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比喻图解判决实验(插图:陆绮)

已有 4892 次阅读 2016-5-8 21:19 |个人分类:科研笔记|系统分类:观点评述

【 我虽然就张操老师的超光速问题的判决实验写了一份初步的实验报告,而且樊京博士在同我私信后,还依靠类似的判决方法来辅助检测了铝板内“电磁波的穿透速度”(http://blog.sciencenet.cn/blog-409373-975768.html)。但是,我发现,有很多人对我们的判决并不理解,至少对我们判决的理由理解得不清晰。这当然也包括和我一起做实验的自己的学生。所以,我决定在这篇博文中先用比喻来图解我们的判决实验,下一篇再谈需要的电磁场理论的有关知识。这篇博文算是写给我自己学生的教材,也算是给诸位看热闹的朋友的一个讲解。本博文的插图,都是陆绮所画,特此致谢。】

      在这场争论中,牵涉特别多的概念:电磁波、静电场、似稳场、电子迁移,乃至光子的发射和吸收,但是,就实验而言,示波器所能测量的不过是电压的波动变化。所以,抛开争论后面的理论不谈,我先用大家能理解的比喻,来解释争论焦点和我们的判决实验,以便大家有一个直观的印象。

      先说张操老师建立的模型和结果。如图1所示,将电场的在导体内建立的过程想像为两队人跑步,一队人从输出起点出发,沿短道(0.4m铜线)跑到短道终点,其到达时间为$到达时间1$;另一对人同时从输出起点出发,沿长道(6.4m铜线)跑到长道终点,其到达时间为$到达时间2$。那么$\Delta t=到达时间2-到达时间1$,而两条导线的距离差为$\Delta l=6.4m-0.4m=6m$。张操老师认为,示波器测量到的电压波之间的延时,就是$\Delta t$,则,最后算出电场建立的速度为:

                                  $v=\frac{\Delta l}{\Delta t}$

     所以,根据他们的模型和实验结果,张操老师认为他们得到了超光速;甚至,有的时候,两道电压波之间完全没有时间差,那么两队人马是同时到达的,电场的建立速度为无穷大。(这很像量子纠缠的两个纠缠光子在不同地点同时坍缩,听起来颇神秘。所以那些反对量子纠缠的人,真该好好看看张老师的实验,千万别一会儿一个态度。再说一遍,张操老师是复旦大学物理系的教授,不是民科,理论基础也不是你一个随便哪个学科的人嘴上讲个“超光速就是民科”,说可以反对就可以反对的。)


图1.张操老师的模型


      再说第2个模型,是郑翊使用的,也就是我们常用的传输线模型。如图2,在一个输出口不断有人人马马往外跑的情况下,当人马跑到终点的时候,只要条件不合适(阻抗不匹配),这些人人马马会往回跑,并且和正面跑来的人马相互厮杀(电压波的叠加),这个厮杀的整体结果,就出现广播体操的效果:当小红人和小蓝人彼此厮杀的动作完全同步时,我们测得的$\Delta t$是0(这里确切的说,$\Delta t=抵御时间2-抵御时间1$,表明的是两个位置厮杀的同步性);当这两队人马动作不完全同步时,$\Delta t$可能是正的值,也可能是负的值,取大大小小的结果,根据具体情况,都有可能。因此,这时用$v=\frac{\Delta l}{\Delta t}$没什么我们想要的实际物理意义。当然你也可以认为V是相速度,但是并不能给我们太有用的物理图像。

图2 郑翊的模型



      那么,我们如何设定判决实验呢?如图3,我们先另设一个输出口,在这个输出口我们记录人马跑出的时间,也就是记录发令枪枪响的时间:发令时间$t_{0}$, 然后测定起点的电压波动作的时间$t_{1}$,短道终点处的动作时间$t_{2}$,长道终点处的动作时间$t_{3}$。我们认为,要让人马从出口跑出去,跑到终点,然后再反身回来抵抗正面的小蓝人,是需要时间的,以$\Delta t_{cr}=t_{1}-t_{0}$来考虑这个时间, 如果这个时间约等于从长跑道上完成一次折返跑的时间,那么我们就趋向于认为郑翊是对的;反之,如果$\Delta t_{cr}$非常接近于0,那么我们就会趋于张操老师的结论。

图3 判决实验


     实际的实验情况是,我们发现$\Delta t_{cr}$按照我们以前的电磁场知识,相当于人马跑了长的跑道的单程的时间。也就是说这个结果既不是张操老师的结论,也不是郑翊的结论。但是,按照张操老师的模型,这个结果是解释不通的;而我们假定人马可以从地线跑出来沿跑道尽头对着输出口跑,就可以解释人马厮杀的结果。-从理论上说,这个结果是靠近郑翊的结果的,因为这依然是用电磁波传输来解释整个现象,只是不能简单套用传输线理论而已。

      下一节回来,我们就要正正规规讲电磁场和电磁波的理论了。

       (PS:曹则贤兄和陆绮mm认为我不认可魏焱明博主关于光的角动量理论。我的解释如下:光的自旋为1,是有实验为证的,而魏博主的都是些说法,没什么实验证据。我这个态度,绝不是从谁民科谁不民科的态度出发的。对我而言,没有实验的物理,不叫物理。这也是为什么我很难接受文小刚教授的弦论的原因,虽然我很喜欢他的讲法。)  



     



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