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董晋曦:关于狭义相对论的一些看法与观点

已有 3634 次阅读 2015-1-25 08:24 |系统分类:观点评述|关键词:相对论,局限性,物理学| 相对论, 物理学, 局限性

我个人认为,对于爱因斯坦的相对论要有分析地讨论。我们既要看到相对论对于物理学的贡献,也要探讨相对论中的片面性以及局限性。

董晋曦教授研究狭义相对论问题已经有50多年。现在按照董教授的意见,把他的文章: 关于狭义相对论的一些看法与观点”全文转载如下。欢迎大家一起来讨论。

 一.对爱因斯坦狭义相对论的总体认识与评论

   我对狭义相对论的看法,正像当年爱因斯坦与波尔关于量子力学的辩论中他对量子力学的看法是相似的。即爱因斯坦当年认为量子力学对物质规律的描述是不完备的,而当人们考察狭义相对论时(以下简称相对论),会发现它对物理世界的描述同样是不完备的。这是因为它存在有一些过多的人为任意性,而并非大自然的本来面目。具体而言,这是指爱因斯本人也不得不承认的“相对论常遭到指责,说它未加论证就把光的传播放在中心理论的地位,以光的传播规律作为时间概念的基础”;另外还指他也意识到的光的传播定律与相对性原理的抵触。正是由于存在着这些显而易见的硬伤,一百多年来人们的这些疑虑不仅没有消除而且日趋加重。这主要表现在越来越多的物理学家认识到相对论中存在着严重的循环论证和逻辑不自洽。其实这只是表象,而我认为相对论的两大公设的存疑,即光速不变原理的不成立和相对性原理的非普适性则是造成当前这种局面的根本原因。相对论只是人类认识自然过程中一个不完备的过渡、一个类似经验公式的解决方案。今后它必将被新的实验事实所修正,并将会被新建立起来的更为合理的一种理论所取代。

二.狭义相对论产生的历史及其存在的主要问题

   不论爱因斯坦后来怎么不愿意承认,相对论实质上都是在迈克尔逊莫雷实验(M—M实验)零结果基础上发展起来的。M—M实验原本是要用同时出发的不同方向上的光的运行时间差来测量“以太风”的大小(即地球的绝对运动),但是结果却接近于零。为了解释这一与预测大相径庭小了约两个数量级的实验结果,在19世纪末、20世纪初人们提出了各种解释,其中最为有名和对后来物理学发展有重大影响的是罗伦兹收缩假说和庞加莱与爱因斯坦的光速不变假说。众所周知后来爱因斯坦的观点占了上风。因为他在1905年发表的《论动体的电动力学》一文中,彻底的用相对性原理和光速不变假设(后来称之为光速不变原理)统一了一系列实验事实,从而构成了一个完整的理论体系,即今天的狭义相对论。并逐步形成了今日相对论在物理学界独尊的地位。不过在这里不能不提的是,相对论的核心用的却是罗伦兹方程式,即罗伦兹为了用他的收缩假说解释M—M实验零结果而导出的罗伦兹变换;而爱因斯坦原本认为收缩假说“这种事态是十分不能令人满意的”,并且“觉得是不自然的”。即认为罗伦兹用“收缩假设”得出尺子收缩是不对的,而他用“光速不变假设”得出尺子收缩则是正确的。这本身就是一件值得人们深思的十分奇怪的事情。所以事情从一开始就存在着令人生疑的因素(当然我并不是认为前者正确后者不正确,而是认为两者都可能存在问题)。

我认为相对论的根本问题就在于爱因斯坦错误的解读了M—M实验的零结果,因而产生了一系列问题。究竟M—M实验的零结果仅仅是说明由于光速不变,因此该实验测量不出绝对运动,还是证明绝对运动的不存在?并且进而就能够由此结果说明不存在绝对坐标系、就说明同时是相对的而得出时间就是相对的?还有是否随运动尺子就要收缩进而得出空间是相对的,质量也会随运动而增加?等等。归纳起来我认为相对论存在如下一些问题:

1.  M—M实验零结果的真正含义是什么?它究竟是说明由于该实验本身存在的原因根本就不能测量出地球的绝对运动,还是说明光速不变?这就进而引发出如下一系列问题。

2. 绝对运动存在不存在?绝对坐标系存在不存在?绝对静止的不存在与绝对 运动的不存在是否相同?绝对空间是否存在?应该注意到测量不出一个物理量与不存在一个物理量是完全不同的两个概念。因为此实验测量不出来的结果并不表明另外的实验就一定测量不出来。

3.同时的相对性与时间的相对性是否相同?同时的绝对性是否存在?时间是否

  是绝对的?

4. 光速是否不变?光速是否与方向无关?往返光速测量与单程光速测量是否相

  同?

5. 在测量单程光速时, 时间测量中的逻辑循环是否无法打破?单程光速是否无法测量?单程光速测量是否一定需要超光速对钟信号?

6. 光速是否是速度的极限?超光速是否存在?

7. 相对论认为各种相对论效应仅仅是一种观测效应,事实果真如此吗?如何理

  解质量增加,尺子收缩,时间变慢现象?这里有的效应产生的结果似乎是可以保留下来的,有的却不能。它们产生的根本原因究竟又是什么呢?

8. 相对论的基础即光速不变原理和相对性原理是否成立?还是仅仅是一个假设?

9. 如果这些问题得不到彻底解决,人们对相对论的正确性是否应该有所怀疑?

 

三、我在相对论研究中的主要观点与结果

  我在1960年开始接触狭义相对论,随之即对不可能有超光速和光速不变原理产生怀疑。(在此顺便谈及是什么原因让我走上了怀疑相对论之路:作为一个时年15岁的少年当看到书中写到不可能有超光速时,那个年龄本能的逆反心理让他不相信这点,并且很快设想出了一种用探照灯旋转时高速移动的光斑实现超光速的方法。不过不久就发现它只是一种我称之为“表观超光速”的现象,之后也就没有再在超光速问题上花费更多的心思。因为随着研究的深入,我发现相对论存在着更多的问题,而这一切全是由光速是否可变引起的。这使我从此走上了质疑相对论之路)50多年来的研究,主要产生了如下观点、公开发表了如下论文和得出了如下一些结果与结论。

(一)主要观点

1.    相对论是建筑在光速不变原理和相对性原理这两个未经实验确证的假设基础之上的一个理论,因此它的结论应当是存疑的。它也不能用欧氏几何公理体系进行类比,因为它的两个原理(实为假设)并不具有欧氏几何中几个公理的不证自明性,相反倒是可以设计实验对其进行证伪;更何况数学上成立的东西,物理学上并不一定成立。物理学的本质是一门实验科学,它的理论必须经得起实验的考验。一个物理学理论只要一天未能得到实验的全面检验,物理学家的良心就一天不能得到安宁。

2.    光速不变原理迄今只是一个假设,并未得到实验的确证。本人认为光速是否可变这点目前之所以未能得到验证,只能说明当前的实验技术不行。而相对性原理,只是伽利略等人根据当时并不全面的低速情况下的物理观测提出的一个猜想,实际上它并不普适;今天看来它只是适用于一部分物质运动状态。因此把它无限制的扩展到光等全部各类物质运动状态是不正确的。

3.    光速不变原理应当包含三个含义:光速与光源运动无关,光速与光的频率无关,光速与方向无关。目前实验确切验证了的只是前面两项内容,而第三项内容则由于在单程光速测量中存在着异地对钟逻辑循环等困难而始终未能得到实验确证。而我则认为光速与方向是有关的,因此是可变的,这种可变就是指光速与观测者的运动状态及方向是有关的。但是另一方面光速又是不变的,这是指它对于绝对坐标系而言始终是一个确定值。这里特别应当指出,Sagnac效应是一个典型的光速与方向(或者说接受者的速度)有关的实验证明。这一效应现在广泛的应用于激光陀螺仪及GPS定位系统的误差校正。它明确无误的是由光速可变造成的,但是相对论的拥护者们却对此视而不见,宁愿用广义相对论、非惯性坐标系等等其他玄而复杂的原因去解释它(这就像托勒密在维护错误的地心学说时,为了自圆其说不惜用逐步增加最后达到十六层的均轮、本轮进行漏洞百出的复杂运算一样)。这是令人难以理解的。

4.    相对性原理不是普适的,它只适用于速度“与源有关”的一类物质运动状态(这里速度为矢量包含大小和方向),而不完全适用于类似于光这类仅速度大小“与源无关”而方向又“与源有关”的物质运动状态(下面在11中关于光速的特性会对此详细论及)。

5.    应该注意到绝对运动状态是存在的,宇宙间所有物质自身均处于绝对运动状态,没有一种物质可以例外。

6.    绝对空间是存在的,即绝对坐标系是存在的,在这个问题上我更倾向于牛顿的观点。也可以认为它实际上是人们为了描述自然界中物质运动的方便而做出的一个数学抽象。不能因为“以太”的存在与否而决定它的存在与否,也不能因为目前尚无法用本体系内的光源测出体系自身的绝对运动就否认它的存在(实际上Sagnac效应早已证明此点,只是目前统治着物理学领域的正统思想者们不愿意承认这点罢了)。至于用非本体系的光测出体系的绝对运动的实验则已为数不少,如光行差现象,光的多普勒效应,宇宙背景辐射的各向异性等等天文现象均属于此。

7.    同时是绝对的,因此时间也是绝对的。所谓的相对论效应“尺缩”、“钟慢”、“质量增加”等产生的真正原因是什么?其是否存在也是值得怀疑的。因为相对论认为这一切形成的原因均是不同惯性系之间相互观测时形成的观测效应,而不同惯性系之间又是平权的,这就形成了一种似是而非的悖论:即相互观测时都认为对方产生了相对论效应,因此这些效应不应该产生什么实际的效果;但是事实上是有的效应可以留下“痕迹”,有的则不能。如尺縮效应就是始终没有被观测到的,而钟慢和质量增加效应又似乎能够观测到。因此我更倾向于认为所谓的相对论效应应该是一种“运动效应”,即它是由于物体相对于绝对坐标系运动速度(即绝对速度)的不等致使其对力的反应不同所产生的一些效应。如质量增加很可能是由于同一物体绝对速度不同时,外界作用于其上同样大小的力(如电磁力、万有引力等)所产生的效果大小不等所造所成的。即同样大小的力,在物体的绝对速度小时对其产生的效果要大;而在物体绝对速度大时对其产生的效果则要小;当物体的绝对速度接近光速时作用在其上面的力将趋近于零。而这种作用力大小的变化又会进一步影响时钟变快或者变慢——实际上不是时间变化了,而是一些用来描述时间的物理过程,如时钟的频率、原子衰变的进程等由于作用效果大小发生了变化所致。下面第8条中会对此问题进一步阐述。

8.    相对论中认为物体的质量会随着其速度接近光速而趋于无穷大实际上是难以想象的。因为人们不能想象当一个质子在回旋加速器中的速度接近光速时,它的质量会趋于无穷大,甚至可以和地球相比,或者说由于地球上的一个加速器加速了一个质子便可以使一个地球的质量变成两个甚至超过两个地球的质量。但是换一种思维,则使加速器中粒子接近光速时出现的这种“离子循环运动特征频率”和“电子振荡器的固定频率”的不同步现象变得很好理解:这就是由于质子速度的增加并不是加大了它的质量,而是会使作用在它上面的电场力逐渐变小,并且趋于零,即最终驱使质子前进的力不能再加大了,所以粒子不能再被加速。顺理成章的一个结论是:作用在物体上使其前进的力(如电磁力、万有引力等)并不是恒定的,而是一个会随着速度变化而变化的量。即物体速度小时作用力会大一些,速度大时作用力会小一些,直至为零。因此在电磁力等作用力方程中应该加入与物体速度相关的调节参数。

9.    超光速现象应当是存在的。物理学中已发现的定域性破坏、量子纠缠态等现象可能正是超光速现象的初步证据。我认为现存的四种力场(指引力场、电磁力场、弱相互作用力场、强相互作用力场)可能有各自场的“特征作用速度”。如电磁场的特征作用速度就是光速,而万有引力场的特征作用速度也许可以超过光速。强、弱相互作用是量子状态下的作用,它的特征速度应该是超过光速的。定域性的破坏和量子纠缠现象正是在量子作用过程中存在超光速的证明。

10.  迈克尔逊莫雷实验的零结果并不能说明光速不变,而是应当有一个全新的解释,这种解释我称之为“光程不变原理”。由于这一效应的存在,也许使得用光的干涉效应这种方法并不能测量出光速是否可变(如M—M实验等)。因此应当用类似真正的粒子飞行时间法去测量时间的变化,从而测量出光速是否可变。

11.  光速的特性及其测量

   光是一种奇特的物质形态,它具有一些人们至今仍然不了解的非常奇特的性质。

(1)    光速是当前所知速度最快的物质形态(或者说是最快的信号速度)。它的速度大小与源的速度及频率大小无关(这点已被一系列地面及天文实验证实);但是它的速度大小却与接受者的速度与方向有关,虽然这点当前尚未被地面实验证实(事实上地面上的Sagnac效应已证明这点,只不过当前相对论拥护者不承认这点罢了),但是天文学实验却不止一次的证明了这点(木卫食、光行差、宇宙背景辐射偶极各向异性等)。这样就决定了光速大小既是可变的又是不变的:即对于不同速度的接受者而言它是可变的,因此它具有相对性的一面;但是对于速度为零的绝对坐标系而言它又是不变的,所以又具有绝对性的一面。

(2)    速度是一矢量,它有数值大小,又有方向。光速同样具有这两点性质。在本节的4中我们已提及相对性原理并不完全适用于光速。这是指光并不是一种完全“与源无关运动”物质形态,而是“部分与源无关(有关)运动”物质形态。具体而言,是指光速在大小上与光源速度无关,而在方向上则与源的运动方向有关。实际上关于这点人们一直是默认的。如在M—M实验中迈克尔逊在计算纵向运行的光所用的时间时,就是让光在绝对坐标系中按照伽利略速度叠加原理所行进的方向和路径进行计算的;事实上实验中光也的确是返回半反射镜上的原点的。在Sagnac效应中,沿回路运行的光也是返回原点的。这些实验事实均说明光在运行方向上是与光源的运动有关的,因此从这种意义来说光又是服从相对性原理的。所以可以说光是一种“部分与源有关运动”的物质形态。

(3)    光是什么?这实际上是一个长期以来一直未解决的问题。因为光究竟是实物粒子还是具有一定能量的波包?波粒二相性仅仅是其表现出的性质,光的真正本质又是什么呢?人们应该对此问题进行深入的研究,这也许是解决电磁场、引力场以及暗物质、暗能量等等非实物物质根本特性的切入点。

(4)    由于光速是当前所知速度的极限,因此按照当前的对钟方式测量光速时存在着“异地对钟的逻辑循环”困难,故迄今只能进行往返平均光速的测量。单程光速的测量是自伽利略时代以来400多年一直未能解决的难题,要想测量单程光速,只有用全新的对钟方法才能实现。

 

(二)公开发表的与相对论有关的部分论文及谈话

1.      单程光速的测量原理及惯性系中光速不变假设的实验验证。潜科学,19812):34—36(注:此为该内容的简写版,1979年交稿。)

2. 论迈克尔逊莫雷实验在创建狭义相对论中的作用。自然科学史研究,1993,122):136—145(注:该文于19885月曾在中国科学技术史学会、中国物理学会联合召开的“纪念实验物理学重大事件暨物理实验史学术讨论会”上宣读,并收入论文集。)

3. Reinquiry into Maxwells Ether Drift Experiment. Physics Essays, 1993, 6(2): 212—216

4. A New Discriminating Experiment on the Invariance Hypothesis of Light Speed. Chinese J of Systems Engineering & Electronics, 1995,6(4):137—146 (注:先以英文发表,后经修改并增加内容后以“光速可变及其地面判别实验”为题用中文发表。见北京石油化工学院学报,2002,104):46—54

5. 光速不变假设的历史与现状(《科技日报》约稿,见1996418《科技日报》。此文发表后曾在科技日报引发全国性的关于相对论问题的讨论。)

6. 光速可变及其地面判别实验。北京石油化工学院学报,2002,104):46—54

7. 单程光速测量原理及其实验方法。北京石油化工学院学报,2006,144):21—27(注:此为1981年在《潜科学》上发表的“单程光速测量原理及惯性系中光速不变假设的实验验证”论文的完整版。)

8. 任意惯性系中往返平均光速不变性不成立的理由及相关问题。北京石油化工学院学报,2009,171):62—66

9. 光速可变理论及其相关问题。前沿科学,2011,51):32—48.(注:该文曾于200411月在由宋健、陈佳洱、王越等院士主持的242次香山科学会议上进行了报告,并收入会议论文集。)

10. A theory on measuring the the one-way speed of light and a method of verifying the invariance of light speed. Physics Essays, 2011, 24(2):294—300(注:此为“单程光速测量原理及其实验方法”在增加了误差分析等大量内容后的英文版。)

11. 对光速可变理论及其相关问题的解读。答《科技日报》记者问,见201155科技日报。

(三). 本人所取得的一些研究结果与结论

经过多年的研究,除了提出以上一些与相对论不同的观点以外,本人通过公开发表及尚未公开发表的论文,明确的取得了以下一些研究结果与结论(由于众所周知的原因,一些与相对论不同观点的论文不能及时得到发表。因此有些还未公开发表的研究结果一并在此列出,提供给同行参考,并录以备忘。):

1.      是国内最早公开提出光速可变观念者之一。认为光速是可变的,光速不变原理只是一个假设并且是错误的。

2.      认定相对性原理不是普适的,其成立是有条件的。并提出“与源相关运动”和“与源无关运动”及“部分与源无关运动”三个概念,以区分物质运动的不同形态。相对性原理只适用于“与源相关运动”物质,而不适用于“与源无关运动”的物质。而光这种物质则应归入另一种运动形态,即“部分与源无关(有关)运动”形态。这是因为光速在大小上与源的速度无关,而在方向上却是与源的运动方向有关的。因此可以说相对性原理只是部分适用于光速。

3.      由于光速不变原理是不成立的,相对性原理又不是普适的,因此建筑在这两个基础之上的相对论的正确性是存疑的,并需要做出重大修正。

4.      光在速度上的奇特性质:

(1)    光速是不变的又是可变的:即对于绝对坐标系而言它是不变的,而对于不同方向速度不等的观测者(包括处于与光源同一坐标系的观测者)则其速度是不同的。即光速在大小上是不服从相对性原理的。

(2)    光速的大小虽然与光源运动无关,但是其方向却与光源的运动有关。因此光在方向上是符合相对性原理的。

5. 本人由理论分析认为存在“反光行差现象”,并设计了实验可以证明这点。这是指由于光速的方向与源的运动方向有关,因此可以用实验观测到一种与光行差相反的现象。在这种现象中,观测者所用望远镜的偏转角度与观测光行差时相反,其值大小与光源运动速度成正比。光行差现象是在观测垂直入射光时,由于观测者的运动而产生的;反光行差现象则是观测者在观测垂直于光源运动方向的光时,观测者不动而光源运动时所产生的现象。

6. 设计了新的检验光速不变原理是否正确的实验方法。在经过长期深入分析M—M实验后,1979年我提出了存在一种“光程不变原理”的猜想,正是由于它的存在使该实验产生了接近于零的结果。并在此基础上对原实验重新进行了设计,提出了用飞秒激光脉冲作为光源用飞行时间法进行M—M实验的新方法。

7.      1979年提出了一种新的对钟方法,在此基础上设计了一种进行单程光速测量的实验方法。解决了自伽利略时代以来400多年只能进行往返平均光速测量,不能进行单程光速测量的物理学难题。该方法也否定了那种认为单程光速测量只能有赖于超光速信号的出现才能实现的观点。

.  当前突破狭义相对论的研究方向与重点应当去做爱因斯坦最担心的那个实验

长期以来,人们总是感觉相对论像一张无形的网笼罩在物理学的上空。每当新的现象和新的观念出现时相对论就会警告人们不可逾越。现在是突破相对论对物理学所设置的这些障碍的时候了。如何突破这些障碍,无外乎理论与实验两个方面。就理论而言,当前提出的理论与猜想已经够多了。无新的实验支持的理论是无源之水、无根之木。因此现在提出更多的理论意义是不大的。所以当前的研究重点不应该是理论而应该是相对论的验证实验,当新的实验结果出来的时候新的理论也就应运而生了。这就要求一方面要提出新的实验设计,另一方面要争取各种条件进行实际具体的实验。实验的内容可以是各方面的,如对相对论的各种效应的验证实验,超光速实验,光速是否不变实验等等。但是我个人认为更应该把重点放在相对论所赖以建立的基础的检验,即相对性原理及光速不变原理这两个假设是否成立的验证上。而其中光速不变假设的验证实验,也就是通过实验验证光速是否真的不变则更为优先;在这类型实验中重中之重则是验证光速是否与方向无关。爱因斯坦说过,不管多少实验都不足以证明他的假设(即光速不变假设)是对的,却只需一个实验就可以证明他的假设错了。实际上爱因斯坦所说的这个实验就是光速与方向是否有关这个实验。因为他在论述关于光速不变所包含的三项内容的原因时,唯独提不出光速与方向无关的理由,他只是含糊其辞的说了一句“关于光的传播速度与其‘在空间中’的方向有关的假定就其本身而言也是难以成立的”,用以回避这一关键问题。所以人们最应该做的正是爱因斯坦所担心的这类光速与方向是否有关的实验。上文中提及的本人所设计的飞秒激光迈克尔逊型光速可变验证实验及单程光速测量实验均属于此类实验。而这类实验中又以单程光速测量更为重要,因为它将以最为直接的方式证明光速与方向是否有关。不过它的难度也更大一些。还应该注意到目前在激光陀螺仪及GPS误差校正中得到广泛应用的Sagnac效应,虽然人们不愿明确承认,但是事实表明该效应也是与光速的方向有关的。因此用新的实验方法进行Sagnac实验并对其结论进行新的解读同样是一个重要的问题。

另外的一个研究方向则是用实验检验相对论的另一基础相对性原理是否普适上,其方法可以是纯光学的或者电磁学的。过去人们对这一问题的关注是不够的。历史上经过伽利略、牛顿、爱因斯坦等著名科学家的不断论及与直接引用,人们以为它的正确性似乎是天经地义的。实则不然,因为光速与光源运动无关本身就对这点提出了最大的疑问。因此今后应该用更多的实验对此问题进行验证。

 

五.新探索的意义与前景展望中国人应成为重大科学事件的发起者

当前的物理学领域是沉寂的。正如去年《科技日报》在一篇综述(“物理学陷入困境”)中所说,世界许多著名物理学家认为目前物理学处于一种困境之中。因为当前的一些事实让人们实在无法乐观起来。这其中最大的问题仍然是量子力学与广义相对论的不兼容。相对论用来描述天体、星系乃至宇宙等庞大物体;而量子理论则用来描述原子、基本粒子等微观物体。但是考虑到宇宙的形成,就需要解决一个原始原子如何通过大爆炸而形成广袤的宇宙;而黑洞形成则是一个巨大天体由大变小的相反过程。在这样的物理过程中需要相对论与量子理论的对接,这时会出现两种理论在时空观念上的矛盾及信息破坏等等问题。如何面对新出现的实验事实以及走出当前的困境?这些年来人们提出了不少理论与假设,如超对称、弦理论、暗物质、暗能量等等,试图调和两种理论的矛盾。但是事与愿违,并且可能正在出现一些误导。在如何对待已有理论时,基本粒子“标准模型”的提出者史蒂芬.温伯格的思想很具有代表性,他说:“我们的错误并不在于我们太把已有理论当回事,而在于我们并没有对它们给予足够的重视”。而我认为事实恰恰相反,人们不是对原有的理论不够重视而是太过重视。因为现实中发生的实际情况是人们对已有的理论不断地进行深掘以图更容易的发现金矿,这点在对待相对论的问题上尤为突出。如为了验证爱因斯坦的引力波,各国科学家在美国的带动下投巨资兴建多台类似的激光引力波天文台(LIGO)装置;十多年来仍无结果后,欧洲又提出用更多的钱发射由相距500万公里的三颗卫星组成的激光干涉空间引力波天线(LISA)。为了验证大爆炸宇宙学说关于大尺度上物质分布的均匀性,上世纪末、本世纪初人们不惜工本先后发射了“宇宙背景辐射探测器”(COBE)卫星、“微波各向异性探索”(MAP)飞船,建立了“甚大阵列射电望远镜”(VLA)等等进行一系列实验观测。我并不是认为对原有的理论不应该重视,而是担心过度的重视和迷信会把人们导向错误的方向,因为这一系列努力并未取得预期的结果。目前物理学的发展表明,在量子理论与相对论这两大支柱理论的比较中,虽然量子理论仍有不尽如人意的地方,却有更多的人愿意站在量子理论一边。因为面对定域性破坏、量子纠缠态等一系列新实验事实的出现,使得为了维护相对论的一些禁忌所要付出的巨大代价,让我们怀疑是不是什么地方出了错和要不要一条道走到黑?还是应该尝试一些新思维,提出一些新观念以求摆脱当前的困境。回想一下科学发展的历程就会发现,科学的重大进步都是在突破一些长期统治人们的传统观念之后取得的。如日心学说是在战胜地心学说而创立的,落体定律是在否定亚里士多德的重物下降快的错误观念而发现的。这两个看似简单的观念突破成为整个现代自然科学的发端。相对论中的“光速不变”这个貌似正确、实际并未得到实验确切证实的观念,是否会是新的“日心学说”和“重物落的快”这类看似天经地义的观念的翻版呢?我以为一切问题的症结也许正在于此。用“光速可变”取代“光速不变”正是当前物理学走出困境的突破口。因此光速可变的实验研究其重要意义将不亚于比萨斜塔上的落体实验。

20119月欧洲核子中心(CERN)与大型中微子震荡实验室(OPERA)项目组发布的中微子超光速实验结果,当时在全世界物理学界引起了强烈震撼。因为对相对论拥护者而言,这预示着一直信奉的金科玉律出现了令人震惊的裂痕;而对于不满相对论禁忌的人们来说,则展现出了新物理学发展的一线光明。然而事情于20125月出现了重大转折,实验人员在核查实验装置时发现一颗螺丝钉的松动导致了这一微小超光速现象的发生。这一事件的后果是可想而知的:相对论似乎再一次维护了其至尊地位,质疑相对论的人们则有点灰头土脸、失望至极。无疑这一事件所造成的反动作用会使科学的发展形成一段时期的沉寂。然而我则认为不必过于看重这一事件。因为报道刚出来时,在与友人的讨论中我们对超过光速为什么只有微小的0.6公里就有疑问(因为这50万分之一的数值是任何误差都可能造成的)。在随后的201111月份关于这一实验结果的一次座谈会上,我在题为《我国应尽快启动光速可变验证实验的研究》的发言中表示支持超光速实验,但是我不同意重复OPERA的实验,因为那已失去了优先权。而我国目前又没有现成的超光速实验方案,因此我提出中国人应该把重点放在已经有原理设计的光速可变实验上,因为对于相对论而言那是一个更具有根本性的实验。所以这一乌龙事件只不过是科学进程中的一段小插曲,不必过于看重。相反我倒认为它表明了如下事实:一是从当时两派学者的震惊可以看出,人们(包括相对论的拥护者)认为物理学已经陷入空前的困境,他们对相对论已经失去昔日的迷信,认识到一个违反相对论戒律的物理新时代并不是不可以接受的。第二方面从其失败来看,表明超光速也许并不是打破相对论神话的关键点,而是应该从其它更为本质的问题着手,即在光速是否可变问题上进行深入的研究,这才应该是当前的主攻的方向。我相信当前的沉寂只是暂时的,当人们在冷静之后会重新找准方向,发起对相对论的新一轮冲击。而在这一新探索中,中国人不应该总是习惯于做一个旁观者,而应当成为重大科学事件的发起者

北京石油化工学院 董晋曦        2014.12.28

 

 



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