以下内容摘自《论物理现象的本质——物质作用论挑战相对论》一书。

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时间膨胀效应实验证据质疑

时间膨胀效应被认为是得到了实践检验的客观真理，其支持性证据主要有三种。一种是原子钟的环球航行实验；另一种是飞行介子的寿命增长；第三种是多普勒频移效应。

第三种实验证据是间接性证据，因为相对论认为二阶及二阶以上多普勒频移效应（含横向多普勒频移效应）是由时间膨胀效应引起的，故二阶多普勒频移证据往往被有关相对论书籍说成是时间膨胀的证据。第六章，我们还要专题讨论多普勒频移效应，到时我们将指出，二阶多普勒频移效应根本不是时间膨胀效应引起的，故多普勒频移效应不能看作是时间膨胀效应的证据。这里，我们主要讨论前两种实验，看它们是否真的证实了时间膨胀效应的存在。

1.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。他们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，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。

2.飞行介子的寿命增长

飞行介子的寿命增长是指运动中的放射性粒子其平均衰变寿命比静止时的平均寿命要长。这类观测或实验也被看作是相对论时间膨胀效应的实验证据。

μ介子首先是在宇宙线中发现的，使飞行的μ介子停在吸收体内，然后测量μ介子衰变过程（衰变为中微子、反中微子和电子），得到静止μ介子的固有寿命为2.2×10^-6秒。

宇宙线中的μ介子，一般是在高空大气层（约10—20公里的高空）中，由初级宇宙射线与原子核相互作用产生的π介子衰变而来的。这些μ介子有很大一部分能够到达海平面，这就是说，μ介子的平均自由程至少也有几十公里。如果飞行μ介子的平均寿命与静止μ介子的平均寿命相同，仍为2.2×10^-6秒，那么即使这些μ介子以光速运动，它们在衰变之前走过的平均路程也只有660米。这与大部分μ介子能够到达海平面这一事实相矛盾。要解决这种矛盾，要么认为运动μ介子的平均寿命比静止寿命长，要么认为μ介子在以超光速运动。我们知道，相对论是不允许任何物质的运动超光速的。因此，只能认定是运动的μ介子寿命比静止时长。

1941年，Rossi和Hall首先观测了宇宙线中μ介子的衰变速率随μ介子动量的变化情况，他们测得的结果与相对论的预言基本一致。

随着加速器的产生和发展，用高能量粒子轰击原子核靶，人们发现了许多新类型的介子，它们以接近光速的速度运动着，这也为人们测量其衰变寿命提供了有力的手段。测量结果表明，加速器产生的介子的寿命，其平均寿命也比静止时长。

这些观测或实验，被看作是对相对论预言的时间膨胀效应的证实。

其实，这些说法都经不起仔细推敲。

首先，需要明确的是，寿命和时间并不是一个完全等同的概念。飞行介子的寿命增长不一定是时间膨胀的结果，也许本来就是介子的运动速度越高，寿命就越长，而根本与时间膨胀无关。例如，μ介子通常衰变为电子、中微子和反中微子。那么，我们是否可以假设，μ介子本来就是由电子、中微子和反中微子组成的粒子团，它们是靠能量“束缚”在一起的。当束缚能小到一定程度，再难于将电子、中微子和反中微子继续“捆”在一起时，μ介子就“分解”（衰变）成了电子、中微子和反中微子。μ介子的速度越高，相应的束缚能就越大。μ介子在运动过程中，束缚能会不断损失，同时，介子的速度也在不断降低，当束缚能低到一定程度，再也不能将其内部的粒子束缚在一起时，μ介子就衰变了。由此可见，是因为能量的原因造成了速度高的介子寿命长，并不是时间膨胀效应带来的介子寿命变长。

虽然事物的本质未必真的如此，但这种假设至少能提醒我们运动介子的寿命增长可能另有其内在的物理本质，并不一定是由时间膨胀效应造成的。

其实，任何物理现象都有它内在的物质作用本质，寿命增长现象也不例外。以人的寿命增长为例，可进一步说明寿命增长与时间进程本身可能并无关系。我们知道，人类的平均寿命在不断增长。但谁都清楚，这种增长不是由时间膨胀造成的，而是由社会的物质财富不断增加，人们的生活水平不断提高造成的。如果有人把人的寿命增长也说成是一种（另外的）时间膨胀效应，相信谁都不会认同。既然人的寿命增长不能说成是一种时间膨胀效应，为何要把运动介子的寿命增长说成是时间膨胀效应的证据呢？

时间是世间所有事物进程快慢的共同标准，单个和少数类型的事件变快、变慢（如寿命增长、时钟变慢）并不意味整个时间进程的变快、变慢，任何少数和个别例子都不足于说明时间本身在膨胀。例如，摆钟摆动周期的快慢与重力加速度的大小有关，离地面越高，重力加速度越小，摆钟的摆动就越慢。尽管所有的摆钟都有这种效应，但我们不能因为所有的摆钟都在空中走慢就说“时间膨胀”。任何事件过程长短的变化都有其内在的物理原因。如果不加分析，轻易把某些事物时间过程的变慢说成是时间膨胀的证据，显然是不科学的。除非所有事物的变化进程都变慢，才能说时间进程变慢了。

关于时间的相对性，爱因斯坦曾用一个坐在火炉边的人和一个坐在恋人身边的人时间感觉不一样作过比方。他说，坐在火炉边的人因为烤得难受觉得时间过得慢，而坐在恋人身边的人因为幸福而觉得时间过得快。但我们知道，时间对他们来说是公平的，并不存在对谁慢对谁快的问题，所谓的时间快慢完全是他们的一种自我感觉，与真实时间的膨胀或收缩无关。尽管这个例子是爱因斯坦给不懂相对论的人打的比方，没必要去深究它的对错。但相对论所说的时间膨胀，或许正如这个例子一样，也是经不起深究的，所谓的时间膨胀效应根本不存在。

其次，即使我们把运动介子的寿命增长看作是时间膨胀效应的结果，也不能看作是相对论时间膨胀效应的证据。因为相对论所说的时间膨胀是指时间会在两个相对运动的参考系中相互膨胀。在甲参考系看来，乙参考系内的时钟变慢了；反过来，在乙看来，甲参考系中的时钟也变慢了。在运动介子寿命增长中，在与地球相对静止的观察者看来，运动介子的寿命增长了，由此我们推测，在运动介子参考系内时间变慢了。但在运动介子所在的参考系看来，静止在地球参考系内的介子寿命是否也增长了呢？只有在它们看来，静止在地球上的介子的寿命同样也增长了，才算是对相对论所说的时间“相互膨胀”的真正证实。可惜，运动介子不会说话，无法告诉我们它们观察到的静止在地球上的介子的寿命长短。如果硬要把此类实验说成是时间“相互膨胀”的实验证据，显然隐含着对后一情况的臆断。用臆断的情况对实验结果进行“补充”，反过来再说该实验证实了理论的正确，显然是不合适的。因此，这类观测和实验最多只是证实了时间的“单方面膨胀”，即时间会因为运动而膨胀。很明显，这是一种绝对运动的观点。而绝对运动的观点又正是相对时空观所反对的。

总之，相对论所说的支持时间膨胀效应的各项证据都经不起仔细推敲，时间膨胀效应并没有得到强有力的实验的支持。

下面贴出书中后续关于光介子对光的能量的影响的内容。这些内容并不是我现在针对你的问题才增加的，而是原来就有的。

另外，关于光的波长的问题。1、你知道，我认为光子是粒子，所以对“单个”光子来说，根本不涉及到波长问题。我认为波的现象是大量光子的“群体表现”，与上面关于“单个”能量的推导是两回事。这部分内容如果你感兴趣，我可以另贴。2、到目前为止，还没有听说过直接测量过光的波长的实验。干涉仪也只是测量相关差，并不直接反映波长。

黄德民

以下内容摘自《论物理现象的本质——物质作用论挑战相对论》一书。

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（一）光介子对光子能量及频率的影响

我们在前面推导多普勒频移公式时，没有考虑光介子对光速的影响。事实上，光介子的影响肯定是存在的。但在短距离内，光介子对光子总能量的影响非常小。因此，一般情况下，完全可以不考虑光介子对多普勒频率的影响，但在长距离内，这种影响不得不考虑。

光介子假说告诉我们，光介子普遍存在，且对光速产生明显的影响。既然光介子能够影响到光子的速度，是否也会影响到光子的能量从而导致多普勒频移呢？

光介子非常小，与其它物质之间的相互作用非常弱，对其它物质能量的影响非常非常小。当光子在光介子层中运动时，被光介子吸收的光子能量也非常非常小。否则的话，当光线从一个星系传播到另一个星系时，光子的能量早被宇宙空间中的光介子层吸收尽了，根本不可能传播得很远。我们能够看到几百亿光年远的星体传过来的光线，就说明光介子层对光子能量的吸收非常弱。短距离内，光介子层对光子能量的影响可以忽略不计。

看到这里，细心的读者也许会问，光介子假说告诉我们，从运动光源发出的光，一进入到光介子层中，原有的与源速有关的粒子速度就很快失去而被光介子层的推动速度所代替。既然光子的速度已经受到了光介子的影响，怎么说光子的能量没有明显变化呢？

当光子的速度受到光介子层的影响发生变化时，光子的平动动能确实会发生变化，但这并不意味着光子总能量也会相应变化。因为在与光介子的作用过程中，光介子并没有吸收（或给予）光子多少能量，因此，光子的总能量不会有明显变化。为什么光子的平动动能发生了明显变化而总能量仍能维持不变呢？原因在于光子在光介子层的作用下速度发生变化时，其平动动能和振动能之间发生了转化。当光子的平动动能减少时，减少的这部分能量转化为光子的振动能；相反，当光子速度增加时，其平动动能增加也来源于光子振动动能的减少。总的来说，光子的总能量并无明显变化。形象地说，这就象一个落到地上的弹簧振子。在振子与地面的接触过程中，受地面的作用，振子的速度不断降低，振子的动能逐渐转变为弹簧的势能，但总能量仍保持不变。一旦振子的动能全部转变为弹簧的势能，振子的势能又开始向动能转化，振子开始反弹。然后再下降、再反弹，这一过程重复多次，但振子的总能量基本保持不变。

由此可见，尽管光介子常常会影响光的速度，但在短距离内，它几乎不影响光子的能量，也就是说，它几乎不影响光的频率。虽然上节我们在推导多普勒频移公式时没有考虑光介子的影响，但这并不影响该公式在短距离内的适用性（至少地球上的一切实验都可不考虑光介子对光的频率的影响）。

（二）星光红移的本质及宇宙大爆炸理论质疑

尽管光介子对光子能量的影响不大，但并不是没有影响。如果光子在光介子层中运行的距离足够远，受光介子层的作用时间足够长，这种影响就会表现出来。

我们知道，光介子广泛存在于宇宙各处。当光线从一个星球传播到另一个星球的过程中，要穿过一层又一层疏密不匀的光介子层。尽管太空中的光介子十分稀薄，对光子能量的影响也十分微弱，但星系与星系之间的距离实在是太遥远了。经过这么长时间光介子层的累积作用，其影响就不可小视了，光子的能量或多或少要损失一些。光线穿越的距离越长，它损失的能量就越大，光子损失的能量与光线走过的距离成正比。距离地球越远的天体，发出的光在到达地球前损失的能量就越多，因此，地球上观察到的星光的能量就越小。而光子的能量是和频率相对应的，光子的能量越低，其频率就越低。这说明，从远处天体传到地球的星光，其频率会比最初的低。

光的频率不同，在人的眼睛中表现为颜色的不同。可见光中，频率最低的是红光，频率最高的是蓝光、紫光。频率降低，意味着光谱向红光方向移动，因而常被称为光谱的“红移”。相反，频率升高，称为光谱的“蓝移”或“紫移”。

天文观察发现，确实存在越远的星系发出的光，其频率越低的现象。人们把这种现象称为“星光红移”。这说明，我们对太空中传播的光的能量的分析是对的。正是由于星光受到太空中光介子层的作用能量不断衰减，才造成了星光红移。

但是，过去人们一直把星光红移解释成是远处星系的运动造成的。在本文对光谱频移的本质作出新的解释以前，人们一直认为多普勒频移是由光源与接收者的相对运动引起的。因此，人们很自然认为星光红移是由星系相对于地球运动造成的。

实际观察到的星光红移量的大小并不是杂乱无章的，而是和星系与地球的距离成正比。如果星光红移真是由星系离开地球的速度引起的，就意味着，星系越远，它离开我们的速度就越快。这表明，宇宙在膨胀。

既然现在的宇宙在膨胀，反推回去，人们相信过去的宇宙一定比现在的小。继续往前推，想必宇宙当初是一个小点。因此，有人据此提出了宇宙大爆炸理论，认为现在的宇宙正是由当初这个原始小点爆炸而来的。目前，这一理论非常流行，似乎已成为解释宇宙起源的最好理论。

但大爆炸理论真的正确完美吗？笔者心中存有一些疑问。

设想一种普通物质的爆炸，爆炸完后，爆炸物必定呈辐射状向四周飞射。经过一段时间，爆炸物已纷纷远离了爆炸原点。尽管速度快的物质离开原点远些，速度慢的物质离开原点近些，但总的来说，这些物质基本上集中在一球壳形表面附近，球的中间基本是空的，离球心很远的地方也是空的。

从常见的爆炸现象可以推想，如果宇宙确实是爆炸形成的，则宇宙间各种星系、星体应该呈辐射状运动，且有部分空间是空的。可是天文观察表明，辐射运动并不是宇宙天体运动的主要形式。例如，月亮围绕地球转，地球围绕太阳转，整个太阳系围绕银河系转，而整个银河系又围绕总星系转等。由此可见，涡旋运动是目前我们直接观察到的各种宇宙天体的主要运动形式。这种运动形式明显地与大爆炸所形成的辐射状运动不相符。另一方面，各种天体的分布也没有象爆炸产物一样主要聚集在一球形壳体周围。相反，天文观察表明，从宇宙大尺度上讲，各种星系都比较均匀地分布在宇宙空间，既没有发现爆炸过后留下的空荡荡的宇宙“球心”，也没有发现爆炸产物尚未到达的空荡荡的“外围”空间。这也就是说，没有足够的证据表明宇宙空间内的各种星体或星系是按爆炸所形成的分布形式分布在某一球面周围的。这些事实表明，大爆炸理论未必正确，它难于解释现在的宇宙天体的分布形式和运动形式。

不仅如此，还有许多人认为时间、空间也起源于这次大爆炸。这样，问题就更多了。如果时间真的是起源于这次大爆炸，那爆炸之前就没有时间。没有时间，也就没有变化。没有变化，也就意味着宇宙将永远维持它原有的存在状态不变。既然其存在状态不会发生变化，又怎么可能从平静中生出大爆炸呢？

反过来讲，要产生大爆炸，必须有物质聚集和爆炸酝酿的过程。只要这种过程存在，说明时间进程在大爆炸之前就已经存在。既然时间在大爆炸之前就已经存在，又怎么能说时间是随大爆炸一同产生的呢？

时间同大爆炸一同产生的观点难于成立，同样，空间随大爆炸一同产生的观点也难于成立。空间是物质存在的必要条件，没有空间也就没有物质。如果说大爆炸之前没有空间，也就没有物质。既然当初没有物质，那宇宙物质又从何而来？

除此以外，还有许多人认为，目前的空间仍然在随宇宙物质一同膨胀。如果空间真的是和宇宙物质一同膨胀的，我们能够观察到这种膨胀效应吗？显然不能。空间膨胀意味着所有的物体在膨胀、所有的距离在膨胀、所有的尺子在膨胀。既然你在膨胀、我在膨胀、所有的物体都在膨胀，我们周围的一切都在按同一比例膨胀，那我们又如何能够觉察到这种膨胀呢？要观察一种膨胀，必须有一个不变的参考标准。如果说宇宙在膨胀，只能以绝对空间为标准，只能认为空间是预先存在的。这同样说明，空间并不是随宇宙物质一同爆炸产生的。

其实，除了上述疑问外，人们还可以提出更多的问题。宇宙的原初小球是怎样形成的？众多的宇宙物质能被压缩成一点吗？是什么力量使原初小球发生了大爆炸？目前的宇宙会继续膨胀下去吗？大爆炸理论与热力学第二定律矛盾吗？尽管人们心中存有这么多疑问，也有不少人从不同角度对大爆炸理论提出过种种质疑，但还没有一种质疑真正动摇过大爆炸理论。因为从星光红移到宇宙大爆炸理论，逻辑上似乎是无懈可击的。就连爱因斯坦这样伟大的科学家，虽然对大爆炸理论带来的困难有所认识，但仍未对其正确性表示过怀疑。爱因斯坦曾明确说：“这里确实引起了一个不可思议的困难局面。如果将哈勃发现的银河光谱线位移解释成为一种膨胀（从理论的观点看来这是没有多少疑问的），那么，依此推断，此种膨胀‘仅仅’起源于大约十亿年以前；而按照天文物理学，各个个别恒星和恒星系的发展很可能需要长得多的时间。如何克服这种矛盾，仍毫无所知。”

上面说的是，如果以银河光谱线位移来推算宇宙的爆炸时间，得出的结论会出现宇宙年龄比星球年龄还小的矛盾。现在，新的事实又揭露出了新的矛盾。不久前，有报道说哈勃望远镜发现了约260亿光年远的星体。而我们对宇宙年龄的流行看法是100多亿年。这就是说，如果这些星体起源于宇宙大爆炸，即使它们以光速运动，最远也只能运行到100多亿光年远的地方。那为什么260亿光年远的地方还有星体呢？显然这又是一个矛盾。

这些矛盾，是大爆炸理论所固有的，依靠该理论自身永远也无法解决。本章的分析已经表明，星光红移是由光子在宇宙中运动时受光介子的作用能量不断衰减引起的，根本不是由星系运动造成的。既然星光红移并不表明星体在向外膨胀，宇宙大爆炸理论成立的前提和基础就完全丧失了，宇宙大爆炸理论就不再成立。反过来，只要不再坚持宇宙大爆炸的观点，由大爆炸理论带来的各种混乱思想和困难局面就不复存在。

下面贴出书中后续关于光介子对光的能量的影响的内容。这些内容并不是我现在针对你的问题才增加的，而是原来就有的。

另外，关于光的波长的问题。1、你知道，我认为光子是粒子，所以对“单个”光子来说，根本不涉及到波长问题。我认为波的现象是大量光子的“群体表现”，与上面关于“单个”能量的推导是两回事。这部分内容如果你感兴趣，我可以另贴。2、到目前为止，还没有听说过直接测量过光的波长的实验。干涉仪也只是测量相关差，并不直接反映波长。

//正和：光的衍射干涉确定无疑地表明了波长的存在。但直接测波长的精度我确实还不知道，且按下不表。下面集中讨论你的多普勒公式忽略光介子气的逻辑问题。

黄德民

以下内容摘自《论物理现象的本质——物质作用论挑战相对论》一书。

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（一）光介子对光子能量及频率的影响

我们在前面推导多普勒频移公式时，没有考虑光介子对光速的影响。事实上，光介子的影响肯定是存在的。但在短距离内，光介子对光子总能量的影响非常小。因此，一般情况下，完全可以不考虑光介子对多普勒频率的影响，但在长距离内，这种影响不得不考虑。

//为了解释光速不变，你已经假定了光子在光介子气中的自由程极短，也就是很快能达到相对于光介子气恒速，所以在通常距离都测出恒定光速。多普勒效应事实上也与距离无关，所以不必谈距离的问题。因此，一般情况下，完全应当考虑光介子对多普勒频移的影响。

光介子假说告诉我们，光介子普遍存在，且对光速产生明显的影响。既然光介子能够影响到光子的速度，是否也会影响到光子的能量从而导致多普勒频移呢？

光介子非常小，与其它物质之间的相互作用非常弱，对其它物质能量的影响非常非常小。当光子在光介子层中运动时，被光介子吸收的光子能量也非常非常小。否则的话，当光线从一个星系传播到另一个星系时，光子的能量早被宇宙空间中的光介子层吸收尽了，根本不可能传播得很远。我们能够看到几百亿光年远的星体传过来的光线，就说明光介子层对光子能量的吸收非常弱。短距离内，光介子层对光子能量的影响可以忽略不计。

看到这里，细心的读者也许会问，光介子假说告诉我们，从运动光源发出的光，一进入到光介子层中，原有的与源速有关的粒子速度就很快失去而被光介子层的推动速度所代替。既然光子的速度已经受到了光介子的影响，怎么说光子的能量没有明显变化呢？

当光子的速度受到光介子层的影响发生变化时，光子的平动动能确实会发生变化，但这并不意味着光子总能量也会相应变化。因为在与光介子的作用过程中，光介子并没有吸收（或给予）光子多少能量，因此，光子的总能量不会有明显变化。为什么光子的平动动能发生了明显变化而总能量仍能维持不变呢？原因在于光子在光介子层的作用下速度发生变化时，其平动动能和振动能之间发生了转化。当光子的平动动能减少时，减少的这部分能量转化为光子的振动能；相反，当光子速度增加时，其平动动能增加也来源于光子振动动能的减少。总的来说，光子的总能量并无明显变化。形象地说，这就象一个落到地上的弹簧振子。在振子与地面的接触过程中，受地面的作用，振子的速度不断降低，振子的动能逐渐转变为弹簧的势能，但总能量仍保持不变。一旦振子的动能全部转变为弹簧的势能，振子的势能又开始向动能转化，振子开始反弹。然后再下降、再反弹，这一过程重复多次，但振子的总能量基本保持不变。

由此可见，尽管光介子常常会影响光的速度，但在短距离内，它几乎不影响光子的能量，也就是说，它几乎不影响光的频率。虽然上节我们在推导多普勒频移公式时没有考虑光介子的影响，但这并不影响该公式在短距离内的适用性（至少地球上的一切实验都可不考虑光介子对光的频率的影响）。

//不是“光介子常常会影响光的速度”，而是在正常实验条件下，光介子必定影响光子的速度，使之从C+V或C-V回到C，因此在通常距离上都不应有多普勒效应。然而你又解释成即使光速回到C，但平动能变成了振动能，所以总能基本不变，仍然有着对应于运动光源发射的光子能量，即频移。可是，这时的光子就不满足你提出的“平动能=振动能=MCC/2”的关系了，又变成了另一种“一事一议”。而且，由于动量P显著变化，变化量为MV，光介子接受这个动量，能量必然有显著变化，因为一定的动量集中在越小的质量上，代表的动能就越大，Ek=P^2/(2M)。请你描述一下这个动量减少，能量不变的物理过程吧。

在解决这一疑难之前，以下的宇宙学红移就暂不讨论了。

以下内容摘自《论物理现象的本质——物质作用论挑战相对论》一书。

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时间膨胀效应实验证据质疑

时间膨胀效应被认为是得到了实践检验的客观真理，其支持性证据主要有三种。一种是原子钟的环球航行实验；另一种是飞行介子的寿命增长；第三种是多普勒频移效应。

第三种实验证据是间接性证据，因为相对论认为二阶及二阶以上多普勒频移效应（含横向多普勒频移效应）是由时间膨胀效应引起的，故二阶多普勒频移证据往往被有关相对论书籍说成是时间膨胀的证据。第六章，我们还要专题讨论多普勒频移效应，到时我们将指出，二阶多普勒频移效应根本不是时间膨胀效应引起的，故多普勒频移效应不能看作是时间膨胀效应的证据。这里，我们主要讨论前两种实验，看它们是否真的证实了时间膨胀效应的存在。

1.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。他们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。

//在非惯性中，如果认为运动没有绝对性，仍然是可以的，但这时就得用广义相对论了。具体在飞行原子钟实验中，地面观察者仍有权认为自己是静止的，但他就没有权利再认为时空是各向同性的而简单地用狭义相对论。因为存在这样一个很简单的事实，东向飞机需要的升力比西向飞机小，尽管两架飞机对地速度一样。

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。

//一般是这样来分解狭相和广相效应的：轨道上相对于地心-恒星参照系静止的Q钟比海平面上相对于地心恒心参照系静止的E钟（对地速度都超声速了）快的部分，是广相效应或引力场效应，而在同半径轨道上运动的M钟比Q钟慢的部分，就是狭相效应。

另外，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。

//这个质疑成立吗？

2.飞行介子的寿命增长

飞行介子的寿命增长是指运动中的放射性粒子其平均衰变寿命比静止时的平均寿命要长。这类观测或实验也被看作是相对论时间膨胀效应的实验证据。

μ介子首先是在宇宙线中发现的，使飞行的μ介子停在吸收体内，然后测量μ介子衰变过程（衰变为中微子、反中微子和电子），得到静止μ介子的固有寿命为2.2×10-6秒。

宇宙线中的μ介子，一般是在高空大气层（约10—20公里的高空）中，由初级宇宙射线与原子核相互作用产生的π介子衰变而来的。这些μ介子有很大一部分能够到达海平面，这就是说，μ介子的平均自由程至少也有几十公里。如果飞行μ介子的平均寿命与静止μ介子的平均寿命相同，仍为2.2×10-6秒，那么即使这些μ介子以光速运动，它们在衰变之前走过的平均路程也只有660米。这与大部分μ介子能够到达海平面这一事实相矛盾。要解决这种矛盾，要么认为运动μ介子的平均寿命比静止寿命长，要么认为μ介子在以超光速运动。我们知道，相对论是不允许任何物质的运动超光速的。因此，只能认定是运动的μ介子寿命比静止时长。

1941年，Rossi和Hall首先观测了宇宙线中μ介子的衰变速率随μ介子动量的变化情况，他们测得的结果与相对论的预言基本一致。

随着加速器的产生和发展，用高能量粒子轰击原子核靶，人们发现了许多新类型的介子，它们以接近光速的速度运动着，这也为人们测量其衰变寿命提供了有力的手段。测量结果表明，加速器产生的介子的寿命，其平均寿命也比静止时长。

这些观测或实验，被看作是对相对论预言的时间膨胀效应的证实。

其实，这些说法都经不起仔细推敲。

首先，需要明确的是，寿命和时间并不是一个完全等同的概念。飞行介子的寿命增长不一定是时间膨胀的结果，也许本来就是介子的运动速度越高，寿命就越长，而根本与时间膨胀无关。例如，μ介子通常衰变为电子、中微子和反中微子。那么，我们是否可以假设，μ介子本来就是由电子、中微子和反中微子组成的粒子团，它们是靠能量“束缚”在一起的。当束缚能小到一定程度，再难于将电子、中微子和反中微子继续“捆”在一起时，μ介子就“分解”（衰变）成了电子、中微子和反中微子。μ介子的速度越高，相应的束缚能就越大。μ介子在运动过程中，束缚能会不断损失，同时，介子的速度也在不断降低，当束缚能低到一定程度，再也不能将其内部的粒子束缚在一起时，μ介子就衰变了。由此可见，是因为能量的原因造成了速度高的介子寿命长，并不是时间膨胀效应带来的介子寿命变长。

虽然事物的本质未必真的如此，但这种假设至少能提醒我们运动介子的寿命增长可能另有其内在的物理本质，并不一定是由时间膨胀效应造成的。

//但所有亚原子粒子都很准确地按相对论的公式延长寿命，如果一一用不同的内部作用解释，得有多少个一事一议呢？这时奥卡姆剃刀就要起作用了。

其实，任何物理现象都有它内在的物质作用本质，寿命增长现象也不例外。以人的寿命增长为例，可进一步说明寿命增长与时间进程本身可能并无关系。我们知道，人类的平均寿命在不断增长。但谁都清楚，这种增长不是由时间膨胀造成的，而是由社会的物质财富不断增加，人们的生活水平不断提高造成的。如果有人把人的寿命增长也说成是一种（另外的）时间膨胀效应，相信谁都不会认同。既然人的寿命增长不能说成是一种时间膨胀效应，为何要把运动介子的寿命增长说成是时间膨胀效应的证据呢？

时间是世间所有事物进程快慢的共同标准，单个和少数类型的事件变快、变慢（如寿命增长、时钟变慢）并不意味整个时间进程的变快、变慢，任何少数和个别例子都不足于说明时间本身在膨胀。例如，摆钟摆动周期的快慢与重力加速度的大小有关，离地面越高，重力加速度越小，摆钟的摆动就越慢。尽管所有的摆钟都有这种效应，但我们不能因为所有的摆钟都在空中走慢就说“时间膨胀”。任何事件过程长短的变化都有其内在的物理原因。如果不加分析，轻易把某些事物时间过程的变慢说成是时间膨胀的证据，显然是不科学的。除非所有事物的变化进程都变慢，才能说时间进程变慢了。

//已经是加以分析才说时间变慢的啊。摆钟当然不足为训，因为它与微观的时间没关系。而原子钟与几乎所有的外部条件无关，不同原子做成的原子钟同步变化，与分子钟同步变化，与化学过程、分子光谱同步变化，也就是与核过程、化学、热力学、生理学、心理学的时间同步变化。

关于时间的相对性，爱因斯坦曾用一个坐在火炉边的人和一个坐在恋人身边的人时间感觉不一样作过比方。他说，坐在火炉边的人因为烤得难受觉得时间过得慢，而坐在恋人身边的人因为幸福而觉得时间过得快。但我们知道，时间对他们来说是公平的，并不存在对谁慢对谁快的问题，所谓的时间快慢完全是他们的一种自我感觉，与真实时间的膨胀或收缩无关。尽管这个例子是爱因斯坦给不懂相对论的人打的比方，没必要去深究它的对错。但相对论所说的时间膨胀，或许正如这个例子一样，也是经不起深究的，所谓的时间膨胀效应根本不存在。

其次，即使我们把运动介子的寿命增长看作是时间膨胀效应的结果，也不能看作是相对论时间膨胀效应的证据。因为相对论所说的时间膨胀是指时间会在两个相对运动的参考系中相互膨胀。在甲参考系看来，乙参考系内的时钟变慢了；反过来，在乙看来，甲参考系中的时钟也变慢了。在运动介子寿命增长中，在与地球相对静止的观察者看来，运动介子的寿命增长了，由此我们推测，在运动介子参考系内时间变慢了。但在运动介子所在的参考系看来，静止在地球参考系内的介子寿命是否也增长了呢？只有在它们看来，静止在地球上的介子的寿命同样也增长了，才算是对相对论所说的时间“相互膨胀”的真正证实。可惜，运动介子不会说话，无法告诉我们它们观察到的静止在地球上的介子的寿命长短。如果硬要把此类实验说成是时间“相互膨胀”的实验证据，显然隐含着对后一情况的臆断。用臆断的情况对实验结果进行“补充”，反过来再说该实验证实了理论的正确，显然是不合适的。因此，这类观测和实验最多只是证实了时间的“单方面膨胀”，即时间会因为运动而膨胀。很明显，这是一种绝对运动的观点。而绝对运动的观点又正是相对时空观所反对的。

//关键在于，两个钟必须回到同地才能做绝对比较。测介子寿命，观察者是用的两个钟对介子的一个钟。这种非对称性黄先生应当是很清楚的。双生子佯谬中，同地出发再回到同地，两兄弟的历史是不一样的，并非完全对称。虽然都有权利认为自己一直静止，但其中一个认为一直都没引力场，另一个认为出现了两次引力场。所以，并非都有权利应用狭相。原地的人可以用狭相得出旅行者更年轻的结论，而飞船上的人却必须用广相得出自己更年轻的结论。吴大猷给出了严格的非对称解法。科学界没有人认为双生子构成真谬。

总之，相对论所说的支持时间膨胀效应的各项证据都经不起仔细推敲，时间膨胀效应并没有得到强有力的实验的支持。

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。

//吴：相对性原理排除了存在特殊优越的静止判据的可能性。但在广义相对论中，这种判据在宇宙中到处存在着，它们基本上由星系的局部集合所决定。——广义相对性。也就是说，环球飞行实验结果满足相对论。当然，对此实验相对论也不是唯一的解释方法。

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，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。

///吴：当新理论与实验不相容时，我们应该在新理论的最初公设上找原因，而不是反说实验不精确。我认为环球飞行实验结果是客观的事实，这个实验三十多年来物理界也反复讨论过，正是这个实验，争论了半个多世纪的“孪生子佯谬”得以逐渐平息。所谓“环球航行实验的精度”问题应该不是我们担心的，因为三十多年来的大物理学家们并不是吃干饭的。

总之，我可以用这类实验来否定你的多普勒公式。