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光学版伽利略实验

(2018-07-16 17:28:09)
标签:

相对论

时空观

物理

分类: 关于时空真相的即兴观点

1589年的某一天,25岁的青年学者伽利略,登上比萨斜塔,在众多辩论对手的质疑声中,同时丢下了两个大小不同的铁球。就在两个铁球几乎同时落地的一瞬间,人们坚信了1800多年之久的、由亚里士多德提出的自由落体理论退出了历史舞台。

同样是亚里士多德提出的以太理论,则经历几次沉浮,最终在1880年的某一天,由迈克迩逊发明的一个精巧的实验否定了。这个曾被称为十九世纪末的两朵乌云之一的迈克迩逊-莫雷实验,和其它若干实验一起,最终在1905年,催生出了爱因斯坦的狭义相对论,而另一朵乌云即黑体辐射实验则催生出了量子力学。狭义相对论与量子力学的结合,则催生出了各种千奇百怪的关于量子力学的诠释:从上帝观察到意识分叉,从量子佛学到平行宇宙,从鬼魅存在到无中生有……其中比较系统的诠释理论至少超过20种。可以说,十九世纪末的那两朵乌云并没有真正消散,而是变成了一团持续百年的迷雾,使多少杰出的科学家深陷其中!

面对这团持续百年的迷雾,人们也曾设计了种种精巧的实验,但似乎都在不断地“验证”着狭义相对论正确和量子力学的神奇。与此同时,只要狭义相对论是正确的,关于量子力学的诠释就永远是一团迷雾,关于量子之下的原因就永远不能探究!

为什么会这样?根本原因是:狭义相对论并非仅仅作出了一个惊人的假设,即存在一个与参照系无关的速度c,它同时还修改了时间与空间的定义,使其与这一假设相协调,从而形成了一个在数学上自恰的理论。正因如此,任何实验,无论多么精巧,只要涉及不同的参照系和异地对钟,狭义相对论都能解释。

基于上述考虑,为了冲破这团持续百年的迷雾,本人思虑再三,想到了一个排他性的实验:这个实验在同一参照系下,直接针对光速不变假设进行,并且不涉及异地对钟的要求。实验的构思如下图所示。其中1为与大地相对静止的真空管道,2为其内静止的飞秒激光发生器,3为其内运动的飞秒激光发生器,4为发射点处的飞秒摄像仪,5为终点处的飞秒摄像仪,发射点到终点的距离为L。实验时,要求两激光发生器在几乎对齐的位置,几乎同时发出一个脉冲,在飞秒摄像仪4上记录到两个脉冲发出时的空间位置差为Ds3领先于4),时间差为Dt13领先于4),在飞秒摄像仪5上记录到两个脉冲发出的时间差为Dt23领先于4)。

假设光速服从光速不变原理,则必有

Dt2-Dt1=Ds/c

假设光速服从伽利略速度叠加原理,则必有

Dt2-Dt1=Ds/c+[L/c-L/(c+v)]=Ds/c+vL/c2

其中v为发射瞬时激光发生器3的速度。

对照伽利略的比萨斜塔实验可以发现,这个实验与之非常相似,只是将两个铁球换成了两个激光脉冲而已,因此本文称之为光学版伽利略实验。

实验的可行性分析如下:假设v=200(m/s)L=900(m),则两种假设相应结果的差别为

vL/c2=2(fs)

由于飞秒脉冲激光器与飞秒摄像仪都是已有设备,因此这个实验在当今技术条件下是可以实现的,如果提高vL,还将进一步提高实验结果的区分度。

此外,还有两个重要的子系统需要补充:其一是加减速系统,用以实现对激光发生器3的加减速控制,因此真空管道的总长还需在L之前增加一段l;其二是同步触发系统,用以实现两激光发生器在发射点处几乎同时发射(根据飞秒摄像仪的连拍帧数,可以有几十到几百个飞秒的时间差,即Dt1)。

当然,若要实施,这个实验比伽利略的比萨斜塔实验可要困难多了:不仅需要很大的花费,还需要很大的场地。希望有财力物力并有兴趣的各位同仁志士能够鼎立相助,一起完成这个实验。

光学版伽利略实验



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