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相对论究竟是对还是错 by 卢昌海
1楼 从伽利略船舱到光子马拉松 |
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2楼 一. 伽利略的船舱 - 从相对性原理到相对论 |
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3楼 我们现在知道, 伽利略发现并归纳的这一结果 - 即在所有匀速运动的参照系中, 自然现象由相同的规律所支配 - 是一条重要的物理学原理: 相对性原理。 不过在伽利略之后两百多年的时间里, 物理学的发展虽然迅速, 相对性原理却不曾有机会展示它的真正威力。 |
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4楼 幸运的是, 这时有位名叫爱因斯坦 (Albert Einstein) 的专利局职员及时作出了一个相反的选择: 舍力学而取电磁学。 这样一来, 所有证明地球静止的电磁学实验就都不再有效, 比方说测定电磁波速度的实验就会象在伽利略船舱中扔石头一样无效。 而我们 - 谢天谢地 - 也就不必重回地心说年代了。 但问题是: 既然舍了力学, 那力学规律该怎么办? 爱因斯坦的回答很简单, 那就是 “削足适履”。 既然力学规律这只脚放不进相对性原理这只鞋, 那就修改力学规律。 比方说物体的质量原本被认为是常数, 经过修改后就变成了与相对运动有关。 爱因斯坦的这一回答实际上是把相对性原理提升为了一条比电磁学和力学规律都更基本的原理, 由此建立的理论就叫相对论。 相对论在更广阔的背景下再次确立了伽利略的分析, 即在伽利略船舱中所做的任何实验或观测, 都不可能分辨轮船的运动。 |
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5楼 二. 时空的秘密 - 破坏相对论的思路 |
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6楼 另一种思路则认为, 时空中有可能存在一种被称为 “背景场” 的东西。 这种东西不是由物质产生, 却能对物质施加影响 (用物理学家们的术语来说, 这是一种非动力学场), 而且这种影响在不同位置、 不同时刻, 甚至对不同观测者都有可能是不一样的。 如果说时空网格象一片丝绸, 那么这种背景场就象一种流体, 比如水。 在水中, 即便我们无法象观察丝绸网格那样观察水分子, 也依然可以判断物体的运动, 因为我们可以观察水对物体的阻力。 如果时空中真的存在那样的背景场, 那么伽利略船舱中的人就可以通过观察它对普通物体的作用来判断轮船是否在运动, 这同样破坏相对论的要求。 |
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7楼 三. 引力的季节 - 破坏相对论的后果 |
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8楼 除了苹果在春天有可能掉得更快这样的 “家常” 后果外, 破坏相对论也可能造成一些很严重的问题。 比方说, 相对论中有一条很基本的原理, 叫做光速不变原理[注五], 它表明光速是一个普适的极限速度。 在很多破坏相对论的理论中, 这条原理不再成立, 不同粒子可以有不同的极限速度。 初看起来, 这似乎没什么大不了。 但 2006 年, 俄国科学院核子研究所的两位物理学家在《物理快报》(Physics Letters) 上发表了一篇文章, 他们在文章中提出, 利用这一结果可以在一类被称为黑洞的天体附近让热量自发地从低温物体传向高温物体[注六]。 这是一个令人吃惊的结果, 因为在自然界中, 热量的自发传输一向是从高温到低温, 而不能相反。 这是一条重要的物理学原理, 叫做热力学第二定律, 违反这一原理的物理过程被称为第二类永动机, 它与违反能量守恒定律的第一类永动机一样, 被认为是不可能实现的。 |
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9楼 四. 光子的马拉松 - 破坏相对论的证据? |
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10楼 2005 年夏天, 天文学家们终于观察到了这样一次马拉松, 一群高能光子从一个编号为 Markarian 501 的遥远的活动星系核出发, 经过 5 亿年的漫长比赛, 抵达了地球。 这群光子是一次伽马射线耀斑 (Gamma ray flare) 的产物, 它们的抵达被位于西班牙西南加那利群岛 (Canary islands) 上的 MAGIC (Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov Telescope) 伽马射线望远镜所记录。 在记录中令科学界感到震动的是, 高能 (1.2-10 TeV) 光子的到达时间比低能 (0.25-0.6 TeV) 光子晚了约四分钟, 这与某些破坏相对论的理论的预期大致相符。 |
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11楼 两次光子马拉松, 一对彼此相反的结果, 我们究竟该相信什么? 答案恐怕是: 什么都先别相信, 去寻找更多的证据。 著名的美国行星天文学家萨根 (Carl Sagan) 有一句名言: 超常的主张需要超常的证据 (extraordinary claims require extraordinary evidence)[注九]。 破坏相对论的理论无疑是超常的主张, 但那两次光子马拉松却绝非超常的证据 (更不用说它们还彼此矛盾), 对所有有志于这一领域的研究者来说, 探索的道路还很漫长。 |
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12楼 {现代人都知道, 我们脚下的大地并不是静止不动的。 事实上, 在读者们阅读本文标题的短短一秒钟里, 我们脚下的大地已随着地球的自转移动了几百米 (除非你很靠近两极 - 不过那里不见得有互联网), 随着地球 (绕太阳) 的公转移动了 30 公里, 随着太阳系 (绕银河系中心) 的公转移动了 220 公里。 而我们的银河系也没闲着, 它相对于所谓的宇宙微波背景辐射参照系移动了 550 公里[注一]。} |
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15楼 我认为,相对论最大的毛病就在于“光速不变”这个有着玄学味道的所谓的“原理”,实际上,马赫所谓的惯性相对原理也值得商酌,水桶实验的新解不无道理,但他的延拓就太不符实际了。爱因斯坦是马赫的忠实粉丝,所以当迈莫实验被他征引时,他一口气就先否定了以太的存在,那自然的,地球人都会猜到只有“光速不变”可以解释了,可是。。。。。。大家有想过当以太存在时的情形吗?自然,洛伦兹曾提出了收缩效应以使以太和零结果相容,可惜他的想法未免太不符合实际,最后偷鸡不成蚀把米,被爱因斯坦换了个梁就成了相对性效应,你说可笑不可笑。实际上,当以太存在时零结果仍可以完好解释的。我会在最近写一篇论文以说明的----嘿嘿,我才念初中,还望各位多多指教。如果有格物研究所的前辈,更希望多照顾,我实在太爱科学了。我的邮箱是renzhezixuan@yahoo.cn还望大家能帮帮我。 |
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16楼 【情况果真如此吗? |
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