百年相对论（十五）

作者：刘文旺

相对论不但与经典力学存在不可调和的矛盾，同最成功、最完善的建立在实验基础上的电磁学也充满矛盾。在建立相对论之初，就存在是尊重经典力学改变电磁理论，还是尊重电磁理论改变传统的时空观。爱因斯坦选择了后者，但是在下面对分析中，我们会看到，他的相对论与传统的电磁理论是不相容的。

二、相对论与传统电学的矛盾

1、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、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

                                电压表

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2014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。

3、高速运动的烦恼

现在，我们中国已经是世界第二大经济体了，其他的方面我不懂，但我是一酷爱和平的军事迷。非常关心我国军事动态。由于经济的发展，使我国成为继美国之后有实力同时研发两种5代机的国家（最近听说第六代机的研发也已经开始了），我国的歼—20与歼—31同时试飞成功。5代机除可以超音速巡航、超视距攻击、超机动性外主要是隐形。就是你的雷达波见到我的影像很小，在很近的距离下你仍不容易发现我。这样，我就可以先敌发现、先敌攻击，打残了你后我回家喝啤酒。

但这也产生一个问题，那就是若我们以极高的速度运动，敌方的雷达发出辐射的频率会发生变化——多普勒紫移，这样会产生两个明显的问题：首先，我飞机的隐形涂料要随运动速度的变化而变化。因为我的隐形涂料是不吸收雷达波的，在不同的速度下敌方雷达波有不同的频率变化，这样我的涂料的隐身作用就会降低；另一方面，由于辐射的功率随频率的增加而增加，因此，随频率的增加，地方的雷达的辐射功率也会增强，这样就会使我的隐身效果会大打折扣。

这是令人不安的，不过还好，由于在飞机运动的速度范围内，光子的多普勒效应并不十分明显。

但这同时也产生一个问题，我们假设敌方雷达波的频率是10⁸赫兹，辐射的功率是10⁸瓦特。而当我们的飞机以极高的速度向敌方运动时，由于观测到的雷达波频率的紫移，频率增加，由电磁理论可知敌人的雷达的辐射功率会同步增加。这可能吗？多出来的能量从哪来？比如我们假设，在某一空域低速时飞机接收到的雷达波的光子的频率是10⁹赫兹，单位时间收到的辐射的光子数是一亿个，在同一空域，当我高速飞行时，飞机接收到的雷达波的光子的频率可能是10¹⁰赫兹，而单位时间受到的辐射的光子数仍是一亿个（因为我的接受面积没有变化）。这样，我实际接收到的雷达辐射功率增加了。而这一现象无论我从哪个角度进攻没有关系。因此，这时我们不得不相信敌方的雷达的辐射功率增加了。而且这种变化还具有明显的智能性。只要我们向敌运动，它的辐射功率就增加，而且我们的运动速度越大，它的辐射功率越强；而当我们向回运动时，它的辐射功率就减少，而且我们的离开他们的速度越大，它的辐射功率越小，非常节约能量。而且这种变化随我的运动状态的变化而同步变化。

会是这样吗？

这一过程中能量守恒吗！

可能只有爱因斯坦本人相信！！

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