再小议季灏先生《量热学法验证质速关系实验》一文（与大家商榷）

季灏先生《量热学法验证质速关系实验》可以在网上找到。该文显示：用直线加速器产生的能量为1.6Mev、6Mev、8Mev、10Mev、12Mev、15Mev高速电子在束流引出线上轰击铅靶，铅靶上的温度增量都是一样的。我这里再发表一些看法，其实也是表示几个纳闷：

1）       季灏在量热实验论文中写到“本实验利用直线加速器束流输出，能量和束流强度由仪表控制，实验中流强为1.26A，能量分别为15Mev、12Mev、10Mev、8Mev、6Mev，1.6Mev六个能量段”，但没有说明直线加速器型号和厂家。但在季灏的磁偏转实验中，季灏写到是利用了瓦里安加速器，如“用瓦里安2300C/D型直线加速器产生六种能量分别为4MeV，6MeV，9MeV，12MeV，16MeV和20MeV的电子束”。它们是不是同一台加速器？但好像又不是，因为能量档大不同。这个问题我一年前问过，似乎没有得到明确答复。做磁偏转实验，不同能量档似乎输出同一电子能量（按照相对论）；做量热实验，不同能量档似乎也输出同一电子能量（根据能量守恒，电子动能转化为热能。这与相对论或牛顿力学无关）。是不是这两台（抑或同一台）同时坏了？奇怪。

2）       季先生量热实验其实单纯验证了能量守恒定律（电子动能转化为热能）。我查了有关直线加速器资料，“在加速器管中有金属圈，它们同高压发生器相连的方式能使一系列金属圈的负压由底部向顶端逐渐升高…带电粒子由于受到带电的金属圈的吸引而顺管射下——由于下面的金属圈的电压不断增大，粒子的速度也不断增大”，能量的每一级增大与漂移管长度有关.我发现在选择漂移管长度时利用了狭义相对论公式来计算（对低能质子，还可以用牛顿力学来计算漂移管长度）。总之，无论是用牛顿力学还是狭义相对论来设计，最后设计出来的不同档能量肯定应该有不同的温度升高（对量热实验），也就是说，无论用什么错误的力学来计算、来选择漂移管长度，不同档能量肯定意味着实际使用了不同数目和不同长度的漂移管，自然应该有不同的能量输出。因此，量热实验检验的是某力学下的能量守恒关系。如果漂移管设计时所用力学错误，那么只能得到不成立的“能量守恒”，但是像季灏实验那样，即使电子束不同档能量，铅台温度升高量干脆是同一个数值，实在是万分纳闷的事情。即使是用任何错误的力学来指导设计加速器，也不应该如此。我认为可能唯一的解释是：这加速器坏了，输出的就只有一种能量。

3）       季灏《量热学法验证质速关系实验》这文章的题目令我疑惑。其实这文章与“验证质速关系”无关，该文其实没有直接测量电子速度。季先生提到“根据贝托齐的方法”，利用牛顿力学、相对论式子画了两张速度图。但是，贝托齐的文中是确实利用电子“飞行时间”和“飞行距离”测量了电子速度的，而不是利用牛顿力学、相对论式子来计算速度。所以，季灏该实验论文可以改为“用量热法测量直线加速器电子束能量”。这一点只是一个疑惑，只是一个看法，没有形成纳闷和郁闷。问题不大。

4）       由于铅台本身还有电能（其实也是由电子动能转化而来，是由于电子克服彼此电斥力而聚集在铅台所致，原本属于电子动能的一部分），所以，要把热电偶测温仪显示的温度增量（1.03摄氏度，对应加速器6、8、10、12、15MeV档电子）进一步修正为真正的电子动能。季灏经过计算认为，电能引起铅台体的升温为0.71℃。于是季灏将1.03与0.71相减（用季灏的话，“扣除这个温度”），得到0.32摄氏度（对应于电子的真正动能（季灏画了表格，即加速器6、8、10、12、15MeV档电子都对应于这个数字0.32摄氏度））。我认为这里不应该是相减，而是应该相加。因为铅台电能原本就来自于电子动能。由于电子动能一部分转化为铅台电能，那么转化为热能部分就少了。现在要计算总的动能，那么自然要把电能（0.71）加上去。所以，1.03应与0.71相加，是1.74摄氏度才对，这才是实验测量的电子的真正动能（即加速器6、8、10、12、15MeV档电子都对应于这个数字）。虽然这是一个计算错误，但无损季灏这论文的结论。所以，这个问题，不是我的疑惑，这里指出来罢了（去年我已经简要说明过）。上面1）2）两个问题才是真正纳闷的。

顺便说，同样是量热实验，50年前贝托齐实验得到的金属靶温度升高数值与电子动能在10%误差范围内一致（我也不说这是不是验证相对论了，我认为这至少证明了能量守恒定律的正确性）。另外，贝托齐量热实验不同于季灏量热实验的地方是：贝托齐的金属靶上的电子是即使放电的，因此电荷没有聚集，没有产生电能，所以不必做类似上面1.03与0.71相加（或减）的事情。另外，由于贝托齐实验即时放电，金属靶上面电压很低，不会影响热电偶的工作环境。而在季灏实验中，电荷聚集，最后铅台上电压可以高达百万伏特（去年算过，具体数据已经忘记），超过了某些电介质的击穿电压，可能热电偶工作环境发生了改变，会影响热电偶的正常工作。如果加速器没有坏，那么可能也要考虑热电偶坏了。譬如，一开始少量的电子打上去，热电偶还可工作，显示铅台温度上升，但到温度显示升高1.03摄氏度时，铅台上聚集的电子产生的电压刚好达到热电偶材质的击穿电压，于是热电偶停止工作，其数据一直维持在1.03摄氏度不变，采用其它档能量，也是重复这个过程。但是我也怀疑，为什么始终是1.03，为何不可以偶尔是1.05，或偶尔是1.02？