果相对论是对的，以0.99倍光速飞行的介子的时钟真的变慢了，那么高速飞行中的介子的寿命将延长到原来9倍左右，即6.3微秒，那它不就能飞行1850米左右了吗？观察结果表明，还真就是1850米！和205米的巨大差距，绝不能用什么误差之类的原因来反驳了。
因此，当一个μ介子的孪生兄弟乘着光子火箭出游回来时，它会伤心地发现不但它的兄弟早已去世，就是它兄弟的第八代子孙也弃世而去了。这样继续活在世上还有什么意思？于是它也湮灭掉了。
对μ介子进行观察的具体时间是在1941年。当时正值二战，这样一个纯理论方面的结果传不到战乱中的中国是理所当然的。然后又是内战，大家都为自己的生存而担忧，想必没几个人会关心μ介子的死活。1949年以后，向苏联一边倒，所有的欧美教材都成了垃圾，从苏联引进了新教材。不过我想钱学森等少数物理学家还是应该知道μ介子的寿命与其运动速度有关这个结果的。后来文化大革命的烈火燃遍全国，其中有一项内容就是批判相对论。μ介子的命运当然就不用提了。问题是，浩劫结束后，引进了不少美国等西方国家的书籍，其中提到了多项有关相对论的验证实验及其结果。不过看来，反相对论战士们不愿意顾及这些书，他们更愿意随心所欲地发表议论。
在逆子的文章最后，有这么一段话：“所谓的时间膨胀也是会出现的。不过，并不是爱氏所描述的。时间的膨胀只会有视觉上的膨胀，而无真实时间的膨胀。打个比方说，一个钟高速向观测者飞来，由于光的传播需要时间，观测者会发现这个钟表走的比他的表快。反过来讲，如果这个钟表飞离观测者的话，观测者会发现这个钟表会比他的表走得慢。它完全类同于多谱勒效应。也可以出现钟慢，也可以出现钟快。是快还是慢取决于钟表的运动方向。”
要是我，绝不敢这么乱下结论。按逆子的理论，冲我们飞来的μ介子的寿命应该缩短，弃我们而去的μ介子的寿命应该延长，至少看上去是这样的。但遗憾的是，据物理学家的观察，不管是冲我们飞来的μ介子，还是弃我们而去的μ介子，寿命都是延长的，而延长的程度正好符合狭义相对论的预言。从来没见过“钟快”的现象。
自从相对论问世以后，除了最开始的几年几乎无人批判外，后来就遭到了不间断地攻击。而最初几年无人批判它也并非那时的人们比较宽容，而是当时没几个人理解了相对论。下面这个逸闻很能说明这个问题。
当相对论终于声誉鹊起，有个记者问率队观察日食，从而证实了相对论关于光经过巨大质量附近时路径会弯曲这一预言的英国物理学家爱丁顿爵士：“听说包括您在内，世界上只有三个人懂得相对论，是真的吗？”爱丁顿爵士困惑了好一会儿，在人们的一再催促下才犹犹豫豫地回答道：“我在想，那第三个人是谁？”
后来，证实相对论的证据一个接一个地出现在杂志和报刊上，拥戴者们欢呼的声浪也一浪高过一浪；另一方面，反对相对论的人也在不断的增多。到了希特勒专制统治时代，纳粹政府决心埋葬邪恶的犹太人的阴谋――相对论。纳粹政府中臭名昭著的戈培尔把一些精干卓越的物理学家组织在一起，从哲学、力学、电学等方面猛攻相对论。在普朗克等著名物理学家的支持下，爱因斯坦坦然应对。最终以纳粹政府的惨败告终。后来据说苏联也搞了对相对论的批判，结果当然是无果而终。
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