對狹義相對論基本原理理想實驗的探討

羅鋒

【摘要】就狹義相對論基本原理是否正確，通過改變實驗方法證實了同時性的相對性，時間量度的相對性是不正確的等問題進行了分析，并得出這樣的結論：愛因斯坦的狹義相對論的前提是光速不變，但是在其基本原理實驗中光速不變這一實驗前提存在不嚴謹。其基本原理的正確性得不到嚴格的證明。

【關鍵詞】狹義相對論 ?光速不變 ?原理理想 ?實驗同時性的相對性 ?時間膨脹

【中圖分類號】G642.3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻標識碼】A ? ? ?【文章編號】2095-3089（2015）11-0218-02

狹義相對論問世已百多年了，狹義相對論是否正確呢？狹義相對論的理想實驗是否嚴格，是否正確呢？近年來有些學者對這類問題提出了質疑。就其狹義相對論中所說，光速是速度的極限，但是近年來王利軍等利用增線性反常色散，證明了激光脈沖在銫原子氣中的超光速傳遞;激光脈沖在此區域以超過光速C甚至負的群速傳遞;而脈沖的外形無改變。這些問題說明了什么？值得人們去仔細地研究。

一、愛因斯坦狹義相對論基本原理理想實驗概述： 圖1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖2

如圖1的理想實驗。在高速運動的火車廂中點M處有一光源，它發出的光可以射向車廂的前壁B和后壁A。當光源發光后，火車上的觀測者可以看到，光同時照亮前壁和后壁，也就是說，光照亮前壁和后壁兩事件是同時發生的。但在地面上觀測者的觀測結果卻不然。光從光源M射出到達后壁A的一段時間內，后壁已經迎著光線走了一段距離;而光由M處到達前壁B的這段時間內，前壁B卻背著光線走了一段距離。故光線從M點到A點所走的距離要比到達B點所走的距離短。由光速不變原理，即光速與光源和觀測者的相對運動無關，可得出光必定先到A點而后到達B點的結論。即光到達車廂前后壁是不同時的，這就說明，同時是相對的。在一個參考系上同時發生的兩個事件，在另一個參考系來看，可以是不同時的。之所以出現以上的結論，關鍵是光速不變。如果像力學的經驗那樣，在地面上觀察，向B點發出的光速是c+v，向A點發出的光速是c-v，則光束仍同時到達車廂的前后壁。

圖2的結論是如果在某一貫性系中發生在同一地點的兩個事件相隔的時間是，則在另一貫性s中測得的這兩個這兩個

事件相隔的時間要長一些。兩者之間相差一個因子

，這就從數量上顯示了時間量度的相對性。在某一參考系中同一地點先后發生的兩個事件之間的時間間隔叫原時。原時和在其他慣性系中測得的時間的關系，如果用鐘表走的快慢來說明，那就是系中的鐘表走了，而在另一參考系中的觀測者發現這段時間大于。即認為運動的時鐘變慢了。所以這種相對效應也形象地稱為始終變慢或時間膨脹。

二、光速不變原理闡述

為了下面分析實驗，先將光速不變原理進行解釋一下，光速不變——愛因斯坦指的是：（1）光速與光源的運動無關，（2）光速與觀測者的相對運動無關，且（2）是由（1）推出來的。光是一種波，波速與波源是否運動無關，這是波的特性，不是光波特有的性質。根據相對運動，（1）推（2）顯然是正確的，但是（2）存在一個不嚴格的表述，光速與觀測者的相對運動無關，這里的“光速”指的是光波傳輸的速度還是觀測者觀測的光波傳輸速度呢？如果是前者那是正確的，因為（1）說的是光源，即光源與觀測者的相對運動，也就是說光源的運動與觀測者相對于光源的運動都不影響光速，它們之間無關。這里便沒有說觀測者觀測的光速與觀測者的運動無關。但是這便不能證明狹義相對論基本原理是正確的，也就是又回到了原點。如果是后者，觀測者觀測的光波傳輸速度與觀察者是否運動無關，那么在狹義相對論基本原理的實驗中它是以什么來判斷得出光先到達A而后到達B點的結論，也就是說觀測者觀測的光速與觀測者不存在相對運動，即A，B兩點是否運動根本不影響觀測者觀測的光速，也就是說不影響光到達A，B兩點的時間，這怎么能判斷先到達A點而后到達B點（也許有人會說觀測者不是沒動嗎？動的是火車上的A，B點，如果A，B站著兩個人，他們事先知道自己有個速度在運動，就跟沒動的人一樣知道A，B點有個速度在運動一樣，那A，B兩點的人不也知道光先到達A后到達B嗎？）如果現在A，B兩人都以自己為參考點，那他們又怎樣來判斷先到達A后到達B呢？不就是用觀測光速來判斷嗎？也就是說觀測者觀測的光速與觀測者存在相對運動。設車廂長為2s，得：

（2-1）

（2-2）

所以光速不變應解釋為：光速與光源是否運動無關，即光速在任何系統中的速度都是，而不是在任何系統中相對于系統的速度都是，也可以這樣說，在觀測者運動的體系里，若以觀測者為參考點，觀測者觀測的光速不應該還是 。

三、驗證同時性的相對性

有了前面的簡單闡述，下面把前面圖1的實驗作簡單改進。如圖3。

圖3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖4

在原有的基礎上，在車廂兩端外加一個擋光板，在車廂中點的地面上放一發光源，讓他與車廂里的光源同時發光，因為光速與光源是否運動無關，所以他們產生的效果是一樣的。地上的觀測者會觀測到光先到達A而后到達B。那么此時車上的觀測者還會認為地面上的兩束光同時到達A，B嗎？我想不會。他們同樣會看到光先到達A，而后到達B。為什么呢？因為觀測者會觀測到到A，B的光速不一樣，到A點的速度為V+C，到B點的速度為V-C。也許有人會說光速是不可以疊加的，但是這個表達式并不是疊加了光速，而是觀測者與觀測光速之間相對運動的結果，觀測光速是一種現象，光速是一種本質。所以狹義相對論基本原理同時性的相對性根據以上實驗是不成立的。

四、驗證時間量度的相對性

通過前面的概述，把圖2改進如圖4，在圖2中，他實驗的光源是裝在以高速運動的裝置上的，我把光源改到了地面上，因為光速與光源是否運動無關，所以與他的實驗裝置并無異處。在裝置下方有一固定在地面上的光源，在裝置下方有一小孔，當裝置以高速 運動過光源時，地面上的光源會發出一束閃光通過裝置下方的小孔進入裝置。在裝置里從底部射到鏡面后又反射回底部的時間是

（4-1）

這里同樣是觀測者觀測到的現象是這樣的，并非光速疊加。在這里裝置上的人并不能看到光回到發光原點（射入小孔），而應該有所偏離，因為光速不變，而裝置在運動，觀測到的現象就因該是光有所偏離。

地面上的人也應該看到光豎直向上經反射后豎直向下，所經歷的時間應該為

（4-2）

所以狹義相對論基本原理時間量度的相對性根據以上實驗是不成立的。

五、結束語

愛因斯坦的狹義相對論與其光速不變并不是嚴格的因果關系，首先就其光速不變（相對任何系統）的錯誤理論影響著狹義相對論的嚴格證明，再有其實驗中的觀測者觀測過程的不嚴謹使其狹義相對論并不使人信服。本文實驗使其“同時性的相對性”、“時間膨脹”等狹義相對論基本原理的錯誤被偽證。使其在狹義相對論前提下所產生的一切理論、原理變得毫無價值，毫無科學性。

后記：

因本人學識所限，文中難免有疏漏、不當和錯誤之處，望物理工作者和物理愛好者不吝賜教，予以批評指正。

參考文獻：

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