对狭义相对论基本原理理想实验的探讨

罗锋

【摘要】就狭义相对论基本原理是否正确，通过改变实验方法证实了同时性的相对性，时间量度的相对性是不正确的等问题进行了分析，并得出这样的结论：爱因斯坦的狭义相对论的前提是光速不变，但是在其基本原理实验中光速不变这一实验前提存在不严谨。其基本原理的正确性得不到严格的证明。

【关键词】狭义相对论  光速不变  原理理想  实验同时性的相对性  时间膨胀

【中图分类号】G642.3                           【文献标识码】A      【文章编号】2095-3089（2015）11-0218-02

狭义相对论问世已百多年了，狭义相对论是否正确呢？狭义相对论的理想实验是否严格，是否正确呢？近年来有些学者对这类问题提出了质疑。就其狭义相对论中所说，光速是速度的极限，但是近年来王利军等利用增线性反常色散，证明了激光脉冲在铯原子气中的超光速传递;激光脉冲在此区域以超过光速C甚至负的群速传递;而脉冲的外形无改变。这些问题说明了什么？值得人们去仔细地研究。

一、爱因斯坦狭义相对论基本原理理想实验概述： 图1                                              图2

如图1的理想实验。在高速运动的火车厢中点M处有一光源，它发出的光可以射向车厢的前壁B和后壁A。当光源发光后，火车上的观测者可以看到，光同时照亮前壁和后壁，也就是说，光照亮前壁和后壁两事件是同时发生的。但在地面上观测者的观测结果却不然。光从光源M射出到达后壁A的一段时间内，后壁已经迎着光线走了一段距离;而光由M处到达前壁B的这段时间内，前壁B却背着光线走了一段距离。故光线从M点到A点所走的距离要比到达B点所走的距离短。由光速不变原理，即光速与光源和观测者的相对运动无关，可得出光必定先到A点而后到达B点的结论。即光到达车厢前后壁是不同时的，这就说明，同时是相对的。在一个参考系上同时发生的两个事件，在另一个参考系来看，可以是不同时的。之所以出现以上的结论，关键是光速不变。如果像力学的经验那样，在地面上观察，向B点发出的光速是c+v，向A点发出的光速是c-v，则光束仍同时到达车厢的前后壁。

图2的结论是如果在某一贯性系中发生在同一地点的两个事件相隔的时间是，则在另一贯性s中测得的这两个这两个

事件相隔的时间要长一些。两者之间相差一个因子

，这就从数量上显示了时间量度的相对性。在某一参考系中同一地点先后发生的两个事件之间的时间间隔叫原时。原时和在其他惯性系中测得的时间的关系，如果用钟表走的快慢来说明，那就是系中的钟表走了，而在另一参考系中的观测者发现这段时间大于。即认为运动的时钟变慢了。所以这种相对效应也形象地称为始终变慢或时间膨胀。

二、光速不变原理阐述

为了下面分析实验，先将光速不变原理进行解释一下，光速不变——爱因斯坦指的是：（1）光速与光源的运动无关，（2）光速与观测者的相对运动无关，且（2）是由（1）推出来的。光是一种波，波速与波源是否运动无关，这是波的特性，不是光波特有的性质。根据相对运动，（1）推（2）显然是正确的，但是（2）存在一个不严格的表述，光速与观测者的相对运动无关，这里的“光速”指的是光波传输的速度还是观测者观测的光波传输速度呢？如果是前者那是正确的，因为（1）说的是光源，即光源与观测者的相对运动，也就是说光源的运动与观测者相对于光源的运动都不影响光速，它们之间无关。这里便没有说观测者观测的光速与观测者的运动无关。但是这便不能证明狭义相对论基本原理是正确的，也就是又回到了原点。如果是后者，观测者观测的光波传输速度与观察者是否运动无关，那么在狭义相对论基本原理的实验中它是以什么来判断得出光先到达A而后到达B点的结论，也就是说观测者观测的光速与观测者不存在相对运动，即A，B两点是否运动根本不影响观测者观测的光速，也就是说不影响光到达A，B两点的时间，这怎么能判断先到达A点而后到达B点（也许有人会说观测者不是没动吗？动的是火车上的A，B点，如果A，B站着两个人，他们事先知道自己有个速度在运动，就跟没动的人一样知道A，B点有个速度在运动一样，那A，B两点的人不也知道光先到达A后到达B吗？）如果现在A，B两人都以自己为参考点，那他们又怎样来判断先到达A后到达B呢？不就是用观测光速来判断吗？也就是说观测者观测的光速与观测者存在相对运动。设车厢长为2s，得：

（2-1）

（2-2）

所以光速不变应解释为：光速与光源是否运动无关，即光速在任何系统中的速度都是，而不是在任何系统中相对于系统的速度都是，也可以这样说，在观测者运动的体系里，若以观测者为参考点，观测者观测的光速不应该还是 。

三、验证同时性的相对性

有了前面的简单阐述，下面把前面图1的实验作简单改进。如图3。

图3                                       图4

在原有的基础上，在车厢两端外加一个挡光板，在车厢中点的地面上放一发光源，让他与车厢里的光源同时发光，因为光速与光源是否运动无关，所以他们产生的效果是一样的。地上的观测者会观测到光先到达A而后到达B。那么此时车上的观测者还会认为地面上的两束光同时到达A，B吗？我想不会。他们同样会看到光先到达A，而后到达B。为什么呢？因为观测者会观测到到A，B的光速不一样，到A点的速度为V+C，到B点的速度为V-C。也许有人会说光速是不可以叠加的，但是这个表达式并不是叠加了光速，而是观测者与观测光速之间相对运动的结果，观测光速是一种现象，光速是一种本质。所以狭义相对论基本原理同时性的相对性根据以上实验是不成立的。

四、验证时间量度的相对性

通过前面的概述，把图2改进如图4，在图2中，他实验的光源是装在以高速运动的装置上的，我把光源改到了地面上，因为光速与光源是否运动无关，所以与他的实验装置并无异处。在装置下方有一固定在地面上的光源，在装置下方有一小孔，当装置以高速 运动过光源时，地面上的光源会发出一束闪光通过装置下方的小孔进入装置。在装置里从底部射到镜面后又反射回底部的时间是

（4-1）

这里同样是观测者观测到的现象是这样的，并非光速叠加。在这里装置上的人并不能看到光回到发光原点（射入小孔），而应该有所偏离，因为光速不变，而装置在运动，观测到的现象就因该是光有所偏离。

地面上的人也应该看到光竖直向上经反射后竖直向下，所经历的时间应该为

（4-2）

所以狭义相对论基本原理时间量度的相对性根据以上实验是不成立的。

五、结束语

爱因斯坦的狭义相对论与其光速不变并不是严格的因果关系，首先就其光速不变（相对任何系统）的错误理论影响着狭义相对论的严格证明，再有其实验中的观测者观测过程的不严谨使其狭义相对论并不使人信服。本文实验使其“同时性的相对性”、“时间膨胀”等狭义相对论基本原理的错误被伪证。使其在狭义相对论前提下所产生的一切理论、原理变得毫无价值，毫无科学性。

后记：

因本人学识所限，文中難免有疏漏、不当和错误之处，望物理工作者和物理爱好者不吝赐教，予以批评指正。

参考文献：

[1] 黄志洵.对狭义相对论的研究和探讨[J].中国传媒大学学报自然科学版，2009.

[2]王汝涌.推广的Sagnac效应、GPS和对狭义相对论两个原理的实验检验[A].现代基础科学发展论坛2008年学术会议论文集[C].2008，2-9.

[3] 董晋曦.光速可变理论及其相关问题[A].第242次香山科学会议论文集）））宇航科学前沿与光障问题[C].2004，347-364.