八论场速可变的实验证明——有关相对论铯原子钟实验
更新日期:2018-01-23     来源:北京大学学报(自然科学版)   浏览次数:200
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1970,Hafele设计了一个检验时间膨胀效应的环球航行实验。原理是将两只在地球上同步的原子钟,一只留在地球上,另一只放到飞机上绕地球航行,飞机飞行一周后降落到地面,然后将这两只原子钟的读数进行比较,发现了时间的相对性效应。
通过对时间的相对性效应分析后,一些学者便断定它有两种相对性效应,一种为狭义相对论效应,另一种则为广义相对论效应。多数人认为其所谓狭义相对论效应向西飞违背了狭义相对论的钟慢效应,时钟相对于观测者以速度v运动时,它走的时率将比静止时率慢。
相对论铯原子钟实验的说明者别出心裁地找出另一个没有自转的假想地球作为参考系,然后通过惯性系的狭义相对论效应来说明。首先,他存在一个误区,他设立了一个绝对参考系,对这个参考系为什么设立没有论证,也找不出它的意义何在。况且这种解释仿佛是被抛弃的以太理论。
狭义相对论的钟慢效应不能说明铯原子钟实验,爱因斯坦的狭义相对论是有误区的。我们应该使用场速可变的相对性原理来给实验的说明冠上理论基础。
狭义相对论是在麦克斯韦场方程的基础上产生的,爱因斯坦用光速恒定的相对性很好地说明了麦克斯韦场方程,但他的思想被光速恒定所局限,他不知道为什么光速恒定能很好地用相对性说明麦克斯韦场方程。他认为由于存在一个巨大而恒定的场,其稳定场(库仑场和安培场)的量值超过质点的任何形式的辐射场,麦克斯韦场方程是线性齐次方程,因此两个解的和,仍然是它的一个解,从总场中减去质点的场,其差仍然是麦克斯韦场方程的一个解。需要强调的是狭义相对论承认质点有辐射场,它忽略质点的辐射场是有条件的,不是严谨的科学态度。关于麦克斯韦场方程可用光速恒定的相对性来讨论,这一点后面我们将加以说明。
当没有一个巨大而稳定的场,只有两个相互作用的质点的场,狭义相对论的理论基础便破坏了,场作用必须考虑质点的场对作用的贡献,使用场速的可变性。
引力红移虽然是广义相对论提出的,光速恒定依旧是它的软肋,我们论述的相对论铯原子钟实验说明地球自转作为辐射场的一部分对原时的影响,光速恒定是不适合且不正确的。不过爱因斯坦用希瓦兹希德场(辐射场变化为零的场)蒙蔽了大家的视线,在希瓦兹希德场中运动的粒子不计辐射场变化,其场方程也是近似的,场中运动质点的辐射场不能忽略,它计算的行星进动值是近似的,行星组成物质基本粒子的辐射场与轨道运动作用产生的近斥远引现象它不能说明。
总的来说,爱因斯坦相对论承认运动质点的辐射场,却用光速恒定来忽略运动质点的辐射场与场作用的相互关联。另一方面,量子力学承认自旋与波动,却没有用场作用来准确描述量子之间的相互作用,它们都是不完备的,我们应用场速可变来统一量子力学与相对论。
在论文《七相对性原理与量子自旋——有关测不准关系》的论述中, 我们将场速可变的相对性原理场传播方程分为两部份,一部分为场传播的位移部份,另一部份包括的是质点的辐射场。
当我们用相对于s参考系中观测者静止的原子激发的光(电磁波)对另一运动参考系中的量子进行观测时,有方程:
s参考系中的光传播方程为:
(1)
参考系中的光传播方程为:
(2)
参考系相对于s参考系以速度v运动,令:


由于与变化的场速u无关,我们尝试从方程(2)中得出我们所需要的方程,我们保留值不变,将方程(2)变为如下的形式:
(3)
我们将(3)式写为下列形式:

(4)
光速不变的场传播方程为:
(5)
同样令:


方程(5)式变为下面形式:
(6)
我们前面论述过麦克斯韦场方程作用时,在巨大而稳定的场作用下,质点的辐射场与场的作用是可忽略的,进一步说作用与质点的辐射场无关即稳定场可近似为不变。式(6)最后一项代表质点辐射场对场位移作用的影响为0,即质点与场的作用中忽略质点的辐射场。由于麦克斯韦场方程所导出的光速不变只是场速可变忽略质点的辐射场场作用,我们用场速可变场传播方程减去光速不变的场传播方程可得其忽略质点的辐射场。我们可以这样理解当光信号在相对运动的参考系中的传播如果受到一个强大稳定的场影响,位移作用以外的量便会传递到质点的辐射场。特定场中相对运动速度v确定时,质点的辐射场的变化亦确定。令式(4)减式(6),式(6)最后一项为0,可得式(4)方程右边最后中括号内等于零,我们就可以得到光信号传播作用使相对运动的参考系中质点受激后的辐射场的变化,解方程:



由于、为正实数,

我们讨论相对动量和相对能量都是以速度的矢量方向计,因此从最后一个方程可看出为负实数:


方程的最后一式可变为:


方程有两个解,u值等于c与u值不等于c。只有场速u值有变化时,才有意义,才符合微观领域物质波现象有:
(7)
ct=xv/c
我们设静止质点的能量方程为:

其中h应为物质起源常数,静止质点内能主要源于自旋。
如果方程量子化,设时间间隔对应量子的固有周期为n个周期,有。
c.n.1/场固有频率=xv/c
c.n.h/mc2=xv /c
xmv=nh (8)
有一点需要强调的xv代表的是量子单位质量自旋,方程(4)式量子单位质量自旋写为xv,只是因为量子单位质量自旋的变化与相对运动速度大小及其相对运动x軸方向相关,即所谓的偏振。设距离间隔同样对应量子固有周期有n个周期,所以物质波长为λ=h/mv,由(8)式可知量子存在自旋。方程(4)式最后一项详细描述了量子只有在场中运动才会产生的辐射场的变化,场传播方程中真正导致空间形变的量子辐射场的变化,它包括场作用的变化量;量子自旋的变化量;量子自旋与场的相互作用量,也就是量子力学所谓的轨道自旋与量子自旋的作用量。