走进后相对论时代（七十二）

    刘文旺

15、毕达哥拉斯学派的烦恼

就广义相对论而言，广义相对论理论是应用黎曼几何来描述时空的，而该几何描述的时空不是连续的，广义相对论的时空坐标的物理意义是不明确的。而在狭义相对论中，在没有定义时间、空间的情况下就定义了运动的速度，这显然是都有问题的。

还有，相对论时空的变化与几何学有矛盾。我们看如下的简单分析。

我们都学过几何，在坐标系中圆的方程是X²+Y²=r²，而椭圆方程是X²/a²+Y²/b²=1。这样，在这一坐标系中的老师给学生讲圆与椭圆的方程时，在一旁的任一个相对于这坐标系运动的观测者来说，由于沿运动方向的坐标的收缩，从而造成圆会变成椭圆，而椭圆可能会变成圆，从而会认为，老师讲的课有问题，但在实际的过程中圆中各定理仍在起作用，并且成功地解决着不同的实际问题。

这个观测者会感到疑惑吗？

他怎么解释这一现象？！

我们知道，在中学我们学习的几何实际上是欧几里德几何，这些内容并不是欧几里德研究的结果，而是包括古埃及人民和毕达哥拉斯学派研究在内的结果的总结。在我们中国被称为勾股定理的：勾方加股方等于弦方。被这一学派称为毕达哥拉斯定理，据说当这一学派发现毕达哥拉斯定理后，杀了100头牛用来表示庆祝，而当这一学派内部的人把这一消息泄露出去后，竟把这个人活活淹死在水中（当时的学术界不像现代这样进行普及教育，知识是不外传的——希望这只是一个传说）。在这一学派里，把数字看成世界的本源，把圆看成最为完美的图形。而且，这一观点影响到了天文学。当时的天文学家在描述观测到的天体的运动轨道时，全用标准的圆形来描述。当然，这严重禁锢了天文学的发展。使得对天体运动的描述，出现了不该出现的本轮、均轮等混乱的概念。

毕达哥拉斯学派

但是在运动的观测者看来，一个用X²+Y²=r²表示的圆形变成了椭圆形。而本来用X²/a²+Y²/b²=1描述的椭圆图形，却有可能变为圆形，这些人的感受是什么？

疑惑！

烦恼！！

或是愤怒------！！！

16、关于粒子的“惯性质量”的变化

现有的验证爱因斯坦相对论的实验，是以荷电粒子的高速运动请况下进行的，而没有以中性粒子的运动方式进行。在我随后的书籍中会阐述，产生牛顿意义下的惯性的中性粒子、物体的力场——经典意义下的万有引力的力场，与电荷的库仑力场是有区别的，因此，中性粒子的“惯性质量”的变化，不应满足相对论的质速关系m^'=m/(1-β²)^1/2，因此也就不满足由这一质速关系推导出的质能方程：E=mC²。我们可以让荷电粒子拥有任意的速度撞击中性粒子，由动量守恒推算中性粒子的质量的变化是否满足相对论的质速关系。从而否定爱因斯坦的相对论。

实验：测量不同运动速度下的中子的质量的变化，看其是否满足m^'=m/(1-β²)^1/2、E=mC²。结果应该是否定的！！！

其实，爱因斯坦本人也认为，质速关系描述的不是质量的变化，可能是动量的变化。

17、相对论中的多普勒效应

测定太阳自转可以有很多种方法，可由光线的多普勒效应测定太阳自转周期，太阳的东边向我们运动而来，光线应发生紫移；太阳的西边背离我么而去，因此光线应发生红移，从而据此我们可以测出太阳的自转速度。用这种方法测得的太阳的自转周期是，赤道部分是26天，极区为37天，比用黑子测得的太阳自转周期要长一些，现有理论认为太阳黑子有磁场会与内部联系起来使之运动变快。它和谁联系起来了?又是怎样联系起来的而使之运动加快的?其实，这是一次检验相对论的关于光子多普勒效应公式的成功与否的典型实验，这一结果的不一致性，体现出了相对论不正确性。当然这里的问题很复杂。红移值与太阳上大气的热平衡状态有关。详见后面相关专题性文章。

18、超光速困惑

英国《新科学家》周刊2003年10月18日题：超越光速。记载了王利军和其在新泽西州普林斯顿的NEC研究所的同事，测出激光脉冲在充满铯气体的容器中的运动速度似乎已达到令人吃惊的1000亿m/s。伯克利加州大学的雷蒙德·乔作了一个实验，当脉冲光子隧穿一个由极薄的钛白和石英制成的滤器时，它的运动速度能超过光速。他用隧穿光子追赶在真空状态发出的一个光脉冲，结果隧穿光子首先到达接收器。乔说，这反映出穿过滤器的光子的运动速度，似乎已达到真空中光速的1.7倍。克隆大学的冈特·尼姆茨用微波将莫扎特的第40交响乐编码，就像用无线电发射机以无线电波放送通俗歌曲一样，通常的无线电波以光的速度传播。但他发现被编码的微波的速度是真空中的光速的4.7倍。

中国科技大学潘建伟教授主持的量子隐形传态研究项目组2013年测出，量子纠缠的传输速度至少比光速高4个数量级。

在多光子体系，由于诱导发光与光子间的量子纠缠现象的存在，使得信息的传递可能产生超光速现象。如下面的事实：

1992年研究发现光子、微波、光脉冲和电脉冲的传输速度可以超光速。一个著名的实验是在1993年发表的：美国Berkeley加州大学的A.M.Steinberg,Kwait和R.Chiao测量了光子穿过厚1.1μm的势垒时的时延，并在一种称为“双光子赛跑”的实验安排中，证明光子的隧穿速度为(1.7±0.2)c。
    我们知道，电磁波是变化的电磁场在空间的传播。在对自由空间中的波、无线电波脉冲、微波脉冲、光脉冲的传输速度的实验研究中，德国科隆大学的G.Nimtz等用微波脉冲通过截止波导，获得了4.7c（1992年）和4.34c（1997年）的实验数据。A.Ranfagni等在1996年获得了自由空间的波速为2c。2000年，D.Mugnai等用改进的喇叭天线法的实验结果是1.053c。在无线电波频率上的脉冲传输也获得了超光速——2002年A.Hach和L.Poirier用模拟光子晶体的同轴结构获得了群速vg=(2~3.5)c。用类似方法，J.N.Munday和W.M.Robertson获得vg=4c（2002年）；黄志洵和逯贵祯获得vg=(1.5~2.4)c（2003年）。

不久前有报道说，2000年N.Gisin等在瑞士的实验测量得到量子纠缠态（QES）的作用速度为(104~107)c。这是重要的情况，表示这个作用速度是以超光速的形式进行的，这个实验证明了量子信息的产地速度可以以远大于光速的速度传递。

新浪科技讯 北京时间11月17日消息，据国外媒体报道，最近开展的一项实验显示，“幽灵般的超距作用”的确存在：在近期发表在期刊《Physical Review Letters》上的一篇论文中，研究人员给出了迄今为止最可靠的证据，证明超光速的量子纠缠现象的存在。美国国家标准与技术研究院（NIST）的研究人员们制造了数对两两相同的光子，并将它们分别送往不同的地方进行观测得到这一结果。

NIST的克里斯特·沙尔姆说他们的实验结果和量子力学方面的预测一致，都证明了互相缠结的粒子间的确存在着‘幽灵般的超距作用。同时，由维也纳大学提交了另一篇论文——他们使用了类似的高效率单光子探测器，也得到了相同的实验结果。其实，在一个月之前，荷兰的科学家就得出了这样的结果，但是，NIST的研究人员认为，自己的研究结果比此前由荷兰代尔夫特理工大学发表的研究结果更具说服力。

克里斯特·沙尔姆

通过如上引用的事实可知，相对论以光作为信息的载体是完全没有必要的，至少不是唯一的选择。而由此可知由传统的光速不变原理建立起来的相对论就一文不值了。

可以假想一下，蝙蝠、用超声波作为获得信息的途径，没有视觉的动物各有不同的获得信息的方法，那么它们可不可以用超声波等建立相对论？相对论最突出的观点就是我们面临的时间和空间是相对的，那么这个相对的时间和空间，为什么一定要按光速来描述这一时空的变化？为什么不能用其它的波动来解释？其他波动的速度也是介质的电磁属性——由决定折射率的介电常数决定的介质的剪切模量决定的，同属电磁过程。

若改用其他传播信息的波来获得信息，那么，时间和空间的变换，就会有不同的数值，哪一种是正确的哪？其实，由我们前面推导的介质中的狭义相对论可知，在不同的介质中，光速是不一样的。从而对时间和空间的认识产生不相容的结果。这还可以理解，时间和空间是相对的（按相对论的观点）。但物体的质量和能量也因此具有了相对性，这就显然是不能为我们的常识所接受的了。

例如m= m₀/(1-n²β²)^1/2，同一粒子、物体在不同的介质中运动时，具有不同的质量，按相对论运动物体的能量与质量是一一对应的，同一粒子、物体的质量不同，就意味着能量是可变的具有了相对性。而且，按相对论能量满足：E=T+m₀c²/n²  ，也是变化的。这是不易于被人接受的。

一个小孩，手拿着一个质量是0.5kg的玩具，而在另一个相对于他以适当速度运动的观测者看来，这个小孩手拿着一吨的玩具在玩?!

您愿意接受这样的事实吗？

太夸张了吧？！

（未完待续）