對狹義相對論基本原理理想實(shí)驗(yàn)的探討

羅鋒

【摘要】就狹義相對論基本原理是否正確，通過改變實(shí)驗(yàn)方法證實(shí)了同時性的相對性，時間量度的相對性是不正確的等問題進(jìn)行了分析，并得出這樣的結(jié)論：愛因斯坦的狹義相對論的前提是光速不變，但是在其基本原理實(shí)驗(yàn)中光速不變這一實(shí)驗(yàn)前提存在不嚴(yán)謹(jǐn)。其基本原理的正確性得不到嚴(yán)格的證明。

【關(guān)鍵詞】狹義相對論 ?光速不變 ?原理理想 ?實(shí)驗(yàn)同時性的相對性 ?時間膨脹

【中圖分類號】G642.3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A ? ? ?【文章編號】2095-3089（2015）11-0218-02

狹義相對論問世已百多年了，狹義相對論是否正確呢？狹義相對論的理想實(shí)驗(yàn)是否嚴(yán)格，是否正確呢？近年來有些學(xué)者對這類問題提出了質(zhì)疑。就其狹義相對論中所說，光速是速度的極限，但是近年來王利軍等利用增線性反常色散，證明了激光脈沖在銫原子氣中的超光速傳遞;激光脈沖在此區(qū)域以超過光速C甚至負(fù)的群速傳遞;而脈沖的外形無改變。這些問題說明了什么？值得人們?nèi)プ屑?xì)地研究。

一、愛因斯坦狹義相對論基本原理理想實(shí)驗(yàn)概述： 圖1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖2

如圖1的理想實(shí)驗(yàn)。在高速運(yùn)動的火車廂中點(diǎn)M處有一光源，它發(fā)出的光可以射向車廂的前壁B和后壁A。當(dāng)光源發(fā)光后，火車上的觀測者可以看到，光同時照亮前壁和后壁，也就是說，光照亮前壁和后壁兩事件是同時發(fā)生的。但在地面上觀測者的觀測結(jié)果卻不然。光從光源M射出到達(dá)后壁A的一段時間內(nèi)，后壁已經(jīng)迎著光線走了一段距離;而光由M處到達(dá)前壁B的這段時間內(nèi)，前壁B卻背著光線走了一段距離。故光線從M點(diǎn)到A點(diǎn)所走的距離要比到達(dá)B點(diǎn)所走的距離短。由光速不變原理，即光速與光源和觀測者的相對運(yùn)動無關(guān)，可得出光必定先到A點(diǎn)而后到達(dá)B點(diǎn)的結(jié)論。即光到達(dá)車廂前后壁是不同時的，這就說明，同時是相對的。在一個參考系上同時發(fā)生的兩個事件，在另一個參考系來看，可以是不同時的。之所以出現(xiàn)以上的結(jié)論，關(guān)鍵是光速不變。如果像力學(xué)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)菢?，在地面上觀察，向B點(diǎn)發(fā)出的光速是c+v，向A點(diǎn)發(fā)出的光速是c-v，則光束仍同時到達(dá)車廂的前后壁。

圖2的結(jié)論是如果在某一貫性系中發(fā)生在同一地點(diǎn)的兩個事件相隔的時間是，則在另一貫性s中測得的這兩個這兩個

事件相隔的時間要長一些。兩者之間相差一個因子

，這就從數(shù)量上顯示了時間量度的相對性。在某一參考系中同一地點(diǎn)先后發(fā)生的兩個事件之間的時間間隔叫原時。原時和在其他慣性系中測得的時間的關(guān)系，如果用鐘表走的快慢來說明，那就是系中的鐘表走了，而在另一參考系中的觀測者發(fā)現(xiàn)這段時間大于。即認(rèn)為運(yùn)動的時鐘變慢了。所以這種相對效應(yīng)也形象地稱為始終變慢或時間膨脹。

二、光速不變原理闡述

為了下面分析實(shí)驗(yàn)，先將光速不變原理進(jìn)行解釋一下，光速不變——愛因斯坦指的是：（1）光速與光源的運(yùn)動無關(guān)，（2）光速與觀測者的相對運(yùn)動無關(guān)，且（2）是由（1）推出來的。光是一種波，波速與波源是否運(yùn)動無關(guān)，這是波的特性，不是光波特有的性質(zhì)。根據(jù)相對運(yùn)動，（1）推（2）顯然是正確的，但是（2）存在一個不嚴(yán)格的表述，光速與觀測者的相對運(yùn)動無關(guān)，這里的“光速”指的是光波傳輸?shù)乃俣冗€是觀測者觀測的光波傳輸速度呢？如果是前者那是正確的，因?yàn)椋?）說的是光源，即光源與觀測者的相對運(yùn)動，也就是說光源的運(yùn)動與觀測者相對于光源的運(yùn)動都不影響光速，它們之間無關(guān)。這里便沒有說觀測者觀測的光速與觀測者的運(yùn)動無關(guān)。但是這便不能證明狹義相對論基本原理是正確的，也就是又回到了原點(diǎn)。如果是后者，觀測者觀測的光波傳輸速度與觀察者是否運(yùn)動無關(guān)，那么在狹義相對論基本原理的實(shí)驗(yàn)中它是以什么來判斷得出光先到達(dá)A而后到達(dá)B點(diǎn)的結(jié)論，也就是說觀測者觀測的光速與觀測者不存在相對運(yùn)動，即A，B兩點(diǎn)是否運(yùn)動根本不影響觀測者觀測的光速，也就是說不影響光到達(dá)A，B兩點(diǎn)的時間，這怎么能判斷先到達(dá)A點(diǎn)而后到達(dá)B點(diǎn)（也許有人會說觀測者不是沒動嗎？動的是火車上的A，B點(diǎn)，如果A，B站著兩個人，他們事先知道自己有個速度在運(yùn)動，就跟沒動的人一樣知道A，B點(diǎn)有個速度在運(yùn)動一樣，那A，B兩點(diǎn)的人不也知道光先到達(dá)A后到達(dá)B嗎？）如果現(xiàn)在A，B兩人都以自己為參考點(diǎn)，那他們又怎樣來判斷先到達(dá)A后到達(dá)B呢？不就是用觀測光速來判斷嗎？也就是說觀測者觀測的光速與觀測者存在相對運(yùn)動。設(shè)車廂長為2s，得：

（2-1）

（2-2）

所以光速不變應(yīng)解釋為：光速與光源是否運(yùn)動無關(guān)，即光速在任何系統(tǒng)中的速度都是，而不是在任何系統(tǒng)中相對于系統(tǒng)的速度都是，也可以這樣說，在觀測者運(yùn)動的體系里，若以觀測者為參考點(diǎn)，觀測者觀測的光速不應(yīng)該還是 。

三、驗(yàn)證同時性的相對性

有了前面的簡單闡述，下面把前面圖1的實(shí)驗(yàn)作簡單改進(jìn)。如圖3。

圖3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖4

在原有的基礎(chǔ)上，在車廂兩端外加一個擋光板，在車廂中點(diǎn)的地面上放一發(fā)光源，讓他與車廂里的光源同時發(fā)光，因?yàn)楣馑倥c光源是否運(yùn)動無關(guān)，所以他們產(chǎn)生的效果是一樣的。地上的觀測者會觀測到光先到達(dá)A而后到達(dá)B。那么此時車上的觀測者還會認(rèn)為地面上的兩束光同時到達(dá)A，B嗎？我想不會。他們同樣會看到光先到達(dá)A，而后到達(dá)B。為什么呢？因?yàn)橛^測者會觀測到到A，B的光速不一樣，到A點(diǎn)的速度為V+C，到B點(diǎn)的速度為V-C。也許有人會說光速是不可以疊加的，但是這個表達(dá)式并不是疊加了光速，而是觀測者與觀測光速之間相對運(yùn)動的結(jié)果，觀測光速是一種現(xiàn)象，光速是一種本質(zhì)。所以狹義相對論基本原理同時性的相對性根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)是不成立的。

四、驗(yàn)證時間量度的相對性

通過前面的概述，把圖2改進(jìn)如圖4，在圖2中，他實(shí)驗(yàn)的光源是裝在以高速運(yùn)動的裝置上的，我把光源改到了地面上，因?yàn)楣馑倥c光源是否運(yùn)動無關(guān)，所以與他的實(shí)驗(yàn)裝置并無異處。在裝置下方有一固定在地面上的光源，在裝置下方有一小孔，當(dāng)裝置以高速 運(yùn)動過光源時，地面上的光源會發(fā)出一束閃光通過裝置下方的小孔進(jìn)入裝置。在裝置里從底部射到鏡面后又反射回底部的時間是

（4-1）

這里同樣是觀測者觀測到的現(xiàn)象是這樣的，并非光速疊加。在這里裝置上的人并不能看到光回到發(fā)光原點(diǎn)（射入小孔），而應(yīng)該有所偏離，因?yàn)楣馑俨蛔儯b置在運(yùn)動，觀測到的現(xiàn)象就因該是光有所偏離。

地面上的人也應(yīng)該看到光豎直向上經(jīng)反射后豎直向下，所經(jīng)歷的時間應(yīng)該為

（4-2）

所以狹義相對論基本原理時間量度的相對性根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)是不成立的。

五、結(jié)束語

愛因斯坦的狹義相對論與其光速不變并不是嚴(yán)格的因果關(guān)系，首先就其光速不變（相對任何系統(tǒng)）的錯誤理論影響著狹義相對論的嚴(yán)格證明，再有其實(shí)驗(yàn)中的觀測者觀測過程的不嚴(yán)謹(jǐn)使其狹義相對論并不使人信服。本文實(shí)驗(yàn)使其“同時性的相對性”、“時間膨脹”等狹義相對論基本原理的錯誤被偽證。使其在狹義相對論前提下所產(chǎn)生的一切理論、原理變得毫無價值，毫無科學(xué)性。

后記：

因本人學(xué)識所限，文中難免有疏漏、不當(dāng)和錯誤之處，望物理工作者和物理愛好者不吝賜教，予以批評指正。

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