|
'为了验证相对论的运动可使时钟变慢结论正确，71年美国海军天文台的哈菲尔等曾做过一个实验，就是准备了6个铯原子钟，在预先都对准的情况下，将两个放在地面作为对照，两个放在向东飞行的飞机上，两个放在了向西飞行的飞机上，然后两架飞机同时起飞后相背飞行，并在绕行地球一圈落地后，比较不同原子钟的走时。 那么在铯原子钟原子中用的原子是不是原子的跃迁？是不是说在静止的观察者与运动的观察者看来，原子从高能级到低能级跃迁所用的时间是一样的？就是周期是一样的？是不是这样说在原子钟实验里，我们认为运动的问题与静止的物体看到的铯原高能级到低能级跃迁所用的时间是一样的，然后我们得出运动时钟变慢？运动的物体的时间变长？ |
|
物理钟的变化不能证明狭义相对论正确
我国古代有个故事，说的是算卦先生。 有三个读书人上京赶考，听说山上住着一位“半仙”，能推算人的功名利禄，便上山求教。 听罢三人来意，半仙紧闭双目，伸出一个指头，三人不解，请求解说。半仙摇摇头：“此乃天机，岂能泄漏。”三人无耐，只好下山。 徒弟悄悄问半仙：“师父，您这是什么意思？” 半仙回答：“傻瓜，这个窍门还不懂，他们一共三个人，如果将来有一个考中了，那就表示考中一个；有两个考中了，那就表示有一个考不中；三个都考中了，那就表示一齐考中；三个都没考中，那就表示一齐落榜了。” 这里的一个指头就可以有四种不同的解释，一切问题都能得到满意的解答。 前已提到，“狭义相对论”对事实的解释可达两种以上，与上述故事竟然类似。的确，用“狭义相对论”几乎可以解释当时发现的一切现象，(只要不被用来解释“光子”)，但它的解释令人难以信服。把被测物体另立空间，它可以使它自己的空间和时间膨胀或收缩，而不影响测量者的空间和时间，就可以解释众多现象，又有什么人去验证那“变化了的空间和时间”呢？根据运动的相对性，我们同样是运动着。把我们和被测物体换个方位，我们也应有时间膨胀和长度收缩，我们却无法感觉到。难道这也算真理？ 对于用环球飞行的办法去校验“狭义相对论”的时间公式，科学家作了很多努力。到了1971年由于科学的进步，铯原子钟的测时精度已大大增强，使这一设想成为可能了。据说试验由美国的凯汀和海佛尔完成了。当时飞机的时速为960公里/时，试验结果是飞机向西飞行时，时钟变快了273×10-9秒，向东飞行时时钟变慢了59×10 秒，因为这个试验在去除高度效应后能在10﹪的精度内符合以地心为参照系计算的结果，所以有人断言，这个试验是用物理钟证明了“狭义相对论”的真理性。 先不考虑试验的真实性，权当作是真有其事。那么按照运动的相对性原理，参照系的选用并不是唯一的。“狭义相对论”的一个前提条件就是“相对性原理”，这才可能有速度的分解和合成。事实上，观察者不可能处于地球中心点上，而只能在地球表面的某点上。现分别用不同的参照系来分析这次飞机的试验飞行： 1．如果依地表上某点作参照系来计算，两飞机的速度都是960公里/时，即使加上方向，在公式里也显示不出差别，那么计算的结果，应该是飞机上的原子钟有相同的变化，与地表上放置的原子钟比较，应变慢相同的数值。 2．如果以地心为参照系来计算，两飞机的速度就不再相同了。地表上的原子钟也有了运动速度。地表自转速度约为1660公里/时，以地表转向为正，向西飞的飞机速度约为700公里/时，向东飞的飞机 速度约为2600公里/时，计算的结果是三种情况下原子钟都要变慢些，但变慢的程度有不同，当向西的原子钟与地表的原子钟比较时，应表现变慢了。 3．如果以太阳为参照系来计算，由于飞机绕地球一周需40个小时，要经过白天和晚上，由于又增加了地球的轨道运动速度，地球的自转速度与轨道运动速度就有相加或相减两种情况，两种情况会抵消一部分，那么总的结果是不变化或很少变化。 4．如果以飞机为参照系来计算，这时又会出现完全相反的两种结果。 参照系的选用是任意的，这是“相对性原理”允许的，也是我们认识事物的主要方法。要知道，太阳系整体也在运动，银河系也是运动着的，那么到底以什么为参照系才正确呢？ 实验结果只与第二种计算相符合，怎样能算证明了“狭义相对论”的真理性呢？这与那个古代故事有什么本质的区别呢？那个“半仙”由于总有事实符合他的预言而获得“半仙”的雅号，“狭义相对论”也因可以解释一些物理现象而得到“真理”的美名。 何况，有没有这个实验还很难说。飞机连续飞行近四十个小时不着陆，现在恐怕也不行。 实际上，不论试验结果如何， “狭义相对论”都能解释，也都会与“狭义相对论”的预言符合。 |