狭义相对论的新探讨

《狭义相对论的新探讨》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、狭义相对论的新探讨　　1905年，爱因斯坦以狭义相对性原理和光速不变原理为基础，建立了狭义相对论。这一理论已经成为现代物理学的主要基础之一。然而，最新的实验检验和理论思维却揭示了相对论体系的一些疑难。这些疑难带有如此根本的性质，以致作者认为，探索和建立新的时空理论，已是一项紧迫的任务。这里，我们先回顾狭义相对论遇到的实验上和理论上的一些可能的挑战，然后探索一下建立新时空理论的可能途径。　一、关于狭义相对性原理　　狭义相对性原理认为，所有惯性参考系都是完全等价的，不存在一个优越的特殊的惯性参考系；在一个惯性参考系内部做的任何物理实验都无法发现该惯性系相对任何别的惯性系的运动速度

2、。在现代宇宙学的成就面前，上述论断已经难以成立。狭义相对性原理和现代宇宙学是完全冲突的。　　当前比较公认的宇宙学理论，建立在宇宙学原理的基础上，即假设宇宙在空间上是均匀而且各向同性的。宇宙可以看作是密度到处都相同的流体，而星系或星系团就是组成这种流体的质点。由于均匀性和各向同性的要求，这种流体只能均匀膨胀或均匀收缩。现代宇宙学认为，在宇观范围内，存在着“宇宙标准坐标系”，典型星系或星系团在这个坐标系中是相对静止的；“宇宙标准坐标系”是优越的空间坐标系，典型星系和宇宙背景辐射对于这个坐标系均匀和各向同性；可以测量地球相对于宇宙标准坐标系的运动速度。　　现代宇宙学得到河外星系红移

3、和2．7K宇宙背景辐射等大量观测事实的支持。宇宙背景辐射是美国科学家彭齐斯和威尔逊于1965年发现的。近几年的研究证实，背景辐射严格地各向同性的情况只存在于一个惯性系中，在相对它运动的任何其他惯性参考系中显示出辐射温度的方向变化。可以认为，宇宙背景辐射是宇宙标准坐标系的最好的物质体现。测量从各个方向到达地球的宇宙背景辐射温度的微小偏离，得到我们的地球穿过这个“宇宙背景”的绝对运动速度大约为400公里／秒。正是这个速度被称为“新以太漂移”。　　爱因斯坦在以太问题上也曾犹豫不定。1920年，他在题为《以太和相对性原理》的演讲中说：“根据广义相对论，空间没有以太是不可思议的。实在的

4、，在这种（空虚的）空间中，不但光不能传播，而且量杆和时钟也不可能存在，因此也就没有物理意义上的空间一时间间隔。……因此，在这种意义上说，以太是存在的。”他甚至说到：“至于这种新以太在未来物理学的世界图像中注定要起的作用，我们现在还不清楚。”　　现在，面对宇宙背景辐射等实验事实，许多著名的物理学家都认为应当恢复以太假设。柏格曼认为，在宇观尺度上，相对性原理被破坏了；宇宙背景辐射只在一个独一无二的参考系中各向同性，在这个意义上，那个参考系代表“静止”。韦斯科夫认为，无论如何，观察到的2．7K辐射决定了一个各向同性的绝对坐标系；迈克尔逊和莫雷的梦想变成了现实，即找到了我们太阳系的绝

5、对运动，不过不是相对于以太，而是相对于光子气。斯塔普认为，2．7K背景辐射定义了一个优越的参考系，利用它可以决定事件发生的绝对顺序。协同学创始人哈肯也认为，狭义相对论否定了特殊参考系的存在，但是宇宙背景辐射却成了一个绝对的参考系。罗森甚至认为，宇宙学的最新发现要求回到绝对空间的观念。胡宁认为，在迈克尔逊实验的零结果和以太模型之间并不存在任何矛盾；在某种意义上，前述400公里／秒的速度可以看作是迈克尔逊所要测量的地球相对于以太运动的速度。他认为，宇宙背景辐射各向同性分布所决定的坐标系可以看作是真空的静止坐标系；相对性原理的适用范围应有一定的限度。　　最后，我们看一看当代著名物理

6、学家狄拉克对此作出的评论。早在1970年，狄拉克就指出：“以太观念并没有死掉，它不过是一个还未发现有什么用处的观念，只要基本问题仍未得到解决，必须记住这里还有一种可能性。”他在1979年美国普林斯顿纪念爱因斯坦诞生一百周年大会的报告中进一步说到：“可以说，宇宙背景辐射只对于一个观测者来说是对称的，这个优惠的观测者在某种绝对意义上是静止的，也许他就对于以太是静止的。这恰恰与爱因斯坦的观点相矛盾。……在某种意义上说，洛伦兹是正确的而爱因斯坦是错误的，因为爱因斯坦说过的一切，是当时的物理学不可能观测到绝对的零速度。……为什么迈克尔逊和莫雷得到零结果，为什么他们观测不到地球的绝对运动

7、，唯一的解释是他们的技术不行。今天的技术比约一百年前能达到的水平要高明得多。用现代化的技术，绝对运动是存在的。”二、关于光速不变原理　　狭义相对论的第二个基本假设是光速不变原理，即假定在任何惯性参考系中，光在真空中的速度都等于常数c。这个原理是否已经为实验所证实呢？　　要测量两个分离点A和B之间的单程光速，就必须确定从点A发射的光脉冲传播到点B所通过的距离和所需要的时间间隔。这个时间间隔的测量必须使用两个分别置于A处和B处的同步（校准）的时钟。异地时钟的同步（校准）实质上就是不同地点的同时性问题。我们可