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迈克耳逊和他的以太漂移实验 连载(一)

(2010-03-23 20:48:21)
标签:

相对论

尺缩

以太

漂移

牛顿

爱因斯坦

分类: 杂谈相对论

 

    引子

    19世纪末期,以经典力学、经典电磁场理论和经典统计力学为支柱的经典物理理论已经形成完备的体系,一切物理现象都能够从相应的理论中得到满意的回答。展望新的世纪,作为物理学家能在有生之年能赶上物理大厦的竣工仪式,都将会感到无比的兴奋和自豪。为此,欧洲著名的科学家们在19世纪的最后一天里欢聚一堂,热烈庆贺新的世纪到来和庆贺物理学所取得的巨大成就。会上英国最著名物理学家开尔文勋爵发表了著名的1900年新年祝词,他在热情洋溢地回顾物理学所取得的伟大成就之后总结说:”物理学理论的大厦已经基本建成,剩下的将是修补和完善,” 但他在展望20世纪物理学的前景时,却又忧虑的说:“但在物理学阳光灿的天空中还飘着两朵不安的乌云”。

    这两朵不安的乌云其中之一就是迈克耳逊—莫雷的实验的结果与以太漂移不符,并且无法解释。开尔文勋爵的话真的不幸言中了,仅仅经过短短的五年时间,其中的一朵乌云就迅速的变成了相对论这片大乌云,又过了十五年,相对论这片乌云终于遮住了物理学天空。      

    18世纪的一位英国诗人亚历山大·波普,曾经为牛顿写了这样的一段话,世界原来是混沌一片:

    上帝说:“生吧,牛顿!”

             于是世界一片光明。

    二十世纪里又有人为亚历山大·波普的诗续写了两行:

    魔鬼说:“生吧,爱因斯坦!”

             于是世界又陷入一片混沌之中。

    

    正像亚历山大·波普所说的,牛顿就像上帝派来的圣人一样,“生吧,牛顿!”于是世界一片光明。牛顿用科学的语言描述了宇宙之中的自然之律,牛顿用力学统一了天上和地下物体的运动,从此人能像神一样可以预言行星的位置和日食、月食。牛顿的运动定律和万有引力定律指引着人们三百多年来的科学实验和技术的发展,人类凭借着牛顿力学航行于七大洲四大洋、上天下海、并成功地登上了月球。如今人类正在踌躇满志准备远征火星,寻找人类新的家园。

    牛顿还对时间和空间做了比较清晰解释:“绝对的、真正的和数学的时间,由其特性决定,自身均匀地流逝,与一切外在事物无关,又名延续;表象的和普通的时间是可感知和外在的……”“绝对空间,其自身的特性与一切外在事物无关,处处均匀,永不移动。”

    牛顿对时空的本性的详细论述,使人们的心智和自然界的规律联系在一起。到目前为止,牛顿论述的时空本性仍然是人们认识和理解时间和空间的基础,谁也不能不承认牛顿是解释时间和空间的千古第一人!

    当然,牛顿也是人。他认为的“存在绝对的时间、空间和绝对运动”,现在看来还存在问题,有待人们进一步认识和讨论。但是这并不影响我们对时间的流逝性和均匀性的认识,也不妨碍对空间的处处均匀和空间的存在的认识。不应该因为牛顿说过“绝对时空”,就全盘否定牛顿对时间和空间的基本认识,更不应该以此来否定牛顿力学。

    后面续接的诗句不知何人而为,但是他说的却也是实话。人们对本来物体运动以及对时空已经有了比较明晰的认识,可是自从相对论降落人间,一切又都混沌了起来。时间究竟是什么?是存在还是不存在?存在的东西和不存在的东西都不可以说快就快、说慢就慢!空间是什么?到底有没有空间?虚无的空间如何收缩?质量的大小与物质的多少是什么关系?质量增加的物理意义是什么?惯性运动有没有高速和低速的区分?物体运动的相对速度,凭什么能影响时间、空间、物质?这个世界的还有没有本质的东西,不变的东西?

    相对论把人们对宇宙中最基本的认识搞得如同一团浆糊,爱因斯坦把人们的思维引入混乱却不予解答,这无异等于把人引入了深幽不见底的峡谷之后,又被抛弃了。这样崭新的“时空理论”根本说不清时空是什么,仅凭相对运动速度就决定宇宙之中的一切,这不符合人们已经掌握的并被反复验证过的普适规律,也与人类经过数千年积累的文明和智慧完全相悖。原来物理世界的七个基本物理量,除了热力学温度和发光强度之外,都叫相对论给废黜了,“世界又陷入一片混沌之中”的评价一点也不过分!

    就是这样的一个相对论,100多年来在实际中不能应用,也没有得到切实的验证,却被传诵成相对论摧毁了经典物理学大厦,相对论也成了当今世界“公认”的最伟大的理论,爱因斯坦自然被一些人捧为领导二十世纪的物理学革命的伟大旗手。

    如果我们仔细的研究相对论的内容之后,就会发现相对论是那样的匪夷所思,本来相对论讨论的内容是两个物体在空间中相对运动(惯性),但是得出的结论确是“空间收缩”,并且以此得到时间流逝的速度变慢和物体的质量变重。 

    尽管爱因斯坦说:“相对性:相对论的本质”,但是如果没有“长度收缩概念”,哪里有尺缩?哪里有洛伦兹变换?哪里能有相对论效应?所以应该说“长度收缩概念:相对论的本质”。

    当然相对论者会说:“相对论源于光速不变假设和相对性假设” 。其实爱因斯坦提出两个假设也好,洛伦兹对迈克耳逊的以太漂移实验解释也好,都可以得到“长度收缩”概念,这个道理就像出卖劳动力不是唯一的挣钱渠道一样简单,通过不同的方式也可以挣到钱。当然相对论者又会说,“相对论得出的‘钟慢尺缩’和洛伦兹收缩的概念不一样,相对论得到的是‘空间收缩’而洛伦兹收缩只是‘长度收缩’”。‘尺缩’好比“美元”,“长度收缩”好比“人民币”,其实无论“美元”还是“人民币”它们的货币职能都是一样,不同的人对美元理解不同罢了。相对论的“尺缩”和洛伦兹的“长度收缩”有什么不同?相对论后来不也引入了洛伦兹收缩和洛伦兹变换,只要有了“长度收缩”式,自然能得出“时间变慢”和“质量变重”。

    1952年,爱因斯坦在同物理学家香克兰谈话时说:“有许多否定的结果不是都十分重要的,可是迈克耳逊实验却给出了一个为任何人都应当理解的真正伟大的结果。”可见迈克耳逊的以太漂移实验对于相对论的重要性。,

    迈克耳逊的以太漂移实验在相对论的建立的过程中起到的作用和意义的问题,很多介绍相对论的书中已经有了一些比较“公认”的结论。但是本文则从全方位的角度来审视这个问题,无论对以太漂移实验的本身以及相对论建立过程中的作用,乃至以太漂移实验引起的诸多思考等等,本文都与其它的书中所述有着不同的见解,有的甚至大相径庭。其目的是给研究相对论的人们提供一个多方面的参考,至于孰是孰非还得让读者自己去分析和思考。

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