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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 分析与讨论：前面我们给予了Sagnac实验一个经典力学的解释，其实不难发现，这个解释同样适用于推广了的Sagnac实验，这样，虽然Sagnac类实验的主要操作者Sagnac和Wang是以太论的拥护者，但是以太的概念在这些实验的解释中其实并不需要。其实，我们前面的解释基于两个基本事实：一是局部优先参照系的存在，二是探测器或观察者运动速度同光的媒介速度c的伽利略叠加，而这两条恰恰也是Sagnac类实验否定狭义相对论的根本原因。 当然，我们这里所说的局部优先参照系应该是，也只能是，Sagnac或Wang所说的以太参照系，但是若进一步深究起来，这里显然还有一个以太的实质究竟是什么的问题，它当然可能是一种物质，如几乎所有以太论者所坚持的那样，但是问题却是，如果以太真的是一种物质，那么有关以太的假定必然会意味着一些意想不到的后果以及困难，如我们在“GPS真的离不开相对论吗？”一章所指出的那样。当然，以太还可能只是一种信息，或者更具体地说，是一种运动信息，一种理解问题的方式，但是不管究竟孰是孰非，不带成见地看待与分析问题都是一个科学家最起码的素质，而值得庆幸的是，以上这些解释或理论可以通过专门的实验直接进行检验与分别，但这是后话。 然而这里还有一个更深刻、更微妙的问题需要我们回答，这就是，如果Sagnac类实验证明了局部优先参照系的存在，那么这是不是意味着包括了光学、电磁学规律在内的相对性原理就是错误的呢？包括本作者在内的一些相对论研究者并不认为如此；事实上，我们有理由认为，错误的是爱因斯坦对相对论性原理的理解，而不是相对性原理本身。那么为什么局部优先参照系的存在并不否定相对性原理呢？相对性原理不是断言一切惯性系平权吗？是的，相对性原理确实断言一切惯性系平权，但是需要指出的是，这个原理还有多种不同但却等价的表述方式，如果物理规律的可重复性以及匀速直线运动在特定条件下的不可探测性，而根据作者的体会，只有在对相对性原理做了深入细致的考察之后，才能真正认识它的正确性，才能真正认识它成立的条件。不过，现在就让我们指出，MM实验以及GPS定位与导航实验就是相对性原理成立的最强有力的证据的一部分，因为它们都以明确无误的实验结果表明，地球惯性系ECI的拟匀速直线轨道运动在ECI或地球上是不可探测的，而这正是相对性原理最原始的表述；而至于惯性系平权的准确解释，请参见文献【Cao11】的第8节。 细心的读者可能已经注意到了，Sagnac类实验与上一解介绍的Fizeau实验似乎存在表面的矛盾，这是因为若用以太的观点来看，Sagnac类实验显然证实了以太不可拖曳，而Fizeau却证明了相反的事实，即以太可以部分拖曳。但是正如【WZY04】所指出的那样，这个表面矛盾其实不是真正的矛盾，因为Fizeau实验与Sagnac类实验的基本实验条件其实并不相同：对于前者，在光径与光媒介之间存在着相对运动，而对于后者，这种运动根本不存在。既然不同的实验条件造成了不同实验结果，那么这样的实验自然没有相互矛盾。 值得注意的是，上述对Fizeau实验与Sagnac类实验的分析与比较并不依赖于以太的存在，换句话说，即便以太不存在，那么为何当光径与光媒介存在相对运动时可以探测到拖曳效果，而在二者之间不存在相对运动时却探测不到拖曳效果，这仍然是一个有待回答的问题，虽然“不同的实验条件决定了不同的实验结果”这样说法可以消除两个实验的表面矛盾，但是我们相信这样的回答还没有触及问题的实质，但是鉴于再深入探讨下去将会涉及一些有争议的话题，我们先到此打住。 下一贴：狭义相对论有完备的实验基础吗？9、相对论钟慢、尺缩效应——它们是真理还是一些人一厢情愿的妄想？ 参考文献： 【Cao11】Guangjun Cao Relativity, nonlocality, and the newly revived theory of ether. Physics Essays: September 2011, Vol. 24, No. 3, pp. 381-394. 【WZY04】 Ruyong Wang，Yi Zheng，and Aiping Yao，Generalized Sagnac Effect，Physical Review Letters 93 (2004) 143901。 |
