时间佯谬问题重析

上海电力学院物理教研室副教授    朱纪东

[ 摘  要 ] 时间佯谬的争论已进行年了近百年，本文对争论各方的论点重新进行分析后，发现时间佯谬的争论引出了许多更为复杂的问题，这些问题涉及到惯性系、时空关系等。本文就这些问题坦陈己见，并对如何判别惯性系统以及是否存在优越的坐标系提出了自己的一些看法。
关键词   时间佯谬  洛伦兹变换  相对论  时间膨胀 空间收缩

一  问题的由来
自从狭义相对论问世以来，双生儿佯谬的悖论困扰人们已达百年之久。假设有一对双生儿甲和乙，乙留在地球上而甲则乘火箭，火箭在极短时间内加速到接近光速的速度  ，然后匀速飞行一段很长时间后，再快速掉头反向匀速飞回地球，当甲和乙会面时谁更年轻？除去极短时间的掉头，甲和乙都处在惯性系内，因此双方都可使用狭义相对论。在此期间，假设甲携带的钟所记录的时间为 T，乙携带的钟所记录的时间为 T'，在甲的眼光中，自己是静止的，而乙在运动，所以乙携带的钟所记录的时间 T' 为：
T'   <   T           （1.1）
因此甲会认为乙比他年轻。同样在乙的眼光中，自己是静止的，是甲在运动，所以甲携带的钟所记录的时间  应为：
 T  <   T'           ( 1.2 )
这意味着乙会认为甲比他年轻。在双生儿见面时，甲会认为乙比他年轻，乙会认为甲比他年轻，这产生了矛盾,谁的结论更正确？这就是所谓的双生儿佯谬（亦称时间佯谬）的问题。
一些物理学家认为，火箭在转弯时有加速运动，这会使甲在非惯性系统中感受到一种不同的体验，而乙一直处在惯性系中，所以相比之下应该是甲年轻。在各个惯性系之间，谁曾经作过更多的加速的运动，谁得到更多的延时！
事情果真如此吗？笔者在研究后发现，上述观点在理论上、在实践上均缺乏充分的依据。首先它并不符合一些实验的结果。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  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。在许多实验中物理学家都是用洛伦兹变换式来计算时间膨胀的，洛伦兹变换式中并不含有任何的加速项，它反映的仅仅是物体运动的速度(其实是速率)和时间膨胀的关系，洛伦兹变换式中并不存在着加速度和时间膨胀的任何联系。而事实已充分的表明，用洛伦兹变换式得出的结果既适用于作匀速直线运动的时钟也适用于在回旋加速器中作圆运动的时钟，因此加速度会使钟受到不同体验的说法究竟有多少事实依据呢？当有可能出现时间佯谬问题的时候，一些物理学家总是坚持认为，狭义相对论仅适应惯性系统，甚至连火箭掉一下头都不可以，然而验证狭义相对论的实验大多数都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，而在计算时间膨胀时，同直线运动的时钟相比这些基本粒子钟些丝毫也看不出受到了什么不同的体验，当这样的实验被认为是证实了狭义相对论所预言的时间膨胀时，还未见到一位物理学家对实验的结果持否定态度，这确实使笔者百思不解。诚如笔者在上面就指出的那样，加速度对时钟韵律的变化无任何附加作用，基本粒子钟无论是作匀速直线运动还是作匀速圆周运动，其时间膨胀都可用洛伦兹变换式来计算。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，这就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。所以飞船一掉头就会引起钟有什么不同体验的观点是毫无根据的。
其次还要指出的是，有加速运动的参考系一定是非惯性系统的说法是值得商榷的，笔者在本文的下一节中将继续阐明有加速度的参考系未必一定就是非惯性系统，因此有加速运动的钟未必一定受到什么不同的体验。

二．如何判别惯性系统
什么是惯性系统？对此物理学家通常说法是：这是一个力学定律在其中行之有效的参考系。那么什么是非惯性系统？相对于一个惯性系统作加速运动的参考系则是非惯性系统。
在理论上人们通常把加速度和非惯性系统紧紧地联系在一起，但实际应用上却并非如此。最典型的一个例子就是，通常被认为是惯性系的地球却是有加速度的。对此经典物理学家解释是：地球围绕太阳公转的加速度是很小的可以忽略不计，所以可把它近似看成惯性系统。但在科学高度发展的今天，这种说法就完全行不通了，围绕着地球运转的人造飞行器，其加速度能忽略不计吗？作自由落体运动的电梯其加速度也能忽略不计吗？即使在加速度不能忽略的情况下，在人造飞行器的舱内、在作自由落体运动的电梯内力学定律也能正常使用，也可以把它们视为惯性系统，这又是怎么回事呢？
牛顿第二运动定律通常的书写形式是：
F = ma       （2.1）
在非惯性系中力学定律是不适用的，为使非惯性系中物体的运动仍可用牛顿运动定律来描述，必须假设非惯性系中物体受到一个惯性力。如在匀加速直线运动的车厢内及匀速转动的圆盘上，可假设物体所受到惯性力为：
F（惯） = ma   （2.2）
（2.2）式似乎告诉我们，惯性力的实质是非惯性参考系的加速度的反映，因此通常人们总会这样认为：有加速运动的参考系必然是非惯性系。但近代物理学已证明（2.1）式、（2.2）式仅仅是近似公式，事实上惯性力用这样的公式表述才是正确的：
F （惯）= -   dp / dt         （2.3）
利用（2.3）式可对参考系内静止物体所受的惯性力进行分析：
          F （惯）=  -   dE / ds           （2.3）   
以上 E 是物体的总质能，它是由物体的静止质量和物体所拥有的能量这两部分所组成。本文所指的能量是物体在重力系统内的动能和势能，其他形式的能量，如核能、电磁能均不在本文讨论的范围之内。
如何判断一个参考系是惯性系还是非惯性系，( 2.3 ) 式给了我们一个很好的启示。在参考系整个运动过程中，参考系内静止物体的总质能始终恒定不变，即始终符合 dE / ds = 0 的条件，这个参考系可视为惯性系，反之可视为非惯性系。
自由落体运动的电梯和人造飞行器虽然有加速度，但在运动过程中这两个参考系内的静止物体势能和动能的变化是相互补偿的，它们的总质能 E 是恒定的，它们始终是符合 dE / ds = 0 的条件，故作自由落体运动的电梯和人造飞行器是惯性系统。在地面上作变速运动的汽车是非惯性系统。这是因为汽车运动时，车内静止物体的势能不变但其动能却随着车速的变化而变化，这使车厢内静止物体的总质能 E 是处在变化的状态中，因此出现了 dE / ds = 0 的情况，所以变速运动的汽车是一个非惯性系统。
以下对平行于地面的匀速转动的圆盘进行分析。它的示意图见图1：
假设圆盘运动的角速度为ω，圆心是 O，如把物体放在圆盘半径  不同的位置上物体的势能不会变化，但物体的动能会随着线速度的变化而变化，故物体总质能E 沿圆盘半径  会发生变化，于是在圆盘半径方向上出现了dE / ds = 0的情况，因此在 O O' 方向上物体会受到惯性离心力，借助于 ( 2.3 ) 式同样可求出离心力，但需注意由于离心力沿半径r方向出现，故(2.3)式中 ds 要改成dr：
           F(离) = -   = -   = -                = -    = -   = -       (2.3)
圆盘匀速转动时，物体受到惯性离心力的作用，故转动的圆盘是非惯性系统。在通常情况下：  ，所以有： F离 = -  ，这又回到了经典力学对离心力的表述方法。
在上面几个例子中我们可以看到，同样都有加速度，作自由落体运动的电梯和人造飞行器是惯性系而在地面上作变速运动的汽车和转动的圆盘却是非惯性系统，力学定律在作自由落体运动的电梯和人造飞行器内是完全适用的，但力学定律在地面上作加速运动的汽车内和转动的圆盘上却是不适用的，可见参考系是惯性系还是非惯性系并不能由加速度来判定。
在新的判别法中，参考系内静止物体对参考系是否是惯性系的判定有着特殊的意义。参考系内的物体能够静止在空间的任何点上（即物体是处在失重的状态下），这个参考系是三维惯性系统，作自由落体运动的电梯和绕地球运转的人造卫星是三维惯性系统；在地球表面，由于重物会往下掉，这说明在地球参考系三维空间的垂直的方向上物体的势能是会变化的，所以地球参考系不是三维惯性系统，但在弹力和引力的平衡下，物体能够静止在两维的地球表面的任何点上，所以地球参考系是两维惯性系统；当参考系内连两维的惯性面都不存在，这个参考系就是非惯性系，在地面上作变速运动的汽车和转动的圆盘就是非惯性系统。
广义相对论告诉我们，宇宙本身就是一个非欧空间，而且我们也知道密布在宇宙中的星体都有引力，因此在大多数情况下加速运动反而有助于参考系成为一个稳定的惯性系统。本文所列举的自由落体运动的电梯和人造飞行器以及在宇宙中稳定运行几十亿年的地球、太阳也都是带加速度的惯性系统！在如何判定惯性系的方法尚需商榷的情况下，一些物理学家就轻率地断言有加速运动的参考系一定是非惯性系，并深信有加速运动的钟会受到一种说不清、道不明的不同体验，这种观点无论在理论上还是实践上均无任何根据。

三．优越的坐标系是否存在？
通过以上两节的讨论，我们可以清楚地知道，加速度会导致时钟有不同体验的论点在理论上是说不通的，因为本文已从理论上证实了有加速运动的参考系未必就一定是非惯性系；这种说法在实践上也是无依据的，因为实验已经证实加速度对钟韵律的变化无任何附加作用。对μ介子半衰期变化等一系列现象的观察和研究，人们发现在相互运动的两个惯性系 K 和 K' 中时间膨胀有绝对性，这就是"运动"的 K' 系的时间发生了膨胀，而静止的 K 系时间并未发生膨胀，具体地说来就是火箭上的双生儿年轻一些，而地球上的双生儿衰老些，据此一些物理学家断言：时间佯谬在理论上、实践上都是不存在的！这句话只能说是半错半对，时间佯谬问题在实践上确实是不存在的，但在理论上却是存在的，否则在这个问题上不可能进行长达百年之久的争论。
时间佯谬问题源于狭义相对论。按照狭义相对论的说法，一切惯性系都是平权的。两个有相对运动的惯性系 K 和 K' 中的观察者都会发现对方的钟时间膨胀、对方的尺长度收缩，这通常称为时间膨胀、空间收缩的相对性。因此可以说时间佯谬问题是狭义相对论必然的产物！只要我们还承认时间膨胀、空间收缩是相对的，时间佯谬问题在理论上是永远存在的！
消除时间佯谬问题一个基本要求就是要承认时间膨胀有绝对性，当我们力图从理论上或实践上消除时间佯谬时，甚至我们已经认为完全可从理论上或实践上消除时间佯谬时，想一想这是否以牺牲时间膨胀、空间收缩的相对性为代价？我们不得不正视这样一个问题：时间膨胀、空间收缩究竟是绝对的还是相对的？鉴于这种情况，有些物理学家这样认为：
在狭义相对论中时间膨胀是相对的，我们需要用无数的钟来记录时间，但又有绝对性，与惯性系联系的钟跑得最快，记录的时间最大。
这短短一段文字，有两个地方需要质疑：一、按以上所说的需要用无数的钟来记录时间的实验从未做过，因此断言时间膨胀有相对性是否为时过早？二、在狭义相对论中爱因斯坦何时何处提过时间膨胀绝对性的问题？上述结论是如何得出的，令人百思不解。
其实只要对近代物理学的发展史稍作回顾即可知，时间膨胀、空间收缩的绝对性并不是爱因斯坦而是洛伦兹提出的。为解释迈克耳逊--莫雷实验所出现的零结果，洛伦兹于 1892 年提出了有名的洛伦兹变换式。洛伦兹认为以太是存在的，在以太中存在一个优越的坐标系，相对于这个优越坐标系运动的参考系内会发生时间膨胀、空间收缩，按照洛伦兹的说法，时间膨胀、空间收缩有绝对性。因此在洛伦兹原先提出的假说中，并不存在时间佯谬问题。
但无法逾越的以太障碍使人们寻找优越的坐标系的努力一再受挫，事实告诉人们以太除了很牵强地赋予一些光传播的特性外，其他几乎一无是处，因此必须放弃以太！导致洛伦兹假说失败的根本原因在于，在以太中一个优越的坐标系是无法建立的！
此后狭义相对论又重新对洛伦兹变换式进行解释，爱因斯坦认为，优越的惯性系是根本不存在的，因而相对运动的惯性系之间所发生的时间膨胀和空间收缩的效应也必然是相对的，这种提法在理论上已产生了时间佯谬问题，令人担忧的是时间膨胀的相对性直至今日还无法在任何实验中有效地演示出来！也许很多人会不同意笔者的观点，这些人会认为实验已证实了时间膨胀相对性。其实对地球上任何一个声称已经证实了时间膨胀相对性的实验仔细分析一下，几乎都可发现这样一个问题，即实验者都是站在静止于地球的参考系中去观察同地球有相对运动的参考系中所发生的时间膨胀现象，但实验人员却从来也没有站在同地球有相对运动的参考系上去观察静止于地球的参考系中是否也同样发生了时间膨胀现象。其中最典型的实验就是对μ介子半衰期的观察，静止于地球的物理学家看到了相对于地球以 0.995c 速度运动的μ介子半衰期延长了，于是就认为狭义相对论所预言的时间膨胀被证实了。其实这些实验充其量只是证实了在地球上静止于地球的钟走得最快，钟相对于地球运动速度越大走得越慢，这应该说是证实了时间膨胀有绝对性。在观察者还没有站到以 0.995c 高速运行的惯性系上，也并没有在这个高速运动的惯性系中同样看到静止于地球的μ介子半衰期也延长的情况下，又怎能说时间膨胀的相对性被证实了呢？笔者将在本文的下一节，提出新的实验方案，笔者主张实验从多方面进行，即观察者不仅要站在静止的参考系中去观察运动的参考系，还要站在运动的参考系中去观察静止的参考系以及从运动的参考系中去观察另一个运动的参考系。只有从从各个角度去观察，才能从分了解时间膨胀究竟是相对的还是绝对的！
现把洛伦兹的观点和爱因斯坦的观点比较一下：洛伦兹的假说虽受到以太的困扰但没有时间佯谬问题，而狭义相对论虽避开了以太的困扰但却产生了时间佯谬问题，时间膨胀的绝对性已被实验所证实，而时间膨胀的相对性却始终未得到实验的认同。
现在问题在于洛伦兹假说中的以太是不存在的，而洛伦兹所提出的时间膨胀的绝对性却是存在的，时间膨胀的绝对性既不能用以太也不能用加速论来解释，必须寻求一种新的途径来对时间膨胀的绝对性作合理的解释。
笔者认为虽然一个静止于以太的优越的坐标系是不存在的，但这并不等于宇宙中不存在任何优越的坐标系，对时间膨胀绝对性进行合理的解释需要寻找优越的坐标系统，以下的分析也将使我们看到这种优越的坐标系事实上是存在的。如果我们能从理论上彻底弄清时间膨胀的绝对性，则时间佯谬的问题自然就不存在了。所以消除佯谬的问题最终归结为是否能找到一个描述物体运动的优越的坐标系统。
对太阳系中行星绕日的运动进行分析，我们可以完全可以看到，优越的坐标系确实是存在的，并且是存在于重力系统中。太阳和地球都是惯性系。然而科学家们用万有引力定律去计算太阳系中各行星运动轨迹时，采用的是哥白尼坐标系而并不是托勒密坐标系。对此经典物理学家的解释是：这是因为日心坐标系是一个惯性系统！这句话背后是否隐含着地心坐标系不是一个惯性系统！如果情况确是这样的话，那么在计算人造卫星的运动轨迹时，地心坐标系又为何完全有效！地心坐标系为何在这时又恢复了一个惯性系统的本来面貌！用上述观点来解释，这个困惑即可被消除。太阳系中的各行星分别同太阳而并非是同地球构成重力系统，而太阳的质量又远远大于其他行星的质量，所以可认为日心坐标系就是太阳系中最优越的坐标系，地球对其他行星运动的影响很小几乎可以忽略，故描述行星运动时哥白尼坐标系用起来要比托勒密坐标系要好得多。反过来，我们再看一看人造卫星绕地球运行的情况。由于地球公转时的加速度已有效地屏蔽了来自于太阳的引力，使地球上的任何物体对太阳的引力都处于失重 的状态，这就保证了在地球周围空间运动的物体--如人造卫星几乎只受地球引力的影响，同行星和太阳构成重力系统的情况一样，人造卫星也和地球构成了重力系统，相对于人造卫星的运动而言，地心坐标系无疑是一个最好的坐标系，故在地心坐标系中用万有引力能最方便地计算出卫星运行的轨道。换句话说，在描述人造卫星运动时，托勒密坐标系用起来要比哥白尼坐标系好。这些例子告诉我们，在描述某些物体运动时是优越的坐标系，在描述其他物体运动时这个坐标系未必是优越的，优越坐标系是相对的。事实上本文第二节所讨论的对非惯性系的判别，也应在优越的坐标系中进行才能得到正确的结果。
可见在每一个重力系统中都存在优越的坐标系统，由此可对时间膨胀现象可作同样的分析。在地球上由于一切重物都和地球构成了重力系统，因此地心坐标系是最优越的坐标系，钟在地心坐标系中运动的速度越大时间膨胀也越多，而静止于地心坐标系的钟是走的最快的。其实对μ介子半衰期的观察和 Hafele 1970 年进行的原子钟环球航行等一系列实验早已充分说明了这一点。物理学家曾把两只钟放在同一轨道上以大小相等的速度反向飞行时，虽然这两个钟有相对运动存在，但两个钟会合时它们的读数仍然是相同的，这个实验也表明，时间膨胀并不是由于参考系之间的相对运动所引起。谁相对于重力系统有更大的运动速度，谁就得到更多的延时。笔者为此已反复核查了许多实验，发现实验的结果和这个推断完全吻合。
通过对时间佯谬问题的重新分析，我们可对洛伦兹的功过进行一些评述。洛伦兹的功劳是发现了时间膨胀有绝对性，洛伦兹的过错是想在以太中建立一个优越的坐标系。如果能认识到优越的坐标系不是存在于以太中而是存在于重力系统中，则洛伦兹的假说能得到正确的结果。十九世纪的物理学家试图在以太中寻找优越坐标系时，时常感到迷惑不解，他们忽而感到地球静止于以太海，他们忽而感到地球以绕太阳公转的速度在以太海中穿行，他们无法在以太中找到优越的坐标系。而当我们把优越的坐标系置于重力系统中，这样的困境就不复存在了。在地球上研究重物和地球的相互作用时，地心坐标系是最优越的坐标系，由于地球自身和太阳又组成了一个重力系统，故观察者站在地球上研究天文现象时日心坐标系是最优越的坐标系。这样不仅可以消除斐索实验、爱里的充水望远镜实验、布拉德雷的恒星光行差实验以及迈克耳逊--莫雷实验留给我们的一切困惑，而且也可合理的解释时间膨胀的绝对性并在理论上、实践上彻底的消除时间佯谬问题。最后还要指出的是，同电场、磁场的处理方法一样，处理重力系统更好的方式应是从场与物体的相互作用入手。但本文重点讨论的是如何寻找优越坐标系以解决时间佯谬问题，对重力系统本身的特性不作进一步的分析。
……
本文对时间佯谬等一系列问题提出了自己的看法，笔者认为在每一个重力系统中都存在一个优越的坐标系，在这个优越的坐标系内钟是"运动"的还是"静止"的具有明确的意义，所以时间膨胀具有绝对性。为此笔者提出了可对这些观点进行验证的实验方案。科学上的任何争论，最终应由实验来裁决。

参考文献

二、狭义相对论是否有实验基础？
现代验证狭义相对论的一系列实验进行分析。验证时间膨胀最经典的实验是对运动μ介子半衰期变化情况的观察 [ 1 ]。一些物理学家在宇宙射线中看到了相对于地球以 0.995c 速度运动的μ介子半衰期延长了，于是就认为狭义相对论所预言的时间膨胀被证实了。其实这个实验充其量只是证实了在地球上静止于地球的钟走得最快，钟相对于地球运动速度越大走得越慢，这丝毫也说明不了时间膨胀有相对性。在观察者还没有站到以 0.995c 高速运行的惯性系上，也并没有在这个高速运动的惯性系中同样看到静止于地球的μ介子半衰期也延长的情况下，又怎能说这个实验证实了相对论的正确性呢？
用来验证相对论的另一个很有名的实验是 Hafele 和 Keating 在 1971 年做的 [ 1 ]。Hafele 和 Keating 把铯原子钟分别放在地面和飞机上，据说飞机向东绕地球一周返回地面，飞机上的铯原子钟比地面的慢，而飞机向西绕地球一周返回地面，飞机上的铯原子钟比地面的快，最后的结论是在误差的范围内实验结果与相对论的预言相符合 [ 1 ] 。无论是 Hafele 还是为 Hafele 实验叫好的物理学家，似乎都没有发现这个实验完全违反了狭义相对论：一、 Hafele 没有用自己参考系内无数的钟与相对于自己运动的另一个参考系内一个固定的钟相比较，因此这个实验如何完成从 ( 1 ) 式到 ( 2 ) 式的转换工作？对此 Hafele 本人未作交代，为这个实验叫好的物理学家也未作解释。二、Hafele 把静止于地球的钟和曾经相对于地球运动过的钟放在同一个惯性系中进行比较，这说明他并不是在两个参考系有相对运动的情况下去观察时间膨胀效应，而根据狭义相对论时间膨胀效应是相对的、是在测量过程中发生的，因此在两个惯性系没有相对运动的情况下不会有时间膨胀效应。但 Hafele 却声称，他在实验中不仅观察到了这个效应，而且还得到了相对论所预言的结果，这倒是令人奇怪的。
Hafele 实验确是属实的话，它所产生的结果必须引起人们的高度重视。因为这个实验至少已说明了以下几点：
1．Hafele 发现相对于地心坐标系运动的钟走的慢，静止于地心坐标系的钟走得快，这已清楚地证明了时间膨胀具有绝对性，因而实验的结果同狭义相对论的结论恰好相反。
2．Hafele 没有在自己参考系内设置无数个钟也没有在两个参考系没有相对运动情况下观察到时间膨胀效应，可见出现时间膨胀效应并不需要爱因斯坦所提出的先决条件。
3．按照狭义相对论时间膨胀并不涉及到原子内部某种神秘的过程，是在测量过程中发生的 [ 2 ]，Hafele 并没有在钟运动期间作过任何测量，只是在运动的钟停止运动后，Hafele 从钟的读数上发现钟在"运动"（此处运动指的是相对于地心坐标系的运动）期间真的走慢了，这恰恰说明在运动钟内部原子的周期性运动会变慢（因为 Hafele 用的是铯原子钟）。
Hafele 的实验足以给狭义相对论的正确性打上一个大问号。一个似乎已否定了相对论的实验却被当成说明相对论正确性的真凭实据来摆弄，这样的怪事在相对论的研究中屡屡出现。一些物理学家在使用相对论结论的时候往往都忽略了产生这个结论的前提，而没有这些前提也就决不会有相对论以后的一切结论，把违反相对论基本原理的实验用来证实相对论这似乎成了一些人的通病。物理学界之所以有不少人认为相对论已被实验所证实，原因在于他们错误地把发现时间膨胀效应的实验一概视为狭义相对论的实验基础。他们似乎不明白，时间膨胀是由洛伦兹提出的，洛伦兹和爱因斯坦的分歧在于前者认为时间膨胀有绝对性而后者认为时间膨胀有相对性，因此只有时间膨胀效应而并未能证实这种效应具有相对性的一切实验，根本不能用来证实相对论是正确的；他们似乎不明白，实验只有在完全符合爱因斯坦所提出的两个先决条件的情况下才能去证实时间膨胀的相对性，目前在文献中所能查到的实验没有一个符合爱因斯坦符所提出的要求，这些实验充其量只能证实时间膨胀是存在的并且具有绝对性，根本谈不上去证实相对论有什么正确性。
限于篇幅，笔者无法把所有实验在此一一列举。著名物理学家康特（ W. Kantor）在剖析用来证实相对论的六十多个实验后指出：这些实验全都基于无效的逻辑或错误的方法。通过以上讨论，笔者同样发现狭义相对论并无任何实验基础。

三、用加速度无法解释狭义相对论中的疑点
验证狭义相对论的实验大多数都是在地球上做的，物理学家通常都是以地心为原点建立坐标系并进行实验。遗憾的是到目前为止实验只能证实静止于地心坐标系的钟走快，相对于地心坐标系运动的钟走得慢，实验只显示出时间膨胀的绝对性。
一些物理学家断言时间膨胀的绝对性是由加速度造成的 [ 6 ]，想以此来缓解狭义相对论在理论上、实践上所存在的矛盾。这种观点是否站得住脚，暂不加以讨论。但必须指出的是，狭义相对论所阐述的是时间膨胀的相对性，某些物理学家想用加速度来解释的是时间膨胀的绝对性。即使加速度能引起的绝对性的时间膨胀，这同狭义相对论也是毫不相干，因为狭义相对论从不讨论加速运动，狭义相对论并不认为时间膨胀是绝对的。时间膨胀的相对性究竟存在不存在？究竟有没有被实验所证实？这是狭义相对论所不能回避的问题。加速论者并不想去着手解决这些问题，而是力图把讨论的议题从时间膨胀有没有相对性转移为时间膨胀的绝对性是如何形成的，这里有偷换概念之嫌。这样做，对于弄清事实的真相没有任何一点好处。况且直到现在为止还没有一个数学公式、没有一个实例可表明加速度同时钟周期延长有确切的联系，把时间膨胀绝对性归于加速度的论点能不能成立本身还是一个问号，因此要靠加速论去解释狭义相对论中所出现的疑点既不可能也不现实。
加速论者虽然在喋喋不休地解释两个有相对运动惯性系之间的对称性是如何被加速度破坏的，但却拿不出这种对称性得以成立的任何事实依据。时间膨胀、空间收缩的相对性根本无法在任何实验中有效的演示出来充其量只是体现了爱因斯坦丰富的想象力，这是一个不争的事实。现代物理学确实是处在一个两难的境地中，洛伦兹假说虽然受到以太困扰但洛伦兹所提出的时间膨胀的绝对性却为实验所证实，而狭义相对论虽避开了以太的困扰但时间膨胀的相对性却始终得不到实验的认同。洛伦兹的假说确实存在一些问题，但这并不能反证狭义相对论就一定是正确的。认为狭义相对论能使我们摆脱困境的想法，纯粹是自欺欺人。合理地解释时间膨胀效应，必须进行新的探索。为此笔者曾撰文指出，承认在宇宙局部空间里优越坐标系是存在的，这有助于物理学从这两难的困境中走出来。笔者认为优越的坐标系是同引力势场联系在一起的，在优越的坐标系内物体是运动还是静止的具有明确的意义。静止于这个优越坐标系的观察者会发现运动惯性系内时间膨胀、空间收缩，而相对于这个坐标系运动的观察者会发现静止惯性系内空间膨胀，时间收缩，两个存在相对运动的惯性系通常情况下并不具有对称性。笔者还曾提出了对上述观点进行验证的实验方案 [ 7 ]。

四、狭义相对论可用实验来验证吗？
狭义相对论已被实验证实了吗？根据以上的讨论我们只能得出否定的结论。接下来的问题是狭义相对论能用实验来验证吗？在物理学界确实有一种意见认为相对论是无法用实践来检验的。理由是身处两个惯性系中的观察者是永远无法碰头的，因为这涉及到参考系要拐弯，而参考系一旦拐弯就有加速度，就不再是惯性系了，而狭义相对论只适用于惯性系 [ 5 ]。平心而论，这是这段话倒是十分符合相对论的"原汁原味"。但这也使人感到奇怪，既然两个惯性系中观察者是永远无法碰头的，那么人们用什么方法才能知道这两个惯性系中的观察者都会发现对方发生了时间膨胀、空间收缩的效应呢？时间膨胀、空间收缩的相对性究竟是伟人的一种 " 直觉 " 还是一种科学的理论？这值得人们深思。

结束语
本文的结论是狭义相对论无任何实验基础可言。任何人只要能举出一个完全符合爱因斯坦所提出的两个先决条件的实验作为反例，即可轻易否定本文的结论。但直到目前为止，这样的反例笔者还未曾发现。