漫谈相对论（4）---  引力场和加速场会延长钟的周期吗                                                            
        朱纪东

    在《漫谈相对论（3）》中，我们讨论了时间佯谬问题。为消除时间佯谬许多物理学家纷纷到广义相对论中去引经据典，终于得出了钟加速越多，延时越多的结论[1]。对大量的资料反复分析后，笔者发现这种说法缺乏事实依据。这里只要举一个对μ介子半衰期变化进行观察的实验即可说明这一点。对μ介子半衰期变化进行观察的实验可用两种方法做：一种是通过对来自外层空间宇宙射线的观察，在这里μ介子大约以0.995c的速度作匀速直线运动，另一种是把μ介子置于回旋加速器中，使其作匀速圆周运动。按照加速越多，延时越多的说法，在回旋加速器中μ介子显然要比宇宙射线中μ介子有更多的加速运动，应而会有更多的延时。然而实验却告诉我们μ介子无论是作匀速直线运动还是做匀速圆周运动，只要运动的速率相同，时间膨胀的程度也相同。这能用谁曾经作过更多的加速的运动，谁得到更多的延时来解释吗！如对此类实验作进一步分析，还可以发现，在加速度甚至达到10^16g 的情况下，它对基本粒子钟的时率变化并未产生一丝一毫的附加影响，这又能用谁曾经作过更多的加速的运动，谁得到更多的延时来解释吗！为消除时间佯谬，一些物理学家坚持认为，狭义相对论仅适应惯性系统，甚至连参考系转一个弯都不可以，然而验证狭义相对论的很多实验又恰恰是在回旋加速器中做的，在回旋加速器中基本粒子钟作圆周运动，可以说是时时在掉头，处处在转弯，而在观察钟的读数时，同直线运动的时钟相比这些有加速运动的基本粒子钟些丝毫也看不出有任何不同之处。事实已表明，牛顿力学在非惯性系中是不适用的，然而事实却更清楚地表明，洛伦兹变换式却仍然可以正确地计算出作匀速圆周运动这样一个非惯性系内钟的时间膨胀！许多物理学家正是根据牛顿力学在非惯性系中不适用的情况，想当然地把这种情况也推广到洛伦兹变换式上，科学研究是以事实并不是以无端的联想为依据的，当回旋加速器中高速旋转的基本粒子钟的时间膨胀仍是用洛伦兹变换式来计算时，并且计算结果和实验结果又完全是吻合的时候，这充分表明洛伦兹变换式的适应范围不仅仅局限在惯性系内，时间膨胀同加速度并无任何联系！
     设钟静止时的周期为T，钟运动时速度为V、周期为T'，洛伦兹变换式能把钟运动的速度和钟周期延长之间对应关系表达的清清楚楚：  T=T'[(1-V^2/C^2)]^(1/2)，  尽管许多物理学家喋喋不休谈论加速度引起时间绝对膨胀，但却始终拿不出一个类似的数学公式来证实a (加速度)、GM/r^2 (引力场)的增加同T (钟周期)延长之间有对应关系。有些人想借助于广义相对论、借助于等效原理来为加速论提供理论上的支持。但即使在广义相对论中人们通常也是认为钟周期延长取决于所谓的引力势的深度：GM/r ,而GM/r 代表引力势场，并不代表引力场，在广义相对论中根本无法找到引力能使钟周期延长的直接证据。引力势场是标量场，引力场是矢量场，这两个场并不等同，从等效原理中也并不能得出引力势场(GM/r)和加速场(a)之间有什么等效关系，因此加速度导致时间膨胀的观点不仅得不到任何实验的支持同时在理论上也是没有根据的。
     广义相对论的计算结果表明钟周期延长的效应同GM/r 这一项有关，洛伦兹变换式则表明钟周期延长的效应同v^2 这一项有关，现把kv^2 称为速率场(K 是常数)。 根据等效原理加速场和引力场是等价的，而引力场是引力势场的微分形式，加速场又是速率场的微分形式，所以速率场和引力势场也应有等效性。笔者已证实了这种等价性是存在的，证实了时间膨胀和空间收缩的贡献是来自于引力势场和速率场决不是加速场和引力场[2]！所以钟周期延长的效应无论是发生在运动的惯性系内还是发生在星体周围空间，本质上是一回事，只不过前者体现了钟同速率场之间的相互关系，后者体现了钟同引力势场之间的关系。在引力势场的作 用下，钟的韵律会变慢、尺的长度会缩短、光程会延长，这可称为引力势场的三大效应，同样笔者也已求证出在速率场中也有类似的三大效应[2]，应该说引力势场和速率场有等效性证据是充足的。
       加速场和引力场会使时钟周期延长吗？笔者的回答是否定的，使钟周期延长的贡献是来自于引力势场和速率场而决不是加速场和引力场！

参考文献

[1]倪光炯 李洪芳著   近代物理学   上海科技出版社 1979 
[2]朱纪东 对相对论时空观的讨论  上海电力学院学报  2003 第一期