2.2由牛顿力学推导出相对论和量子力学 新牛顿力学公式f N + f C加上牛顿力学体系中的光学多普勒效应公式,能推导出狭义相对论的罗仑兹变换、广义相对论的施瓦兹希尔德度规和量子力学的测不准关系与普朗克常数,使现代物理完全纳入到经典的牛顿力学体系,真正实现物理学旳大统一。推导过程很简单,仅用了初等数学。主要内容为: 1,用单向光速的测量得出‘光速不变定律’; 2,用多普勒效应正反向测量结果的均方根推导出‘洛伦兹变换’; 3,用多普勒效应正反向测量结果的平方差根推导出‘测不准原理’在此需强调的是两个推导前提: 1,单向光速的测量方法:若单向光速不能测量,就只能像爱因斯坦一样来作假设。无论假设单向光速变或不变,总是无法直接测量来检验。这时,要从多普勒频移公式推导出罗仑兹变换只能是一句空话。用一条双速传输线(固体声速的横波纵波、晶体O光E光和具有两种传输速度的光纤等)从一端同时发出两种速度的波,另一端用单个钟记录两种不同速度的波到达时间之差。一条双速传输线的两波速之比可以事先精确测量出,用测得的两波速之比和到达时间之差可算出两波同时出发的时刻。就如同地震站记录纵波横波到达时间差,即知地震发生时刻,而不可能在地震发生地预先埋个钟在地震。同样,测单向光速用一端单个钟即可,可避免测单向光速需先用光速校准两地钟的逻辑循环。 2,正方向与反方向光速高精度相等的实验结果;单向光速的测量2008年从理论上解决了之后,不用再动手做实验,就已经有了检验单向光速各向同性的精确的实验结果。实际的检验早在1980年Vessot等人(R.F.C Vessot et.al., Phys.Rev.Lett.45, 2081 (1980))就做了,他们用氢脉泽在火箭升空至10000km时验证引力红移的精度达0.007%,其频率测量的相对精度约为10– 15。由于火箭相对于地球上的观测站有运动速度v,一级多普勒效应的相对频移约为10–5,比起引力势之差引起的相对频移约10–10大得多,会严重干扰引力红移效应的测量。因此,Vessot采用了多普勒频移的对消和跟踪系统,系统中包括微波的发送和接收装置以及频率合成装置。飞行火箭和地面观测站中各有一个频率f H =1420.405751MHz的氢原子钟。两者之间有由四对脉泽发射-接收器相连接。1,f H乘P/Q=76/49 约2203.08MHz的微波单向从飞行器至地球下传;2,f H乘R/S=82/55约2117.70MHz的微波单向从地球至飞行器上传;3,f H乘R/S=82/55约2117.70MHz微波上传到飞行器接收后再乘M/N=240/221成约2299.75MHz又向下传回到地球上的频率合成装置。4,飞行器接收到的约2117.70MHz微波乘M/N=240/221成约2299.75MHz单向下传到地面上的多普勒跟踪站,与未经传送的地球上原子钟频率f H乘RM/SN在跟踪站汇合相比较。将四个同时传递的信号分成三个不同频率来传送是为了避免同一频率传送时的信号间的正反馈(共振干扰增生),同时为了使随时间变化的电离层对传递信号散射效应产生的误差(近似反比于频率的平方)减小到2×10– 15 以下(当满足P/Q=21/2 (R/S)[1+(N/M) 2]– 1/2 )。由于一级多普勒效应正比v/c,实验者坚信相对论,理所当然地认为上传的光速c+ 和下传的光速c– 是同一个不变光速c 。让上传与下传的信号在频率合成系统中的混频器中同一时刻拍频,v虽然随时间变化,但在同一时刻上传与下传的多普勒效应有同一个飞行器对地球的速度v,因此,多普勒频移的对消装置总是能有效地对消一级多普勒效应。实验也的确记录到了零拍频的结果,证实一级多普勒效应己经被对消掉了。拍频法的频率差测量的优点是:利用待测频率的短期稳定性可延长零拍频的‘瞬间’或‘同一时刻’的实际时间长度而观测得更清晰。从实验验证的角度看,若是上传的单向光速c+ 不等于下传的单向光速c–,则在同一个v时有不同的一级多普勒效应v/c+ 和v/c–,两者就不能相抵消。当c+ 与c– 相对相差10–10,就可引起10–15 以上的频率测量误差,引力红移的验证就达不到0.007%的精度。所以,Vessot等人的实验结果已验证了正向光速与反向光速相等的精度达10–10,即,单向光速的各向同性的精度不低于当时双向光速的测量精度水平。这是Vessot等人没有想到的意外结果,可能他们觉得单向光速是天经地义的常数,无需怀疑也无需验证,从而未从验证单向光速各向同性的角度考虑过。实际上,他们1980年就检验了单向光速各向同性达到10–10精度。若没有此实验结果,多普勒效应测量结果正反向就有不同的光速常数c,就无法进行均方根和平方差根的运算。(见Chen Shaoguang, Relativity and Quantum Mechanics without Hypothesis and Origin of Gravitation , 2010 first edition, Sichuan Publishing Group·Sichuan Science & Technology Publishing House Press, P.83;陈绍光, 跨越现代物理与经典物理之间的鸿沟 ,中国科技纵横,总第129期P.85-91(2011))。 2.3相对论和量子力学的适用范围 |