|
一、相對論的由來
在測量光速的實驗中，菲索測量了流動的水中的光速，發現流動的水中的光速與水流動的方向有關。這被當時的人們認為是運動的水對乙太有部分拖曳作用。後來，M-M測量了真空中的光速，發現沒有任何物質的真空卻能100%拖曳乙太。
為了解釋光速與地球的運動無關性，荷蘭科學家洛倫茲推導出了洛倫茲變換。這也是在相對論中的時空變化被稱為洛倫茲變換而不是愛因斯坦變換的又來。並且洛倫茲本人此時就提出了運動物體的時間與空間具有可變性的觀點。這些觀點，我們一般認為是愛因斯坦提出來的，其實不然。後來，愛因斯坦以光速不變為前提（而不是解釋光速不變），加上相對性原理在1905年推導出了我們熟知的狹義相對論。後來，在狹義相對論的基礎上，利用黎曼幾何在1915-1916年間建立了廣義相對論。
另外，一方面，我們知道任何介質都擁有不變的折射率；另一方面，這些介質也在隨地球的自傳而運動著。因此，介質的折射率也與地球的運動無關，因此，介質中的光速也具有不變性。像真空中光速不變違背伽利略速度疊加原理一樣，介質中的光速不變同樣違背伽利略的速度疊加原理。同樣需要解釋。
二、狹義相對論
1、介質中的狹義相對論
基本事實：a、電磁理論等同地適用於真空與介質中，真空中具有光速不變性，介質中也應該具有光速不變性；b、有初中學歷的人就知道，介質都擁有確定的折射率和不變的光速，而被我們忽略的事實是：這些介質也在隨地球的自轉、公轉而運動著，因此，介質中的光速也具有不變性。
把狹義相對論應用在介質（水中）中解釋了菲索實驗，可見，狹義相對論的思想是適用於介質中的。我們把相對性原理明確用於介質中，結合介質中的光速不變現象，建立起了介質中的狹義相對論。
介質中的狹義相對論
（一）、兩個基本假設：
Ⅰ、光速在任一種介質中相對於慣性系擁有不變的數值。
Ⅱ、物理規律在一切慣性系中擁有同一種形式。
（二）、基本內容
設介質的折射率為n，s′系為在S中作勻速運動的封閉坐標系，則由廣義光速不變原理可知，光在s系及s′系中運動速度都是c/n，如圖所示：
x=ax′+bt′ ⑴
x′=ax-bt ⑵
在s系中考查s′系的原點o′的運動由②得dx/dt=b/a。
假定s′系相對於s系以不變地速度v向右運動則有dx/dt=v =>b/a=v
由於s與s度′系中物質的折射率相同，所以從s系進入到s′系的光子其運動速不變；從s′系中的光子進入到s系時，其運動速度不變，所以有：
x=ct/n、xˊ=ctˊ/n
x=cˊt=ct/n=a(xˊ+btˊ/a)=a(xˊ+vtˊ)
=a(ctˊ/n+vtˊ)=a(c/n+v)tˊ
xˊ=ctˊ/n=a(x-bt/a)=a(x-vt)=a(ct/n-vt)=a(c/n-v)t
即ctˊ/n=a(c/n-v)t ⑶
ct/n=a(c/n+v)tˊ ⑷
由⑶得：tˊ=[na(c/n-v)t]/c=a(c-nv)t/c代入⑷得
ct/n=a(c/n+v)[na(c/n-v)t]/c=na²[(c/n)²-v²]t/c
c²=a²n²[(c/n)²-v²]
a=c/n[(c/n)²-v²]1/2=1/(1-n²v²/c²)1/2 =1/(1-n²β²)1/2
b=av=v/(1-n²β²)1/2
∴x=(xˊ+vtˊ)/(1-n²β²)1/2 ⑸
xˊ=(x-vt)/(1-n²β²)1/2 ⑹
由⑥得：
xˊ(1-n²β²)1/2=x-vt=[(xˊ+vtˊ)/(1-n²β²)1/2]-vt
∴vt=[xˊ+vtˊ-(xˊ- n²β² xˊ)]/(1-n²β²)1/2
=[xˊ+vtˊ- xˊ+(n²v ²xˊ/c²)]/(1-n²β²)1/2
∴t=[ tˊ+(n²v xˊ/c²)]/(1-n²β²)1/2 ⑺
同理由⑤得：
x(1-n²β²)1/2=xˊ+vtˊ=(x-vt)/(1-n²β²)1/2+vtˊ
∴vtˊ=[x-n²β²x-x+vt]/(1-n²β²)1/2
=[vt- n²β²x]/(1-n²β²)1/2
∴tˊ=[t-n²vx/c²]/(1-n²β²)1/2 ⑻
如上⑸⑹⑺⑻為兩座標之間的時空換算關係——廣義洛倫茲變化：
xˊ=(x-vt)/(1-n²β²)1/2
y、=y
z、=z
tˊ=[t-n²vx/c²]/(1-n²β²)1/2
1、同時性的相對性（Ⅰ）
由⑺得：
t2-t1=t2ˊ+n²v x2ˊ/c2-（t1ˊ+n²v x1ˊ/c2）/(1-n²β²)1/2
=[（t2ˊ-t1ˊ）+n²v（x2ˊ-x1ˊ）/c2]/(1-n²β²)1/2
由上式可看出在s′系中為同時的兩個事件t2ˊ=t1ˊ而在s系中不是同時的既有時間差：
Δt=t2-t1= n²v（x2ˊ-x1ˊ）/c2/(1-n²β²)1/2 ⑼
該差值由s′系的運動速度v及介質折射率決定及x2ˊ-x1ˊ決定。由上式可知，只有x2ˊ=x1ˊ才會出現在s與s′系都認為是同時的事件
2、運動的時中推遲——鐘慢現象（Ⅰ）
在s′系中的某一位置放一個時鐘，現觀察其走時的大小
t2-t1=[（t2ˊ-t1ˊ）+n²v（x2ˊ-x1ˊ）/c2]/(1-n²β²)1/2
=（t2ˊ-t1ˊ）/(1-n²β²)1/2
∴t2ˊ-t1ˊ=（t2-t1）(1-n²β²)1/2 ⑽
由上式可知處於運動態的時鐘走時小於靜止於s系中的時鐘，差值由介質折射率n及s′系相對於s系的運動速度決定。
3、動體長度在運動方向上的收縮（Ⅰ）
xbˊ- xaˊ=(xb- vta)/(1-n²β²)1/2-(xa- vtb)/(1-n²β²)1/2
=[(xb-xa)+v(ta-tb)]/ (1-n²β²)1/2
由於ta=tb
xbˊ-xaˊ=(xb-xa)/ (1-n²β²)1/2
其中xbˊ-xaˊ為靜止於s系中的物長，xb-xa為s系中測得的物長。令xbˊ-xaˊ=l0則s系中測得的物長l為：
l=xb-xa=(xbˊ-xaˊ)/(1-n²β²)1/2=l0(1-n²β²)1/2
即l=l0(1-n²β²)1/2 ⑾
由⑾式可知運動物體的長度在運動方向變短了。
以上的分析與通常的相對論結論完全類似，只是由於n值的引入而有些不同，當n=1即進入真空態時完全過渡到Einstein的狹義相對論理論。
上述分析，其時總是站在s系的角度看問題，結果就⑼⑽⑾三式而言，還有相反的形式現繼續分析如下。
4、同時性得相對性（Ⅱ）
若站在s′系的角度分析同時性的相對性，則由完全類似的推導有：
t2ˊ-t1ˊ
=(t2-n²vx2/c2)/(1-n²β²)1/2-(t1-n²vx1/c2)/(1-n²β²)1/2
=(t2-t1)+(x1-x2)n2v/c2/(1-n²β²)1/2
由上式可知在s系中為同時得兩個事件(t2=t1)，在s′系內不是同時的，差值為
t2ˊ-t1ˊ=(x1-x2)n2v/c2/(1-n²β²)1/2 ⑿
該差值由s′運動速度及介質折射率n及在s系中兩地相距大小決定。x1-x2=0時，s與s′才有共同的同時性概念。
5、運動的時間推遲——鐘慢現象（Ⅱ）
在s系中放一個時鐘，現在s′系中觀察其走時大小：
t2ˊ-t1ˊ=(t2-t1)+(x1-x2)n2v/c2/(1-n²β²)1/2
由於x1=x2
t2ˊ-t1ˊ=(t2-t1)/ (1-n²β²)1/2 ⒀
由上式可知t2ˊ-t1ˊ>t2-t1即在s′系看s系中的時鐘走得變慢了，且比例一樣。由s′系的運動速度v及介質折射率n決定，比較⑽與⒀兩式可知，鐘慢現象是相對的，即s系中的觀察者認為s′系中的時鐘變慢；而s′系中的觀察者認為s系中的時鐘變慢了，且比例一樣。
那末究竟是誰變慢了，這裡沒有絕對的誰的時鐘變慢了，有的只是由於觀察者不同引起的，由於採用光信號測量手段引起的彼此等價的相對的時鐘變慢，由此也解決了雙胞胎怪論的現象。因為，在相對論中，運動具有相對性。
6、動體長度在運動方向的收縮（Ⅱ）
參見圖2，完全類似地有：
xb-xa=(xbˊ+vtbˊ)/(1-n²β²)1/2-(xaˊ+vtaˊ)/(1-n²β²)1/2
=(xbˊ-xaˊ)+v(tbˊ-taˊ)/(1-n²β²)1/2
由於此測量是在s系內同時進行的，所以tbˊ-taˊ=0
xb-xa=(xbˊ-xaˊ)/(1-n²β²)1/2
l=l0(1-n²β²)1/2 ⒁
即s′系中的觀測者同樣發現s系中的動體在運動方向的收縮，且比例一樣。
由上面的分析不難看出，鐘慢尺縮現象及同時性的相對性完全是相對的，沒有一個參照系是特殊的。這是由觀測引起的，每一個參照系內的觀測者的觀測結果，是完全等價的。同時也只有這樣的結論才符合Einstein的相對性原理，不然，通過鐘慢尺縮現象就能發現參照系之間的區別，從而使不同參照系之間變得不完全等價了。
7、運動速度的和成（s與s′系中速度的變換式）
由⑸式得：dx=(dxˊ+vdtˊ)/(1-n²β²)1/2
由⑹式得：dt=(dtˊ+n²vdxˊ/c²)/(1-n²β²)1/2
令ux=dx/dt
=[(dxˊ+vdtˊ)/(1-n²β²)1/2]/[(dtˊ+n²vdxˊ/c²)/(1-n²β²)1/2]
=(dxˊ+vdtˊ)/(dtˊ+n²vdxˊ/c²)
=(uxˊ+v)/(1+ n²vuxˊ/c²) ⒂
同理uxˊ=(ux-v)/(1-n²vux/c²) ⒃
由於在yz兩軸上物體沒有運動所以y=yˊ,z=zˊ
dy=dyˊ,
dz=dzˊ
uy=dy/dt=dyˊ/(dtˊ+n²vdxˊ/c²)/(1-n²β²)1/2
=uyˊ(1-n²β²)1/2/(1+ n²vuxˊ/c²) ⒄
uz= dz/dt= dzˊ/(dtˊ+n²vdxˊ/c²)/(1-n²β²)1/2
=uzˊ(1-n²β²)1/2/(1+ n²vuxˊ/c²) ⒅
uyˊ=dyˊ/dtˊ=dy/(dt-n²vdx/c²)/(1-n²β²)1/2
=uy(1-n²β²)1/2/(1- n²vux/c²) ⒆
uzˊ=dzˊ/dtˊ=dz/(dt-n²vdx/c²)/(1-n²β²)1/2
=uy(1-n²β²)1/2/(1-n²vux/c²) ⒇
所有這些公式當n=1時回到Einstein的形式，v=0時回到經典形式。
而且，由
uxˊ=(ux-v)/(1- n²vux/c²)
可知，在ux=c/n帶入上式，會發現
uxˊ=(ux-v)/(1-n²vux/c²)
=(c/n-v)/(1- n²vc/n/c²)=(c/n-v)/(1-nv/c)=c/n
從而我們推導出，在一個慣性系中，光速是c/n，而在另一個相對於該慣性系運動的，任意慣性系中測得的光速也是c/n。這就是介質中的光速不變現象。
8、品質與速度的關係
現在用動量守恆定律來推導粒子的品質與運動速度的關係。
令兩個材料形狀大小品質完全相同的表面光滑的小球發生完全彈性碰撞，我們令兩個小球共同的質心在s中靜止，小球在oxy平面內運動，碰撞式兩球的連心線與y軸平行，用V10和V20分別代表1、2兩球碰撞前的運動速度，因為質心靜止，兩小球品質還相等，所以有V20= -V10，碰撞後又對稱性可知V2=-V1，由動量、能量守恆及碰撞的對稱性可知，每一小球碰撞前後的品質和速率都不變，於是有v1=v10,v2=v20,又由於兩球光滑，碰撞時沿x軸不受力，每小球沿x軸的動量不變，可得：v1x=v10x, v2x=v20x且v1y=-v10y,v2y=-v20y,再由V20=-V10以及V2=-V1，又有v20x= -v10x，v2x=-v1x，v20y=-v10yv2y=-v1y，利用v=v10x,vˊ=v20y則碰撞前後粒子運動情況如上圖3所示。
現在，我們再在s′系中研究上述問題，令s′以V相對於s運動則由運動速度公式⒂⒄得。
在碰撞前：v10xˊ=0
v10yˊ=-vˊ(1-n²β²)1/2/(1-n²v²/c²)=-vˊ/(1-n²β²)1/2 ★
v20x=-2v/(1+n²β²) v20yˊ=vˊ(1-n²β²)1/2/(1+n²v²/c²)
碰撞後：v1xˊ=0
v1yˊ=vˊ(1-n²β²)1/2/(1-n²β²)=vˊ/(1-n²β²)1/2
v2xˊ=-2v/(1+n²β²) ★′
v2yˊ=-vˊ(1-n²β²)1/2/(1+n²v²/c²)
=-vˊ(1-n²β²)1/2/(1+n²β²)
Δv1yˊ=v1yˊ-v10yˊ=2vˊ/(1-n²β²)1/2 ★″
Δv2yˊ=v2yˊ-v20yˊ=-2vˊ/(1-n²β²)1/2/(1+n²β²)
顯然兩球速度沿y軸的投影的改變量並不像s系中一樣等值反號，為了滿足動量守恆的要求，必須認為在s系中兩球品質不再相等，現假設為m1ˊ和m2ˊ則由動量守恆可得
m1ˊΔv1yˊ+m2ˊΔv2yˊ=0
把★″式代入上式得：
m1ˊ/m2ˊ=-Δv2yˊ/Δv1yˊ=[1/(1+n²β²)]/[1/(1-n²β²)]
把1-n²β²=(1+2n²β²+ n4β4-4n²β²)1/2乘上式的分子、分母得
m1ˊ/m2ˊ=[1-4n²β²/(1+n²β²)2]1/2
=1-4n²v2/c2(1+n²β²)2
把v2xˊ=-2v/(1+n²β²)代入上式得
m1ˊ/m2ˊ=(1- n²v2xˊ2/c2)1/2
m2ˊ=m1ˊ/(1-n²βˊ2)1/2
其中βˊ= v2xˊ/c即在sˊ系中觀測到的粒子在xˊ軸上的運動的速度。
當vˊ很小時，由★′式可知v1xˊ= v1yˊ=0 即V1ˊ=0 故m1ˊ這時可以看作sˊ系中的第一球的“靜品質”記為m0；又由兩球完全相同，因此m0也是第二個球的靜止品質。又因vˊ為無窮小，即v2yˊ=0可得∣v2xˊ∣=v2ˊ，v2xˊ可看成第二球在sˊ系中的速度，於是可得出如下結論即：在一個慣性系中，質點的品質與質點速率有關，若用m0表示靜止的品質，m代表以速率v運動時的品質則有
m=m0/(1-n²β²)1/2 (21)
這就是運動粒子（物質）品質與運動速度的關係
上式中當n=1時即在真空中，則相應地回到Einstein的相對論形式，而當v→0時回到經典的結論即m=m0。
9、動量的定義與物體的質能關係
有了物體的質速關係：m=m0/(1-n²β²)1/2後可定義粒子（物體）的動量為P=mV= m0V/(1-n²β²)1/2 (22)
相應地有力F可定義為dP /dt、即F= dP /dt (23)
而功dw=Fdl (24)
現在推導在上述假定之下的能量與粒子運動品質的關係，假定對粒子所作的功完全變為粒子的動能，則有：
dT/dt=Fdl/dt=FV把(23)代入上式得
dT/dt=d(mV)V/dt=m(dV/dt)V+V2dm/dt
其中，
dm/dt=(dm/dv)(dv/dt)=(dv/dt)[(n2v/c2)/(1-n²β²)3/2]
V(dv/dt)=v(dv/dt)
代入上式得
dT/dt
=m0/(1-n²β²)1/2v(dv/dt)+m0(dv/dt)v2[(n2v/c2)/(1-n²β²)3/2]
=m0v(dv/dt)[(1-n²β²+n²β²)/(1-n²β²)3/2]
=m0v/(1-n²β²)3/2(dv/dt)
=(d/dt)m0c2/n2(1-n²β²)1/2
積分得：
T=m0c2/n2(1-n²β²)1/2+c1 （25）
其中c1為積分常數，當質點速度為零時，其動能為零。則由上式可知：c1=-m0c2/n2、其中c/n為光子在介質中的運動速度。
所以
T=m0c2/n2(1-n²β²)1/2-m0c2/n2
= mc2/n2-m0c2/n2 (26)
當n=1時回到真空中的Einstein形式，且在v→0時回到經典形式。mc2/n2=T+m0c2/n2
令E=m0c2/n2為粒子總能量則有E=T+m0c2/n2 （27)
結論如下：
介質中狹義相對論 狹義相對論
xˊ=(x-vt)/(1-n²β²)1/2 xˊ=(x-vt)/(1-β²)1/2
y、=y y、=y
z、=z z、=z
tˊ=[t-n²vx/c²]/(1-n²β²)1/2 tˊ=[t-vx/c²]/(1-β²)1/2
uxˊ=(ux-v)/(1-n²vux/c²) uxˊ=(ux-v)/(1-vux/c²)
uy =uyˊ(1-n²β²)1/2/(1+ n²vuxˊ/c²) uy =uyˊ(1-β²)1/2/(1+vuxˊ/c²)
Uz =uz(1-n²β²)1/2/(1-n²vux/c²) Uz=uz(1-β²)1/2/(1-vux/c²)
L=L [1-（nv/c）²]1/2 L=L [1-（v/c）²]1/2
m=m，/[1-（nv/c）²]1/2 m=m，/[1-（v/c）²]1/2
t0=t(1-(nv/c)2)1/2 t0=t(1-(v/c)2)1/2
E=T+m0c2/n2、E0=m0c2/n2 E=T+m0c2、E0=m0c2
t‘2-t‘1=[（t2-t1）-v（x2-x1）（n2v/c2）]/(1-(nv/c)2)1/2， t‘2-t‘1=[（t2-t1）-v（x2-x1）（v/c2）]/(1-(v/c)2)1/2，
介質中，折射率為n 真空中，折射率為1
當進入到真空中，介質中的狹義相對論轉化為愛因斯坦狹義相對論的全部。後者是前者在真空中的特例。
由於上面的“介質中的狹義相對論”，當進入到真空中時n=1，轉化為愛因斯坦的狹義相對論，從而進一步使我們認識到，狹義相對論只是這一理論在真空中的推論。從而從較高的角度認識到愛因斯坦的狹義相對論的錯誤性。
我們看1/[1-（nv/c）²]1/2項，由數學上偶次根號下不能為負的要求可知，v˂c/n，當n=1時為真空中的光速不能被超越。但在切侖科夫輻射現象中，粒子的運動速度就超過了介質中的光速、量子糾纏中的相互作用也是超光速的——可以是光速的幾十、幾百倍。最近中國已經成功利用量子糾纏實現量子通訊。這一事實的存在，否定了光速是一切物體運動的極限的觀點。再由、由公式L=L，[1-（nv/c）²]1/2、m=m，/[1-（nv/c）²]1/2、Δt/=Δt(1-(nv/c)2)1/2、E=T+m0c2/n2、E0=m0c2/n2、t‘2-t‘1=[（t2-t1）-v（x2-x1）（n2v/c2）]/(1-(nv/c)2)1/2，可知，同樣的運動速度，時間和空間的變化及同時性的相對性、運動物體的品質、能量、動量由介質的折射率決定。特別是，在同一種介質中，不同頻率的光子有不同的折射率，當我們用不同頻率的光子進行觀測時，會發現由於折射率的不同，而使得時間和空間的變化及同時性的相對性、運動物體的品質、能量、動量不同，這是不可能的！
針對相對論的分析，我們在“相對論的困惑”中已經進行了詳細的論述。在這裡，我們補充一下相對論的悖論集。從而加深人們對相對論的理解。
三、相對論悖論
1、我們假設天空中或宇宙中任意一個小的星雲，在外在的高速運動的觀測者看來都可以變為恒星甚至黑洞。這是因為，一方面其體積會因外在的觀測者的運動而減小V‘=V(1-β²)1/2（對於球體這是一個近似的數值）同時其擁有的品質m’=m/(1-β²)1/2會增加，則其密度：
ρ=m’/V‘
= m/(1-β²)1/2/V(1-β²)1/2=（m/V）(1-β²)，
那麼，只要觀測者喜歡，可以離開地球在太空中在任意的運動速度下觀側這塊星雲，從而得到其能滿足恒星、黑洞的產生條件。這樣，當他在這樣的速度下運動時，這塊星雲就變成了恒星或黑洞。但是當他回到地球上靜止下來，再進行觀側時會發現，那還是一塊運動的星雲。他會怎樣評價自己的旅行，怎樣評價相對論哪？如果愛丁頓先生能做這個觀測者就好了，他怎麼解釋這一事實？
還有，不同品質的恒星，會演化成白矮星、中子星、黑洞等不同的天體，但是，由於運動品質的可變性，這一品質的界限就不存在了，在不同運動者看來，同一天體可能有不同的演化結果。不同品質的天體，也可以有同樣的演化結果。而結果並不是這樣。尤其是一個品質很小的星雲——如只有兩個氫分子的星雲，在一個速度足夠大的觀測者看來，也會演化成各種可能的恒星——白矮星、中子星、黑洞。這顯然不是事實！
2、空間變化與天體運動
如上圖所示，一個恒星品質是M用萬有引力約束住一個小行星。兩者間的相互互作用力滿足GMm/r2= mv2/r兩邊約去公共項得：GM/r= v2。這時假定有一個觀測者沿兩者連線的方向高速運動，根據相對論，這時，其觀測到的行星的運動速度幾乎不變（橫向相對論效應很小）而r‘=r(1-β²)1/2、M’=M/(1-β²)1/2，帶入GM/r= v2，他會發現，等式的右邊沒有明顯的變化，而等式的左邊變為：GM‘/r’=G M/(1-β²)1/2/ r(1-β²)1/2=（GM/r）/(1-β²)，顯然，等式不再成立，（GM/r）/(1-β²)>v2，但是令這位觀測者不解的是，行星仍在環繞恒星而運動？他怎樣處理這一問題。
而且，當這個觀測行星運動的全過程會發現，行星旋轉的半徑在週期性地變化，最長為r最短為r(1-β²)1/2，行星在環繞恒星作震盪式飛行。但仍是一個穩定存在的動力學系統。這是違背力學基礎的。若其擁有電荷，它會產生電磁輻射嗎？我們見到這種輻射了嗎？若真是這樣，該天體會在不斷產生輻射中損失能量，從而逐漸停下來，這與觀測到的事實是不相容的。
3、饑餓的觀測者
在一個絕對黑體體系內，有一溫度計顯示其擁有的溫度——假定為T。按熱力學知識，物體的溫度與其發出光的最強的譜線波長存在內在的聯繫：λmΤ=σ其中σ為常數。當運動的慣性系中的觀測者，以一定的速度向之運動時，按現有的理論從黑體小孔中射出來的光子，應發生與之運動速度相一致的多普勒效應使其光子的頻率增加——紫移，則由相應的統計理論公式λmΤ=σ計算可知，與發生紫移了的光子波長λ變小，相對應的熱力學體系的溫度T應有相應的增加，但該觀測者不會發現顯示此絕對黑體溫度的溫度計的數值有所變化；相反，當該觀測著背離此絕對黑體運動時，則也觀測不到顯示其溫度高低的溫度計應有的示數變化。相對論對此沒有也不可能給出合理的解釋。
我們可以假設有一個饑餓的人前面看見一塊麵包、牛奶，溫度適中假設都為400C，並都有蒸汽冒出。他飛快地跑過去——餓極了，假設其運動速度足夠快，由λmΤ=σ可知，他會發現麵包、牛奶發出的光由於發生明顯的多普勒效應，而擁有極高的溫度——例如10000C，他會停止下來而不敢靠近。並產生疑惑，這樣高溫度的麵包為什麼不燃燒那？牛奶為什麼不沸騰那？而當其反方向快速離開時，發現麵包、牛奶的溫度一下子就降低了，當其跑得足夠快的時候會發現，麵包的溫度會變成零下10000C，這時他又會產生疑惑了，這樣低的溫度麵包為什麼還在冒出蒸汽散發出香味那？牛奶為什麼不結冰那？而當他一旦停下來會發現麵包又恢復了原來的溫度——可口的400C。
假設一家人正圍在電熱鍋前準備吃涮羊肉。沒有點火前火鍋中水的溫度是30攝氏度，其上的溫度計也顯示30攝氏度，旁邊還有一個氣壓計，顯示環境大氣壓是一個標準大氣壓。但這時一個觀測者以極高的速度向其運動，這時，這個觀測者觀測到的輻射譜線的紫移，由λmaxT=σ可知T=σ/λmax，由於λmax變短，從而T會增加，從而當其以某種速度運動時，會發現環境周圍的溫度值會很高，一方面，會發現火鍋的溫度應該超過了100攝氏度，但火鍋上的溫度計仍顯示30攝氏度，這是怎麼回事？而且環境的溫度早已經不適應人的生存，這些人怎麼不怕熱？為了吃涮羊肉不要命了？另一方面，按照常識，在一個標準大氣壓下100攝氏度的水應該沸騰了，水怎麼不沸騰那？這違背物理知識。
當然，我們還可以假設一個相反的過程，這裡有火鍋水溫度是100攝氏度在不斷地冒著水蒸氣，其中放置一個溫度計顯示溫度值是100攝氏度，旁邊放置一個氣壓計顯示環境的氣壓是一個標準大氣壓。一家人正在興致勃勃地享受著美味的涮羊肉。這時那個觀測者又來了。他沿著遠離這火鍋的方向以足夠大的速度運動，由多普勒效應可知，這時這個觀測者會發現，這盆水發出的輻射（熱能）會發生紅移，即輻射波長變長，由λmaxT=σ可知T=σ/λmax，由於λmax變大時，從而T會降低，當其以某一恰當的速度運動時，火鍋中的溫度應該小於零攝氏度。這樣這個觀測者又會產生疑惑，這麼低的水為什麼不在一個標準大氣壓下結冰哪？更讓他氣憤的是溫度計的讀數為什麼還是100攝氏度？而且，一家人正在興致勃勃地享受著美味的涮羊肉！
愛因斯坦太不對了！狹義相對論太折磨人了！
4、時空變化與隧道效應
在量子力學中有一種隧道效應，說的是當粒子的能量小於勢壘的能量時，這個粒子也具有一定的幾率穿過勢壘。在超導現象中人們在兩片金屬板之間加一絕緣板構成的結構稱為隧道結——厚度約10-9m。這時會有電子通過絕緣體，若在兩端加上電壓，就會形成電流——隧道電流。下面我們從相對論分析這一現象。
我們可以做一個任意厚度的隧道結——假設是L=1m把這一隧道結連入電路，如下圖所示。
當實驗者相對於這一電路靜止時，會發現電流錶的示數為零，這是因為這一隧道結的厚度太大了，是能產生隧道電流的應有厚度的109倍。現在，這一觀測者開始以極高的速度相對於這一裝置運動。由於相對論效應，這時，該隧道結的厚度明顯變小L‘=L(1-β²) 1/2。當運動速度達到某一數值時，L’<10-9m，這時隧道結的厚度滿足隧道效應的產生條件，該實驗者認為能見到隧道電流的產生。但是，我們知道電流錶的示數是不會發生變化的，即電流錶的示數仍然是零。
這怎麼解釋？！
5、按照狹義相對論的質能關係可知，能量與品質一一對應。因此，在原子吸收光子而發生能級躍遷的過程中，一方面，由於原子吸收了光子而使其能量增加：E=hν，因此，它擁有的整體品質應該增加，增加量為：Δm=hν/c2，但是，另一方面，由量子力學的知識可知，原子吸收光子後軌道電子發生能級上遷，運動速度減小。再由狹義相對論的質速關係：可知m=m0/[（1-（v/c））]1/2可知，軌道電子由於運動速度減小而品質減小。而原子核的品質沒有變化。因此，原子的總品質應該減小。這就產生了不可調和的矛盾。
光是我們認識世界的工具，不該為了工具而改變對世界的認識。
|
