走进后相对论时代（六十七）

    刘文旺

2、光子间的相对运动

由相对论的速度叠加原理可知，一个光子相对于另一个光子的运动速度也是光速。这就产生一个问题，在一束光中含有大量的光子，若每一个光子相对于另一个光子的运动速度仍是光速，我们为什么没有见到这些光子彼此分开？还有，若这些光子因为彼此间的相对运动速度也是光速，并且分开了，则我们会发现在其中一个光子在1s后运动到30万公里处，而另一个则运动到60万公里处，这不是产生了超光速运动吗？还有其他的光子那？它们的运动可能就更超光速了？相对论怎样解释这一现象。

还有，在托马斯·杨的双缝干涉试验中要求两个光子同一时间到达光屏的同一点叠加而产生明暗条纹，若真的有两个光子同时到达屏上，则由于一个光子相对于另一个光子的运动速度是光速，则不会发生叠加。但是。这个实验已有无数人做了二百多年。

其实，我们见到太阳的白色光是有多种颜色的光构成的，其中我们能感觉到的是七种颜色——七色光的由来，若光子相对于光子的运动速度仍是光速，那么这些光为什么没有分开使我们见到七色光？现有的彩色电视的七种颜色实际上是由三种颜色组合成的，若光子相对于光子的运动速度仍是光速，我们还能见到这种组合效果吗？

事实是

我们天天看彩色电视节目。

怎么解释？

谁错了？

爱因斯坦？！

托马斯·杨？！

不用爱因斯坦追光子，相干光子间必须拥有位相一定的确定波形，彼此观看对方的运动图像，只能是不变的同步震荡的电磁场，不然就不会产生明暗条纹了。

3、同时性的绝对性。

在狭义相对论中，假设S^‘系相对于S系沿X轴方向运动，由于光运动速度的有限性，出现了同时性的相对性。而不是在S^‘系和S系之间本身就存在根深蒂固的同时性的相对性。我们分析如下：

没有理由要求两个坐标系一定要沿着重叠的X轴方向有相对运动。

我们假设S^‘系和S系平行等速度运动，在S^‘系中前后各有一盏灯。这时，一方面，处于地面上静止的坐标系中的人会认为S^‘系和S系中的时钟按同样大小的变化。同时性具有相对性；但是，对于S^‘系和S系中的观测者见不到对方时钟的变化。这与处于同一参考系中完全一样。当S^‘系中前后两等同时发光时，S^‘系中在车厢中间的观测者，与对面S系中的处于两盏灯的垂直平分线上的观察着也会同时见到灯的发光现象。如下图所示。

     还有，这两个参考系都会认为彼此处于静止状态，彼此间能观察到钟慢尺缩的变化吗？有运动质量的变化吗？把他们看成同一参考系与不同参考系有什么区别吗？

另外，我们假想以两个光子作为S^、、S系，则由于光子相对于任何一个参考系拥有不变的光速。这样的参考系之间能进行信息的沟通吗？能从S系发出一束光来测量S^、系中的时间、空间吗？在这样的参考系中物体的运动怎样描述？其拥有的质量、能量怎样计算。时空变换也满足洛伦兹变换吗？

四、相对论与传统电学的矛盾

1、光电效应悖论

一个实验者在地面上做光电效应实验，如图下图所示：

（1）、假设在地面上静止的实验室中一束光子照射在金属板上没有发生光电效应——没有光电流产生，电流计的读数为零。这说明光子的能量小于金属的脱出功。但是若这个实验者从金属板的后面向金属板高速运动，这时其是逆着光子运动，因此会发现光子因发生多普勒效应而紫移，能量增加。当其运动速度足够大时，光子的能量会增加到能发生光电效应的程度，但仪表上的读数不会发生变化。因此仍没有电流产生，这是怎么回事？

（2）、相反，假设在地面上做实验时能发生光电效应，电流计上有读数显示有光电子产生。但若这个实验者从金属板的前面向金属板高速运动，这时其是沿着光子运动，因此会发现光子因发生多普勒效应而红移，能量减少。当其运动速度足够大时，光子的能量会减少到不能发生光电效应的程度，但仪表上的读数不会发生变化——仍有电流产生。

这是怎么回事？

怎么解释？！

2、欧姆定律与电阻率

我们知道我们熟知的电压的概念是指电场中任意两点之间的电势差。而电势则是单位电荷从一点一到另一点时电场所做的功。下面我们分析其与相对论的矛盾。

在地面静止的实验室中，有一电路，如上图所示。用一个电压表测量电源两端的电压，读数是U。这一读数可以计算出来。我们让一电荷q从平行板间，在电源的电压的作用下从一端运动到另一端，假定极板间的距离是d，电场强度是E。则由简单的物理常识可知：Uq=Eqd，因此，电压表的读数应该是U=Ed

现假定这个实验者沿电场方向运动则有d^‘=d(1-β²)^1/2。代入U=Ed得：U^‘=E^’d^‘= E^’d(1-β²) ^1/2。

即U^‘=E^’d(1-β²)^1/2。

现在，我们改变一下，在上述实验装置中用一个弹簧秤系住电荷，从弹簧秤的读数可知电场对电荷的作用力，假定为F，则有F=Eq。我们在前面分析过，弹簧秤的读数是运动个不变量，而电荷q也是一个运动不变量。因此，从这一事实分析E=F/q也应该是一个运动不变量。即E^‘=E

再代入U^‘=E^’d(1-β²)^1/2中得：U^‘= Ed(1-β²) ^1/2=U(1-β²)^1/2。

从这一结果我们得出当这个实验者相对于这一实验装置运动时，电源的电压应该变小，但电压表的读数是不会变化的。

这个实验者怎样解释这一事实？

相对论错了？！

还是现有的电学理论错了？！！

     电阻R   电流表

学过中学物理的人就知道，导体的电阻与其长度成正比与导体的横截面继成反比——电阻定律。用公式表示就是R₀=ρ₀L₀/S其中ρ为材料的电阻律，不同材料中导电粒子不同，导电粒子与导体晶格的作用不同，同种材料它基本上是一个常数，当然，按相对论随运动状态的不同质量不同，因此在运动速度增加时质量增大会导致电阻的增加——电子质量是无穷大时，电压很难使电子产生定向运动形成电流。下面我们用相对论来分析一下上述实验。

假设有一个实验者，先在地面静止的实验室中做测量导体电阻的实验。按上图连接好电路后，发现电压表的读数是U、电流表的读数是I，则由欧姆定律可知R₀=U/I。现在这个实验者开始相对于这个实验装置方向高速运动，结果发现：一方面，电压表和电流表的读数没有变化，因此，由欧姆定律可知，导体的电阻没变还是可知R=U/I；另一方面，由于导体的横截面积不变，长度沿运动方向减小L=L₀[1-（v/c）²]^1/2、电子质量的增加，材料的电阻率ρ₀=2m₀v/ne²λ₀将发生变化：m=m₀/[1-（v/c）²]^1/2、自由程λ=λ₀[1-（v/c）²]^1/2由于电荷具有运动不变性，所以，材料没变，则电阻率：

ρ=2mv/ne²λ

=2m₀v/ne²λ₀[1-（v/c）²]

=ρ₀/[1-（v/c）²]

代入R=ρL/S

=ρ₀/[1-（v/c）²] L₀[1-（v/c）²]^1/2/S

=ρ₀L₀/[1-（v/c）²]^1/2S

=R₀/[1-（v/c）²]^1/2

因此，导体电阻变大为R₀/[1-（v/c）²]^1/2。这样就产生了与欧姆定律的直接矛盾。因为，实验发现，电压表、电流表的读数都没有发生变化，U、I不变，因此，R=U/I也不应该发生变化。

另外，认为导体的电阻不变，则导体的电阻率就是一个变化的数值。通过简单的计算会发现，电阻率变为原来的1/[1-（v/c）²]倍。即有：ρ=ρ₀/[1-（v/c）²]，而此也不是事实。这是因为，我们实验室中的导体都在随地球的自转与公转而处于运动状态，我们并没有发现导体的电阻率因不同国家的纬度的不同而有明显的不同。因此，导体的电阻率应该是一个运动不变量。但这里的电流表的读数就是没有发生变化。这一现象怎么解释？

导体的电阻、电源电压、电路中的电流不随运动状态的变化而变化。好，我们用这个电路中的电阻的热效应来加热一杯水。假设水足够多，则在静止的地面实验室中当电阻产热与水散热达到平衡后，放在水中的温度计的示数是T，现在这个实验者相对于这一实验装置高速运动，由于电压表、电流表、温度计的读数不变，因此，电阻的产热能力——电功率（P=IU）没有变化。但由于多普勒效应的存在，观测者会发现该水杯中的水的辐射频率、电阻的辐射频率增加——紫移，由电磁理论可知辐射与频率的平方成正比，因此，这时水杯的辐射、电阻的辐射功率增加。也就是说，在电阻、电源电压、电路中的电流都不变的情况下，导体或电源的产热能力随运动速度的增加而增加！！！这可能吗？能量不守恒了？现在的时间是2016年12月23日，正值隆冬，室外寒风阵阵袭来。供暖单位正在燃烧大量的煤向各个单位供暖水，同时向环境释放出大量的Pm2.5，造成霾污染。若上述现象是合理的，那么就可以不用燃烧大量的煤了，若其以适当的速度运动，那么每年只需要一吨的煤或不需要供热就可以解决问题了。也不用向环境释放出大量的Pm2.5，造成霾污染。这有多好啊！！！

您相信吗？

这个实验者本人相信吗？！

当然这也否定了传统的多普勒效应产生理论。我们再看下面的事实。

（未完待续）