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“物理定律在任何参考系中都具有相同的形式，即所有的参考系对运动的描述都是等效的。这就是说，不论在哪一个惯性系中作实验都不能确定该惯性系的运动。”这就是狭义相对论中的相对性原理,后来爱因斯坦又提出广义相对性等效原理：“一个物体在均匀的引力场中的动力学效应与此物体在加速参考系中的动力学效应是不可区分的、等效的，”即一个观察者无法通过力学规律来区别他的实验室是在一均匀引力场中还是在一个相对于惯性系被加速的参考系中。
也就是说，我们不可能通过实验来区别两个实验室的运动及引力状况，然而当我们分别在两个实验室中放入两只鸽子，会发生什么结果呢？ 1632年，伽利略出版了他的名著《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》。书中那位地动派的“萨尔维蒂”说：“把你和一些朋友关在一条大船甲板下的主舱里，让你们带着几只苍蝇、蝴蝶和其他小飞虫，舱内放一只大水碗，其中有几条鱼。然后，挂上一个水瓶，让水一滴一滴地滴到下面的一个宽口罐里。船停着不动时，你留神观察，小虫都以等速向舱内各方向飞行，鱼向各个方向随便游动，水滴滴进下面的罐中，你把任何东西扔给你的朋友时，只要距离相等，向这一方向不必比另一方向用更多的力。你双脚齐跳，无论向哪个方向跳过的距离都相等。当你仔细地观察这些事情之后，再使船以任何速度前进，只要运动是匀速，也不忽左忽右地摆动，你将发现。所有上述现象丝毫没有变化。你也无法从其中任何一个现象来确定，船是在运动还是停着不动。即使船运动得相当快，在跳跃时，你将和以前一样，在船底板上跳过相同的距离，你跳向船尾也不会比跳向船头来得远。虽然你跳到空中时，脚下的船底板向着你跳的相反方向移动。你把什么东西扔给你的同伴时，不论他是在船头还是在船尾，只要你自己站在对面，你也并不需要用更多的力。水滴将象先前一样，滴进下面的罐子，一滴也不会滴向船尾。虽然水滴在空中时，船已行驶了许多距离。鱼在水中游向水碗前部所用的力并不比游向水碗后部来得大；它们一样悠闲地游向放在水碗边缘任何地方的食饵。最后，蝴蝶和苍蝇继续随便地到处飞行。它们也决不会向船尾集中，并不因为它们可能长时间留在空中，脱离开了船的运动，为赶上船的运动而显出累的样子。”萨尔维阿蒂的大船道出了一条极为重要的真理，即：从船中发生的任何一种现象，你是无法判断船究竟是在运动还是在停着不动。现在称这个论断为伽利略相对性原理。爱因斯坦的相对论多多少少也借鉴了这一思想，当我们在大船里面再放几只鸽子，虽然它也跟蝴蝶和苍蝇一样随便地到处飞行，但当我们将鸽子拿到船外放飞，它却可以亳不费力地判断出大船是否作过运动，从而精确地知道回家的方向，如果我们把大船当成实验室,鸽子看成里面的科学家, 按照相对论,鸽子将无法区别大船的运动状况，也就是说，它在茫茫的大海上将迷失方向，但事实并非如此，大家都知道，鸽子可以运输到离家几十、几百甚至上千公里的地方飞回家里,鸽子运输过程运动状况是相当复杂的,有时是装在密闭的铁货箱内，铁货箱对电磁有屏闭作用,而且车子在运行中要以不同速度前进,倒退,转很多的弯,上坡下坡,还有运输中鸽子要睡觉,放飞时它们却能够准确的知道回家的方位,目前我们还无法知道它们是如何检测它们和所处的鸟笼是做了多少复杂运动的,大船的匀速直线运动对它们而言就更是小儿科了，现在普遍认为的是鸽子主要靠磁场来确认方向, 但仅靠磁场显然是不够的,因为放鸽子并不都是准确的往南北方向匀速直线运输,目的地也不是南北极点等特殊地点，目前也有很多不同的解释，但不管用什么方法都是跟相对性原理和等效原理有冲突的，如果我们能够发现并模仿鸽子测量鸽笼运动的方法,那么我们将可以测量实验室相对空间的运动,其实人类目前已经根据萨格纳克效应发明了光纤陀螺,能够准确测量出实验室相对于空间的旋转, 萨格纳克实验原理如图：在闭合光路中，由同一光源发出的沿顺时针方向和反时针方向传输的两束光，利用检测干涉条纹的变化，就可以测出闭合光路旋转角速度。 我们可以做一个这样的实验，让一个观察者进入一个以中心为旋转轴的圆形实验室内，里面放置一台萨格纳克干涉仪，假设实验室处在引力场中，或者让实验室匀速或加速直线运动，从目前的认识来说，他的确无法区分，当我们以一定的速度旋转实验室，他会发现实验室内有离心力的存在，并出现了沿圆周分布的重力，干涉仪也出现了条纹移动，他就可以理直气壮地说：实验室正在旋转。 另外还有通过人造参考系实现的GPS全球卫星定位系统，可以让一个处于封闭实验室的人准确地知道实验室在地球上的运动状态，迈出了令人不安的一小步，科学是永无止境的，“不论在哪一个惯性系中作实验都不能确定该惯性系的运动，”“一个观察者无法通过力学规律来区别他的实验室是在一均匀引力场中还是在一个相对于惯性系被加速的参考系中，”现在得出这些论断还为时尚早，还需要进一步的验证。 二、相对论前传 据说相对论诞生初期世界上只有十二个人能看懂，还有一种说法是只有三个人能看懂，在爱因斯坦全集第四卷卷序中有这样一句话“对于那些认为爱因斯坦主要是狭义和广义相对论的创始者的人们来说，可能会意外地发现，从1905年到1914年，爱因斯坦的蒸蒸日上的声望主要来自他对量子论的贡献”，甚至于诺贝尔奖评委会在1922年授予爱因斯坦诺贝尔物理奖时，说是由于他“对光电效应和物理学其它领域的贡献”，而给于他诺贝尔奖金。但由于相对论的复杂及有争议，诺贝尔奖的授予只字未提相对论，就连对相对论贡献最大的三大元老，都异口同声的反对相对论，迈克尔逊1931年临终时还后悔他的实验引出了相对论这头怪物，洛伦兹将爱因斯坦的理论命名为相对论，以划清界限，当马赫得知自己被爱因斯坦封为相对论先驱时，竟声明自己与相对论没有关系，不接受相对论，其它人更是数不胜数，著名物理学家霍金曾说过这样一句话；“现在我仍然每周收到2至3封信，告诉我爱因斯坦错了”，虽然反对的声浪较大，但到目前为止，没有那一个人能够对物理学天空中的一朵“乌云”迈克尔逊实验作出一个比相对论更为合理的解释，切断了寻找牛顿绝对参考系的后路，虽然爱因斯坦否认创立相对论时听说过迈克尔逊实验，但正是得益于这个实验，相对论才逐渐得到部分人的接受。并保证了相对论至今屹立不倒，另外还有1922年日全食的观测结果，这个结果与预言的惊人相似使得相对论能在众人的非议声中迅速成为举世公认的理论。但我前面讲到的鸽子实验正好相反，值得作进一步的探讨。 与经典理论的随处可见的实验验证相比，由于相对论所讲述的是人们目前无法达到的光速世界、宏观世界，现实生活远远低于光速，相对论效应接近于零，所以验证性实验少得可怜，而且还有一部分实验模棱两可，致使大家都还停留在座井观天、盲人摸象的阶段。不同的理论信仰，得出的却是不同的“合理”解释，时至今日依然争议不断，公说公有理，婆说婆有理，谁也说不服谁，反正都没有进一步的实验验证“横看成岭侧成峰，远近高低各不同。不识庐山真面目，只缘身在此山中”。苏轼的《题西林壁》很形象的反映了这种状况，由此可见，只有更多具有说服力的实验才能解开这个死结。 首先申明一句，我只能算为菜鸟级的科普爱好者，只是出于好奇心的驱使，对相对论花了一些心血，在最近一段时间，我会陆续将我了解到的一点皮毛，从实验的角度以通俗的方式表现出来，与大家共同学习，并同时提出一些自己认为理解不了的地方，还希望大家给予指正，发展，不能盲目接受， 对于上述内容，我打算先制作一个简单的短片，等我将另外几个观点完成并陆续推出，取得大家的建议修改后，将统一编辑制作，片中需要作一个网友对相对论的支持度调查表，烦请各位帮忙表达一下您对相对论的态度，对以下问题作出选择， 一、 相对论是正确的 二、 相对论是错误的 三、 相对论还需要修改和发展 四、 经典理论经过修改和发展还能取代相对论 五、 需要发展新的理论 六、 不知道 七、 其它(可提出自己的观点) |