走进后相对论时代（七十三）

    刘文旺

19、带电运动与等效原理

让等质量但带有不同电荷量的粒子/物体在引力场中自由下落，会发现它们拥有不同的自由落体加速度，电荷量大的，自由落体加速度小，电荷量小的，自由落体加速度大。这有两个意义，一方面，否定了拥有相同质量的粒子/物体在引力场中具有相同的自由落体加速度的观点；另一方面也否定了广义相对论得以建立的引力质量等于惯性质量的假设。从而使广义相对论成为没有根基的空中楼阁。

实验：让两个质量相等的小球一个是中性的一个是带电的，在重力场中自由下落，会发现他们拥有不同的自由落体加速度。含有电荷的自由落体加速度小。且随所带的电荷数的增加而逐渐减小。

20、静质量与动质量

另外，这里还有一个概念上的问题需要澄清。什么是静止质量？什么是运动质量？光子不含有静止质量，我们熟知粒子、物体具有的质量是静止质量，那么我们运动起来后的质量是什么？它是不是运动质量，与光子的运动质量有什么区别？为什么粒子、物体的质量随运动的速度变化而变化，而光子的质量与运动速度无关——如在不同折射率的介质中光子拥有不同的运动速度，但其拥有的质量、能量都不发生变化，这是为什么？在同一波包中同步运动的光子看来，彼此间处于静止状态，这时光子的质量算不算静止质量？尤其是这时光子之间并不存在数值是光速的相对运动，这直接与狭义相对论的速度叠加原理相矛盾。

这里的静质量与动质量的物理含义是什么？区别何在？！

按照相对论的速度叠加公式，光子相对于光子以光速运动。这不是事实。不然我们见到的太阳光就会一个一个地传来，使我们见到真正的七色光。

这是事实吗？

21、s系与s^'系之间的等价性

在相对论里s系与s^'系之间是等价的，s系中的观测者认为由于s^'系是运动的，则其中的粒子/物体的惯性质量会增加，同样，由运动的相对性s^'系中的观测者同样有权认为，s系中的粒子/物体的惯性质量增加了——一对刚刚产生的正反粒子对，在以自己为参照物的情况下，会认为对方质量大——质量双胞怪论，谁的质量真的变大了？！

但这在我们身边从来没有发生这样的过程。我们在做牛顿实验时，同一作用力拉同一物体所得到的加速度，不可能由于因环境中有s^'系的运动而发生变化。而且弹簧秤的读数也是不变的。因此，出现在相对论中的粒子/物体运动时惯性质量的变化，只是一种观测引起的视在变化，即是一种观测效应，而不是真的变化了。与在回旋加速器中观测到的质量的变化不是一回事，相对论只是碰巧显示了这一问题的存在。

而且相对论没有给出质量变化的解释。

22、质速关系与库仑相互作用

如上图所示，改变极板间电场强度，使处于其中的荷电小球处于静止状态，即满足：Eq=mg，然后让该荷电小球极其电磁场环境不发生变化，让一个观测者相对于这一电荷以能使小球的质量发生明显变化的速度沿垂直于重力场的方向运动，按相对论，这时他应该认为粒子有下降运动，因为按相对论，运动粒子惯性质量增加后，由于惯性质量等于引力质量，因此这时小球的重量会增加为原来的1/（1-β²）^1/2倍，而电荷又是一个运动不变量，因此这时会出现Eq，因此，应出现小球向下运动的现象。这就会与我们的见到的小球仍然处于静止状态相矛盾，怎么解释这一矛盾？

而当这个观测者沿重力场的方向运动时，会发现两个金属板之间的距离变短满足d^‘=d（1-β²）^1/2，在实验电源电压U不变的情况下（可由电压表的读数表示这一现象的存在）电荷中的电场强度会增加，由E=U/d可知，这时电荷面临的电场的强度是：E^’=U/d^’=U/d（1-β²）^1/2=E/（1-β²）^1/2，这时电荷受到的作用力是F^‘= E^’q=Eq/（1-β²）^1/2，而由于运动的质量的增加粒子的重力也同步变大为：G^‘= m^‘g= mg/（1-β²）^1/2

因此，仍有F^‘=G^‘，也就是说，处于上述实验器材中的小球仍处于平衡状态。

当这一观测者沿与重力场的方向有一个夹角时，会发现，在同样的运动速度下，夹角不同会产生不同的结果。于是，物理现象会随这一夹角有关。

这个观测者怎样解释这些矛盾的现象？

产生这一矛盾的根源在于，在相对论中质量的变化与运动方向无关而物体的尺度的变化时与选择的方向有关的。其实，质量的变化也是在运动的方向上推导出来的，严格意义上讲也应具有与运动的方向存在相对应的关系，只是在试验中发现的质量的变化与运动的方向无关，这体现了在实验中的回旋加速器中见到的质量变化，与相对论中出现的质量随运动速度的变化不是一回事。

23、介质中的小实验

在前面我们建立了《介质中的狭义相对论》，我们可在介质中作一系列实验来否定相对论的正确性。比如在介质中加速粒子，会发现由于介质中的光速是C/n，当n很大时，由m=m/(1-n²β²)^1/2可知，处于真空下粒子的“惯性质量”还没有发生明显变化的数值时，粒子的质量应该已经发生明显变化了。但实验事实是粒子的质量并不按m=m/(1-n²β²)^1/2变化、在介质中做麦克尔逊---莫雷实验，会发现介质中的光速与地球相对于太阳的运动也是无关的、在介质中做测粒子物质波波长的实验，会发现并不满足λ=h/ mv/(1-n²β²)^1/2、在介质中正反粒子湮灭释放出的能量不因c=c/n的变化而变化。由我们对粒子/物体的惯性的解释可知，由于电场远大于引力场，因此，中性粒子惯性的变化一定滞后于荷电粒子的惯性的变化。由于中性粒子的运动速度不易于达到很高的数值。我们只能从实验精度上做文章了。用高能粒子撞击中子，使之以不同的速度运动，由碰撞中的动量守恒确定中子的质量，看其是否按m=m/(1-β²)^1/2的发生变化。得到的实验结果应该是：中子质量的变化曲线不同于1/(1-β²)^1/2曲线。

24、运动的绝对性

由切仑科夫辐射可以证明物质运动具有绝对性,高速运动的荷电粒子在介质中运动时若有v≥c/n，则粒子会因切仑科夫辐射而产生光子。现在我们让荷电粒子静止，而让相应的介质以v≥c/n的速度运动，观察是否发生切仑科夫辐射。直觉告诉我们不会的，因为产生的光子的能量从何而来？从这一点很明显地看出运动与静止是有区别的，具有绝对性的。而这也使我们不得不思考，物体静止而观测者相对于其运动，则这时该物体的惯性质量是否会变化。

相对论有问题吗？

关于运动与静止的绝对性、绝对静止的参照系的存在，后面有详细的阐述。这里先不给出。

25、势能最小原理与天体的形状

物理学告诉我们，一个在自身引力作用下形成的天体，在相互作用势能最小的原则下其形状呈球形。这也是我们天文观侧的事实——宇宙中的天体基本上是球形的。但是任一个以高速运动的观测者会发现，天体的尺度会在运动的方向上收缩，这样，所有的天体都是椭球形。这样的观测结果应该怎样解释？

势能最小状态是椭球体？！

26、反射现象中的矛盾

在一个容器中，放着某一温度的气体，在其右面放置一个反射镜，把其右侧产生的辐射反射到左边来。由我们的常识可知，从其左边发出的光与从其右边发出的光是一样的。一个观测者从其右边向其高速运动。在这个观测者看来，这一气体高速向其运动，则其右边发出的光应该发生多普勒紫移，而其左边发出的光应该发生多普勒红移。因此，其见到的该气体面向其一侧发出的光与反射镜反射出来的光不同。但另一方面，我们知道，该气体的左右发出的光是一样的，镜反射后不会发生频率的变化。在观测者看来，应该发生同样的多普勒紫移。这个矛盾应该怎样解释？

27、相对论多普勒效应

在相对论中，由于光子相对于一切观测者拥有不变的运动速度，而且，光子频率的变化不满足经典意义下的多普勒效应公式。因此，光子的多普勒效应,只能用运动的时间的变化来计算，当光源以速度v相对于观测者迎面而来时，有ν₁=ν[（1+v/c）/（1-v/c）]^1/2（1）；当光源以速度v相对于观测者相背而去时有ν₂=ν[（1-v/c）/（1+v/c）]^1/2（2）、原子的发光实际上是原子中运动的电子发光，而原子中轨道电子的运动速度，有的可接近光速的1/3 ，在原子发光时电子相对于我们而来,把v=c/3代入（1）式得：ν₁=1.414ν；而在原子吸收光子时，原子中的电子相对于我们而去，把v=c/3代入（2）式得：ν₂=0.707ν，通过如上的简单计算可知，如果相对论的多普勒效应公式是成立的，且量子理论也是成立的，则上面简单的计算可得，我们得到的光子能量应是原子实际发出的光子能量的约1.414倍，而当原子吸收光子而实现量子跃迁时，由于多普勒效应的存在，原子中的电子实际得到的光子的能量等于入射光子能量的约0.707倍，这样，同一原子的吸收光谱应明显不同于其发射光谱。而此不是事实。我们知道，对于确定的原子，吸收光谱与发射光谱准确地重叠在光谱线的同一位置处。当然在上面的计算中还没有考虑，运动电子质量的变化，若考虑进去误差会更大。

在这里的分析是说，相对论的质速关系错了、相对论理论本身错了。在解决运动粒子/物体的“质量”的变化上，爱因斯坦的质速关系没有解决一个问题，而只是提出了一个问题，那就是运动粒子/物体的“惯性”是变化的。只是没有给出经得起推敲的解释。

（未完待续）