第十一章  “钟慢效应”已被证实了吗？

其实，我们不能一味迷信教科书！

§11.1 “宇宙线μ子寿命的测量实验”，是“钟慢效应”的铁证吗？

宇宙线μ子寿命的测量实验，被许多教科书优选为“钟慢效应”的铁证！ （如北大赵凯华教授主编的《力学》、北师大漆安慎教授主编的《力学》、复旦郑永令教授主编的《力学》、A.P.弗伦奇编写的美国麻州理工学院的教材《狭义相对论》等等）

在美国，该实验还被摄制成科教电影，言之凿凿地说该实验清楚表明飞行μ子的寿命因其高速飞行而延长了。^[12]  

但是很遗憾，这个结论是经不起推敲的——

来自高空的宇宙线，轰击地球大气会产生大量的μ子，这些μ子具有很宽的能量范围，飞行速度有大有小，高能量μ子的速度非常接近光速c，可大于0.9954 c。^[12]

（静止μ子的半衰期约为2.2×10^-6秒。^[13] ）

1963年在美国新罕布什尔州海拔1910米的华盛顿山的山顶，D.H.Frisch和J.H.Smith用一种闪烁器检测铅直向下的μ子的数目，（这种闪烁器只能检测到速度在0.9950～0.9954c之间的μ子），结果检测到了每小时平均有563±10个；然后下到离海平面3米处，用同样的闪烁器检测μ子的数目，结果检测到了每小时平均有408±9个。^[12]

根据半衰期计算，经过了1907米的飞行时间，在海平面附近能被检测到的μ子的数目应该不到35个，而实际测量却有408个。教科书言之凿凿地告诉我们：这正是“钟慢效应”导致了高速飞行μ子的寿命延长了。^[12]

笔者认为这个结论过于牵强附会。因为在山顶上被检测到的563个μ子，并不是山顶上的全部μ子，而仅仅是速度在0.9950～0.9954c且进入了闪烁器的那一部分μ子。

但海平面检测到的408个μ子，则可能由“三部分”组成： 第一部分是山顶上能被检测到的那些μ子衰变后存活下来的； 第二部分是山顶上速度大于0.9954c的μ子，尽管不能在山顶上被检测到，但它们在向下运动的过程中，因种种原因可能会耗散一些能量，以致到达海平面时，速度会降到0.9950～0.9954c之间，就可能被检测到； 第三部分是在山顶之下，宇宙线轰击大气而“新产生”的μ子。

所以，用这408个μ子来推算那563个μ子的寿命，显然是太牵强附会了！  （ 有趋炎附势的嫌疑！ ）

有人反诘，即使能否定这个实验，那又能怎样？另有许多实验同样能证实“钟慢效应”！

殊不知，“宇宙线μ子寿命的测量实验”，是被众多教科书优选出来用以证实“钟慢效应”的“铁证”，否定了这个实验，足以动摇一下对教科书的“迷信”！

幸运的是，我们可以采用一种“两次对钟法”，来彻底否定“钟慢效应”！  如此，我们就不必对其他那些所谓的“能证实‘钟慢效应’的实验”，逐个进行否定了！

参考文献：

[12] A.P.弗伦奇，狭义相对论[M]，人民教育出版社，张大卫译，1979：102～109

[13] 漆安慎、杜婵英，力学[M]，第三版，高等教育出版社，2012：430