|
原子钟环球航行实验 做钟的航行实验是对时间膨胀效应的一种直接的检验。1970年，Hafele设计了一个检验时间膨胀效应的环球原子钟实验。其初步设想是让两只在地球上同步的原子钟，一只留在地球上，另一只放到飞机上绕地球航行，飞机飞行一周后降落到地面，然后将这两只原子钟的读数进行比较。 实际实验时，由于飞机起飞与降落要穿越地球上不同高度的引力场区，故原子钟速率的变化不仅受狭义相对论时间膨胀效应的影响，同时也受引力场的影响。Hafele等从理论上分别算出了引力场对时钟的影响和运动对时钟的影响。在计算运动对时钟产生的影响时，他考虑了地球的自转，认为静止在地球赤道上的原子钟具有与地球赤道的切向速度相同的运动速度；飞机向东飞行时，飞机上的时钟的运动速度为飞机的飞行速度再加上地球的自转切向速度；而飞机向西飞行时，飞机上的时钟的运动速度要减去地球的自转切向速度。 1971年，Hafele和Keating完成了这种实验。他们将四只铯原子钟放到飞机上，飞机在赤道平面附近高速度分别向东、向西绕地球航行一周后回到地面，然后将飞机上的四只铯原子钟与一组静止在地面上的铯原子钟的读数进行比较，发现向东飞行时四只原子钟的读数比地球上的原子钟的读数平均要慢，而向西飞行的四只原子钟的读数比地球上的原子钟的读数平均要快。他们分析认为主要原因在于向东飞行的飞机上的时钟比地面上的时钟运动速度高，而向西飞行的飞机上的时钟比地面上的时钟运动速度低。实验结果与他们所作的理论计算基本一致。相对论认为这种实验证实了相对论所预言的时间膨胀效应。 对这种所谓的实验证据，笔者有一些疑问。 首先，既然相对论认为运动没有绝对性，为什么要坚持认为地球上的时钟是运动的而不是静止的，为什么要认为向东飞行的飞机比向西飞行的飞机速度高？在地球上的观察者看来，向东飞行的飞机与向西飞行的飞机并没什么区别，两者的速度相对于地面上的观察者应是相同的。即使有相对论所预言的时间膨胀效应，不管飞机是向东飞行还是向西飞行，上面的时钟读数都应该比地面上的时钟读数慢才对。认为向东飞行的飞机比向西飞行的飞机速度快，那是绝对时空的观点。如果真的是向东飞行的飞机上的时钟比地面上的时钟慢，而向西飞行的飞机上的时钟比地面上的时钟快，说明时钟的速率与其绝对运动速度有关，这种结果肯定的是时间的绝对膨胀效应而非相对膨胀效应。 其次，前面我们已经指出过，原子钟环球航行实验结果与爱因斯坦对“孪生子佯谬”的解释是不一致的。那么究竟是爱因斯坦预言的错，还是该实验的结果不可信呢？从我们前面的分析可以看出，实际上两者都经不起推敲。 另外，还值得一提的是，后来也曾有人对原子钟环球航行实验的精度提出过质疑。他指出，该实验所用的铯原子钟的误差比理论预言的时间膨胀效应值还大，该实验根本不能证明时间膨胀效应存在。 hudemi 2001.7.27 |