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几个狭义相对论验证实验的重新分析

尽管相对论解释了许多实验，但是否揭示了导致实验的本质原因，需要继续研究.1971年美国科学家在地面将精度为0.000000001秒的铯原子钟对准，把其中4台原子钟放到喷气式飞机上绕地球一圈，然后返回地球与地面上静止的原子钟比较，结果是绕了地球一圈的这4个原子钟比地面上的慢了59毫微秒（0.000000059秒），与广义相对论的计算结果误差为10%.后来将这个实验的喷气式飞机换成宇宙飞船，实验数据更接近广义相对论的计算结果.物理学家曾经利用原子钟高速运动时钟减缓寿命的延长，说明狭义相对论的正确，笔者认为这是不妥的.因为原子钟在高速运动过程中，地面上的时钟相对于它也在高速运动，为什么地面上的时钟不减缓呢？因为原子钟在实验中有一定的飞行高度，在飞行过程中实际是变速运动，加速运动的物体可以产生引力场，根据广义相对论引力场中时间延缓，所以对此应当重新分析.引力场强度不变，时钟的快慢不变，强度变大，时钟延缓，反之时钟加速.1971年为了验证相对论的时间变化，美国进行了原子钟环球飞行实验，其结果是：时钟向东飞行时慢了59×10^-9，往西飞行时快了273×10^-9.广义相对论的计算值与实验结果有一定的偏差（尤其钟快现象）.总之，在实验中的三组原子钟相互看来，实验中既有“动钟变慢”现象，也有“动钟变快”现象.

一般认为，来自外层空间的宇宙线轰击地球大气，产生了大量的μ介子，这些μ子具有很宽的能量范围，飞行速度有大有小，高能量的μ子速度非常接近光速c，可大于0.9954c.μ子寿命很短暂，产生后会很快衰变掉，各个μ子的实际寿命有长有短，但是当我们统计群体μ子的平均寿命时发现，其平均寿命是恒定的.一群μ子衰变掉一半所需的时间，称为半衰期，常被用作寿命的标志，大量的实验统计出静止μ子的半衰期T=1.53×10^-6秒，恒定不变.在μ子和介子实验中，μ子和介子作有加速的圆周运动，实验证实作这样运动的μ子和介子的平均寿命大于静止μ子和介子的平均寿命.因为1963年的一次实验中，人们在高1910米的山顶上，测量铅直向下的速度在0.9950C～0.9954C之间的m^-子数目，每小时平均有563±10个；然后在离海平面3米高的地方测量相同速度的m^-子数目，平均每小时408±9个.m^-子从山顶运动到海平面所需时间应为：.这是静止m^-子半衰期的4倍多，如果高速运动的m^-子半衰期和静止时相等的话，人们预期在飞行经过1907米距离后，在海平面附近的m^-子数应不到个.而当时实际测量却有408个，这清楚地表明，运动着的m^-子半衰期增长了，或者说，衰变过程变慢了.

【1】【2】

笔者认为这是一个广义相对论效应——μ子和介子在飞向地球的过程中，引力场在增强，同时由于μ子带有电荷，地磁场的存在相当于加强了引力场.笔者认为下面的实验也应当是一个广义相对论效应，长度收缩不具有累积效应：在现代高能物理研究中常用的粒子加速器中，粒子可以被加速到0.9998c的高速.从下表可以看出原长1米的原子管道的长度收缩效应.

参考文献：

【1】A.P.弗伦奇著《狭义相对论》人民教育出版社1979年6月第1版

【2】倪光炯李洪芳著《近代物理》上海科学技术出版社1979年8月第1版