相对论悖论（中）

2018年06月13日   维加斯新闻报
刘文旺

       三、相对论与传统光学的矛盾

       1、光学实验与相对论的时空变化

      （1）在一个相对于地面运动的惯性系S/内，作光子的双缝干涉实验，测得的光子的波长为λ，而在另一个相对于地面静止不动的惯性系内看着同一实验过程会发现，由于两狭缝间的距离处于与运动惯性系的运动方向垂直的方向上，因此其拥有的长度是一个不变量，由形成明条纹的条件为x=±kDλ/2a (k=1、2、3、---)可知，由于其中的d、λ都是运动变化量即有d/=d(1-(v /c)2)1/2，λ/=λ(1-(v/c)2)1/2，而x与a是不变的，因此，静止在地面上的观测著看来，干涉现象产生的明条纹的位置应相应变小，但实验结果决不会因为有运动的惯性系的存在而发生任何变化。衍射现象亦然。这些现像是相对论所不能解释的。

       假设在一个静止的实验室中做光学实验，实验器材的小孔或狭缝的尺度相对于入射光子的波长来说较大，不能发生明显的干、衍射实验。实验结果是在屏上找不到明暗相间的干衍射条纹，但在一个与运动方向垂直的观测者来说，当其以适当的速度运动时，由于运动方向与光的传播方向垂直，因此光的波长不变（横向多普勒效应很小），但小孔或狭缝的大小会变短，所以应该能发生干衍射现象而能见到明暗相间的干衍射条纹。这个矛盾怎样解决？

       相对论与干、衍射理论不相容。

      （2）三角函数与折射率

       在地面上的坐标系内做光的折射实验，如上图所示，在光线的射出方向做一个直角三角形。两个直角边分别长a、b折射角为θ假定其数值是300其正切为tgθ=b/a。

       现假设有一个观测者沿入射光的方向运动，他会发现，由于相对论效应的存在，使得a边变短了带入三角函数公式tgθ=b/a[1-（v/c）2]1 /2会发现，这个折射角的数值应该变大。也就是说，介质的折射率增加了。但由于量角仪显示的角仍是300是不会变化的。

       介质的折射率变了没有？

       这个观测者怎样解释这一现象？

       2、光子间的相对运动

       由相对论的速度叠加原理可知，一个光子相对于另一个光子的运动速度也是光速。这就产生一个问题，在一束光中含有大量的光子，若每一个光子相对于另一个光子的运动速度仍是光速，我们为什么没有见到这些光子彼此分开？

       还有，在托马斯•杨的双缝干涉试验中要求两个光子同一时间到达光屏的同一点叠加而产生明暗条纹，若真的有两个光子同时到达屏上，则由于一个光子相对于另一个光子的运动速度是光速，则不会发生叠加。但是。这个实验已有无数人做了二百多年。

       不用爱因斯坦追光子，相干光子间必须拥有位相一定的确定波形，彼此观看对方的运动图像，只能是不变的同步震荡的电磁场，不然就不会产生明暗条纹了。

       四、相对论与传统电学的矛盾

       1、光电效应悖论

       一个实验者在地面上做光电效应实验，

       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;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。

       这怎么解释？ ！

       2、欧姆定律与电阻率

       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？ ！ ！

       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。假设连接好电路后，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？

       五、相对论与量子理论的矛盾

       1、多普勒效应与能级跃迁

       量子力学告诉我们不同的元素能发出不同颜色的光，这种光的颜色与相应的元素的对应关系称为这种元素的特征光谱。这就产生一个问题，在一个实验者的实验室内某种颜色的光不能被某一原子吸收时，一个相对于这个实验者运动的观测者认为，当其以一定的速度运动时，光子会发生多普勒效应而使其能量发生变化，从而达到这一元素的特征光谱，应该使原子吸收光子而实现能级跃迁，而事实是这一原子没有吸收这一光子而发生能级跃迁，光子逃逸掉了。两者的矛盾如何解释？当然，也有相反的过程发生，即在一个环境中的一个原子吸收了一个光子而发生了能级跃迁，但在另一个运动的观测者看来，由于光子会发生多普勒效应，而能量发生红移或紫移而不应该发生吸收现象，而应该散射掉。相对论如何解释这一矛盾的过程。

       2、时空变化与隧道效应

       在量子力学中有一种隧道效应，说的是当粒子的能量小于势垒的能量时，这个粒子也具有一定的机率穿过势垒。在超导现像中人们在两片金属板之间加一绝缘板构成的结构称为隧道结——厚度约10-9m。这时会有电子通过绝缘体，若在两端加上电压，就会形成电流——隧道电流。

       我们可以做一个任意厚度的隧道结——假设是L=1m把这一隧道结连入电路。

       当实验者相对于这一电路静止时，会发现电流表的示数为零，这是因为这一隧道结的厚度太大了，是能产生隧道电流的应有厚度的109倍。现在，这一观测者开始以极高的速度相对于这一装置运动。由于相对论效应，这时，该隧道结的厚度明显变小L‘=L(1-β²) 1/2。当运动速度达到某一数值时，L’<10-9m，这时隧道结的厚度满足隧道效应的产生条件，该实验者认为能见到隧道电流的产生。但是，我们知道电流表的示数是不会发生变化的，即电流表的示数仍然是零。这个观测者会产生疑惑吗？

       3、引力波风波

       2016年6月16日凌晨，LIGO合作组宣布：2015年12月26日03:38:53，位于美国汉福德区和路易斯安那州的利文斯顿的两台引力波探测器几乎同时探测到了一个引力波信号；这是继LIGO2015年9月14日探测到首个引力波信号之后，人类探测到的第二个引力波信号。

       这一消息震惊了科学界，理论物理学家们认为这证明了广义相对论的正确性，实验物理学家们认为，证明广义相对论的最后一块基石（另外的有光线弯曲、水星进动、微波背景辐射等已先后找到）已经找到。

       其实，让一个观测者相对于这个引力波探测器的两条长臂的方向运动，这时若真的存在钟慢尺缩现象，则在这个运动的观测者看来，引力波的长臂在其运动的方向上发生了收缩，则应该发生干涉条纹的变化。

       事实上，世界上运动的物体多了，而引力波并没有因此而产生干涉条纹的移动。也没有令人信服地发现引力波的存在。

       4、量子力学与狭义相对论的冲突

       按照狭义相对论的质能关系可知，能量与质量一一对应。因此，在原子吸收光子而发生能级跃迁的过程中，一方面，由于原子吸收了光子而使其能量增加：E=hν，因此，它拥有的整体质量应该增加，增加量为：Δm=hν /c2，但是，另一方面，由量子力学的知识可知，原子吸收光子后轨道电子发生能级上迁，运动速度减小。再由狭义相对论的质速关系：可知m=m0/[（1-（v/c））]1/2可知，轨道电子由于运动速度减小而质量减小。而原子核的质量没有变化。因此，原子的总质量应该减小。这就产生了不可调和的矛盾。都是应用狭义相对论的知识，在量子力学中却出现了不可调和的矛盾。

       六、相对论自身的矛盾

       1、运动尺缩与超视距效应

       在某一时刻，地球上两个观测者以接近光速运动，一个朝向太阳，一个背离太阳。由钟慢尺缩可知，此时两者都距离太阳很近。此时他们能看见太阳细节吗，能感觉到太阳的炎热吗？

       背离太阳方向的运动，反而更接近太阳？

       2、空间变化与黑洞

       由相对论理论可知在运动的观测者看来，任何物体都是“黑洞”，但“黑洞”又不黑——奇异的旅行。

       假定静止在地面上的任一物体其质量为m，其体积为V的长方体，则其具有的密度为ρ=m/V而对于从其旁边运动的惯性系上的观测者来说则有:m/=m/[1-(v/c)2]1/2 ; V/=V[1-(v/c)2]1/2

       ρ/= m//V= m/[1-(v/c)2]1/2/ V[1-(v/c)2]1/2= （m/V）[1-(v/c)2] =ρ/[1-(v/c)2]

       因此，对于地面上的任一物体，对于一个运动速度足够大的观测者来说，其拥有的密度可以达到任意可能的数值，这当然可以达到形成“黑洞”所需要的密度值。由黑洞的形成条件：史瓦西半径

       可知，任一物体在一个速度足够大的观测者看来，其空间尺度都能因为运动卷缩到小于史瓦西半径而成为黑洞；另一方面，由于光谱的多普勒效应可知，当我们向其运动时，还会发现其发出的光谱的频率增加，再由λmT=σ可知，其温度升高，亮度增加。这不是矛盾吗？

       它是越来越黑变成黑洞哪？还是越来越亮哪？

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