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上一主题:潘建伟与梅晓春打擂谁造假(摘要) 下一主题:欧洲有个诺贝尔奖获得者由于发表...
 [481楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2013/02/07 11:25 

对【328楼】说:

你说:结合贝托齐实验,第二种翻译更符合贝托齐实验事实。看来只有你一个人正确了。张教授,余先生的翻译都错了。连这么一个简单的高中问题都说不清楚。我们其他问题还有讨论的必要吗?

==========

SHEN RE: 季先生,什么样的翻译更对、更好,不同的角度是可以得到不同的结果的。孤立地看贝托齐这句话,张先生的翻译(即本人第一种翻译)没有错(当然,绝对不是你所说的“完全一致”这种强制性歪曲的翻译,以及由此上升到“国籍论”的呐喊)。综合全文看,贝托齐只敢在论文最后,在一定的前提下(将牛顿力学曲线作陪衬、在极限意义这个背景下,说他的实验与理论“一致”),所以,不去管英语语法,我的第二种翻译更符合贝托齐全文。

翻译,要求达到“信、雅、达”,孤立地翻译一句话,只是做到了“信”,而综合全文来看,才能做到“达”(达意)。如果由本人来翻译贝托齐,我肯定要做到“达意”,采取本人第二种翻译。

如果说我的两种翻译,可以打八九十分的话,那么季灏先生请的翻译者就这句话的翻译,只能得到三十分(他的“完全一致”的“完全”两字,违反了贝托齐的意思)。至于季灏先生,把这句三十分的话奉之若宝,并上升到“国籍论”,则导致这句话完全变味,只能打负的分数了。

 [482楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2013/02/07 11:43 

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 [483楼]  作者:季灏  发表时间: 2013/02/07 15:35 

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[楼主]  [484楼]  作者:无忧仙人  发表时间: 2013/02/09 14:06 

今天的贴子正受审核。

更新:审核通过。

~无忧仙人

[楼主]  [485楼]  作者:无忧仙人  发表时间: 2013/02/10 08:08 

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[楼主]  [486楼]  作者:无忧仙人  发表时间: 2013/02/10 08:08 

此贴多余,故删除。

~无忧仙人

[楼主]  [487楼]  作者:无忧仙人  发表时间: 2013/02/11 13:43 

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[楼主]  [488楼]  作者:无忧仙人  发表时间: 2013/02/11 14:11 

狭义相对论有完备的实验基础吗?5、星际间测距实验与GPS定位导航实验证明了什么?上实验操作者与年代:星际间测距实验由美国的多个科研小组,如MIT的林肯实验室、Caltech的喷气推进实验室(Jet Propulsion Laboratory,或JPL),自上世纪五十年代末开始实施,其工作的时间跨度有近二十年(【Butrica96】,Chapter 2);涉及空间卫星的第一个定位导航系统同时也是GPS前身并被成为Transit的系统成功地由约翰霍普金斯大学的应用物理研究所(Applied Physics Laboratory,或APL)开发于1960年,而全面运作且真正具有全球定位与导航功能的GPS系统完成于1994年底(【P&S96】,Chapter 1)。 实验目的:星际间测距实验主要用于太阳、月球以及行星的轨道参数与星历表(ephemerides)的确定,而GPS定位与导航实验则主要是为了建立一个能够提供全球范围内地面、水上以及近地空中静止或运动的物体的瞬时位置与速度以及授时服务的卫星定位与导航系统。 实验原理:星际间测距实验以电磁波相对于SSBCI参照系以常数速度c传播为基础,以牛顿力学或修正的牛顿力学下建立的基本轨道方程为出发点,通过向目标天体发射、回收电磁波并求解星际间测距方程的方法,以确定出目标天体的轨道细节即通常所谓的星历表;而GPS定位与导航实验则主要研究决定与影响定位与导航精度的主要因素,这其中最根本的因素之一便是GPS信号相对于ECI参照系以常数速度c传播的事实。这样,尽管电磁波的传播机制与传播速度的确定不是以上两个实验的主要目标,但却是两个实验得以成功实施的关键,所以以下我们便着重研究在这些实验中电磁波的传播机制与传播速度或规律。 实验描述与计算细节:(一)   星际间测距实验。星际间测距实验中我们最关心的一个关键环节是星际间测距方程,它描述了电磁波在太阳、月球以及包括地球在内的行星之间的传播规律,因而它是我们研究星际间光速的基础与出发点。一次星际间测距所记录的实际上是电磁波信号离开并再次回到地球上的天线的时刻以及往返时间,如果以tR表示信号再次回到地球并被天线接收到的时刻(Coordinated Universal Time,或UTC),τu、τd分别为信号从地球出发到达目标行星或飞船所用的时间以及从该目标返回地球所用的时间(又称上行光行时与下行光行时,英文:upleg light-time and downleg light-time),那么用以确定τu、τd的星际间测距方程可以表示为:τu=|rB(tR-τd)-rA(tR-τd-τu)|/c+△g+△c+△t……(5.1a)τd=|rA(tR)-rB(tR-τd)|/c+△g+△c+△t……(5.1b)其中rA(.)、rB(.)分别为地球上天线与行星或飞船上反射点在太阳系质心惯性系(SSBCI)内的位置向量,△g、△c、△t分别为由于太阳重力(gravity)、日冕(corona)以及地球大气(troposphere)所产生的延时效应大小,其中tR、τu、τd的均以星历表时间单位来表示(注:星历表时间是天体运动方程的独立变量)。 为了抓住问题的根本,我们有必要对方程(5.1a)与(5.1b)进行简化。 首先我们注意到,虽然方程(5.1a)与(5.1b)表示的是电磁信号往返的双程传播规律,但是其中的每一个都是单独使用的测距方程,不仅如此,我们还可以清楚地看出,(5.1a)与(5.1b)实质上是同一个电磁波传播规律的不同表现形式,因而以下我们只需针对其中的一个方程进行研究。 其次,由于方程(5.1a)与(5.1b)中只涉及天体或飞船的位置坐标,而与它们的运动性质特别是运动方向以及运动速度大小无关,因而在以下的考虑中我们将假定地球与目标天体或飞船都在SSBCI坐标系的X轴上运动,从而rA(.)、rB(.)均成为标量rA(.)、rB(.)。 第三,由于我们只关心运动对电磁波传播规律的影响,所以(5.1a)与(5.1b)中的△g、△c、△t都将忽略掉。 最后,如果我们在方程(5.1b)中记tS= tR-τd,从而τd=tR-tS,那么tS表示的正是来自地球的电磁波在行星或飞船上反射的时刻。另外,为了与时间坐标的下标保持一致,我们把rA(.)、rB(.)重写为rR(.)、rS(.)。这样,电磁波在星际之间传播的规律便通过化简方程(5.1b)而表示为tR-tS=|rR(tR)-rS(tS)|/c……(5.2)方程(5.2)即是以SSBCI为背景参照系的简化了的星际间电磁波的传播方程。 以下我们考虑三种基本情形:(a)rS(t)=a而rR(t)=b(光源与观察者均静止),或(b)rS(t)=a+v*t而rR(t)=b(光源运动而观察者静止),或(c)rS(t)=a而rR(t)=b+v*t(光源静止而观察者运动),并为了研究方便令tS=0,b>a>0,以及v>0,那么我们不难通过把以上(a)、(b)、(c)三式应用到(5.2)并从中解出tR=tR-tS,得到 tR-tS=(b-a)/c……(5.3a),tR-tS=(b-a)/c……(5.3b),tR-tS=(b-a)/(c-v)……(5.3c) 这样我们清楚地看到,对于SSBCI中静止的光源与静止的观察者来说,电磁波以常数c的速度传播;而对于SSBCI中运动的光源与静止的观察者来说,电磁波同样以常数速度c传播,亦即光源的速度v并没有叠加于光速常数c之上;最后,对于静止的光源与背离光源运动的观察者来说,所测得的电磁波的速度却不再是c,而是c-v,请注意,这不是由于电磁波相对于SSBCI这个背景参照系,也就是我们通常所说的光或电磁波的静止媒介,其速度有任何变化所引起的,而是由于观察者的运动所致,而观察者的运动之所以被包含在所测得的光速其中乃至由于光速的测量相对于观察者而言、由观察者所做出的。 这样我们得出结论,一旦测量电磁波速度的背景参照系得以确定,那么电磁波的传播规律同声波、水波等波动现象没有任何差别;而尤其值得注意的是,以上由数以万计乃至十万计的星际间测距数据建立起来并有效否定狭义相对论的光速常数原理的测距方程与光的传播规律,并没有受到狭义相对论专家的多少质疑,但是却莫名其妙地受到相对论的一些批评者如一些绝对静止系以及回路光速常数观点的坚持者的排斥乃至否定,这不能不说是科学界一种新的悲哀。 那么SSBCI中的回路光速有可能是常数吗?我们稍后对此予以彻底澄清。 下一贴:狭义相对论有完备的实验基础吗?5、星际间测距实验与GPS定位导航实验证明了什么?上 参考文献:【Butrica96】 Butrica, Andrew J. To See the Unseen: A History of Planetary Radar Astronomy. NASA SP-4218, 1996.【P&S96】Bradford Parkinson & James J. Spilker, The Global Positioning System: Theory and Applications, Volume 1, American Institute of Aeronautics and Astronotics, 1996.
[楼主]  [489楼]  作者:无忧仙人  发表时间: 2013/02/11 14:11 

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[楼主]  [490楼]  作者:无忧仙人  发表时间: 2013/02/11 17:33 

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[楼主]  [491楼]  作者:无忧仙人  发表时间: 2013/02/11 17:37 

狭义相对论有完备的实验基础吗?5、星际间测距实验与GPS定位导航实验证明了什么?中 实验描述与计算细节(续):那么根据星际间测距方程(5.2),当电磁波在地球与另一个行星或飞船之间传播时,其回路平均速度是不是像有些人所假设或认定的常数c呢?我们很快将给出答案。事实上,前面我们已经考虑了当光源静止于SSBCI即rS(t)=a而观察者相对于SSBCI以速度v运动即rR(t)=b+v*t的情况,我们得出此时观察者所测得的光速不是c而c-v;如果我们进一步假设电磁波在到达观察者(探测器)时被反射了回来,并最终在原光源处被接收,那么显然此时电磁波的传播形成了一个回路,于是我们要问:电磁波走过这个回路的平均速度是多少呢?为了回答这个问题,让我们先确定电磁波被反射时反射器的位置坐标;事实上由(5.3c)可知,电磁波被反射的时刻为tR=(b-a)/(c-v)(注意tS为零),此时反射器(即原来运动的观察者)的位置坐标为rR(tR)=b+v*tR=b+v*(b-a)/(c-v)。但是由于我们已经知道,电磁波被反射时反射器的运动速度无法叠加于被反射的电磁波的速度之上,因此电磁波将以常数速度c相对于SSBCI从坐标为rR(tR)=b+v*(b-a)/(c-v)的反射点传播到rS(tS)=a的原光源处,从而电磁波返程所用时间为|a-(b+v*(b-a)/(c-v))|/c=(b-a)/(c-v),即与往程所用时间tR相同。这样,在原先静止的光源看来,一束电磁波在大小为b-a的一段路程上往返所用的时间为2tR=2(b-a)/(c-v),从而电磁波的回路平均速度为 v平均=2(b-a)/[ 2(b-a)/(c-v)]=c-v……(5.4) 请注意,表达式(5.4)表明,在星际间传播的电磁波其回路平均光速不是狭义相对论或某些别的理论所坚持的c,而是c-v或c+v(光源相对于SSBCI静止,而观察者背离或趋向光源运动),或者更复杂的合成公式(当二者都相对于SSBCI运动)。 需要指出的是,按照定义,回路平均光速一定是在忽略了光源以及观察者运动的前提下获得的,因为假如能够事先确定光源与观察者相对于某个局部优先的参照系如SSBCI的运动,并在计算光速时将这样的运动对光信号传播距离的影响排除在外,那么同时必须被排除的必然还有光的传播时间,于是我们所得到的必然是光信号相对于SSBCI传播的媒介速度即通常所谓的光速常数,但是显然这时所谓的回路平均光速的定义以及实际结果已经完全失去了意义。于是,要么回路平均光速为常数的结论不正确,要么回路平均光速在某些条件下的定义无意义。 下一贴:狭义相对论有完备的实验基础吗?5、星际间测距实验与GPS定位导航实验证明了什么?下 参考文献:【DOD93】Department of Defense, USA, Global Positioning System Standard Positioning Service, Signal Specification(1993), P. 38.
[楼主]  [492楼]  作者:无忧仙人  发表时间: 2013/02/11 17:37 

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[楼主]  [493楼]  作者:无忧仙人  发表时间: 2013/02/12 14:37 

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[楼主]  [494楼]  作者:无忧仙人  发表时间: 2013/02/12 14:51 

狭义相对论有完备的实验基础吗?5、星际间测距实验与GPS定位导航实验证明了什么?下 

实验描述与计算细节(续):(二)GPS定位与导航实验像星际间测距数据被总结在星际间测距方程一样,GPS定位与导航数据也被总结在GPS定位与导航方程之中;值得注意的是,GPS定位与导航方程既有与星际间测距方程相似的一面,也有与其不相似的一面:其相似之处在于,它们本质上反映的是同一个光波传播规律,而其不相似的地方在于,它们所赖以成立的背景参照系不同,虽然星际间测距方程以SSBCI为背景参照系,但是GPS定位与导航实验却以ECI为背景参照系。一如以前,为了把握光信号传播的本质规律,让我们忽略地球的大气、重力、电磁场等影响,并假定在GPS时间的tS时刻GPS信号从ECI参照系的位置向量rS(tS)发出,并于GPS时间的tR时刻该信号在ECI参照系的位置向量rR(tR)被接收,那么GPS信号在卫星与用户之间传播的规律便可表示为(【DOD93】,【Ashby94】,【Wang00】)tR-tS=|rR(tR)-rS(tS)|/c……(5.5)方程(5.5)即是以ECI为背景参照系的简化了的GPS定位与导航方程,或者简称GPS测距方程。 由于方程(5.5)与(5.2)具有完全类似的形式,所不同的只是方程成立的背景,因而从方程(5.5)我们将会导出与此前所推导的类似的性质,如对于ECI内静止的光源与静止的观察者来说,观察者所测得的光信号速度将是常数c,但是对于ECI内静止的光源与以速度v趋向或背离光源的观察者来说,观察者所测得的光速将不是c而是c+v或c-v,等等。 需要指出的是,由于地球在公转的同时还有自转运动,因而地球参照系并不简单等同于地球惯性系ECI;然而单就光速测量来说,如果所涉及的光源与观察者位于地球同一条经线上,并且它们只做南北向运动(如果有的话),那么不难证明此时的ECI参照系可以被地球参照系所近似。 以上我们分别探讨了星际间测距方程与GPS定位与导航方程,似乎每一个方程都没有什么特别之处,因为它们只是光的经典波动理论的最直白、最典型的展示;但是,如果我们把两个方程放在一起通盘考虑的话,我们还将有令人惊奇的发现。 分析与探讨:接下来让我们研究一下方程(5.2)与方程(5.5)能不能同时成立的问题,以及如果能够同时成立,那么这种成立的条件或者寓意是什么的问题。 首先,常识似乎告诉我们,光信号不可能同时相对于SSBCI参照系以及相对于ECI参照系以常数速度c传播,即(5.2)与(5.5)似有表面矛盾;但是实际上,当我们这样看问题时我们忽略了这两个方程成立的不同条件:前者在做星际间探测活动时成立,而后者在地球上以及附近进行定位与导航时成立。这样我们便得出结论,表面上矛盾的方程(5.2)与方程(5.5)因为成立的条件不同,其实并非真的有矛盾。所以,我们前面所说的同时成立并非是在同一实验条件下的同时成立,因为那样倒真有可能导致彼此矛盾,而是说两个不同的实验小组可以同时独立地创造不同的实验条件,从而使得方程(5.2)与方程(5.5)在不同的实验条件下同时独立地得到应用。 这怎么可能呢?相信不少读者对以上可能性仍存疑虑,不过没关系,有疑虑是正常的,没有疑虑才算不正常——这是因为我们有理由相信,以上场景蕴含了一个现代物理最反直觉、最深刻的结果之一——量子力学的非局部原理(the principle of non-local causes);不过还是让我们把这个话题留到以后或者别处吧。 

下一贴:狭义相对论有完备的实验基础吗?6、狭义相对论能正确解释光行差现象吗?上 

参考文献:【DOD93】Department of Defense, USA, Global Positioning System Standard Positioning Service, Signal Specification(1993), P. 38.【Ashby94】 Ashby, N. Relativity in the future of engineering. IEEE Trans. on Instrumentation and Measurement 43, 505–514 (1994).【Wang00】R. Wang, “Re-examine the two principles of special relativity and the Sagnac effect using GPS' range measurement equation,” Proceedings of IEEE 2000 Position Location and Navigation Symposium, 162-169 (San Diego,CA,March 2000).

[楼主]  [495楼]  作者:无忧仙人  发表时间: 2013/02/12 14:51 

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 [496楼]  作者:julia132  发表时间: 2013/02/13 13:20 

楼主犯了一个简单的概念错误:狭义相对论有完备的实验基础吗?与你说的内容不协调.
[楼主]  [497楼]  作者:无忧仙人  发表时间: 2013/02/13 13:53 

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[楼主]  [498楼]  作者:无忧仙人  发表时间: 2013/02/14 14:29 

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[楼主]  [499楼]  作者:无忧仙人  发表时间: 2013/02/14 14:36 

对【498楼】说:

图6.1:

图6.2:

 [500楼]  作者:julia132  发表时间: 2013/02/14 14:37 

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[楼主]  [501楼]  作者:无忧仙人  发表时间: 2013/02/14 14:43 

对【500楼】说:

知道了,谢谢。

另,我之所以要质疑狭义相对论的实验基础,是因为有人专门写书叙述它的实验基础,给人的印象是这个理论得到了完全的实验验证,而其实完全不是这么一回事。

批评相对论的理论基础以及相对论专家的错误这件事我在别的章节已经做了,所以此处单说实验。当然,如果有更好的标题,我倒是愿意考虑。

谢谢。

~无忧仙人

[楼主]  [502楼]  作者:无忧仙人  发表时间: 2013/02/14 22:01 

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[楼主]  [503楼]  作者:无忧仙人  发表时间: 2013/02/15 15:12 

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[楼主]  [504楼]  作者:无忧仙人  发表时间: 2013/02/16 12:16 

狭义相对论有完备的实验基础吗?7、Fizeau实验真的是相对论速度叠加公式成立的证据吗?上

实验操作人与年代:Hippolyte Fizeau,1851年。 

实验目的:通过观测光在流动的水中的传播速度,以检验运动的媒介对光速的影响。 

实验原理:图7.1、Fizeau实验的设计图(【Wiki-FE】):(稍后贴出)

如图,由光源S’发出的一束相干光,经过分光镜G之后被分成了两个子束,然后再由透镜L的准直作用化成了两束平行光,它们分别穿越狭缝O1、O2之后进入充满流动的水的管子A1、A2,水流的方向如箭头所示;接下来,穿过管子的两束光线汇聚于透镜L’的焦点并从那里被反射回来,从而使得原来与水流同向传播的一束(A1中,左向)现在仍然保持与水流同向(A2中,右向),而原来与水流反向的一束仍然与水流反向,这样,两束光线经过一个往返行程,最终汇聚于S处并在那里形成干涉条纹,于是通过分析干涉条纹的变化,便可以确定水流速度变化以及光束在每一个管子里的传播速度变化。 

实验描述与计算细节:关于假想中的光媒介“以太”是否能被地球或其它运动的物质拖曳,这是十九世纪初的物理学家关心的一个重要问题,这其中有名的便是法国物理学家、工程师Augustin-Jean Fresnel (1788–1827)的以太被部分拖曳的假设,即如果假定运动的物质媒介的折射率为n,其运动速度为v,那么光在其中传播的速度为(【Wiki-FE】)w=c/n+v(1-1/n2)……(7.1)其中f=v(1-1/n2)称为Fresnel拖曳系数。请注意,(7.1)中的c/n项即光在折射率为n的静止物质媒介中的传播速度,显然当该媒介以速度v运动时,这个运动速度不是完全叠加于c/n上,而是通过拖曳系数f的部分叠加。我们知道,Fizeau实验便证实了(7.1)所给出所谓运动媒介对以太的部分拖曳效果。

 分析与讨论:相对论物理学家坚持认为(【Laue07】),公式(7.1)给出的结果可以用狭义相对论的速度叠加原理解释,推理如下: 由于光在静止的水中的速度为c/n,而水流的速度为v,这样根据狭义相对论,从而实验室中观察到的光的传播速度为Vlab=(c/n+v)/(1+(c/n)v),从而Vlab-c/n=(c/n+v)/(1+(c/n)v/c2)-c/n=[c/n+v-(c/n)(1+v/(cn))]/[1+v/(cn)]=v(1-1/n2)/(1+v/(cn))≈v(1-1/n2)………………(7.2) 从而 Vlab=c/n+v(1-1/n2)……(7.3)这看起来正好是(7.1)给出的结果。 但是问题是,(7.2)、(7.3)的推导正确吗?我们有充分的理由相信这个推导不正确,这是因为: 

首先,狭义相对论的速度叠加原理基于错误的光速常数原理之上,因而它是一个错误的结果;然而更重要是的,大量的星际间测距数据以及GPS定位与导航数据都证明,观察者的运动速度可以直接叠加于光的媒介速度c之上,成为c-v或c+v的结果,这就又从实验上直接证否了狭义相对论的速度合成原则。 

其次,即是(7.2)、(7.3)的推导过程是合法的,它也只是一个近似结果,因为(7.2)的最后一步所做的近似舍掉了诸如-v2/(cn)(1-1/n2)等高阶项,但是由于当v与c的大小可比时,相对论的结果将明显偏离(7.1),因而更精确的实验将能够证明(7.1)与(7.2)孰是孰非。 

最后,从(7.2)到(7.3)的过渡是一个非常具有欺诈性的做法,因为既然在狭义相对论中速度不能直接叠加而相加,而是通过一个更复杂的相对论速度叠加公式相加,那么速度直接相减也就没有意义,正确的做法是仍然使用相对论的速度叠加公式而相减,但是这时显然已经得不到所需的结果(7.3)。 综上所述,狭义相对论对Fresnel拖曳系数不仅没有,也不可能,给出一个正确的解释。 那么(7.1)的正确解释应该是什么呢?且听下回分解。

下一贴:狭义相对论有完备的实验基础吗?7、Fizeau实验真的是相对论速度叠加公式成立的证据吗?下 

参考文献:【Wiki-FE】Wikipedia: Fizeau experiment; http://en.wikipedia.org/wiki/Fizeau_experiment>.【Laue07】Laue, Max von (1907). "The Entrainment of Light by Moving Bodies According to the Principle of Relativity". Annalen der Physik 23: 989–990.

[楼主]  [505楼]  作者:无忧仙人  发表时间: 2013/02/16 12:21 

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[楼主]  [506楼]  作者:无忧仙人  发表时间: 2013/02/17 13:52 

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[楼主]  [507楼]  作者:无忧仙人  发表时间: 2013/02/17 13:57 

狭义相对论有完备的实验基础吗?7、Fizeau实验真的是相对论速度叠加公式成立的证据吗?下

分析与讨论(续):有趣的是,当我们认真审视公式(7.3)时,便会发现它存在一个明显的理论缺陷,即当物质媒介以极限速度v=c运动时我们本来也期望Vlab=c的实测光速,但是遗憾的是,(7.3)却给出Vlab=c+c(1/n-1/n2)的光速。因此,如果我们对极限情况下光速的预期是正确的,那么(7.3)只能是一个近似的结果,我们接下来便基于这个判断试着给(7.3)一个合理的解释。

 事实上,我们这里的思路源自Bartocci(【Bartocci01】),这个思路的核心是把光在物质媒介中较慢的传播速度归因于其中的附加障碍,比如,在没有这些附加障碍的真空中光走过距离L所用的时间为L/c,而在折射率为n>1即存在附加障碍的物质媒介中走过同样的距离所用的时间为L/(c/n)=nL/c,这样,这些附加障碍所造成的时间延误为nL/c-L/c=(n-1)L/c,从而单位长度的物质媒介内的附加障碍所引起的延误为

τ1=(n-1)/c……(7.4)

这样,如果我们假定光在穿越以速度v同向运动的物质媒介时在△t时间内相对于实验室静止参照系走过了L的距离,那么光穿越物质媒介的净距离则为L-v△t,按照(7.4),这会造成(L-v△t)*(n-1)/c的净延误,从而我们有

△t=L/c+(L-v△t)τ1=L/c+(L-v△t)(n-1)/c……(7.5)

公式(7.5)两边同除以△t并解出L/△t,可得

Vlab=c/n+v(1-1/n)……(7.6)

请注意,(7.6)中的结果与(7.3)有差别,但是(7.6)也有一些明显的优势:一、这个解释经典而简单,因为它只用了经典力学思想以及我们的直觉,二、符合我们对极限速度的预期,因为当v=c时,我们也有Vlab=c。我们希望将来有更精确、可信的实验能够在(7.6)与(7.3)之间做出有效抉择。 讨论至此,我们想提出另外一个想法,即光在运动的物质媒介中遭遇障碍时所受的延时是否与二者的相对速度c-v有关的问题,如果是,比如因为光与媒介的同向运动,原先设想的延时τ1=(n-1)/c要打上折扣(c-v)/c=1-v/c,从而τ1成为

τ2=[(n-1)/c](1-v/c)……(7.7)

于是用(7.7)中的τ2代替(7.5)中的τ1,我们得到

△t=L/c+(L-v△t)[(n-1)/c](1-v/c)……(7.8)

(7.8)的两端同除以△t并解除L/△t,可得

Vlab=(c/n)[1+(n-1)(v/c)(1-v/c)]/[1-(1-1/n)(v/c)]……(7.9)

对(7.9)取关于v/c的一阶近似,得Vlab=c/n+v(1-1/n2)……(7.10)

(7.9)、(7.10)实际上就是Bartocci(【Bartocci01】)给出的Fizeau实验的解释,值得注意的是,同狭义相对论的近似相比,当v/c<<1时(7.10)给出的近似其精度明显要高,而且(7.9)也满足我们对极限情况下实测光速为c的预期。 Bartocci的思路的重要性在于,也许我们可以通过选取不同的障碍函数(τ1或τ2等)使得实测光速的表达式最终与Fizeau实验的结果吻合。 

最后让我们来介绍一下Fresnel本人对公式(7.3)的推导(【Whittaker10】);在这里,Fresnel所用的一个关键假设是任何物质中的以太密度与该物质的折射率n的平方成正比,从而真空中的以太密度ρ与该物质中的以太密度ρ1的关系为

 ρ1=n2ρ……(7.11)

Fresnel进一步假设道,以速度v运动的物体中超越真空的那部分以太密度是可以被携带的,从而被携带的那部分以太的密度为ρ1-ρ=(n2-1)ρ,而剩余的那部分以太密度保持静止,这样,该物体内所有以太的重心沿着物体运动方向移动的速度可以表示为v[(n2-1)ρ]/(n2ρ)=v(1-1/n2),这个速度应该叠加于光在该物体的运动速度c/n之上,从而光在该物体内的绝对运动速度,也就是相对于以太绝对静止系的速度,可由以下式子给出

 

Vlab=c/n+v(1-1/n2)……(7.12)

 此即公式(7.3)。 

在结束本节之前,让我们对Fresnel的以上推导做一个简要评论。首先,由于以太的存在本身存在争议,因而Fresnel的推导不可能不受到质疑。其次,Fresnel所做出的有关物质中以太密度的假设以及在运动的物质中如何被拖曳的假设都是严格量化的命题,这些命题似乎并没有建立在更基本的物理规律之上,因而我们有理由怀疑其在一般条件下的正确性。

  于是一个有趣的问题便是,如果Fresnel的假设是成问题的,那么为何Fizeau的实验却证实了基于这些假设得出的以太部分拖曳的结论(7.12)?这可能是一个值得深思、也是一个令人困惑的问题,尤其是当我们把这个实验与类似的实验如Sagnac实验以及推广的Sagnac实验做对比时。

 

下一贴:狭义相对论有完备的实验基础吗?8、Sagnac实验以及推广的Sagnac实验证实了还是证否了相对论? 

参考文献:

【Bartocci01】Giuseppe Antoni - Umberto Bartocci,A Simple “Classical”Interpretation of Fizeau’s Experiment,Apeiron, Vol. 8, No. 3, July 2001。

【Whittaker10】A History of the theories of aether and electricity, vol. 1, Dublin, Longman, Green and Co., 1910, pp. 116-117; http://archive.org/details/historyoftheorie00whitrich.
[楼主]  [508楼]  作者:无忧仙人  发表时间: 2013/02/18 03:20 

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[楼主]  [509楼]  作者:无忧仙人  发表时间: 2013/02/18 15:05 

狭义相对论有完备的实验基础吗?8、Sagnac实验以及推广的Sagnac实验证实了还是证否了相对论?上

实验操作人与日期:Georges Sagnac,1913(【Sagnac13a】,【Sagnac13b】);Ruyong Wang,Yi Zheng,和Aiping Yao,2004(【WZY04】;推广的Sagnac实验)。 

实验目的:通过环形干涉仪的均匀转动以探测光媒介以太的存在(Sagnac效应);把Sagnac效应推广到其光程包含匀速直线运动部分的情形(推广的Sagnac效应) 

实验原理:这里以Sagnac实验为蓝本进行讲解。图8.1、Sagnac实验原理示意图(【Wiki-SE】;见下一贴): 

 

如图8.1,由光源(light source)发出的一束光,经过半涂水银的镜面后被分为了两个子束,它们沿着一个包含了多个反射镜的闭路的两个相反方向传播,而整个闭路可以随一个平台以不同的角速度转动,而两个子光束在各自走完一个闭路之后又汇聚于一个探测器(detector)处,在这里可以观察到干涉条纹随实验装置的角速度变化而变化的规律。 

Wang等人的推广了的Sagnac实验与以上实验的主要不同在于,一是使用了光纤来传播光信号,二是光信号的传播路径既包括了曲线部分又包括了直线部分。 

实验描述与计算细节:为了推导更直观,我们不妨假定干涉仪是由多面反射镜构成的,从而整个装置成为一个周长为L的近似环形闭路。假定环形闭路转动的线速度为v,那么由于顺着转动方向传播的光信号在追赶反射镜与探测器,于是信号相对于探测器的速度为c-v,从而再次回到探测器时所用的时间为t1=L/(c-v);同理,逆着转动方向传播的光信号在迎着反射镜与探测器,于是信号相对于探测器的速度为t2=L/(c+v)。这样,两个子束到达探测器的时间之差为

 △t=t1-t2=L/(c-v)-L/(c+v)=2vL/(c2-v2)≈2vL/c2……(8.1)

 

从方程(8.1)可以看出,在v<<c的条件下,干涉条纹的偏移幅度与干涉仪转动的线速度或角速度成正比,而这正是Sagnac的实验所证实的结论。 

 

在Sagnac的实验结果出现后的很长时间内,主流物理学家不愿面对它,原因就在于它显然意味着光速相对于观察者或探测器不是常数,而是c±v这一严酷的事实;于是为了拯救本来错误的狭义相对论,有些人便抛出Sagnac实验涉及了转动因而与只关心平动(或匀速直线运动)的狭义相对论不相矛盾的借口;但是正如我们所知,Ruyong Wang等人的推广了的Sagnac实验彻底地摧毁了以上谬论,因为新的实验表明,干涉仪的平动部分对干涉条纹的移动做着与转动类似的贡献。 

 

虽然在Sagnac或其他后代学者的眼里,Sagnac实验及其推广意味着以太局部优先参照系的存在,但是稍微推敲一下便可知,这样的实验对狭义相对论的光速常数的否定其实根本就与以太的存在与否无关。 

 

当然,我们之所以对狭义相对论的光速常数的谬误如此肯定还是因为有更多、更有说服力的实验证明了同一结论,最典型的诸如星际间测距实验以及GPS定位与导航实验。 

 

但是Sagnac实验与推广了的Sagnac实验的故事并没有到此结束,因为似乎还有一些更微妙的问题有待我们解答。 

 

下一贴:狭义相对论有完备的实验基础吗?8、Sagnac实验以及推广的Sagnac实验证实了还是证否了相对论?下 

 

参考文献:

 【Sagnac13a】Sagnac, Georges (1913). "The demonstration of the luminiferous aether by an interferometer in uniform rotation". Comptes Rendus 157: 708–710.

 

【Sagnac13b】 Sagnac, Georges (1913). "On the proof of the reality of the luminiferous aether by the experiment with a rotating interferometer". Comptes Rendus 157: 1410–1413.

 

【WZY04】 Ruyong Wang,Yi Zheng,and Aiping Yao,Generalized Sagnac Effect,Physical Review Letters 93 (2004) 143901。

 

【Wiki-SE】Wikipedia,Sagnac Effect,http://en.wikipedia.org/wiki/Sagnac_effect>。 
[楼主]  [510楼]  作者:无忧仙人  发表时间: 2013/02/18 15:09 

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