走进后相对论时代（七十五）

    刘文旺

32、本不该出现的E=mc²

在狭义相对论中是通过功能原理推导出质能方程E=mc²，在这其中粒子的动量是狭义相对论形式：用P=mv/[1-(v/c)²)]^1/2。这就产生了一个问题，在广义相对论中，一个加速系统与一个引力场是等价的——等效原理。这样，在任何一个参考系中推粒子做功的加速过程，就意味着一个等效的引力场存在，这样，这个参考系就不再是一个惯性系了。狭义相对论只在惯性系中成立。因此，在推导E=mc²时，运动粒子的动量不能用P=mv/[1-(v/c)²)]^1/2。

而且，在广义相对论中，有引力场存在时光速不再是一个确定的数值，随引力场的增加而增加，这显然与狭义相对论的速度不变原理相违背，而使狭义相对论失去作用。还有，光速的变化也使得推导质能方程E=mc²时，积分区间的选定成了问题。因为这是一个与外加力场强度有关的数值。这样即使是积分出质能方程E=mc²，其中的c也不再是我们熟知的真空中的c值了。但在实验室中被验证的质能方程E=mc²，其中的光速值却对应于真空中的光速。

尤其是，物体运动速度不能达到光速，为什么积分区间包括C，不然得不到E=mc²。这怎么解释？

33、引力子与超光速运动

现有理论认为，引力子的运动速度等于光速。这就产生了一个问题，黑洞的引力场之强，光是无法逃脱出来的。那么，引力子是怎样出来并形成黑洞之外的引力场的？这是一个非常矛盾的事实。

完全一样地，人们已经观测到了引力波的存在，引力波的运动速度也等于光速，黑洞合并产生的引力波是怎样逃出黑洞的？

34、验证钟慢的实验再分析

在验证爱因斯坦相对论的有数的几个实验中，μ子的衰变被阐述相对论的书中被经常引用。在μ子静止的惯性系中，μ子的寿命是2.2×10^-6s，按照这一寿命计算出的μ子穿透的大气层的距离是约660m（按光速计算），而大气层的厚度约是100km，因此，他们根本就无法到达地表。但在我们的地表的实验室中却能见到它们的影子——地面宇宙射线μ子流高达500/（s·m²）。这一点被用来证明相对论的运动的时钟变慢的效应。

那就是当这些μ子以极高的速度运动时，寿命增加，因此有能力穿透大气层到达地表。实际上，μ子的产生可由π介子衰变产生：π^-=μ^-+ν^-_μ，也可由核反应产生：ν_μ+n=μ^-+p，而后者是可以在地球大气层的任意高度处进行，因此地表发现的μ子是不奇怪的。至少我们无法排除到达地面的μ子不包含后者。人们在大气层的闪电过程中就发现了聚变反应过程，并在这一过程中同时发现了伽马射线，这一过程必然伴有μ子的产生，因此，单从在地面发现了μ子不足以证明相对论的钟慢现象。

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宇宙射线

35、光行差现象

1925年，英国天文学家布拉特莱和莫利纽克斯在伦敦郊外架起望远镜观察恒星的视差，发现，天龙座γ星的星像轨迹在一年内描述出了一个椭圆。1727年布拉特莱又对视场内的其他恒星进行观测，结果相同。他百思不得其解，一次他在泰晤士河上乘船时发现，当船转向时船上的风向标的指向也发生了变化，船员给他的解释是，船运动方向的改变造成的。这使他茅塞顿开：恒星星像的轨迹在一年内描述出了一个椭圆，正是光的运动与地球的公转运动速度的叠加造成的。

美丽的泰晤士河

因此，光行差现象的存在，体现了光相对于运动的观察者的速度发生了变化，这体现了经典意义下的速度叠加原理对光速的描述。极其遗憾的是这一现象被认为是证明是证明相对论的实验。

这是什么事呀？！

36、质速关系与质能关系

按介质中的狭义相对论，在介质中超光速运动的产生切伦科夫辐射的粒子，其尺度的大小、质量的大小是复数值，这样的结果有物理意义吗，但为什么这个粒子还存在，并不断产生辐射？在其不断产生辐射的过程，其运动的速度逐渐减小辐射减弱。当其运动速度等于介质中的光速时，质量、空间尺度的性质发生了变化，不再是复数值。当运动速度等于介质中的光速时，质量、是一个发散的极大值，而空间尺度则是一个无穷小数值。这时应该产生两个效果：

（a）、这时其密度应该是大得发散（在物理学中发散是说该数值是无穷大，而没有物理意义）的数值，这时该粒子应该是一个黑洞。则应该吞噬掉环境中的所有粒子，从而其正在穿过的介质、实验器材包括实验者都会被吸入黑洞中而消失。然而这不是事实。

（b）、产生切伦科夫辐射的粒子，其质量大得发散，按动量守恒原则，其运动方向上与之发生碰撞的粒子，会被撞飞并在其前面也产生光辐射，也就是说在有高速运动的粒子产生切伦科夫辐射的过程中，在粒子的前面应该有另一种辐射产生，而此不是事实，我们只在粒子的后面见到辐射的发生，这是为什么？

     在我随后出版的书中会解释为什么运动粒子的质量会增加，而且，这一质量的变化发生的速度值不是任意的。因此，根本就不会在拥有不同折射率的介质中，在不同的速度值下按m= m₀/(1-n²β²)^1/2变化，这是不可能的。比如说，存在三种介质n₁、n_2、n₃，则我们会发现，把n₁、n_2、n₃，带入上式会发现，质量的变化是不同步的如下图所示：

同一粒子或物体，在不同的介质中以相同的速度运动会有不同的、质量变化这是不可能的。完全一样地把n₁、n_2、n₃，带入运动物体的能量表达式E=T+m₀c²/n²，我们又得到在不同的介质中以同样速度运动的粒子、物体的能量也是具有相对性的。这显然是不容易被人接受的。

37、介质中的时间、空间、质量与能量

由m=m^，/[1-（nv/c）²]^1/2可知，同一个粒子以同样的速度运动，其在真空与不同的介质中拥有不同的质量。质量的数值不但与其运动的速度有关，还与具体的介质的折射率有关。这显然是不可能的。尤其是，由上面公式可知，粒子的质量会以原速度的n²倍的速度进行的变化。这样当介质的折射率足够大时，粒子或物体可能在极小的速度下，比如3m/s时就开始进行非线性的变化。这可能吗的？潜水艇在水中的运动速度远大于这个数值，并没有发现其质量的变化给下潜与上浮等运动带来不便。

     爱因斯坦的相对论，通常被认为是一个宏观高速的理论，其相对论效应在极高的速度下才显现出来。但从介质中的狭义相对论来看，这一高速的限制被取消了。

如m=m₀/(1-n²β²)^1/2我们看出，粒子质量的变化在不同的介质中有不同的变化曲线，这一点我们在后面还会进行分析。现在要说的是，若介质中的折射率很大，则可能是粒子的运动速度在数米每秒的速度下发生快速的增加。如n=10⁸代入上式得：m=m₀/(1-n²β²)^1/2= m₀/[1-10¹⁶（v²/9×10¹⁶)²]^1/2= m₀/[1-（v²/9)²]^1/2，即m= m₀/[1-（v²/9)²]^1/2。则在v=2m/s时，m₀/[1-（4/9)²]^1/2=m₀/[74/81]^1/2，质量已经发生较明显的变化，而当v=3m/s时，则m=∞。这与我们熟知的常识是不相容的。我们是无论如何也不能接受这样的事实的。因为这正是我们通常意义下在大街上散步的速度。这时我们的质量并没有发生明显的变化，更没有达到无穷的地步，不然我们还能动吗？！完全一样地，而把这一现象代入t₂-t₁=（t₂-t₁）(1-n²β²)^1/2；物体的长度的变化满足：l=l₀(1-n²β²)^1/2 就会发现，则会发现钟慢尺缩现象在极地的速度下就会出现，这明显地与我们的生活常识相矛盾。从E=T+m₀c²/n²中，更具有讽刺意味的是，当n很大时，m₀c²/n²=0则有E=T，粒子、物体拥有的静能量消失了，这与核能的利用相矛盾。这时，运动物体的动能公式，又回到了经典意义下的动能形式。完全不具有了相对论效应。即对于能量而言相对论效应消失。恰恰相反的是，这时的时间与空间的相对论效应却异常大。

由E=T+m₀c²/n²可知，一对正反粒子在真空及不同的介质中发生湮灭反应时，会因为折射率n的不同，而拥有不同的能量释放出来？这就违背了能量守恒的问题，是不能接受的。尤其是当n很大时，发生湮灭反应会释放出很小的能量。

     粒子、物体拥有静能量，但这种静能量不是由相对论公式所描述的。

     在这里我们再一次看到，相对论没有解决问题，但是却为我们发现了一些新的问题。这可能是爱因斯坦的狭义相对论为我们作出的贡献吧。

（未完待续）