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最近科学网越来越科学了。传授科学、讨论科学甚至争论科学之风气愈演愈烈。尤其是由文克玲博主点火,布衣院士关注众人添柴的【光速不变原理】到底变不变,已成为科学网近期科学争论的热门话题。以黄秀清博主为先锋的【反方】揭竿而起直奔相对论的命门:【学术打擂】一生爱错放谁的手?;【学术打擂】什么才是简单的科学?。以李铭博主为先锋的【正方】守擂大将军抡圆了上方宝剑左挡右防,死守相对论之擂台:三打黄秀清:猴精现原形;真空中的刻舟求剑。双方几个回合下来不分胜负,互相不能说服。作为【反方】阵营的一员,支援一发炮弹是势在必行。
各位看官,光速原理非常简洁。为了让不熟悉相对论的看官清楚明了,我再解释一遍:众所周知,速度是相对的,地球围绕太阳的相对速度约30公里每秒,我们生活在地球上从来没感觉到地球的这一速度,只要我们相对地球不动,她相对我们的速度就是0。这是因为我们相对太阳的速度也是30公里每秒。换言之,我们与地球乘坐了同一艘高速飞船。如果我们从船上下来,下到相对太阳速度为0的站台参照系内,我们就会感觉到地球的约30公里每秒高速度运动。
在没有相对论之前,光波也不例外,如果我们相对光源及传播光的介质静止时,光源连续发射出一束光波,我们测量该光波以速度c从身边经过,当我们以匀速u迎着该光波前进时,我们将测量到该光波以速度c + u从身边经过,当我们以匀速u追该着光波前进时,我们将测量到该光波以速度c -u从身边经过。但是爱因斯坦的光速不变假设,颠覆了光速的相对性,无论你以什么样的速度运动,这束光波相对你速度永远是c。也就是说,这束光波相对你的速度是绝对的,不变的。
这当然是一个令人无法接受的假设,为什么?声音、子弹的速度都是相对的,而唯独光速不同。黄秀清博主质疑和反对的也正是这样的“光速不变”。但通常,“主流”不允许直接质疑,因为,不管看起来光速不变有多么不合理,但是它的用处极大,推论极其正确。好象是:“无数的实验证明它的正确性;离开它什么原子弹啊、高能粒子加速器啊、地球啊怕是都不转了”。如果,你实在不信“光速不变”,你大可用实验去证明。但是接下来又搞个单向光速不可测量。高人实在太多!
既然实验看来不太可能直接证伪“光速不变”,那逻辑是否可行?如果假设“光速不变是不对的”,而我们又在按照它是对的在研究问题,那一定会出现矛盾。因此,也有许多逻辑质疑,如双生子佯谬、潜水艇佯谬等。然而这些质疑均未成功,最终被主流归结为佯谬。所谓佯谬就是假装错了,让人难于理解的是如此伟大的理论为什么总要假装错了???真的是装的么???能不能是真的错了???
秀清博主没有说服【正方】为什么光速不变是错误的,然而李铭博主也没有说服【反方】光速不变为什么一定是正确的。可谓旗鼓相当,打了个平手。所以我要支持秀清博主一发炮弹,看看能否撼动相对论之擂台。现借用秀清博主的运动小车和光弹一用:讲一讲光速不变的一个重要结论,同时的相对性。
图a 地面系的t = 0时刻,看到小车以速度u向右运动,1’和1重合,2’和2重合,小车中点的开关触发固定在地面的光源后,光源同时向左右分别发射一个速度v = c的光弹。
图b 地面系的t = t1时刻,地面观测到左方光弹首先击中小车左车厢板2’,右方光弹还在途中。
图c 地面系的t = t2时刻,地面观测到右方光弹后击中小车右车厢板1’,左方光弹已经陨落了。
图d 经典小车:满足光速可变,因此,向左传播的光弹速度为c + u,向右传播的光弹速度为c – u。传播距离相同,所以撞击2’在先,撞击1’在后。所以,两次先后撞击的发生存在一个时间间隔。
图e 相对论小车:满足光速不变,向左、右传播的光子速度都为v = c,而且传播距离相同,所以同时在t’时刻撞击1’和2’。所以,两次撞击在t’时刻发生,不需要时间间隔。
综上,“光速不变”可以推出:小车上t’时刻,同时发生的两个事件,即左右两颗光弹同时击中1’和2’,在地面上则是发生在不同时刻,即t1时刻和t2时刻。这就是著名的“同时的相对性”。
下面是我的观点,也是支援秀清博主的第一发炮弹。
根据同时的相对性,地面参照系的t1时刻,如图b所示,光弹击中2’,对应小车参照系的时刻t’;当地面参照系的时间流逝1小时后(随意假设的时间间隔,不影响结论),地面参照系的t2时刻,如图c所示,光弹击中1’,对应小车参照系的时刻还是t’,居然小车参照系的时间一点没变。这意味着小车上的时间停住不动,地面参照系的时间可以随意流逝了1天、1年、1万年等等。这也许是被忽视的,相对论最最重要的新预言。
为了实验检验这个新的预言,早上特意骑上两轮脚踏车匀速行驶10分钟。下车看看放在地面的手表,居然也只过了10分钟。一点也没发现,地面过去1天或1年的任何痕迹。不信的话,各位看官可以亲自检验一下。
根据逻辑分析,按照同时的相对性,小车参照系的时间不动,地面系的时间独立流逝的结论显然是荒谬的;根据实验检验,这样的预言也是不对的。因此,我的结论是:根据理论分析和实验检验,“光速不变”可能是错误的假设。
后记,千万别要求我,为了让t2-t1等于1年,我必须匀速骑1年自行车。让那两颗光弹也跑1年,才能检验出真伪来。上述的理想实验,只是说明光速不变是如何预言同时的相对性的。按照洛伦兹时间变换,设地面系为不带撇系,小车为带撇系,t’= γ(t–ux/c2),在t’为0 的时刻,t的解是从负无穷到正无穷,即不带撇的地面系必须用前世今生来应对带撇系的一个时刻。也不要说,地面系不同地点的钟来个突然“跳字”。爱因斯坦所说的钟仅仅是对时间一个形象地描述,并不需要每点放上一个时钟,试想一个有大小的表如何放到没大小的点上。奇怪居然,有人四处讨论如何对钟。爱因斯坦的钟就是t,t就是钟。钟必须根据时间t的流逝一点一点的变化。换言之,如果不带撇的地面参照系的某点出现了t是0 另外一点出现了t是10小时,那么整个参照系的所有点必须都从0到10 经历了10个小时的时间间隔。实际上,同时的相对性就是告诉我们,两个参照系的时刻不能比较,或者相互测量。
以上的个人观点能否让你相信:光速不变是可疑的。还希望听听各位守擂者的批评和高见。
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