物理学数百年被无效实验主宰 转贴陈绍光 陈其良 汪 斌《两个无效的实验结果影响物理学四百年》
[楼主] 作者:qapin
发表时间:2010/10/13 13:58 点击:660次
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物理学数百年被无效实验主宰 转贴陈绍光 陈其良 汪 斌《两个无效的实验结果影响物理学四百年》最近吴水清会长的博客公布了此文，我再转贴于此。意在表明物理学的根基在实验，不管是有效的与无效的的实验结果，都会对物理学产生深远的影响。 两个无效的实验结果影响物理学四百年 陈绍光 陈其良 汪斌 说起来令人难以置信，但历史事实充分显示：两个无效的实验结果决定了物理学发展的走向，一个实验是四百多年前伽利略用掩灯法测量两山头之间光的往返时间，另一个实验是一百多年前迈克尔逊-莫雷测量地球相对以太的绝对速度（以太風）。这两个实验都是零结果，前者导致1632年伽利略变换的绝对同时概念（钟信号传递无需经历时间）的形成以及1687年瞬时超距作用（相互作用力的传递速度为无限大）观念下的牛顿力学的诞生，后者导致1904年罗仑兹变換的问世和1905年狹义相对论的诞生。但是这两个零结果的实验都是无效的，前者是因为实验的测量误差远大于待测量的量，后者是因为实验所用的测量原理是错误的。迈克尔逊-莫雷实验的测量原理是：由光速各向异性推导出两臂的光程差所对应的干涉仪的待测的相位差时，用了光波长和光频率的各向同性为前提，即也就是说，光波速度各向同性和光速各向异性两个自相矛盾的前提条件共处在实验原理中，因此其否定以太風存在的实验结果完全无效。1607年伽利略实验中的钟摆的计时测量误差远大于待测的光的往返时间，而且另一山头的副手看到灯光后再打开掩灯的过程，人的反应延迟也远大于光在两山头间的往返时间，这样的测量结果现在看来当然是无效的。但当时是唯一的实验结果，不由得伽利略、牛顿等当代科学家们不信。虽然罗默在 1676 年用木星卫星 Io 的掩蚀法、布莱德雷在 1725 年用光行差法已经得出了光速是有限值，但这些天文学方法的间接推论结果难以令人完全信服。直到菲佐（Fizeau）1849 年用反射镜和旋转齿轮法、福科（Foucault）1850 年用旋转棱镜法对伽利略的方法进行了改进，实实在在地在地面上测量出了光的往返时间后，相互作用瞬时到达的超距作用观点才真正受到了直接冲击。另外，1860 年麦克斯威尔光的电磁理论问世和1888年赫兹实验证实了电磁波的存在，有力地表明电磁作用不满足伽利略变换不变性。尤其是电磁作用问题的推迟势解则更为直接地否定了超距作用的存在。不过这时牛顿力学的观念己经深入人心，成为人们思维的习惯而难以动摇了。1887年迈克尔逊-莫雷实验测量以太風的零结果，成了经典的伽利略-牛顿力学飞跃到现代的相对论力学的临门一脚。为解释以太風的零结果首先是 FitzGerald（斐兹杰惹）在1892年提出了运动量杆的电磁收缩，接着罗仑兹在1904年提出了罗仑兹变換的收缩因子，但他们仍然是基于以太论。最后爱因斯坦于1905年由相对时空推导出罗仑兹变換，他完全抛棄了以太论，认为以太根本就不存在，自然没有以太風。为什么说相对论是超出了经典牛顿力学-以太波动光学体系的一次质的飞跃，这是因为直至19世纪末的物理学是无法自动更新到相对论的。虽然成熟的理论（如牛顿力学体系）有自我修复和更新功能，它从无限大信号传递速度的绝对同时出发，通过弹性力学到以太波动光学的发展延伸，最终能测量出光信号的传递速度为每秒30万公里，从而自我更新了信号传递速度的初始测量值（现在看来只能说是初始设定值）。但是只从光学多普勒效应而没有单向光速的各向同性是得不出罗仑兹变换的，更得不出否定以太存在的相对论时空。只有正反向光速测量结果相等或假设单向光速各向同性才能由多普勒效应推导出罗仑兹变换，但仍然得不出相对论时空。直至2008年突破了测量单向光速的循环死结，牛顿力学体系才能通过自我修复更新功能将相对论归并纳入到自己的体系内，成为牛顿力学体系内的相对论定理或定律。 在经典光学中以太定义为传播光波的弹性介质，在电动力学中传播光波的介质是电磁真空或自由空间，在量子场论中传播光子的介质是涨落真空中的虚光子。广义地以传播光的介质定义以太，则以太就是真空，宏观看为电磁真空，微观看为涨落真空。1964年发现的微波背景辐射轻微地各向异性，得出太阳系对微波背景辐射的速度大小约为400Km/s，方向是指向獅子座。这正是太阳系对涨落真空的绝对速度，因为微波背景辐射光子与涨落真空的虚光子长期共处达到平衡，两者之间就不存在整体的相对运动速度，对微波背景辐射的速度就是对涨落真空的速度，也就是对以太的绝对速度。从而以太可以用微波背景辐射来标记。微波背景辐射的实验观测结果与迈克尔逊-莫雷实验结果相冲突，由此陈绍光、刘宝诚在1996年对迈克尔逊-莫雷实验产生了怀疑，从而发现了其测量原理的错误。直到2008年陈绍光从以太波动光学中绝对速度的多普勒效应推导出了狹义相对论罗仑兹变换是两个相反方向上多普勒效应测量结果的均方根值，一百多年来由无效的迈克尔逊-莫雷实验结果引起误会才得以澄清。 历史是不能假设的，若是能够假设不曾出现这两个无效的实验结果，物理学发展的道路可能会更直，但却会缺少了许多过程的精彩。真实的物理学发展道路总是弯弯曲曲的：从无限大信号传递速度的绝对同时（伽利略变换绝对时空观）建立起了超距作用的牛顿力学体系及其延伸的以太波动光学，这是伽利略的无效的光速测量结果促成的。另一个无效的迈克尔逊-莫雷实验结果，否定了以太和绝对速度，又促成了牛顿力学体系发展到相对论。当前后两个无效的实验结果的影响被纠正，就如同负负得正一样，通过否定之否定物理学最终又返回到以太论和牛顿力学体系，似乎是转了一圈回到原处。但是后来的新以太论和新牛顿力学与原先的以太论和牛顿力学有了重大的不同：一是先验的（由无限大信号传递速度保证的）绝对同时变成了测量的（由有限的实际信号传递速度下的校钟保证）绝对同时，二是对优越坐标系（以太）的绝对速度变成为对真空的绝对速度。物理真空是由CMB光子和虚光子构成的，它不是可人为选择的坐标系，而是实际存在的客观物质。所以，对于真空的绝对速度是可测量的和唯一的。菲佐、福科等人的实验结果以及麦克斯威尔、罗仑兹、爱因斯坦等人的理论都对物理学螺线形的发展做出了重要贡献。不管物理学发展的道路如何曲折，实验总是第一位起决定作用的，无论是有效实验结果的正面作用的还是无效实验结果的反面作用都决定着物理学的发展方向。 |
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