重贴：物性的领悟 第五点
５.运动物体膨胀的构想与时钟的走慢
相对性理论指出的时钟走慢现象和所提出的时间延长一说，是相对性理论的奇妙魅力之处和理论的中心问题之一。应该说，人们应该从现象中总结理论，然而我们之中很多人像我这样只能从理论中学习物象。时钟走慢这一物象也是最初从狭义相对论讲义中了解到的。我觉得时钟走慢是可以理解的，而时间延长的说法则不容易被人们所真正弄懂。可以相信有时钟走慢这样的物理性现象。我最初的理解是，时钟是一个由摆的振荡节奏控制的转动机构。如果时钟在各种物质场中的整体运动能够导致时钟机件长度，机件质量，受力效果三方面因素中的任何一方面因素产生变化，都将会引起时钟走时速度的变化。运动的时钟既然存在着质量的增加现象，构成时钟的构件会不会因为运动时钟的质量增加也可以分享到一部分质量增加呢。如果运动时钟会因为时钟的整体运动导致时钟内部的机件的质量增加，它应该可以影响到时钟机构的走慢。
据讲义介绍，高速运动的不稳定粒子可以有更长的寿命。当然，说起来这与时钟走慢是同一种事体，但是，寿命延长的机理比较起来更难以想象。Heisenberg 先生在他的文章里透露了他对于这一问题的无比困惑。他说，μ子的平均寿命只有 1.6 ×10 - 6 秒，即使以光的速度也只能行走几百米的距离。这种产生于几万米远的大气外层的粒子何以在地面上可以检测到呢。看来，不稳定粒子以怎样一种机理使其过程延续更长的时间，不是一件容易搞得清楚的事情。
后来，我想到运动时钟的走慢可能与物体的运动膨胀现象有关。或者说事情是这样，在内部运动速度受到外部运动影响不大的情况下，运动时钟的走慢可以推导出运动时钟膨胀的结论。我的想法是所谓 时钟走慢，指的就是时钟指针运动角速度变慢。其实，最初我是从运动时钟走慢现象中，根据运动学公式 推断时钟指针的运动角速度变慢，而指针尖端运动速度减少有限，从而得出运动时钟的指针必然伸长和时钟必然膨胀的结论。然后将此结论与Heisenberg先生的论文介绍的质子束与质子束碰撞实验中质子有效碰撞截面随质子动能增加而增加的现象加以联系。质子对撞实验中有效截面的增大能不能说明运动物体的膨胀？现代科学当然不会承认粒子的碰撞截面可以表征物体的长度性质。承认了粒子的碰撞截面可以表征物体的长度性质，岂不等于承认了相对性理论的错误！在关键问题上人们的观点总是不会含糊的。但是，奇怪的是科学却并没有因此完全拒绝Rutherford的长度测量方法，即用粒子散射方法得到的有关原子核大小方面的数据。另一方面，如果物体正像相对性理论所描述的那样，沿运动方向缩短，运动垂直方向长度不变，就很难理解运动质子的碰撞截面可以好多倍数地增加这一实验事实。但是，我没有发现有以往的和现在的学者以此来否定相对性理论在运动物体长度方面的结论。当然，即使有过这方面的理论责难，战火硝烟或早已散去，或信息闭塞的原因，所有的争论史实没有被本书作者发现。或许的确是为了避开与相对论结论的矛盾，人们在建立渐近区理论处理粒子碰撞现象时，发明了“有效碰撞截面”一词。
另一方面，从更多的物质需要更多的运动空间考虑，我们也倾向于运动物体拥有更大质量的同时拥有更大的空间伸展。
一直来，我只能从思想意识方面对相对性理论提出批评和质疑，但是我也在一定程度上意识到对于主要依赖于实证哲学走上物理科学舞台的带有唯像性质的理论来说，它也许只是佩服来自于实验结论的说服。而这一貌似主理而实则不免带有唯像性质的理论在吻合实验方面一直来做得很不错。所以寻找这一理论的实用功能方面的缺陷是非常困难的。运动物体膨胀的想法使我不久明白相对性理论在这一领域可能存在实用功能方面的缺陷。所以，运动物体膨胀想法的发现令人兴奋，而且这一比较新颖的结果与相对性理论的结论恰好相反。这给从实验上判别这方面理论的正确与否提供了一点可能性，从而使本人在这方面的工作有可能不是总是枉费心机的工作，这也鼓励着我把这方面的工作坚持下去。这也是形象理论与相对性理论之间在物象理解结论方面其中为数不多的明显不同的结论中的一个。这也部分印证了我当初认为的不好的理论能够得到一些正确的结果，但不是总能得到正确的结果。众所周知，相对性理论在长度方面的结论并不能像它的其它结论那样吻合实验结论和令很多人满意。
如果我们能够相信运动物体的膨胀想法，那么，很多难以理解的高速物象就会有一个完整的形象图景。也由于物体运动膨胀概念的发现，很多困惑物象突然变得豁然开朗。时钟走慢和粒子寿命延长主要是由于时钟因于运动膨胀和运动膨胀的粒子系统，系统分解需要更长的时间。运动物体拥有更大的质量和运动物体拥有更大的空间伸展这两个说法也比较和谐。当然再好的想法最终还都离不开要由实验方面提供更多的支持。只有越来越多的实验支持这一想法，地球绕着太阳转的想法才能成为人们能够接受的观念。
说到实验验证方面，相对性理论与实验结果总有魔术般的吻合，这也是这一理论能够成功的功力所在以及这一魅力导致了大部分专业物理学家对于这一理论的崇拜心态。一般说来唯像性质的理论存在牺牲科学整体和统一的一面，却不乏在特定的历史阶段具有很好的分析和解释新的实验现象的功能。但是，关于长度方面的验证迹象却总是不能像其它方面的实验结果那样吻合理论。这方面的实验迹象一直来总是很有趣的，不多的人们是说根据实验认为在运动电子上观察加速管变短。可是，为什么人们只能说根据实验认为在运动电子上观察加速管变短，为什么我们不能根据实验得出我们从实验室角度看运动的电子存在沿运动长度缩短效应？加速管变短肯定不是事实，从运动电子角度观察加速管变短应是一种表象，实际上是运动电子膨胀以后产生的周围世界变小这样一种相对大小效应——难道你不认为世界在长大的孩子眼中会变小！
不过有时想来世界就这么简单，倒是真有点让人不敢相信。既然世界原来是如此简单，为什么我们的科学把它搞得如此复杂呢。这个问题也许不是我等能够回答了。不过，类似的事情，在现在看来，地球自转是很简单的吧，甚至古希腊时代就有希腊学者提出了地球是转动的观点，为什么直到伟大的学者Copernicus还 本论-均论 搞得那么复杂呢。至于相对性理论又是如何得到运动物体长度缩短结论，我也知道这是Lorentz 变换的结果，不过我总对于物理学中这种过于数理性的方法持保留态度。
不过，关于物体膨胀可以导致物体转动变慢这一说法，我们不乏直觉观念和经典物理学上理解的方法。由角动量守恒原理可以知道，转动物体由于某种原因导致体积膨胀，转动物体必然减慢转动角速度。比如，体操运动员表演旋转舞姿时，当他收拢手脚紧缩时候，他会转得飞快起来，当他重新撒开手脚时候，他又会转得慢了。所谓时钟走慢，不就是时钟指针拥有了更小的转动角速度而已。如果时钟会因于运动而膨胀，那么，时钟里的所有转动依据角动量守恒原理都将减慢转动角速度，当然也包括时钟指针的转动角速度。如果有一天上帝把地球变大一倍，我们围绕着体育场跑一圈是不是需要更长的时间！
抑或是信息的闭塞，我没有发现其它学者提出类似的观点，即认为物体不是沿运动方向缩短，而是沿各个方向膨胀。但是这并不妨害我对于运动物体膨胀想法的执着。运动物体膨胀想法的发现为各种非常物象的形象图景提供了本人认为是非常满意的一种思考思路，这也是本书作者的形象理论一个很有代表性的结论。重要的是在这一想法基础上能够得到其它更多的新颖结果。所以形象理论对于物体运动膨胀这一想法的坚信是自始至终的，如果这一结论无法赢得多方面的实验支持，本书作者将为科学感到遗憾。
也许，为高速物象寻找一幅机械学图景事实上终归不是一件十分困难的事情。正如有人认为，科学遗憾的事情是无法从机械学推导出 这样的公式来。后面会讲到，这个问题的解决依赖于能量的动能解析。
如果我们假设相对性理论的结论是对的，高速运动的粒子拥有更大的质量，而长度在运动方向缩短，将会出现物质密度趋于无穷大的奇点。很小很小的空间里，集中密度很高的物质，想来也应该发生引力塌缩，而成为“小黑洞”。其实，相对性理论在估计运动物体的长度性质方面所做的理论猜测是完全不符合实际的。理论的结论不仅存在很多理解上的困难，可以说经历了二十世纪整整一个世纪，长度收缩却也从未获得过哪怕一个实验的证实。由于实验条件的限制，无留辩驳空间的相对性理论的实验反例是不多的，但是，长度性质这方面是相对性理论做得最不好的地方。对于捍卫相对性理论的学者们，相对性理论在长度性质方面的结论可能也会让你们感到失望。这方面的实验做得多了，最终只会帮相对性理论的倒忙。据说，事实已经往这个方向显示，重离子碰撞实验中出现的种种困难，很多人在问，碰撞中发生了 Lorentz 收缩了吗？
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