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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.
速度 | 静止长度 | 运动长度 |
0.1c | 1m | 0.995m |
0.5c | 1m | 0.886m |
0.8c | 1m | 0.6m |
0.9c | 1m | 0.436m |
0.97c | 1m | 0.243m |
0.99c | 1m | 0.141m |
0.999c | 1m | 0.045m |
0.9998c | 1m | 0.02m |
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
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