序 物理学源于哲学 哲学是物理学的基础 ; 物理学是哲学在自然 科学方面的发展和量化 新物理 是唯物主义哲学 逻辑学 实 验学和数学相结合的典范 李子丰 李子丰 (Li Zifeng), 燕山大学教授, 博士生导师, 石油工程研究所所长 储藏二酉乐荐千里马 汇集百家勇攀万仞峰 礼物 祝贺齐绩先生 新

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1 NEW PHYSICS 新物理 齐绩 姜寅令 1991 年初稿 0

2 序 物理学源于哲学 哲学是物理学的基础 ; 物理学是哲学在自然 科学方面的发展和量化 新物理 是唯物主义哲学 逻辑学 实 验学和数学相结合的典范 李子丰 李子丰 (Li Zifeng), 燕山大学教授, 博士生导师, 石油工程研究所所长 储藏二酉乐荐千里马 汇集百家勇攀万仞峰 礼物 祝贺齐绩先生 新物理 出版, 这是齐绩先生献给我们最好的 吴水清 吴水清 (Wu Shuiqing), 中国科学院 现代物理知识 杂志原主编, 北京相 对论研究联谊会会长, 卢鹤绂格物研究所副所长, 卢鹤绂格物研究所北京部主 任, 研究员, 美国 格物 杂志总编 祝 新物理 出版, 祝 新物理 成功 1

3 蒋春暄 蒋春暄 (Jiang Chunxuan), 中国数学家, 在数论上取得举世瞩目的成就 西敏 里教授给卢永芳先生回信中对 新物理 论文的评价说 : I feel that there are some good things in it. While I cannot accept all his speculations, I must admit that I feel that he is probing in the right direction. These papers are certainly more sensible than many papers that I have seen in the past year. 我觉得其中有许多好的东西 虽然我不能接受他的全部观点, 却不得不承认他在一个正确的方向上探索 这些论文比我过去看过 的许多文章都要明智 西敏 里 西敏 里 [ 美国 ](Lee Shimmin), 美国自然哲学联盟成员, 美国工业物理学家 ; 北京相对论研究联谊会名誉副会长 ; 美国 格物 杂志名誉总编 伽利略电动力学 的出版商 Cynthia Kolb Whitney 先生对 新物理 的论文非常欣赏 免费帮助修改润色多篇论文的英文稿, 并且免费把多篇论文发表在 伽利略电动力学 上

4 前 言 大海 大自然深邃 博大, 蕴涵着无穷的迷 就像深邃 浩瀚的 人类是在海滩上玩耍的孩子, 捡拾着散落在海滩上的贝壳 孩子说 : 我把贝壳快捡光了! 是吗? 蕴藏在大海深处的贝壳还有多少呢?! 我们得到的只是很少的一点点 我拾起一个小小的贝壳 如果它能使您对大自然多一点了解, 使您窥探到大自然的 另一个层次, 而顿感它的奥妙, 我将深感欣慰! 我们还是无知的孩子 子! 在深邃 博大的大自然面前, 我们还只是个无知的孩 3

5 目 录 上篇 新物理... 8 第一章 大自然是生命最宝贵的家园 大自然是生命最宝贵的家园 据说世界上只有两个半人懂得相对论 反对相对论是为图什么吗 时间 星体运行规律... 0 第二章 山雨欲来风满楼 双星现象 光行差现象 裴索实验 艾里实验 迈克尔逊 莫雷实验 物理学家们的努力 新物理简介 第三章 呼之欲出的物质 无形态物质简介 物理规律与无形态物质密不可分 无形态物质存在的辅助说明 第四章 无形态物质是光的传播媒质 作者的时空观

6 4. 无形态物质是光的传播媒质 斐索实验的全新解释 迈克尔逊 - 莫雷实验的全新解释 密勒实验的分析解释 光行差现象的分析解释 艾里实验的分析解释 双星现象的分析解释 萨格纳克效应 (SAGNAC 效应 ) 意义重大! 雷达波传播中的时间延迟以及光线弯曲 第五章无形态物质是物理规律的基础 万有引力及库仑力 引力质量与惯性质量必须区分 牛顿第二定律的重新阐述 动能方程的重新推导 时间的客观性 动量 反射定律 折射定律 星体运行规律 中微子超光速现象分析 对第四章各个实验的补充说明 作者不认同宇宙大爆炸的思想 实物粒子的波粒二象性

7 5.13 地表无形态物质密度的简单计算 傅科摆的奇特现象 无形态物质的带动引起傅科摆摆动状态变化 摆动状态对摆平面转动影响的分析 地球自转引起的无形态物质相对于地表的速度 下篇 : 相对论的荒谬 第六章狭义相对论 狭义相对论基本原理 洛伦兹变换 洛伦兹变换的导出 爱因斯坦论述的同时性的相对性 时间膨胀 长度收缩 狭义相对论的其它结论 洛伦兹速度变换式 第七章相对论是否荒谬? 同时的相对性是否荒谬? 洛伦兹变换是否荒谬? 洛伦兹变换导出是否荒谬? 皇帝的新装 光速不变原理是否荒谬? 相对性原理是否合理?

8 7.7 声速相对论 ( 讽刺 ) 第八章相对论成功的根源 狭义相对论三大成功之处 解开狭义相对论所谓成功之迷 相对论认为光子静止质量必为零经不起推敲 祖孙悖论 一些超光速实验简介 一些著名科学家对狭义相对论的评价 爱因斯坦晚年的想法和遗嘱意义深远 第九章实验设想 实验一光运行时间差实验方案 实验二在高空中做迈克尔逊 莫雷实验 实验三在太空中直接测量光速 实验四太空中水的曳引实验 实验五在太空中测量物体的惯性质量 实验六在太空中测量物体间的万有引力 实验七测量电荷之间的库仑力 电流之间的磁力等 结束语 参考文献

9 上篇 : 新物理 8

10 第一章 大自然是生命最宝贵的家园 1.1 大自然是生命最宝贵的家园 虽然我是在自然科学熏陶下成长起来的 但是 骨子里对大自然有着无比 的热爱 说实话如果能选择生存年代的话 我更愿意放弃现代生活 更情愿生 活在远古时代 沉浸在自然之中 日出而作 日落而息 品春去秋来 花飞花 谢 闲暇之时 细听雨打芭蕉 蛙声鸟鸣 坐看风从草上轻轻吹过 适逢乱世 则提枪跨马 振臂而呼 随大风起兮云飞扬 如果人类没有迈开科学的脚步 我真希望人类永远不要迈开科学的脚步 现代科学探索着自然 然而更多是破坏着自然 现代文明造福着人类 然而更 多是禁锢着人类 既然人类已经迈开科学步伐 希望这脚步一定要稳健一些 从容一些 理 智一些 科学发展务必以尊重自然为前提 科学发展务必以保护自然为前提 大自然才是最美丽 最珍贵的 那是我们人类该无比珍惜的唯一家园 然而人类不可避免地会急功近利 不择手段 科学发展中 人们为了沽名 钓誉 为了博得名利 往往要不懂装懂 东拼西凑 胡诌八扯 这在现代物理 中表现得尤为明显 我从小就徜徉在物理学的殿堂之中 看着这华美的殿堂被 搞得乌烟瘴气 混乱不堪 面目全非 真是痛心疾首 本着科学工作者那份正 直的良心我不得不去努力 我努力想把物理学殿堂中的垃圾清扫掉 我努力想 使物理学的天空更加清澈纯净 9

11 如果我的工作能促进物理学的进步发展, 我很荣幸! 但是, 我希望将来的 科学发展一定要以尊重自然 保护自然为前提! 否则, 我情愿我几十年的心血 永远被埋没掉, 我情愿我的思想和我的躯体都永远化为尘土 大自然是我们永恒的家园! 大自然是生命最宝贵的家园 10

12 1. 据说世界上只有两个半人懂得相对论 据说世界上只有两个半人懂得相对论 然而 世界上歌颂相对论的人车载 斗量 数不胜数 那么 他们岂不是在不懂装懂 人云亦云吗 相对论探讨的是最基本的物理问题 是人们不懂得这些基本的物理问题吗 是人们不懂得最基本的逻辑 是人们不懂得最基本的数学 都不是 是人们无 法从理性的角度来理解相对论何以会正确 人们无法从理性的角度来理解相对论何以会正确 人们只能放弃理性 人 们只能从感性的角度来承认相对论是正确的了 这是很可怕的转变 这就使得 相对论成了物理学上的宗教 人们不理解它 人们确像迷信宗教一样迷信它 不仅仅是普通大众 整个物理学界完全被相对论宗教式地统治着 人们无法从理性的角度来理解相对论何以会正确 我们可不可以从理性的 角度来认清相对论的荒谬呢 当然可以 只要你有头脑 只要你敢于去理性分 析问题 只要你懂得最基本的数学和逻辑 在第七章 第八章中 我们会从相对论最根本处对相对论的荒谬进行了极 其深刻的剖析 相对论之所以令全世界痴迷 最根本的原因是大家不了解一些 物理规律的本质 我们会帮助大家认清这些物理规律的本质 只有自信才能认清是非 只有自信才能科学创新 大家一定要学会用自己 的头脑来分析解决问题 一定要相信自己 一定要相信自己的理智判断 千万 不要妄自菲薄 相对论之所以愚弄世人一个多世纪 就是因为大家都不敢相信 自己 都不敢相信自己的理性思维 都以为别人比自己水平高 把对科学判断 的权力拱手让给那些不懂装懂的所谓专家 11

13 不懂装懂 不顾一切歌颂维护相对论的人充满了世界, 面对他们我们一定 要追问 : 信奉相对论的朋友们, 请你明确告诉大家, 你是世界上那两个半人之 一呢? 还是被灌输得放弃理性那种? 1

14 1. 3 反对相对论是为图什么吗 有的朋友以为我反对相对论是哗众取宠 以为我图什么 大家可能并不深知当今物理学界的现状 这不是一个开明的时期 这是一 个相对论像宗教一样统治物理学的黑暗时期 那些自欺欺人的所谓相对论专家 占据着物理学殿堂 他们容不得半点不同的声音 狂热的相对论信徒们遍地都 是 他们对有不同思想者会尽其所能地谩骂打击 迷信的力量是无比巨大的 别说是不同思想者 敢于公布与相对论不同实验事实者都没有好下场 我 们举几个例子 1 美国物理学会会长密勒 191 年 在威尔逊山上做迈克尔逊 莫雷实 验 发现光相对于地球有 10km/s 的漂移速度 这和相对论的基本原理-光速不 变原理是完全矛盾的 所以 密勒先生断言 相对论错了 爱因斯坦错了 爱因斯坦毕竟不像世人这么糊涂 知道密勒多次重复做迈克尔逊 莫雷实 验所得的非零结果后 赶快说 我的理论不过是个过渡理论 是短命 的 世界科学译刊 然而 由于密勒不能很好地解释自己的实验结果 人们又在地表做这个实 验 注意 空间高度不同 发现结果为零 相对论没有倒下 相反 密勒反倒 成了被嘲笑和抨击的对象 密勒 美国科学院院士 担任过美国全国物理学会主席 13

15 1976~1977 年美国加州大学劳伦斯. 伯克利实验室利用飞机在 m 以上高空中完成的宇宙背景辐射实验揭示出 : 在任一背景辐射完全是各向同性的空间区域里, 只能有一个惯性参考系 在其它任何参考系中, 观察者的运动将表现为辐射在温度上的变化, 这个变化既与观测者的速度成正比, 也与它的运动方向和观测方向间夹角的余弦成正比 物理学家 P.J.E.Peebles 创造了 新的以太漂移 这个词来描述预料中的运动 录自 Scientific American 1978 年 38 卷 5 期可以说, 这个实验也是对相对论基本原理 - 相对性原理的否定! 但是, 人们敢因此反对相对论吗? 不敢, 连诺贝尔获奖者狄拉克等都只敢说相对论需要做些修正 3 有很多科学家发现超光速现象, 而相对论认为光速是宇宙中的极限速度, 这些超光速现象显然是对相对论的否定 如果, 科学家不因此而反对相对论的话, 人们并不太难为他 ; 如果因此而反对相对论了, 人们就会怀疑他, 怀疑他别有用心, 也会怀疑他的实验结果 相对论在人们心中已经是绝对真理! 也有不同人会为相对论辩解 : 即使你的实验成立, 人家相对论说的必须是实物粒子超光速! 另一种辩解更狠 : 即使有超光速, 不过需要把相对论中的光速值代入更高的值而已! 14

16 4 一些科学家, 用相对论能量 动量公式计算粒子的质量, 发现粒子质量的平方是负值 按理说, 这恰恰说明相对论公式是错误的! 但是, 这些科学家哪敢反对相对论呢! 只能认为粒子有负质量, 虚质量 我们举个浅显的例子 : 我们说大家每个人手里有个大红苹果, 这种事情大家都见过, 都理解 我们说大家每个人手里有个负的大红苹果, 这种事情大家谁见过? 谁理解? 我们说大家每个人手里有个虚的大红苹果, 这种事情大家谁见过? 谁理解? 唉! 人们为了迎合相对论, 已经完全不顾客观事实了!!! 5 英国 自然 杂志网站 011 年 9 月 日报道, 欧洲研究人员发现了难以解释的中微子超光速现象, 该实验引起了全世界的广泛关注 此次研究的中微子束源位于日内瓦的欧洲核子研究中心, 接收方则是意大利罗马附近的意大利国立核物理研究所 粒子束的发射方和接收方之间有着 730 公里的距离, 中微子 跑 过这段距离的时间比光速还快了 60 纳秒, 误差在 10 纳秒 参与实验的瑞士伯尔尼大学的安东尼奥 伊拉蒂塔托说, 他和同事被这一结果震惊了, 他们随后反复观测到这个现象 1.6 万次, 并仔细考虑了实验中其他各种因素的影响, 认为这个观测结果站得住脚, 于是决定将其公开 根据爱因斯坦狭义相对论, 光速是宇宙速度的极限, 没有任何物质可以超越光速 此次研究结果是对相对论的严重挑战 结果怎么样, 相对论没倒下, 安东尼奥 伊拉蒂塔托被解职 15

17 这就是当今的物理学界, 这就是相对论被奉为绝对真理的物理学界! 在如此的环境之下, 你齐绩一个小小的大学老师竟然想发表自己的理论?! 竟敢有与相对论不同的物理思想?! 我看你当大学物理老师都不称职!!! 物理系的一个老教授不仅背后给我穿小鞋, 把我要办的 新物理 讲座给搅黄喽, 诬告我有教学事故 而且公开反对我 : 一个与相对论有不同思想的人能在大学里呆着吗?! 能上讲台吗?! 老教授是院专家, 不行, 齐绩必须试讲相对论的课! 于是系里安排我试讲, 我讲了相对论产生和发展的历史背景和实验背景, 讲了双星现象 光行差现象 斐索实验 艾里实验 迈克尔逊 - 莫雷实验等 老专家不依不饶 : 你讲这个居心不良! 我看过你的小册子, 你在那里解释了这些实验!... 我父亲虽然很开明, 但也反对我搞物理研究, 常常会非常气愤地教育我 : 1) 你高考时每天傻玩, 成绩都比清华的分数线高, 以你的头脑研究点务实的, 早成功了! ) 相对论被世界公认, 这么多年你的思想没被承认, 没发表, 也说明你是错的! 3) 退一步说, 即便你对了, 你有生之年也未必能获得成功, 混到现在连个疼你的妻子都没有! 别再好高骛远 不自量力了! 这是我离婚后, 父亲骂我的话 16

18 我离过婚, 我的丈母娘对我 自以为是 深恶痛绝 一次, 我小妹带她大学的男朋友到我家来做客, 我出去买菜 我丈母娘对我妹妹们说 : 你们劝劝你哥, 你们的话也许他能听 一个农村孩子, 考上大学, 分到城里, 已经是马粪蛋子发烧了! 还想有别的想法, 也不撒泼尿照照! 后来我小妹气愤地和我学, 我只能苦笑一下... 我反对相对论能图到什么呢? 是为图到更多人的嘲笑 谩骂吗?! 是为图到更多人的排挤 打击吗?! 是非要放弃生活中的宁静和幸福吗? 我相信乌云遮不住太阳! 总有一天真理会重新照耀和滋润人类的心灵!!! 17

19 1.4 时间 近代物理把人类最基本的时间概念都搞得混乱不清了 朋友 当你混沌之 时 你只需举头望望天空 畅想一下宇宙 就能从那浩瀚的永恒中认清时间 什么是时间 时间犹如从亘古流向未来的浩瀚长河 子在川上曰 逝者如斯夫 论语 时间应是奔流不息的长川 它如同天来的黄河之水 奔流到海不复回 不对 经常断流的黄河安可和时间同论 那时间应是天上的日 月 周而复始地东起西落 时间应是这浩瀚的银河 永不停歇地在星汉之间旋转 也不对 区区银盘岂能同巨大的时轮相比 18

20 时间的齿轮啮合着整个宇空, 驱动着他的全部星系, 向永恒的未来盘旋 [1] 雷元星 绝对的 真实的或数学的时间, 它的本身, 而且就其本质而言, 总是于 任何外界事物无关地均匀地流逝着 [, 3] 牛顿 时间是整个宇宙总体存在 变化过程的反应, 时间是我们对宇宙总体存在 变化过程的量度, 时间是物理学最根本的基石! 时间是我们对宇宙总体存在 变化过程的量度, 当然这种量度我们是使用 在地表熟知的时间系统作为标准来描述的 19

21 1.5 星体运行规律 宏观的星体运行规律是实实在在的客观存在 那是正在进行的实验 那是 比我们地表实验室所做的实验庞大得多 稳定得多 精确得多的实验 下面看看我们最熟悉的一些天体的运行 看看这些天体运行所拥有的普遍 的规律性 1 月亮绕地球转动的方向和地球的自转方向相同 月亮一天比一天出 来得晚 月亮是围绕地球自西向东转动 与地球自转方向相同 如图 1.1 所示 九大行星都在接近同一平面的近圆形的椭圆轨道上 朝 同一方向绕太阳公转 即行星的 轨道运动具有共面性 近圆性和 同向性 只有水星和冥王星稍有 偏离 太阳的自转方向也与行星 的公转方向相同 图 如图 1. 所示 这是 让人着迷的土星奇妙的盘状 圆环 环薄得令人难以置信 直径数十万公里 厚度仅几 米 用唱片来形容土星环很 图 1. 形象 它们由几十亿块冰块 组成 排列在行星重力轨道内 每一块都是一颗小卫星 0

22 4 如图 1.3 所示, 这是我们银河系的概貌 银河系 5 其他星系 图 1.3 图 1.4 Large Binocular Telescope 望远镜 005 年拍摄的 NGC891 星系的侧面 图, 银河系的侧面也是这样 1

23 图 1.5 离银河系最近的河外星系 图 1-6 庞大 美丽且明亮的螺旋星系 m83 状态大小类似银河系

24 看了上面这些大量星体运行的规律, 您是否会产生疑问 : 为什么月亮绕地球转动的方向和地球的自转方向相同呢? 为什么太阳系行星的公转方向与太阳的自转方向相同, 而且有很好的同向 性 共面性呢? 为什么土星周围几十亿个卫星 ( 冰块 ) 会排列在很薄的平面内? 为什么星系都像一个个水中的漩涡呢? 朋友们, 大家都看过水中的漩涡吧, 这些实实在在的天体运行和水中的漩 涡是不是非常相似啊? 这仅仅是巧合吗? 如果, 空间中没有与星体相互作用的物质, 土星的卫星也好 太阳系的行 星也好 银河系也好 其它星系也好, 为什么像水中的旋涡呢? 为什么具有那 么良好的同向性和共面性呢? 这些实实在在的天体运行所拥有的普遍规律性值得大家深思 3

25 第二章 山雨欲来风满楼 历史是一面镜子 了解了历史 了解了物理学的发展过程 我们才能站在 更加冷静客观的角度去看待物理 看待物理学的发展 经典物理和相对论的时空观是完全不同的 那么为什么会产生相对论呢 很多人并不了解这段历史 这段历史已经被深藏和遗忘了 现在教科书上一谈 这段历史都只会强调迈克尔逊-莫雷实验 都只会说迈克尔逊-莫雷实验否定了 以太 的存在 别的不说 迈克尔逊-莫雷实验能否定 以太 的存在吗 根本不能 我们举个浅显的例子 我们用仪器去测量外面地表的风速 外面一丝 风也没有 外面一丝风也没有我们就能说没有空气吗 显然不能 我们大家还是一起回顾一下历史 在历史探索的过程中 也许我们能找到 科学的答案 十九世纪末 经典物理的大厦已经十分完善地建立起来了 但是 随着人 们对光的研究 有很多实验和现象使经典物理产生无法克服的矛盾 这些实验 现象主要有 双星现象 光行差现象 斐索实验 艾里实验 迈克尔逊-莫雷实 验 大家知道 声波和机械波等都依赖于媒质传播 那么光是否依赖于媒质传 播呢 当时 科学家们认为光是依赖于一种叫 以太 的媒质传播的 声波和机械波的传播速度与波源速度无关 光速是否依赖于光源速度呢 4

26 由于光速极大 在地球上无法直接测量 只能求助于天文观测.1 双星现象 如图.1 所示 在离我们地球遥远的星际空间里 存在着一种被称为双星 的天体系统 它由两个恒星 W 和 H 组成 相互绕着它们共同的质心 O 转动 对其中每一颗星来说 都在做近似圆周运动 图.1 图. 图.1 如图. 所示 现在观察其中的一颗 例如 W 星 当它在位置 a 时 是朝 我们地球而来 在 b 时 离我们而去 如果 W 星的轨道速度为 并且假设 光传播时带有光源的速度 那么 在地球上测到的 W 星在 a 点发出的光相对于 地球的速度为 c 而 W 星在 b 点发出的光相对于地球的速度为 c. 可见 在 a 点发出的光将比在 b 点发出的光跑得快 就算 不太大 比 c 小得多 但因 W 星离我们很远 因此 总可以假定 W 星在 b 点发出的光到 达我们的眼睛时 它从 b 点经过一段时间 半周期 运动到 a 点时所发出的光 也赶到了 我们将同时在 a b 位置上看到有两颗 W 星 假如在某一时刻在两个不同的地方看到同一颗星 这就是所谓 魅星 5

27 一般情况下不一定同一颗 W 星在轨道两端出现 但只要光速依赖于光源速 度 则我们预期总能看到 魅星 出现 并且会观察到双星轨道有明显的畸变 事实上 天文观测到的双星系统都很正常 从未看到过 魅星 这表明 图. 中 W 星在 a 和 b 点发出的光相对地球的速度是一样的[, 3] 所以根据观察 人们断定光速与光源的速度无关. 光行差现象 如图.3 所示 在地球上用望远镜观测遥远的任意一颗恒星 发现在地球 轨道的不同位置上 我们用以观察的望远镜方向在一年内有周期性的变化 假如星光射来的方向固定 则当地球 在位置 a 时 望远镜需朝下偏一个角度 当地球在位置 b 时 望远镜需朝上偏一个 角度 如果 a b 位置使星光与望远镜方 向组成的平面都与地球轨道平面垂直 则 在一般位置上 角的大小要变化 这个最大的 角约等于 10 4 弧度 这在观测 上表现为一颗恒星一年内在天球上画出一 个很小的椭圆形轨迹 这就是光行差现象 6 图.3

28 物理学家们如何解释这种现象呢? 我们举 一个常见的例子, 在无风的下雨天, 虽然雨是 垂直下落的, 但在行驶的车里观察, 您会看到 雨丝倾斜着向后飘落 这就不难理解光行差现 象了 如图.4 所示, 设恒星发出的光以速度 c 垂 图.4 直与地球的轨道平面, 则望远镜必须倾斜一个 角, 以保证进入望远镜筒口的光经过 t 时间后到达筒底, 被我们的眼睛看到, 而不至于被筒壁挡掉 从图上可以看出 t tg ct c 在实际观测中, 这个最大的 角约等于 10 4 弧度, 刚好等于地球绕太阳的 轨道运动速度除以光速 物理学家们认为 : 以太 是光的传播媒质, 光相对 以太 的速度是恒 定的 c, 而 以太 和 绝对空间参考系 是完全对应的 所以, 物理学家们不得不接受这样的图画 : 太阳系就是对应于 以太 静 止的参考系, 地球在 以太 这个海洋中以 30km / s 的速度运动, 完全没有带 动 以太 面对这个这个结论, 人们不禁觉得奇怪 : 7

29 为什么太阳恰好在对应 以太 的绝对参考系内静止呢 太阳不过是个很 普通的恒星 为什么太阳能够完全带动 以太 而地球又完全不能带动 以太 呢.3 裴索实验 1851 年 斐索做了一个 非常巧妙的实验 它反映出水 可以带动光 然而不能完全带 动光 而是以较慢的速度前进 如图.5 所示 从 S 发出 的光经过 M 时被分成两束 一束被 M 反射 经反射镜 M 3 图.5 M M 1 M 而到达望远镜 T 另一束透过 M 经反射镜 M 1 M M 3 再透过 M 而到达 T.它们通过管中 流水时 前一束光与水流方向相反 后一束光则与水流方向相同 两束光在 T 内发生干涉 实验开始时 使水流速度为 0 由于两束光的光程相同 干涉条纹是明亮 的 然后使水流速度 逐渐增大 观察到干涉条纹有明暗交替的变化 这表示 光在水流中相反的方向传播的速度不一样了 由条纹变化的数目可以确定在水 中传播的光相对于地球的速度 8

30 斐索实验测量出在水中传播的光相对于地球的速度是 c c f 水 n 式中 水 是水流相对于地表的速度 n 是水的折射率 + 表示光顺着水 流的情况 - 表示光逆着水流的情况 其中 曳引系数 f 比 1 小 斐索实验非常巧妙而精确 它反映出水可以带动 以太 然而不能完全 带动 以太 而是使 以太 被曳引着以较慢的速度前进.4 艾里实验 光行差现象得的结论是 地球在 以太 这个海洋中以 30km / s 的速度运 动 完全没有带动 以太 斐索实验得的结论是 水可以带动 以太 然而不能完全带动 以太 原来望远镜中是空气 不能带动 以太 既然水可以带动 以太 那 么把望远镜中灌满水 则 以太 相对于望远镜的速度就要小于 30km / s 我 们将会看到与无水时不同的光行差现象 也就是说望远镜的偏角将会明显减小 在 1871 年 艾里在望远镜中灌满了水 可是艾里仍然观察到与无水时一 样的光行差现象 这与前面的实验推论是相互矛盾的 9

31 .5 迈克尔逊 莫雷实验 光行差现象得的结论是 地球在 以太 这个海洋中以 30km / s 的速度运 动 完全没有带动 以太 形象地说 相当于地表上刮着 30km / s 的 以太 风 年间 阿尔贝特 迈克尔逊 后来成为美国第一个物理诺贝尔 奖获得者 和爱德华 莫雷在克里夫兰的卡思应用科学学校进行了非常仔细的实 验 目的是测量地球在 以太 中的速度 或者说想测量地表上的 以太风 图.6 实验如图.6 所示 光源发出的单色光 经一半反射半透明玻片分成两束 两束光分别被反射镜反射最后汇聚到望远镜中 假设 以太 相对地表的速度 为. 则水平的两束光相对地表的速度分别是 30

32 c, c 而竖直的两束光相对地表的速度都是 c 水平一束光来回所用时间 t 为 t d d c c 竖直一束光来回所用时间 t 1为 t 1 c d 两束光的时间差为 t d c c 于是, 两束光的光程差为 ct d c 0 若把整个仪器旋转 90, 则前后两次的光程差为, 在此过程中, 望远镜中应看到干涉条纹移动 N 条 d N c 7 实验中用钠光源, m; 地球的轨道运动速率为 30km s ; 干涉仪光臂长度为 11m; 应该移动的条纹为 0.37 条 31

33 干涉仪的灵敏度 可观察到的条纹数为 0.01 条 但是 实验结果是几乎没 有条纹移动 迈克尔逊和莫雷当时做出结论说 倘若地球与 以太 有相对速度 它也 不可能超过地球轨道运动速度的 1 / 6 肯定地说 是不会超过 1 / 4 的 迈克尔逊 莫雷实验说明 地表上根本找不到以太风 这与前面的光行差现象又产生深刻的矛盾 上述所有实验和现象相互矛盾 使经典物理产生极大困难.6 物理学家们的努力 当时 物理学家们格外重视迈克尔逊-莫雷实验 从不同角度来试图理解迈 克尔逊-莫雷实验的零结果 1889 年斐兹杰拉 189 年洛伦兹先后提出了有名的洛伦兹-斐兹杰拉收缩 假设 他们认为长为 l0 的物体当它相对于 以太 以速度 运动时 长度将收缩 到 l0 1 / c 这样就可以解释迈克尔逊-莫雷实验的零结果了 不仅如此 洛伦兹还引进了运动参考系中的 局部时间 t 概念 甚 至导出了时空坐标变换关系 洛伦兹变换 3

34 洛伦兹没有走得太远, 他认为时间是绝对的, 与参考系无关, 局部 时间 ( t) 只是为了方便而引进的辅助数学量 法国物理学家彭加勒在某些方面甚至比洛伦兹走得更远, 他引进了四维时空观念及相应的一套处理方法, 提出了物理方程对洛伦兹变换具有不变形式 他说 : 物理现象的规律, 按照相对性原理, 应该是一样的, 不管一个观察者是固定的或者他是在做匀速直线运动, 因此我们从没有也不能有任何方法分辨我们自己是否在做这样的一种运动 这种表述就是后来爱因斯坦提出的 相对性原理 英国物理学家拉摩在 1900 年左右也推出了洛伦兹变换, 并提出必须抛弃 以太 的机械观念 爱因斯坦是所有上述观念的集大成者, 他抛开了 以太 的观念, 而代之 提出了 光速不变原理 相对性原理, 进而推导出了洛伦兹变换, 彻底 改变了人类的时空观 坦率地说, 这些物理学家包括爱因斯坦并没有找到物理学真正的弊端, 而 是使物理学在脱离实际的道路上越陷越深了! 其实, 经典物理学家们提出 以太 的出发点是非常好的! 任何波动都需要媒质来传播, 声波也好 水波也好 机械波也好等等都需要媒质传播 ; 光既然是波动, 理应需要媒质, 这是很符合逻辑的推理 但是, 前人们把 以太 看得太机械了, 把它与 绝对空间参考系 完全 33

35 捆绑在了一起 这就使 以太 丧失了物质性 这份牵强 这份机械在大量实 验事实面前不可避免会带来重重矛盾 我们只要归还 以太 本身所拥有的物质性 前面所有实验现象的矛盾都 将不复存在.7 新物理简介 在经典物理时期 人们认为光和其它的波动一样 都需要传播媒质 这是 比较符合逻辑的设想 但是 人们把光的传播媒质 以太 与绝对空间捆绑在 一起 使它完全丧失了物质性 以致于在解释 双星现象 光行差现象 斐索 实验 艾里实验 迈克尔逊-莫雷实验时 产生很多矛盾 例如 解释光行差现 象时 得出 以太 相当于地表速度是 30km/s 而解释迈克尔逊-莫雷实验时 得出 以太 相当于地表速度是 零 解释斐索实验时 发现水可以部分带 动 以太 解释艾里实验时 发现水无法带动 以太 这些矛盾使经典物 理面临巨大困难 面对这些困难 爱因斯坦抛开了 以太 放弃了经典物理 时空观 创建了相对论 作者认为 以太 不应该与绝对空间捆绑在一起 它是实实在在的物质 只要归还 以太 所拥有的物质性 在经典物理的框架下 所有实验现象不会 再有任何矛盾 会变得非常自然 融洽 为了区别开人们对 以太 的错误认识 这种物质被称为 无形态物质 它是另一种状态的有质量的实实在在的物质 34

36 现在大量实验现象都说明, 自然界中有另一种状态的物质存在, 并称 其为暗物质, 这只是称呼不同罢了 作者认为光的传播需要媒质, 无形态物质是光的传播媒质 作者在经典物理的框架下, 从无形态物质的角度探讨了光的传播, 重新解释了对物理学有着深远影响的大量著名实验 : 双星现象 光行差现象 斐索实验 艾里实验 迈克尔逊 - 莫雷实验 密勒实验 萨格纳克效应等等 宇宙空间不是空虚的, 整个宇宙就是无形态物质的海洋, 物体不是处在空 虚的数学空间之中, 而是处在无形态物质海洋之中 物体的一切运动规律与无 形态物质是密不可分的 我们举一个浅显的例子, 鱼在水中游, 水相对于河岸流动 ; 鱼的受力和运 动规律显然是与水流密不可分的, 而不是与岸边的数学参考系直接联系在一起 物体好比是鱼, 无形态物质好比是水 ; 物体的运动规律依赖于它所处的总的无形态物质空间, 而不是直接依赖于数学空间 经典物理是非常符合逻辑的理论体系, 但是, 它存在的最根本失误就是把物理规律直接建立在空虚的数学空间参考系上了, 这就相当于把一座非常完美的大厦直接建立在了沙滩上, 作者纠正了经典物理的失误, 找到了物理规律所依赖的物质基础 35

37 作者在经典物理的框架下, 从无形态物质的角度探讨了最基本的运动规律, 对引力质量 惯性质量 牛顿第二定律 动能方程 质能方程 动量等等都重 新进行清晰 深刻地阐述 人们认为 质量增加 运动粒子寿命变长 质能方程 等问题是 经典物理无法面对的, 是对相对论最有力的证明 作者从无形态物质的角度对 这些问题给了非常自然的解释 作者解释了对物理学有着深远影响的大量著名实验现象 : 万有引力常数的 变化 厄否实验 正负电子湮灭 虚质量 星体运行规律 中微子超光速现象 傅科摆奇特现象等等 作者探讨了反射定律 折射定律 万有引力 库仑力 磁力 实物粒子波 粒二象性 宇宙大爆炸等等物理学最基本的问题 总之, 作者对整个物理学基础都重新进行了清晰 深刻地阐述, 使物理学 在客观的 物质的基础上更加坚实了 36

38 第三章 呼之欲出的物质 空间中有没有另一种状态的物质存在呢 这个问题看似简单 但它却关系 到整个物理学的根本 通过对大量物理现象 物理规律的分析 作者认为自然界中存在另一种状 态的物质 为了区别开人们对 以太 的错误认识 为了突出这种物质的存在 状态和物质性 作者把这种物质叫做 无形态物质 它是另一种状态的有质 量的实实在在的物质 作者 1991 年创建 新物理 时 还没有听说过暗物质的说法 现在一些 实验事实使人们不得不承认宇宙中存在另一种状态的物质 称其为 暗物质 无形态物质和暗物质都是指宇宙中存在另一种状态的物质 只是称呼不同罢了 3.1 无形态物质简介 宇宙空间充满无形态物质 自然界中除了我们所认识的各种物质外 还大量存在着另外一种状态的物 质 无形态物质[1, ] 对应于无形态物质我们把常见的物质叫做形态物质 形态物质是可见的 无形态物质是不可见的 形态物质是有结构的 是有形态的 无形态物质是没 有结构 没有形态的 37

39 原子 电子是形态物质 打个比方 如果把电子比作一棵大树的话 无形 态物质就好比是空气 它可以在树枝间任意流动 无形态物质是比常态物质微 小得多的另一种状态的物质 形象一点说 无形态物质可以像幽灵一样穿过形 态物质 整个宇宙空间就是充满无形态物质的巨大海洋 各种形态物质处在无形态 物质的海洋之中 3.1. 地球无形态物质速度分布 我们举个常见的例子 在甘油中我们拉动一个和甘油有亲附作用的小球 在小球表面的甘油会被小球带动 紧挨着小球表面的甘油被小球完全带动 如果小球换成篮球 换成地球 它们的影响力是不同的 物体越大影响力 越大 同样 由于形态物质和无形态物质之间也有着某种亲和力 形态物质运动 的时候也会带动无形态物质 形态物质越大 对空间中的无形态物质的影响力越大 离物体越近 物体 对该空间的无形态物质的影响力越大 那么 我们宏观来看一下地球 地球处在无形态物质的海洋之中 地球的 运动会带动它附近的无形态物质 在地球表面 无形态物质被地球带动着 离 地球较远处 无形态物质就完全不被地球带动了 换一句话说 在地球表面 38

40 无形态物质相对于地球的速度较小 在远离地球表面处 无形态物质相对地球 的速度就是地球的轨道速度 30km / s. 如图 3.1 所示 离地表的距离越远 无形态 物质相对地表的速度越大 离地表较远处 无形 态物质相对地表的速度达到 30km / s. 这是我们只考虑平动情况 而地球的转动也 会带动无形态物质 但是更不会完全带动无形态 物质 因为地球转动时 各点速度不同 即使同 图 3.1 一点 不同时刻速度方向也不同 无形态物质密度的叠加 由于无形态物质是弥散状态存在的 我们用密度来描述它 用 S 来代表它 的密度 密度的国际单位是 kg / m 3. 整个宇宙空间中各处无形态物质的密度是否都相同呢 不是的 由于形态物质和无形态物质之间也有着某种亲和力 形态物质非 常聚集的地方无形态物质的密度相比较而言会大一些 也就是说在地球表面无形态物质的密度比在远离地球表面宇宙空间的无形 态物质密度要大一些 无形态物质是可叠加的 如果空间中某处总的无形态物质可以看作是由几 部分叠加的话 总的无形态物质密度就等于各部分无形态物质密度的代数和 39

41 S S1 S S3 (3.1) 地表物体对无形态物质的带动 我们进一步由浅入深地看问题 在地球表面 无形态物质被地球带动着 当一辆火车从我们身旁驶过的时候 我们所在位置处的无形态物质会不会被火 车有明显地带动呢 火车和地球相比真是太渺小了 火车存在和火车不存在 对我们所处的空间状态没有什么明显影响 火车对我们所在位置处的无形态物 质影响完全可以忽略 在车厢内也是同样的道理 但是 在物质的内部 如水中 玻璃中 这时由于离分子 原子距离非常 近 已经是另一个层次的问题了 物体对该处的无形态物质的影响就不可忽略 了 在水中 如果我们把总无形态物质看做两部分的话 无形态物质的总密度 是地表真空中的无形态物质密度与水所对应的无形态物质密度的叠加 S S地 S水 我们探讨物理问题都要建立空间参考系 总无形态物质相对于某个空间参 考系的速度等于各部分无形态物质相对于该空间参考系速度与密度的全权叠加 S1 1 S S3 3 S1 S S3 (3.) 我们还是以水流为例 假如水相对于地表空间参考系速度是 水 我们来看 一下在水中总无形态物质相对于地表空间参考系的速度 40

42 假设在地表真空的无形态物质相对于地表的速度为 0 水流对应的无形态 物质和水流一起运动 相对于地表的速度为 水 所以 总无形态物质相对于地 表的速度为 S水 水 S地 0 S水 S地 S水 S水 S地 水 真空中存在无形态物质 现在我们再来看一下真空,人们以前一直认为理想的真空中什么也没有 其 实不然 真空只是没有了空气分子 真空中有大量的无形态物质存在着 真空容器的器壁对无形态物质不会有任何的阻挡 如果真空是在地表 真空中弥漫的就是对应的地表空间的无形态物质 真 空中的无形态物质密度就是地表空间的无形态物质密度 如果真空是在宇宙空 间中 真空中弥漫的就是对应的宇宙空间中的无形态物质 真空中的无形态物 质密度就是该宇宙空间中的无形态物质密度 3. 物理规律与无形态物质密不可分 无形态物质存在的空间叫无形态物质空间 或简称物质空间 对应于无形 态物质空间 我们把传统物理中空虚的 平直的空间叫数学空间 人们解决物理问题经常建立数学参考系 数学参考系只是为了便于处理物 理问题 与物理规律没有任何必然的 直接的联系 41

43 物体的一切运动规律不是依赖于绝对的数学空间 而是依赖于物体所处的 总的无形态物质空间 我们举一个浅显的例子 鱼在水 中游 水相对于河岸流动 那么鱼的 受力和运动规律是与什么密不可分呢? 鱼的受力和运动规律是与水流密 不可分的 而不是与岸边的数学参考 系直接联系在一起 物体好比是鱼 无形态物质好比是水 物体的运动规律依赖于它所处的总 的无形态物质空间 而不是直接依赖于数学空间 大家知道 在宏观上 物体之间的相互作用力必须通过某物体才能够传递 同样地 物体之间相互作用的万有引力以及电荷之间相互作用的库仑力也必须 通过某种物质传递 了解了无形态物质之后 我们可以得出这样的结论 物体间的万有引力是通过无形态物质传递的相互作用 电荷之间的库仑力是通过无形态物质传递的相互作用 任何波动都需要媒质来传播 光和其它的波动没有本质的区别 它具有波 的一切特征 无形态物质是光的传播媒质 无形态物质是光的传播媒质 光相对于无形态物质空间的传播速度是衡定 的 4

44 3.3 无形态物质存在的辅助说明 暗物质简介 作者 1991 年创建 新物理 时 通过对大量物理现象 物理规律的分析 认为自然界中一定存在另一种状态的物质 称其为 无形态物质 当时作者 还不知道关于暗物质的说法 现在 国际上有很多物理现象已经证实 宇宙中 确实大量存在着另一种状态的物质 并称其为暗物质 目前科学家们普遍认为 宇宙中大部分的物质以暗物质的形态存在 在研究和观测漩涡星云中旋转星体的速度和位置关系时 物理学家在银河 旋转曲线中发现异常 对于这一观测异常 人们能够做出的解释是 所谓的星系空间并非什么真 空 而是由某种物质弥漫于整个空间 因为这种物质自身不能发光 所以它是 不可见的 1983 年 科学家们发现 距银河系中心 10 5 光年的 R15 它的视速度大 于 465 km/s 根据天体物理理论 产生这样高的速度只有在银河系总质量十倍 于可见物质时才有这个可能 43

45 开始 科学家们认为暗物质应该是一些气体物质 然而通过光学方法测定 出 暗物质不是氢 氧 锂 碳 镁 铝 铁 硫 它不可能是任何化学元素 通过对宇宙 x 射线的测定 同样可以排除暗物质是离子化气体的可能性 当然 暗物质也不是死星 如果短缺的宇宙引力质量是死星 这必然会使 星体轨道计算发生困难 最终导致计算结果与观测值不相符 近期 以色列和美国的两位科学家在英国 自然 杂志上宣布 他们首次 发现了类星体周围暗物质晕存在的证据 大量实验事实都说明自然界中有另一种状态的物质存在 但是 人们并没 有对它进行描述更没有把它和物理规律深刻地联系起来 作者意识到它的存在 并且把它与物理规律密切联系起来 这将给物理学带来极其深远的影响 3.3. 玻色-爱因斯坦 凝聚态简介 现在国际上最热门的物理实验领域是对 玻色-爱因斯坦 凝聚态的研究 这里简要描述一下实验现象 44

46 当原子冷却到极低的温度时 会发生不可思议的变化 原子的尺寸会增大 几千倍 原来像镜面一样清晰的表面变得模糊不清了 彼此可以像幽灵一样一 穿而过 而不发生任何偏转 这和常态物质的性质已经完全不同了 常态的 原子如果可以相互穿过的话 我们都可以穿墙而过了 成千上万个原子可以 重叠成一个较大的球体 该凝聚体有很多奇特的性质 如超流动性等等[7] 科学家们让光穿过这种凝聚体 发现光在这种凝聚体中的传播速度只有十 几米每秒 几乎和自行车的速度相仿[8] 这些实验说明物质的存在状态绝对不只只是我们熟知的常态物质这样一种 形式 这种凝聚体是不是 形态物质 转化成 无形态物质 的一个过渡状态 呢 星体运行规律 前面我们说过 宏观的星体运行规律那是正在进行的实验 那是比我们地 表实验室所做的实验庞大得多 稳定得多 精确得多的实验 这些星体运行所 拥有的普遍规律非常值得我们深思 通过观察宇宙中正在进行的这些伟大实验 大家能否有所体会 大家能否 体会到宇宙空间中有我们看不见的另一种状态的物质充满着 存在着 1 月亮绕地球转动的方向和地球的自转方向相同 月亮一天比一天出 来得晚 月亮是围绕地球自西向东转动 与地球自转方向相同 45

47 如图 3. 所示, 九大行星都在接近同一平面的近圆形的椭圆轨道上, 朝同一方向绕太阳公转, 即行星的轨道运动具有同共面性 近圆性和同向性, 只有水星和冥王星稍有 偏离 太阳的自转方向也与行 图 3. 星的公转方向相同 3 如图 3.3 所示, 这是让人着迷的土星奇妙的盘状圆环 环薄得令人难以置信, 直径数十万公里, 厚度仅几米 用唱片 来形容土星环很形象 它 图 3.3 们由几十亿块冰块组成, 排列在行星重力轨道内, 每一块都是一颗小卫星 4 如图 3.4 所示, 这 是我们银河系的概貌 46 图 3.4

48 5 其他星系 图 3.5 Large Binocular Telescope 望远镜 005 年拍摄的 NGC891 星系的侧面 图, 银河系的侧面也是这样 图 3.6 离银河系最近的河外星系 47

49 图 3.7 庞大 美丽且明亮的螺旋星系 m83 状态大小类似银河系 朋友们 大家都看过水中的漩涡吧 这些实实在在的天体运行和水中的漩 涡是不是非常相似啊 这仅仅是巧合吗 如果 空间中没有与星体相互作用的物质 土星的卫星也好 太阳系的行 星也好 银河系也好 其它星系也好 为什么像水中的旋涡呢 为什么具有那 么良好的同向性和共面性呢 大自然浩瀚 深邃 伟大,如诗如歌 忽然,想起崇尚自然的老子的一段话 有物混成 先天地生 寂兮寥兮 独立而不改 周行而不殆 可以为天 下母 吾不知其名 字之曰道 强为之名曰大 大曰逝 逝曰远 远曰反 48

50 有一个东西混然天成, 在天地形成以前就已经存在 听不到它的声音也看不见它的形体, 寂静而空虚, 它独立长存永不停息, 循环运行而永不衰竭, 可以作为万物的根本 我不知道它的名字, 所以勉强把它叫做 道, 再勉强给它起个名字叫做 大 它广大无边而运行不息, 运行不息而伸展遥远, 伸展遥远而又返回本原 49

51 第四章 无形态物质是光的传播媒质 4.1 作者的时空观 在阐述各种物理规律之前 我们必须先把物理学最基本的观念明确一下 牛顿说 绝对空间 它永不改变 永不移动 此乃空间的本性 它独立 自我存在 不与身外事物相干 绝对的 真实的或数学的时间 它的本身 而且就其本质而言 总是于 任何外界事物无关地均匀地流逝着 时间 空间是人们认识世界的标准和尺度 是物理学不可动摇的基石 作者的时空观与牛顿经典物理的时空观是一致的 1 时间是客观存在的 总是与任何外界事物无关地均匀地流逝着 数学空间在其本质上与外界任何事物都无关 永远保持其为等同的 恒 定的 3 速度遵循伽利略叠加原理 4 质量 引力质量 是守恒的 能量是守恒的 它们不能相互转化 与牛顿经典物理唯一不同的是 作者认为物体的一切运动规律不是依赖 于空虚的数学空间参考系 而是依赖于它所处的总无形态物质空间 50

52 前面打了个鱼在水中游的比方 物体好比是鱼 无形态物质好比是水 物体的一切运动规律依赖于它所处的总的无形态物质空间 而不是直接依赖于 数学空间 4. 无形态物质是光的传播媒质 任何波动都需要传播媒质 光和其它的波动没有本质的区别 它具有波的 一切特征 无形态物质是光的传播媒质 无形态物质是光的传播媒质 光相对于无形态物质空间的传播速度是衡定 的 由波动学规律可知 波的传播速度 u 为 u G E 或 u 或 u K 其中 G 为固体的切变模量 E 为固体的弹性模量 K 为液体或气体的体 积模量 为媒质的密度 总之 不管波是在固体还是在液体中传播 波的传播速度都与媒质模量的 二分之一次方成正比 都与媒质密度的二分之一次方成反比 由于无形态物质是光的传播媒质 所以可以得出光速 c 与无形态物质密度 S 的关系式为 c W S (4.1) 其中 S 为无形态物质的密度 W 为无形态物质的体积模量 N / m 51

53 大家都清楚 光在玻璃 水等物质中的传播速度小于真空中的光速 物理 学对这些事实并没有很好解释 我们从无形态物质的角度来理解就非常容易了 在地表真空中 无形态物质的密度就是地表空间的无形态物质密度 S 0 在 地表真空中的光速 c W S0 (4.) 在水中 无形态物质的总密度是地表真空中的无形态物质密度与水所对应 的无形态物质密度的叠加 S S水 S0 水中的光速为 c水 W S水 S 0 (4.3) 由于在玻璃 水等物质中 无形态物质的密度比地表真空中无形态物质的 密度大了 光在玻璃 水等物质中的传播速度自然要小于真空中的光速 在第二章 我们介绍了物理学史上相互矛盾的大量实验现象 双星现象 光行差现象 斐索实验 艾里实验 迈克尔逊-莫雷实验 下面我们就从全新的角度来理解一下物理学史上这些著名的实验和现象 在全新的体系下 所有实验现象之间不再有任何矛盾 非常自然 融洽 和谐 统一 4.3 斐索实验的全新解释 1851 年 斐索做了一个非常巧妙的实验 它反映出水可以带动光 然而不 能完全带动光 而是以较慢的速度前进 5

54 斐索实验测量出在水中传播的光相对于地球的速度是 c c f (4.4) n 式中 + 表示光顺着水流的情况, - 表示光逆着水流的情况 其中, n 是水的折射率, 曳引系数 f , 比 1 小 如何理解斐索实验呢? 为什么水可以带动光呢? 现在我们从无形态物质的角度上, 就可以很好理解斐索实验 因为水带动 了无形态物质, 所以水可以带动光 在地表真空中, 地表无形态物质的密度是均匀的, 我们用 S 0 表示, 假设地 表无形态物质相对于地球没有运动 在水流内部, 由于距水分子的距离十分小, 水的无形态物质密度就不可忽 略了, 总无形态物质密度就等于地表无形态物质密度与水流无形态物质密度的 叠加 S S水 S 0 (4.5) 假如在地表真空中的无形态物质相对于地表的速度为 0, 水流无形态物质 相对于地表的速度为 水, 总无形态物质相对于地表的速度为 : 53

55 S 水 S 0 S 水 水 S 0 0 令 f S 水 S 水 S 0, 则 f水 (4.6) 光在水中传播时相对于这个运动的总无形态物质空间的传播速度是 c/ n, 光相对于地表的速度为 c c f水 n (4.7) 因为水带动了无形态物质运动, 所以水带动了光 这很好地解释了斐索实 验中水对光的曳引现象 下面我们定量地计算一下水的曳引系数 当光在地表的真空中传播时, 光速为 W c (4.8) S 0 当光在水中传播时, 光速为 c 水 W S S 水 0 (4.9) 把 (4.8) 式和 (4.9) 式两边平方然后相除得 c 水 c S 0 S 0 S 水 54

56 由于 f S水 c 又 c水 代入后得 S水 S 0 n f 1 1 n (4.10) 我们知道水的折射率 n 1.33 理论上我们来计算一下水的曳引系数 f n (1.33) 实验中斐索测得的水的曳引系数 f 可见 理论值与实验值非常吻合 不仅仅是斐索实验 其它很多曳引实验都表明 各种物质对光的曳引系数 都满足公式(4.10)的形式 4.4 迈克尔逊-莫雷实验的全新解释 年间 迈克尔逊和莫雷两人做了一个实验 用迈克尔 逊干涉仪想测量地表上 以太风 的速度 结果地表上根本没有 以太风 迈克尔逊和莫雷当时做出结论说 倘若地球与 以太 有相对速度 它也 不可能超过地球轨道运动速度的 1 / 6 肯定地说 是不会超过 1 / 4 的 现在我们可以很好理解迈克尔逊-莫雷实验 55

57 如图 4.1 所示 在第三章中我们探讨过 在 地球的表面 地球的平动会带动地表附近的无形 态物质 无形态物质相对于地表的速度较小 迈 克尔逊-莫雷实验正说明了这种带动作用 迈克尔 逊-莫雷实验表明 在地球表面 无形态物质相对 于地表的速度小于 7500 m s. 图 密勒实验的分析解释 年 密勒和莫雷在地表用更精密的仪器做迈克尔逊-莫雷实验 所得实验结果比 1887 年迈克尔逊和莫雷的更接近于零 后来 密勒超出了地表空间 得到了不同寻常的结果 到了 191 年 密勒把迈克尔逊-莫雷实验装置安在威尔逊山上进行 所用 方法和以前一样 但实验发现有 10 km / s 的正效应 也就是说光相对于地球在 以 10 km / s 的速度做漂移运动 可以说密勒实验对相对论的光速不变原理是否定的 现在我们可以很好理解密勒实验 如图 4.1 所示 距离地表高度不同 无 形态物质相对于地表的速度不同 由于高度的影响 在高山上 地球对无形态 56

58 物质的带动减弱了 也就是说在高山上 无形态物质相对于地球的速度较大了 所以 在高山上做迈克尔逊-莫雷实验会发现干涉条纹有漂移 威尔逊山 1750 多米高 可见地球对无形态物质的带动随高度增加而很快 地减弱了 004 年 月初 我到五台山的北台顶上测量了光速 北台顶海拔 3058 米 测量结果显示 在高山上光的传播速度与地表没有差别 人们在高空也测量过 光速 测量值和地表是相等的 这就是说 在高山上无形态物质相对于地表有漂移 但是 高山上无形态 物质的密度与地表没有明显差别 4.6 光行差现象的分析解释 在地球上 用望远镜观测遥远的任意一颗恒星 发现在地球轨道的不同位 置上 我们用以观测的望远镜方向在一年内有周期性的变化 在实际观测中 这个最大的 角约等于 10 4 弧度 物理学家们用 以太 的思想来解释光行差现象 得出的结论是 地球相 对于 以太 的海洋以 30km / s 在运动 也就是说地表上有 30km / s 的 以太 风 人们认为这和地表上的迈克尔逊 莫雷实验的 零 结果是完全矛盾的 这个实验与地表上的迈克尔逊 莫雷实验的 零 结果真的有矛盾吗 现 57

59 在我们从无形态物质的角度 能很自然的理解光行差现象 如图 4. 所示 假如恒星发出的光以速度 c 垂直于地球的轨道平面射来 地球带动着它表面的无形态物质相对于宇宙空间以速度 当光在远离地球的宇宙空间中传播时 地球的运动对远处的总无形态物质影响非常 小 可以忽略 恒星发出的光在宇宙中将依 然以速度 c 垂直于地球的轨道平面射来 由 于地球相对于宇宙空间以速度 运动 在地 球上观察 光相对于地球有个反相的速度 所以 在地球上观察 光是从向前倾斜 角 图 4. 的方向射来的 从图上可以看出 观测方向与原传播方向夹角 的正切值为 tan c 把地球的轨道速度 30km / s 和光速带入 会得出这个最大 角约等于 10 4 弧 度 以上解释与观察事实符合得很好 而且并不会和迈克尔逊-莫雷实验矛盾 4.7 艾里实验的分析解释 既然水可以带动 以太 那么把望远镜中灌满水 人们推断将会看到与 无水时不同的光行差现象 58

60 在 1871 年 艾里在望远镜中灌满了水 可是艾里仍然观察到与无水时一 样的光行差现象 在 以太 的框架下 艾里实验和光行差现象 斐索实验等也是相互矛盾 的 现在我们能很自然的理解艾里实验 如图 4. 所示 当把光行差实验的望远镜中灌满水后 注意 因为水并没 有相对地球运动 水的存在只是使望远镜中总无形态物质密度比无水时大了 总无形态物质相对于地球仍是静止的 光进入地表附近的物质空间后 水的存在并不会影响它的传播方向 所以 仍能观测到与无水时相同的光行差现象 4.8 双星现象的分析解释 人们通过对遥远的恒星进行观测 来判断光速是否依赖于光源速度 发现 双星系统都很正常 从来没有看到过 魅星 进而判断出光速与光源的速度 无关 59

61 结论! 光速与光源的速度无关这是远在相对论产生前人们就通过双星现象得出的 下面我们来分析一下双星现象 我们说无形态物质是光的传播媒质, 光速与光源速度无关 如图 4.3 所示, 在星球附近, 总无形态物质会受到星球运动的带动 ; 所以, 当光在星球附近传播的时候, 从 a b 点发出的光相对于宇宙空间的速度是不同的, 但是光在星球附近传播的时间很短 在遥远的宇宙空间, 总无形态物质不会受到星球运 图 4.3 动的影响 ; 当光在辽阔的宇宙空间中传播的时候, 从 a b 点发出的光相对于 宇宙空间的速度是相同的 由于在星球附近的影响极其微小, 所以我们观测的双星系统都很正常 感兴趣的朋友可以自己定量地推算一下, 类比一下地球吧, 在地球附近几千米的高空, 地球对该处无形态物质的带动就减弱了 ; 即便再高一些的高空, 光传播到此也只需很短很短时间! 而光速微小的差别引起的时间差更是非常非常短! 这个时间和星球的轨道周期根本没有可比性 60

62 4.9 萨格纳克效应 sagnac 效应 意义重大 1911 年 Sagnac 发明 了一种可以旋转的环形干涉 仪 实验原理如图 4.4 所示 将同一光源发出的一束光分 解为两束 让它们在同一个 环路内沿相反方向循行一周 后会合 然后在屏幕上会产 图 4.4 生干涉 图 4.4 萨格纳克效应中条纹移动数与干涉仪的角速度和环路所围面积之积成正比 下面我们对萨格纳克效应从一个全新的角度来理解一下 如图 4.5 所示 为简单起见 我们不妨假定该 环路是半径为 R 的圆 并假定干涉仪是作顺时针 方向的定轴转动 角速度为. 由于干涉仪的运动 不会影响地表总的无形态质的状态 总无形态物 质相对于地表是静止的 图 4.5 真空中 环路本身相对于地表的线速度为 R 顺时针 转动 从干涉仪所在的转动的参考系中看 无形态物质相对于环路的线速度为 R 逆时针转动 顺时针方向和逆时针方向传播的两束光相对于环路本身的 线速度分别为 61

63 顺 c R 逆 c R 环的周长为 L R, 因而两束光在环中运行的时间差为 R R t c R c R 4R c (1 R c ) 略去二级微小量, 得 4S t (4.11) c 光程差为 4S ct (4.1) c 因而与上述的光程差对应的条纹移动数目是 4S N (4.13) c 可见, 萨格纳克效应中条纹移动数与干涉仪的角速度和环路所围面积之积 成正比 萨格纳克效应已经得到广泛的应用, 光纤陀螺已成功地用于航空 航天等 领域, 是近几十年发展较快的一种陀螺仪 对于光纤陀螺仪, 光在介质中传播, 其传播速率与介质的折射率有关, 也 与介质的切线速率有关 这时我们如何理解萨格纳克效应并得到符合事实的公 式呢? 6

64 如图 4.6 所示, 设光纤线圈半径为 R, 光源和探测器均置于 A 处 装置相对地表空间以角速度 沿顺时针转动, 环路本身的线速度为 R. 光纤会带动其内部的总无形态物质顺时针转动, 根据对斐索实验探讨的相关公式可知, 总无形态物 质相对于地表顺时针转动的线速度为 图 4.6 光纤中 1 f R (1 ) R n 从干涉仪所在的转动的参考系中看, 光纤内总无形态物质是逆时针转动的, 总无形态物质相对于干涉仪逆时针转动的线速度为 1 R R (4.14) n 光相对于总无形态物质空间的传播速度是衡定的, 所以顺时针方向和逆时 针方向传播的两束光相对于环路本身的线速度分别为 c 1 R n n 顺 c 1 n n 逆 R 两者的时间差为 R R 4 R t (4.15) c 1 c 1 c (1 R c n ) R R n n n n 63

65 略去二级微小量, 得 t 4R c 环路包围的面积是 S R, 因而上式可改写成 4S t (4.16) c 所得结果与真空中的 t 表达式 (4.11) 相同, 可见, 在介质中我们从理论上所得的结果也完全符合事实 对应的相位差 tcn tc 8S c n 式中, 为激光在地表真空中的波长, n 为激光在介质中的波长, c n 为激光在 介质中的速度 如果光纤圈绕有 N 匝, 其相位变化为 8SN (4.17) c 因此, 利用光的干涉原理测出 后, 即能求出转速 之值 计算结果与事实完全一致, 我们很好地解释了光纤陀螺仪的萨格纳克效应 萨格纳克效应意义重大! 它是对光速不变原理的直接否定 64

66 爱因斯坦著作中是这样描述的光速不变原理 : 任意一条光线在 静止 坐标系中总是以恒定的速度 c 运动, 不管这条光是由静止的还是由运动物体发 出的. 静止 是指相对于观察者静止. 根据光速不变原理, 光相对于所有 静止 参考系的速度都是恒定的 c, 在环形干涉仪所在的参考系, 两束光相对于环形干涉仪的速度都是恒定的 c, 不管环形干涉仪怎样旋转干涉条纹都不应该移动, 更不该和角速度成正比 然而, 事实是条纹移动数与干涉仪的角速度成正比 这与相对论的分析完 全不同 维护相对论的学者常常会狡辩说, 光速不变原理只适用于 惯性参考系 惯性参考系 是经典物理的概念, 相对论抛弃了经典物理的绝对时空观, 所有运动都是相对的, 请问如何定义 惯性参考系? 相对论根本无法定义 惯性参考系, 凭什么拿 惯性参考系 来搪塞萨格纳克效应?! 退一步说, 即使相对论能区分出 惯性参考系, 环形干涉仪是非惯性参考系, 当环形干涉仪匀速转动时, 它只有向心加速度, 正反两束光是沿着圆的切向运动, 在相对论中, 正反两束光相对于环形干涉仪的速度也绝对相同, 不管环形干涉仪旋转的角速度多大, 干涉条纹都不应该移动, 更不该和角速度成正比 然而, 萨格纳克效应中条纹移动数与干涉仪的角速度成正比 这不仅仅是 实验, 而且已经在航天 航空中广泛应用 所以说, 无论如何萨格纳克效应都是对光速不变原理最最直接的否定 65

67 4.10 雷达波传播中的时间延迟以及光线弯曲 地球上的观察者使电磁波从离开太阳最近的表面 R ~ 10 6 km 往复传播 也使电磁波从离开太阳较远的空间 R ~ 10 8 km 往复传播 发射到太阳系 内的行星水星或金星上 然后反射回来 在地球上计量它们往返时间的时间 差 发现在太阳附近传播的光在时间上会延迟 人们认为这恰恰验证了相对论的空间弯曲 我们不相信什么空间弯曲 我们不赞成用扭曲时空来处理物理问题 请大 家思考两个简单问题: 当光通过一个玻璃球体 光线发生了偏折 我们就可以说空间弯曲了吗 当光通过玻璃比通过空气慢 我们就可以说空间弯曲了吗 人们喜欢新奇 喜欢刺激 但是千万不要把新奇 刺激拿到物理中故弄玄 虚 空虚的数学空间什么也没有 请问空虚的数学空间何以会弯曲 了解了无形态物质的分布规律 我们能 很好理解雷达波延迟 如图 4.7 所示 由于太阳附近的无形态物 质密度较大 电磁波在太阳附近通过时速度 较慢 在离太阳较远的空间 无形态物质密 图

68 度较小, 电磁波的速度较快 所以, 在太阳附近传播的电磁波在时间上会延迟 太阳附近的无形态物质是球形分布的, 这就好像一的巨大的凸透镜, 当光 线在太阳附近通过时, 显然会向太阳所在方向发生弯曲 1919 年 5 月 9 日, 爱丁顿率领的考察队在西非几内亚湾的普林西比岛进 行日蚀观测, 他们发现经过太阳附近的光线向太阳所在方向发生弯曲, 这个消 息一经传出, 全球为此轰动 67

69 第五章 无形态物质是物理规律的基础 处理物理问题必须依赖与数学 但是人们往往使物理过于数学化了 渐渐 忽略了物理学的客观基础 人们解决物理问题经常建立数学参考系 数学参考系只是为了便于处理物 理问题 与物理规律没有任何必然的 直接的联系 但是 人们竟然直接把物 理规律建立在数学参考系上 这是经典物理最根本的失误 作者将纠正经典物理的失误 在客观的 物质的基础上探讨最基本的物理 学问题 物体的一切运动规律不是依赖于绝对的数学空间 而是依赖于它所处的总 无形态物质空间 前面我们打了个鱼在水中游的比方 物体好比是鱼 无形态物质好比是水 物体的一切运动规律依赖于它所处的总 的无形态物质空间 而不是直接依赖于 数学空间 本章中 作者将从无形态物质的角度全面探讨最基本的物理规律 作者将明确区分引力质量 惯性质量 重新明确定义牛顿第二定律 重新 推导动能方程 重新推导动量 68

70 人们认为 质量增加 运动粒子寿命变长 质能方程 等问题是 经典物理无法面对的 是对相对论最有力的证明 本章中 作者将对这些问题 给予非常自然的解释 本章中 作者将解释对物理学有着深远影响的大量著名实验现象 万有引 力常数变化 厄否实验 傅科摆的奇特现象 星体运行规律 中微子超光速现 象 虚质量 正负电子湮灭等等 本章中 作者将探讨万有引力 库仑力 磁力 反射定律 折射定律 实 物粒子波粒二象性 宇宙大爆炸等等物理学最基本的问题 5.1 万有引力及库仑力 大家知道 在宏观上 物体之间的相互作用力必须通过某物体才能够传递 同样地 物体之间相互作用的万有引力以及电荷之间相互作用的库仑力也 必须通过某种物质传递 了解了无形态物质之后 我们可以得出这样的结论 物体间的万有引力是通过无形态物质传递的相互作用 电荷间的库仑力也是通过无形态物质传递的相互作用 69

71 科学家们在矿井 钻孔或海水内的真空中进行地球物理实验 来测定物体 间的万有引力常数 得出的引力常数都高于地表实验室中的测定值 实验室测 得 G m 3 kg 1s 而地球物理测得的平均值为 G m 3 kg 1s. 科学家们一直不理解 同样是真空中 引力常数为什么会有区别呢[14] 现在我们可以很好理解为什么引力常数的测量值会有明显差别 物体间的万有引力是通过无形态物质传递的相互作用 物体间万有引力的 大小与它们所处空间的无形态物质密度有关 由于在矿井 钻孔或海水内的真空中 组成地球物质的总体分布距该空间 更近一些 所以在矿井 钻孔或海水内的真空中 无形态物质密度都比地表实 验室中无形态物质密度大一些 所以 在矿井 钻孔或海水内的真空中测得的 万有引力常数都较地表要大 自然界中有磁荷吗 一直有人在探索 我们认为自然界中不存在磁荷 磁力是电荷相对于无形态物质空间运动而 产生的相互作用 我们举一个大家熟知的浅显的例子 两艘船在水中同向并排行驶时 水流 会对船产生一个使它们相互靠近的压力 而当两条船静止在水中时 就不会产 生这样的压力 70

72 当电荷静止在总无形态物质空间时 它们之间只有库仑力 电荷间不会有 磁力 而当电荷相对于总无形态物质空间运动时 运动电荷间就会有磁力 当电荷静止在总无形态物质空间时 它不会产生磁场 当电荷相对于总无 形态物质空间运动时 它就会产生磁场 当电荷振动时 会促使它周围的无形态物质振动 产生电磁波 电荷是相对于参考系运动产生磁场吗 物理规律与空虚的数学参考系有什么必然的联系吗 没有任何必然的联系 传统物理竟然直接把物理规律建立在空虚的数学参考系上 这是传统物理最根 本的失误 下面我们看一看直接把物理规律建立在参考系上存不存在逻辑矛盾 如图 5.1 所示 我们来分析一下 A B 两个电荷的受力情况 如果我们把 物理事件与空间参考系联系起来 就会产生矛盾 按照相对性原理 物理定律在所 有惯性参考系下都具有相同的形式 那么 在 K 系中观察 A B 两个带 电体是静止的 它们都不产生磁场 图 5.1 而在 K 系中观察 A B 两个带电体 是运动的 它们都产生磁场 71

73 物理事实只能有一个结果 也就是说某一时刻 A B 两个带电体在空间 是否产生磁场是客观的 唯一的 显然 前面两种判断是相互矛盾的 另外 在 K 系中观察 A B 两个带电体是静止的 它们之间只有库仑力 而在 K 系中观察 A B 两个带电体是运动的 它们之间不仅有库仑力 而且 相互间还会有磁力 物理事实只能有一个结果 也就是说某一时刻 两个带电体之间的受力是 客观的 唯一的 显然 前面两种判断是相互矛盾的 我们必须把物理规律和物体所处的无形态物质空间联系起来 只有这样物 理规律才能够更加客观 才能够更加自然 和谐 当电荷静止在总无形态物质空间时 它不会产生磁场 当电荷相对于总无 形态物质空间运动时 它就会产生磁场 在我们的理论中 绝对不会有上面的 矛盾 5.1. 认为场就是物质是概念糊涂 现在有一种非常普遍的说法 场就是物质 人们认为电荷之间的库仑 力是通过电场这种物质传递的相互作用 物体间的万有引力是通过引力场这种 物质传递的相互作用 这种说法大家都认为很有道理 其实这是逻辑混乱 概念不清 电场怎么定义来的呢 因为电荷之间有作用力 所以定义了电场 7

74 而当问及电荷之间为什么有作用力时, 人们又理直气壮地回答, 因为 有电场啊! 电场是物质! 引力场又是怎么定义来的呢? 因为物体之间有万有引力, 所以又定义了引 力场 而当问及为什么物体之间有万有引力时, 人们又理直气壮地回答, 因 为有引力场啊! 引力场是物质! 如图 5. 所示, 人们对场的认 识就像蛇吞自己的尾巴, 犯的是最 简单的逻辑循环的错误 我们以电场为例, 电场强度 E 是怎么定义的呢? 图 5. 人们对场的认识就像蛇吞自己尾巴 因为电荷之间有电场力相互作用, 为了数学化地描述这种作用, 人们这样 去定义了电场强度 : 在空间某点放个试探点电荷 q 0, 如果该试探电荷所受的电场力为 F, 则该 点的电场强度为 F E q 0 因为有电场力所以才定义了电场, 空间某点处的电场强度 E 等于位于该点 处的单位正电荷所受的电场力 电场强度不过是单位正电荷在空间各点所受电场力的数学描述 73

75 如果谁还硬要说电场是物质的话 请明确告诉大家电场是什么样的物质 什么样的物质带有矢量方向 理解了场不过是数学描述 现在我们再问 电荷之间的库仑力是通过什么传递的相互作用 物体间的万有引力是通过 什么传递的相互作用 我们会清醒地认识到真空中必然会有某种实实在在的物质存在着 电荷之 间的库仑力正是通过这种实实在在的物质传递的相互作用 物体间的万有引力 也正是通过这种实实在在的物质传递的相互作用 空间中有实实在在的另一种状态的物质存在 正是这些实实在在的物质才 是物理规律依赖的基础 5. 引力质量与惯性质量必须区分 在探讨各种物理规律之前 我们必须对最基本的物理概念剖析清楚 只有 这些物理概念清楚了 物理学才会更加坚实 经典物理时期人们还区分引力质量和惯性质量 但是 在近代物理中 引 力质量与惯性质量被认为是等效的 已经不再区分 混为一谈了 引力质量和惯性质量必须要加以区分 74

76 5..1 引力质量 可以说引力质量由来于牛顿的万有引力定律 F G mm r (5.1) 这里的 m M 都是质点的引力质量 人们对引力质量做过非常明确的描述 引力质量反映物体所含物质量的 多少 大家想想 一个物体有一万个分子 放在月球上 太阳上它就变成十万个 一百万个了吗 显然不会 大家再想想 一个物体有一万个分子 高速运动了 它就变成十万个 一 百万个了吗 显然不会 引力质量是恒量 我们仍然用 m 表示 确切地说 称其为固有质量更恰当 5.. 惯性质量 惯性质量由哪里来的呢 它由来于牛顿第二定律 F m a (5.) 惯性质量反应什么含义呢 惯性质量反映了物体的运动特性 反映的是物 体受到外力的时候加速的难易程度 75

77 我们一起思考一下, 看一下惯性质量是否一定是恒量 假如, 一个物体在地表, 在低速下, 受到 10N 的力, 它的加速度是 1m s. 那么, 当这个物体在比地球质量小很多的月球表面, 在低速下, 受到 10N 的力, 它的加速度一定也要是 1m s 吗? 那么, 当这个物体在太阳等比地球质量大很多的恒星表面, 在低速下, 受 到 10N 的力, 它的加速度一定也要是 1m s 吗? 显然不一定 假如, 一个物体在地表, 在低速下, 受到 10N 的力, 它的加速度是 1m s. 那么, 当这个物体在地表, 在接近光速的情况下, 受到 10N 的力, 它的加 速度一定也要是 1m s 吗? 那么, 当这个物体在地表, 在等于光速的情况下, 受到 10N 的力, 它的加 速度一定也要是 1m s 吗? 显然不一定 惯性质量是与引力质量含义完全不同的物理量 惯性质量反映了物体的运 动特性, 反映的是物体受到外力的时候加速的难易程度, 是变量 惯性质量不仅与引力质量有关, 惯性质量还与物体本身所处空间状态有关, 惯性质量还与物体本身运动速度有关 1 惯性质量与物体自身的引力质量有关 物体自身的引力质量越大, 它的 惯性质量越大 76

78 惯性质量与物体所处空间的无形态物质密度有关 物体所处空间的无形 态物质密度不同, 即使是同一物体, 它的惯性质量也会不同, 惯性质量与无形 态物质密度之间的函数关系用 f( S ) 表示 3 惯性质量还与物体相对于无形态物质空间的运动速度有关 低速时物体 加速容易, 高速时物体加速较难 ; 也就是说低速时物体惯性质量较小, 高速时 物体惯性质量较大 惯性质量与物体运动速度之间的函数关系用 g( ) 表示 如果用 Q 代表惯性质量, 则 Q m f ( S) g( ) (5.3) 在地表空间, 无形态物质的密度较均匀, 设为 S 0, 令 f( S0 ) 1, 则 Q m g( ) 1901 年, 考夫曼等人发现, 当电子相对于地表高速运动时, 它的惯性质量 会增加 由考夫曼等许多人所做的惯性质量与速度关系的实验可知 g( ) 1 1 c (5.4) 这里我们必须强调一下, g( ) 的函数形式不是想当然就可以得出来的, 也 不是在数学上简单拼凑就能得出来的, 它是大量实验概括出来的, 近代物理的 很多实验也都证明了 g( ) 满足上面的函数形式 光速 这里还需要说明的是,(5.4) 式中的光速是物体所处无形态物质空间对应的 77

79 从(5.4)式中可以看出 在低速时 g ( ) 近似等于 1 而在地表 f ( S0 ) 1 所以 在地表低速时 Q m 可见 在地表 物体低速运动时 物体的惯性质量与引力质量在数值上是 等效的 只是在数值上等效 它们在本质上是完全不同的 这正是我们最熟知的情况 由于在地表低速时 惯性质量与引力质量在数 值上是等效的 以至于使人们以为惯性质量与引力质量完全等效 这是物理学 中很重大的失误 下面我们来初步推论一下函数 f ( S ) 的形式 惯性质量是物体与无形态物质 作用的结果 无形态物质密度是线性叠加的 当无形态物质密度成倍增大时 惯性质量理应成倍增大 函数 f ( S ) 的形式应当为 f (S ) S (5.5) 式中 为惯性系数 由于 f ( S0 ) 1 所以 1 / S 厄缶实验根本无法说明引力质量等于惯性质量 匈牙利物理学家厄缶在 1906 年做了一个著名实验 人们认为它证明了引 力质量与惯性质量相等 78

80 如图 5.3 所示 质点用弦线悬挂起来 总会达到平衡位置 它会受到三个 力 1 地球的引力 G 指向地球的中心 因 地球的自转质点会受到一个惯性离心力 F 3 弦 线对质点的张力 T. 重要的是 G 正比于引力质量 F 正比于惯 性质量 厄缶仔细地比较了各种不同物质 如木 铂 铜 石棉 水 硫化铜等等 悬挂起来后弦 图 5.3 厄缶实验示意图 线平衡位置所发生的变化 结果看不出什么变化 实验的精确度为 物理学家认为这个 零 实验结果意味着引力质量等于惯性质量 厄缶实验真能证明引力质量等于惯性质量吗 不能 厄缶实验根本无法证 明引力质量等于惯性质量 要知道厄缶实验是在地表的同一地点进行的 且物体的速度为零 我们说 惯性质量与引力质量满足下面的关系 Q m f (S ) g ( ) 在地表 f ( S 0 ) 1 而 0 时 g ( ) 1 由此可得 Q m 所以 在厄缶实验的条件下 各种不同物体的惯性质量与引力质量等效是 79

81 必然的 厄缶实验能说明同一物体在不同空间中引力质量与惯性质量一定相等吗? 不能 厄缶实验能说明同一物体在不同速度下引力质量与惯性质量一定相等吗 不能 厄缶实验根本无法说明引力质量等于惯性质量 引力质量与惯性质量是两 个含义完全不同的物理量 必须要区分开来 5..4 从浮木问题看质量增加 我们看一个简单的浮木问题 看看物体高速运动到底是质量增加还是惯性 质量增加 如图 5.4 所示 密度为 1.0g / ml 的木块以 0.8c 的速度在水中相对于水 运动 水的密度是 1.0g / ml 请问 木块是上浮还是下沉 图 5.4 浮木问题示意图 我们用相对论的观点分析一下 1) 在水所在的参考系中看 木块是运动的 运动物体的质量增加了 而运 动物体长度缩短了 木块的密度增加为 是 1.0g / ml 所以木块必将下沉 c.8g / ml 而水的密度仍然

82 在木块所在的参考系中看 水是运动的 运动物体的质量增加了 而运 动物体长度缩短了 水的密度增加为 c.8g / ml 而木块的密度仍然 是 1.0g / ml 所以木块不但不下沉还要上浮 木块到底是下沉还是上浮呢 显然 相对论的结果是自相矛盾的 即便运动物体的长度不收缩 只要是运动物体的质量增加了 上述的矛盾 必然存在 另外 即便是运动物体的质量不增加 如果运动物体的长度收缩 上述的矛盾也必然存在 而如果运动物体增加的是惯性质量 并且承认空间的客观性 不胡扯什么 运动物体的长度收缩 上述问题就不会有任何逻辑矛盾 所以说 近代物理大量质量增加的实验 都只是充分说明了运动物体的惯 性质量会增加 5.3 牛顿第二定律的重新阐述 物体的一切运动规律不是依赖于绝对空间 而是依赖于它所处的总无形态 物质空间 以前人们把牛顿第二定律直接建立在空虚的数学参考系上 这是错误的 我们必须重新严格描述牛顿第二定律 81

83 当物体所受合外力为零时 物体相对于它所处的总无形态物质空间的加速 度为零 当物体所受合外力不为零时 物体相对于它所处总无形态物质空间的 加速度与物体惯性质量的乘积等于物体所受合外力 F Qa (5.6) 这才是更明确 更严格的牛顿第二定律 这里需要说明一下 牛顿在 自然哲学的数学原理 中描述牛顿二定律的 时侯 是这样说的 动量的改变和所加的动力成正比 F dp d (m ) dt dt 这是牛顿第二定律的原始表达方式 注意 牛顿时代认为质量是不随速度变化的 当惯性质量是随速度变化的 时候 动量已经不是 P m 的形式了 在后面我们会从新探讨动量的形式 我们之所以重新描述惯性质量 我们之所以重新描述或者说是定义牛顿第 二定律就是为了使物理概念更加明确 清晰 牛顿水桶实验 牛顿曾经对绝对空间的存在作过如下的论证 8

84 我们使一个盛有水的水桶旋转, 当桶已旋转而水还未动时, 水面依然与静止时相同是一个平面, 但到最后水随桶一起旋转时水面就呈现出一个凹型曲面, 这个实验表明 : 当水静止时, 不管它是否与水桶有相对运动, 水面都是平的 ; 而当水旋转时, 不管它是否与水桶相对静止, 水面都是凹型曲面 如果把参考系建立在水桶的内壁上, 物理规律与事实之间就产生了矛盾 : 1 开始时, 水桶已旋转, 水未旋转 ; 水相对于水桶所在的参考系有转动, 水应受到离心力作用, 水面应该是凹面 而此时实际上水面恰恰是一个平面 当水与水桶一起旋转时, 水相对于水桶所在的参考系无运动, 水不应受 到离心力作用, 水面应该是平面 而此时实际上水面恰恰是一个凹面 面对这样的矛盾, 牛顿说 : 这恰恰说明有一个 绝对空间 存在 根据水 面的平或曲, 可以判定水相对 绝对空间 是静止的或旋转的 我们说物体的运动规律不是依赖于 绝对空间, 而是依赖于它所处的总 无形态物质空间 那么水桶实验该如何理解呢? 大家知道, 在水桶中, 水所处的空间, 水桶的无形态物质密度和地球的无 形态物质密度相比太小了, 水桶是否运动对总无形态物质的影响太微弱了 总 无形态物质可以完全用地球的无形态物质代表 83

85 当水相对于地球不转动时 相对于总无形态物质空间不转动 水不会受到 离心力 水面是一个平面 而当水相对于地球有转动时 相对于总无形态物质空间有转动 水受到一 个离心力 水面就呈现出一个凹型曲面 从无形态物质的角度 我们非常容易理解牛顿水桶实验 绝对空间 惯性参考系 等都是经典物理的概念 相对论抛弃了经 典物理的绝对时空观 所有运动都是相对的 请问相对论如何解释牛顿水桶实 验 5.3. 绝对空间 和 惯性参考系 上面牛顿水桶实验谈了 绝对空间 在此我们需要把 绝对空间 和 惯性参考系 等都进一步阐述清楚 牛顿时期 由于人们没有意识到空间之中有另一种状态的物质存在 提出 了 绝对空间 等观念 这是历史的局限 是把物理数学化的产物 物体的一 切运动规律与空虚的数学参考系有什么必然联系吗 没有 我们一再强调 物体的一切运动规律依赖于它所处的总无形态物质空间 物体的惯性质量 动能 动量等等都要针对于它所处的总无形态物质空间严格 定义 都是针对于它所处的总无形态物质空间而言才有明确的物理意义 84

86 人们已经习惯了 惯性参考系 这个概念 如果依然沿用 惯性参考系 这个概念 物体所处的总无形态物质空间才是该物体运动规律依赖的 惯性参 考系 相对于某个总无形态物质空间作匀速运动的参考系是不是 惯性参考系 呢 注意 物体的惯性质量 动能 动量等等不仅与它相对于无形态物质空间 的速度有关系 还与无形态物质密度有关系 所以 物理规律在相对于总无形 态物质空间作匀速运动的参考系中 和原来不会有相同的形式 前面我们说过 当电荷静止在总无形态物质空间时 它不会产生磁场 当 电荷相对于总无形态物质空间运动时 它就会产生磁场 这些电磁学规律在相 对于某个总无形态物质空间作匀速运动的参考系中更不相同了 动能怎么不相等了 如图 5.5 所示 K 系相对 于 K 系在做匀速直线运动 A B 两物体相对于 K 系也在做匀速 直线运动 图 5.5 假设 A 的质量为 4m 相对 于 K 系的运动的速度为 B 的质量为 m 相对于 K 系的运动的速度为 在 K 系中观察 A B 两物体的动能分别为 85

87 EA 1 4m 1 1 EB m( ) 4m 显然 在 K 系中观察 A B 两个物体的动能相等 但在 K 系中观察 A B 两个物体的动能就不相等了 例如 当 1 时 A 物体相对于 K 系的运动的速度为零 B 物体相对于 K 系的运动的速度为 则 A B 两物体的动能分别为 E A 0 1 EB m 可见 在 K 系中观察 A B 两个物体的动能就不相等了 在 K 系中观察 A B 两个物体的动能相等,在 K 系中观察 A B 两个物体 的动能就不相等 那么 我们该如何衡量物体的动能呢 上面的困扰都是直接把物理规律建立在数学参考系上引起的 下面 我们将对物体的动能做出明确的定义 物体的动能是物体相对于它 所处的总无形态物质空间运动所具有的能量 5.4 动能方程的重新推导 物体的动能是物体相对于它所处的总无形态物质空间运动所具有的能量 86

88 我们来重新推导一下动能 E, 假如质点开始相对于总无形态物质空间静止, 0, 则此时的动能为零, E 0 ; 质点在外力作用下直线运动, 当质点运动的速率为 时, 它所具有的动能等于外力所做的功 即 E Fdx 把 F Qa 及 d a 代入, 则 dt d E Q dx dt, 又 dx dt, 则 E Qd (5.7) 0 (1) 在地表物质空间中, 物体低速运动时, Q m 此时动能为 1 E m d m (5.8) 0 这就是我们常见的动能方程 () 在一般情况下, Q m f ( S) g( ) 此时动能为 E Qd 0 m f ( S) g( ) d 87 0

89 m f (S ) 0 1 c d E m f (S )c 1 1 c (5.9) 这是在一般情况下的物体的动能公式 (3) 下面我们看一种特殊情况 在地表 当物体运动速度等于光速时 它的 动能是多少呢 它的动能为 c E m f ( S0 )c 1 1 mc c (5.10) 这是什么 这不是质能方程吗 质能方程 质量就是质量 能量就是能量 它们是本质上完全不同的两类东西 质量 和能量不能相互转化 质量是守恒的 能量也是守恒的 原子核发生聚变时 会产生大量接近光速的高能 粒子 这些 粒子 带走了质量 带走的质量是原子核减少的 这些 粒子 的动能是由原子核的 内能转化来的 原子核发生聚变时 结合能增大了 势能减小了 减小的势能 转化为 粒子 的动能 质量是守恒的 能量也是守恒的 88

90 从上面的动能公式(5.10)中不难看出 粒子带走的质量和能量满足的关系 为 (5.11) E mc 现在我们很自然地理解了为什么会有这样的 质能方程 相对论认为质量和能量可以转化 原子核聚变时释放的能量完全是由质量 转化来的 大家都是知道 原子核聚变时结合能会大大增加 也就是说势能会 大大减小 既然释放的能量完全是由质量转化来的 那么减少的势能哪去了呢 5.4. 正负电子湮灭 实验表明 正负电子对会湮灭成光子 光子的能量和电子的质量之间满足 质能方程[9] 如图 5.6 所示 这是一个电能转化为光能的过程 正负电子在电场力作用 下 相互趋近 电势能减小 动能增加 最后电势能转变为光子的动能 宏观上看 形态物质转化为无形态 e e 物质了 h h 我们假设电子半径为 Re 电量均匀地分 布在电子的球面上 我们从最理想的情况来 探讨一下电子湮灭 只考虑静电力作用 图 5.6 正负电子湮灭示意 图 正负电子之间的电势能为 89

91 e 4 0 R Ep 开始 正负电子远离的时候 假设它们静止 动能为零 它们之间的电势 能近似为零 因为距离较电子半径大得多 当正负电子完全融合了 它们之间的电势能为 Ep e 4 0 Re 释放出的能量等于减少的电势能 能量是守恒的 me c e 4 0 Re (5.1) 由此计算的电子半径为 e Re m 8 0 me c (5.13) 正负电子湮灭生成光子 形态物质转化为无形态物质 这也是个质量守恒 的过程 能量守恒 质量也守恒 量热法测能量 如表 1 所示 009 年 上海东方电磁波研究所所长季灏先生根据 1964 年 贝托齐实验 利用束电流 1.6A 能量 1.6MeV 6MeV 8MeV 10MeV 1MeV 15MeV 高速电子轰击铅靶 用量热法直接测量电子能量 结果实验 值与相对论的理论值大相径庭[10] 90

92 表 1 能量和温度 实验值与各个理论值对比表 温度 能量 1.6Me V 6MeV 8MeV 10MeV 1MeV 15MeV 相对论值 实测值 新物理值 根据相对论能量的公式, 相对论认为电子总能量为 E m e 1 c c 当电子接近光速时, 能量会趋于无穷大 电子经过 1.6MV 6MV 8MV 10MV 1MV 15MV 的加速电压加速 后, 会获得 1.6MeV 6MeV 8MeV 10MeV 1MeV 15MeV 的能量 会使铅靶温度升高 度 季灏先生在实验中, 实实在在地直接测量了加速电子的能量, 实验结果说 明, 当电子接近光速时, 能量会趋于恒定值, 这与相对论得出的结论完全不同 季灏先生的实验结果与我们的推论是完全吻合的 前面我们重新推导了动能, 一般情况下动能公式为 : 91

93 E m f ( S) c 1 1 c 在地表, 当电子接近光速时, 它的动能趋于极限 E m c e 另外, 电子运动时还对应有磁场能量, m m e 3 W (5.14) 当电子接近光速时, 它所对应的磁场能量为 W m 3 m c e 当接近光速的电子打到铅靶上时, 假设它的动能全被铅靶吸收了, 而它的 磁场能量有一半被铅靶吸收了 ( 运动电子的磁场在整个空间是球形轴对称分布 的 ), 则铅靶吸收每个电子获得的能量为 E 4 m c 0.68MeV 3 吸 e (5.15) 尽管加速电压不断增高, 但是, 电子接近光速后, 电子能量趋于极限值 ; 电子经过 1.6MV 6MV 8MV 10MV 1MV 15MV 的加速电压加速后, 它的动能基本相同, 这些电子被铅靶吸收后, 铅靶温度会升高 0.30 度 从表 1 中可以看出, 我们的理论值和实验值不仅规律是符合的, 而且数值 也是完全符合的 9

94 运动电子周围产生的磁场总能量 前面我们用到了运动电子的磁场总能量 下面我们计算一下 电子运动会在周围空间产生磁场 μ eυ e r B 0 4π r B μ0 eυ sin θ 4π r 磁场能量密度 wm 1 B μ0 e υ sin θ μ0 3π r4 (5.16) 磁场能量 r Wm wm dτ e 如图 5.7 所示 在半径为 r 厚度为 dr 的球壳 上 角相同的环带上磁场能量密度相同 则体 积元 图 5.7 d r dr sin d Wm wm d 0e sin 3 drd 16 r Wm 0 e 16 0 sin 3 d 93 Re 1 dr r

95 Wm 0 e 1 Re (5.17) R e 为电子的理想半径 由公式(5.1)可知 e me c 4 0 Re 即 e Re 8 0 me c 代入(5.17)式得 0 0 me c Wm 3 又 (5.18) c 代入(5.18)式得 Wm me 3 (5.19) 这是我们从理论上推导出的电子运动时在其周围所对应的总磁场能量 当 电子接近光速时 它所对应的磁场能量为 Wm me c 3 (5.0) 光子能量恒定 我们说光子的质量不为零 由公式(5.10)可知 在地表空间 光子能量为 E m0 c 又光子能量 E h 所以 光子的质量为: m0 94 h c

96 相对论认为光子的静止质量必为零, 那么根据相对论的质速关系 质能关 系 动量公式, 光子在介质中的能量 动量也必为零 这显然与客观的物理事 实相矛盾!! 我们说光子的质量不为零, 下面我们来看一下光 子在不同密度的无形态物质空间中运动时的能量 光 子在不同密度的无形态物质空间中运动的速度不同, 它的能量是否相同呢? 图 5.8 如图 5.8 所示, 设某一光子的质量为 m 0, 我们来计算一下光子在不同密度 的无形态物质空间中运动时的能量 由动能公式 (5.9) 式可知光子的能量 ( 动能 ) 为 E m f S c (5.1) 0 ( ) 在无形态物质密度为 S 1 的空间, 光子的能量为 W E1 m0 f ( S1 ) c1 m0 S1 m0 W S 1 在无形态物质密度为 S 的空间, 光子的能量为 W E m0 f ( S ) c m0 S m0 W S 光子在不同密度的无形态物质空间中传播时, 速度虽然不同, 但能量是恒 定的 也许, 这正是光的和谐美妙之处吧! 95

97 5.5 时间的客观性 什么是时间 时间犹如从亘古流向未来的浩瀚长河 子在川上曰 逝者如斯夫 论语 时间应是奔流不息的长川 它如同天来的黄河之水 奔流到海不复回 不对 经常断流的黄河安可和时间同论 那时间应是天上的日 月 周而复始地东起西落 时间应是这浩瀚的银河 永不停歇地在星汉之间旋转 也不对 区区银盘岂能同巨大的时轮相比 时间的齿轮啮合着整个宇空 驱动着他的全部星系 向永恒的未来盘旋 雷元星 绝对的 真实的或数学的时间 它的本身 而且就其本质而言 总是于 任何外界事物无关地均匀地流逝着 牛顿 时间是整个宇宙总体存在 变化过程的反应 时间是我们对宇宙总体存在 变化过程的量度 时间是我们对宇宙存在 变化过程的总体量度 当然这种量度我们是使用 在地表熟知的时间系统作为标准来描述的 96

98 时间是宇宙中最根本的客观存在 区区某个物体 某个星体乃至某个星系 的运动绝对不会改变时间的客观状态 即便是运动的时钟慢了或者说处于不同密度的无形态物质空间中的时钟慢 了 也绝不是时间慢了 这些变化我们完全可以用统一的 客观的时间标准来 描述 运动粒子的寿命变长 来自外层空间的宇宙线内 有许多高速 - 子 1963 年的一次实验中 人们在高 1910 米的山顶上 测量铅直向下的速度 在 c ~ c 之间的 - 子数目 每小时平均有 563 ± 10 个 然后在离 海平面 3 米高的地方测量相同速度的 - 子数目 平均每小时 408 ± 9 个 子从山顶运动到海平面所需时间应为 t (s) 这是静止 - 子半衰期 (T1 ) 的 4 倍多 如果高速运动的 - 子半衰期和静止 时相等的话 人们预期在飞行经过 1907 米距离后 在海平面附近的 - 子数应 不到 个 而当时实际测量却有 408 个 这清楚地表明 运动着的 - 子 4 半衰期增长了 或者说 衰变过程变慢了 97

99 对于这个问题, 我们该如何理解呢? 其实我们把惯性质量和引力质量的概念清楚了, 这个问题就很容易理解了 如图 5.9 所示, - 子也是由一些更小的质量元组成的, 这些质量元的相互碰撞使 - 子产生衰变 当 - 子在地表的无形态物质空间中高速运动时, 各质量元的惯性质量增大 ; 由于振动动量不 变, 则各质量元的相对速度减小, 所以, 碰撞的 时间间隔增大, - 子寿命变长 图 5.9 下面我们来定量地推算一下 - 子寿命 : 当 - 子在地表物质空间中高速运动时, 组成 - 子的各质量元的惯性质量 增大到静止时的 g( ) 倍, 由于振动动量不变, 各质量元的相对运动速度相应减 小到原来的 1/ g( ), 则各质量元相互碰撞的时间间隔增大到原来的 g( ) 倍, 相 应的寿命也增大到原来的 g( ) 倍 g c 为运动时 - 子的寿命 0 为静止时 - 子的寿命 我们把实验中的数据 代入, 则 在上述实验中实际测得的 - 子寿命可计算出, τ 9. 1τ 0 98

100 可以看出理论值和实验值虽然有些接近, 但还有较大误差 为什么理论值比实验值大呢? 请大家注意, 由于 - 子是从高山上向下射来 的, 可能与空气分子的碰撞, 会使在地表上测得的 - 子数目减小, 所以, 我们 以此数目计算出的 - 子实际寿命比我们的理论值略小 1966 年, 人们在地表让 - 子绕圆轨道高速运动, 使得. 得 - 6 子的寿命为 τ s 1 1 c 1, 测 我们再从理论上计算一下 - 子寿命 0 1 c s 此时理论值与实验值符合得比较好 在验证时间膨胀效应的实验中, 有许多实验涉及到加速过程, 且覆盖的加 速度范围非常广 例如, 在原子钟环球航行实验中, 时钟经受的向心加速度为 3 10 g ( g 代表地球表面的重力加速度 ); 在转动圆盘的实验中, 光源的向心加 5 速度达 10 g ; 在穆斯堡尔效应的温度依赖性实验中, 晶格中原子核振动的加速 16 度以及作圆周运行的 μ 介子的向心加速度都高达 10 g 以上 尽管加速度范围这 99

101 么广 但最终 几乎所有的实验都得到了与公式 0 1 c 基本相符的结果 这一事实表明 加速度对实验中的时间膨胀没有任何贡献[15] 对这些实验结果我们很容易理解 我们说惯性质量是速度的函数 加速度的大小不会影响惯性质量 也不会 影响粒子寿命的变化 时间是客观的 绝对的 是人们认识自然的基础 运动粒子寿命变长 不是时间膨胀了 而是粒子相对于它所处的总无形态 物质空间高速运动后 其本身的反应相应变慢了 在相对论中 你看我是运动的 你看我的钟慢了 反过来 我看你是运动 的 我看你的钟慢了 相对论不承认绝对 那么 为什么真正相对于地表高速 运动粒子的寿命会绝对地变长了呢? 双生子之谬 一百年来 双生子佯谬 一直是 人们针对相对论逻辑问题提出的指责 为了避免维相者们狡辩 我们把问题 提得更尖锐一些 图 5.10 双生子之谬示意图 如图 5.10 所示 现在令双胞胎 100

102 A B 同时乘飞船以相同的速率向相反方向匀速飞离地球, 过若干年后, 两人 同时调头转向, 以相同的速率飞回地球, 同时降落 ( 略去极短的加速过程 ) 请问双胞胎中哪一个更年轻? 由我们的理论来分析, 这个问题很容易理解 由于 A B 相对于宇宙空间无形态物质在高速运动, 组成他们的每个分子 每个原子的惯性质量都增加, 他们身体的各种生理反应都会变慢, 寿命会变长 由于 A B 的运动是等效的, 他们应该同样年轻 假如再有一个三胞胎 C 在地球上, A B 都比 C 年轻 由相对论会得出什么样的结论呢? 由相对论可推出 : 1) 在 A 看来 B 是运动的, B 的时钟慢了, B 更年轻 ) 而在 B 看来 A 是运动的, A 的时钟慢了, A 更年轻 那么, 相对论是否自相矛盾呢? 论!! 当这两兄弟面对面站在一起时, 只要他们的思维正常, 就不会再坚信相对 因为事实只可能有两种结果 : 1) 两人同样年轻 这就是说, 按相对论的要求所进行的相互观测, 其结果 无一可信 ) 两人有一位更年轻 那么是哪位呢? 无论是物理上还是数学上, 都不可 能存在这样的数值, 使得 A>B 和 B>A 两式同时成立 可以说这是相对论无法面对的逻辑问题! 101

103 说明 很多相对论维护者总喜欢用广义相对论来搪塞双生子佯谬问题 说 因 为有加速啊 不管你走多远 加速度对时间的影响都 刚好 和速度对时间的 影响抵消了 甚至 很多相对论维护者弄出几十种相互矛盾的 严格证明 双生子佯谬的公式 不管你走多远 加速度对时间的影响 刚好 和速度对时间的影响抵消 了 这种说法在数学上根本不能站住脚 在此我们不想讨论 讨论物理问题 千万别忘记实验事实 前面我们说过 大量的实验事实表明加速度对 时间膨 胀 并没有影响 在验证时间膨胀效应的实验中 有许多实验涉及到加速过程 且覆盖的加 速度范围非常广 例如 在原子钟环球航行实验中 时钟经受的向心加速度为 10 3 g g 代表地球表面的重力加速度 在转动圆盘的实验中 光源的向心加 速度达 105 g 在穆斯堡尔效应的温度依赖性实验中 晶格中原子核振动的加速 度以及作圆周运行的μ介子的向心加速度都高达 1016 g 以上 尽管加速度范围这 么广 但最终 几乎所有的实验都得到了与公式 0 1 c 基本相符的结果 这一事实表明 加速度对实验中的时间膨胀没有任何贡献 加速度对时间膨胀根本没有影响 双生子佯谬问题是相对论无法回避的逻 辑矛盾 10

104 朋友们, 我们必须承认时间的客观性 这是关于物理学最根本的标准问题 朋友们, 时钟走得快了 慢了, 就能完全代表时间标准不同了吗? 我举一个浅显的例子, 我们把钟放在水里, 钟在水里走得慢了 ; 我们就能 说在水里时间慢了吗? 不能! 时间是宇宙中最根本的客观存在, 时间是整个宇宙总体存在 变化的反应, 时间是物理学最根本的基石! 当粒子 ( 或时钟 ) 相对于无形态物质高速运动时, 组成粒子各质元的惯性 质量增大, 粒子寿命变长,( 时钟走得慢了 ) 另外, 当粒子所处空间无形态物质密度不同时, 组成粒子各质元的惯性质量不同, 粒子寿命不同 例如, 太空中无形态物质密度较地表小, 粒子静止在太空中时, 组成粒子各质元的惯性质量较地表小, 粒子寿命变短,( 时钟走得快了 ) 如果一个速度我们就弄个时间系统, 一个无形态物质密度我们就弄个时间 系统, 那时间将多么混乱! 所以, 人们一直是 也必须是有一个统一的时间标准 时钟在任何不同的 情况下的快慢变化, 都是和统一的时间标准来衡量 这是人类必须承认的时间 的客观性 103

105 前面我们探讨了 质量增加 质能方程 运动粒子寿命变长 等 问题 人们认为这些问题是经典物理无法面对的 我们把经典物理修正之后 这些问题非常容易理解 人们认为这些问题是对相对论最有力的证明 但是 只要认真推敲就会暴 露出相对论无可避免的逻辑矛盾以及和实验事实的矛盾 5.6 动量 物体的动量是否就是(5.)式这个形式呢 P m (5.) 这并不准确 这样描述并没揭示动量的本质 确切地说 动量定理反映的 才是动量的本质来源 外力作用在质点上的冲量 等于质点动量的增量 dp Fdt 如图 5.11 所示 一个不受外力的系统之所 以动量守恒 是因为系统的内力是作用力与反 作用力 总是大小相等 方向相反 而且作用 的时间总是对应相等 所以系统所受总的冲量 为零 系统的动量守恒 外力作用在质点上的冲量 等于质点动量的增量 P F dt 104 图 5.11

106 我们让物体初速度为零, 在外力作用下直线运动, 来推导一下动量的公式 dp Fdt, 又 F Qa, a d dt 代入得 dp Qd 当物体的速度 0 时, 物体的动量 P 0, 任意时的动量 P Qd (5.3) 0 (1) 在地表, 物体低速运动时, Q m 为常量 P m d m (5.4) 0 这就是我们常见的动量公式 速度的方向就是动量的方向, 用矢量表示, 则 P m () 在一般情况下, Q m f ( S) g( ) 1 P m f ( S) g( ) d mf ( S) d / c P mcf ( S)arcsin (5.5) c 105

107 这是一般情况下 动量的公式 速度的方向就是动量的方向 用矢量表示 则 P mcf (S ) arcsin e c e 为速度方向的单位方向矢量 3 我们看一种特殊情况 在地表 当物体的速度 c 时 物体的动量 在地表 f ( S0 ) 1 而当 c 时 arcsin c 则 c P mc (5.6) 自然界有负质量虚质量吗 一些科学家利用相对论能量 动量的关系式(5.7)来计算粒子的静止质量 E E0 P c (5.7) 式中 E 是粒子运动时的能量 E 0 是粒子静止时的能量 P 是粒子运动时的动量 由于 E0 m0 c 所以粒子的静止质量 m 0 m0 E P c c4 (5.8) 科学家们精确地测量了粒子的能量 E 动量 P 却发现 E P c 小于零 为负值 一个粒子静止质量的平方竟然为负值 科学家们发现自己的测量很准 又 不能反对相对论 所以就只能认为粒子有虚质量 106

108 朋友们, 自然界中有什么负质量 虚质量吗?! 我们不妨看一些浅显的例子 : 解 我们说大家每个人手里有一个大红苹果, 这种客观实在大家都见过 都理 我们说大家每个人手里有一个负的大红苹果, 这种客观实在有谁见过? 又 有谁能理解?! 我们说大家每个人手里有一个虚的大红苹果, 这种客观实在有谁见过? 又 有谁能理解?!! 唉! 我们探讨物理问题无论如何绝对不能违背客观事实呀! 上面的问题恰恰说明相对论能量 动量的公式可能是错误的 那么为什么 E P c 小于零, 为负值呢? 前面我们推导了粒子的能量和动量, 在地表, 当粒子的速度 c 时, 粒子的能量为 : E m c 0 粒子的动量为 : P m0c 4 E P c m0 c (1 ) (5.9) 4 这个值显然小于零 可见, 当物体高速运动时, E P c 然的事情, 并不是粒子有虚质量 小于零是非常自 107

109 5.7 反射定律 折射定律 如图 5.1 所示 我们知道 当一个小球在光滑平面上完全弹性碰撞时 小 球所受外力是法线方向的 切线方向不受力 小球动量在切线方向的分量不变 如图 5.13 所示 同样 当光子在介质分界面上反射时 光子所受外力是法 图 5.1 图 5.13 线方向的 切线方向不受力 光子动量在切线方向的分量不变 在 1 区 光子能量为 W E1 m0 f ( S1 )c m0 S1 m0 W S 1 1 由 5.5 式可知 光子动量大小为 P1 m0 c1 f ( S1 ) 在 区 108

110 光子能量为 W E m0 f ( S )c m0 S m0 W S 光子动量大小为 P m0 c f ( S ) 反射定律 反射前光子动量在切线方向的分量 P1t P1 sin 反射后光子动量在切线方向的分量 P1 t P1 sin P1t P1 t (5.30) 入射角等于反射角 这正是反射定律 5.7. 折射定律 惠更斯从光的波动性角度很好地解释了光的折射定律 我们承认光的波动 性 我们当然承认惠更斯的解释 另外 牛顿从光的粒子性角度解释折射定律时 得出的结论是光在介质中 传播的速度大于光在真空中传播的速度 这显然与事实是不相符的 下面我们就从光子的角度来解释一下折射定律 109

111 如图 5.13 所示 当光子在介质分界面上折射时 无形态物质密度的变化是 法线方向变化引起的 光子所受外力是法线方向的 切线方向不受力 光子动 量在切线方向的分量不变 折射前光子动量在切线方向的分量 P1t P1 sin 折射后光子动量在切线方向的分量 Pt P sin P1t Pt P1 sin P sin m0 c1 f (S1 ) 把 f (S ) S c sin m0 c f (S ) sin W W sin S sin 即 S1 S sin sin c1 c W 带入 则 S S1 由于 S S1 S c n 又 1 所以 S1 c n1 sin c1 n sin c n1 这刚好是光的折射定律 110 (5.31)

112 5.8 星体运行规律 我们说星球转动时会部分带动附近的无形态 物质转动 那么 这对围绕星球运行的卫星会有 什么影响呢 如图 5.14 所示 星球转动时会部分带动附 近的无形态物质转动 在宇宙空间参考系看 无 5.14 无形态物质随星球转动 形态物质被星球带动着朝同一方向转动 如图 5.15 所示 假设开始卫星的轨道平面与星球自转的平面垂直 卫星 从星球 上面 过来时 会被无形态物质带动向右偏转 卫星从星球 下面 过去时 无形态物质会带动卫星向左偏转 卫星的轨道平面会逐渐逆时针偏转 最后卫星的轨道平面逐渐与星球自转的平面平行 并且它们绕行方向相同 这 时达到稳定状态 图 5.15 卫星初始转动轨道 图 5.16 卫星最后稳定的转动轨 道 111

113 如图 5.16 所示, 这是卫星围绕星球最稳定的转动轨道, 不管初始状态如 何, 最后都会被带动达到这种最稳定的状态 宇宙形成很多亿年了, 即使星球的转动对远处的无形态物质带动很弱, 也 足以使星球的卫星处于上诉稳定状态运动了, 宇宙中一些实际星体运动是否符 合上诉规律呢? 我们来看看最熟悉的一些天体运行规律 1 月亮绕地球转动的方向和地球的自转方向相同 月亮一天比一天出 来得晚, 月亮是围绕地球自西向东转动, 与地球自转方向相同 如图 5.17 所示, 九大行星都在接近同一平面的近圆形的椭圆轨道上, 朝同一方向绕太阳公转, 即行星的轨道运动具有共面性 近圆性和同向性, 只有水 星和冥王星稍有偏离 太阳的自 图 5.17 转方向也与行星的公转方向相同 3 如图 5.18 所示, 让人着迷的是土星奇妙的盘状圆环 环薄得令人难以置信, 直径数十万公里, 厚度仅几米 用唱片来形 容土星环很形象 它们由几十 亿块冰块组成, 排列在行星重力 图 5.18 轨道内, 每一块都是一颗小卫星 11

114 4 如图 5.19 所示, 我们再看看我们银河系的概貌 银河系 图 其他星系 图 5.0 Large Binocular Telescope 望远镜 005 年拍摄的 NGC 891 星系的侧 面图, 银河系的侧面就是这个样子 113

115 图 5.1 庞大 美丽且明亮的螺旋星系 m83 状态大小类似银河系 图 5. 离银河系最近的河外星系 114

116 朋友们 这仅仅是巧合吗 这些实实在在的天体的运行规律都完全符合我 们的判断 这些无可争辩的事实都进一步说明了空间中有另一种状态的物质存 在 它是一切物体运动规律的基础 卫星进动 前面我们探讨了星体运行规律 恒星的运动会极其微弱地带动它的行星 经过极其漫长的过程后 会使卫星的轨道和恒星自传方向具有同向性和共面性 如图 5.3 所示 卫星轨道的空间取向也会受到恒星转动的微弱带动 当卫 星相对于恒星做椭圆运动时 如果空间的无形态物质 完全不动 卫星椭圆轨道的长轴方向 x 轴 应该不 变 如果空间的无形态物质被恒星的转动微弱带动 卫星椭圆轨道的长轴方向也会被恒星转动微弱带动 卫星相对于恒星会进动 卫星离恒星较近 恒星的带动会稍明显一些 卫 星的进动会稍明显一些 卫星离恒星较远 恒星的带 图 5.3 卫星进动 动会较弱 卫星的进动会很不明显 在太阳系内 水星是最靠近太阳的一颗行星 积累的天文观察数据已经表 明 水星的近日点相对于空间固定方向 x 轴 不断缓慢变化 也就是说水星 在进动 其它行星的进动一般很小 水星是最大的 按照 1947 年的数据 每 世纪 100 年 转过

117 5.9 中微子超光速现象分析 英国 自然 杂志网站 011 年 9 月 日报道 欧洲研究人员发现了 难以解释的中微子超光速现象 该实验引起了全世界的广泛关注 011 年 9 月 4 日 欧洲核子研究中心公布了这份研究结果 科研人 员在让中微子进行近光速运动时 其到达时间比预计的早了 60 纳秒 1 纳 秒等于十亿分之一秒 此次研究的中微子束源位于日内瓦的欧洲核子研究中心 接收方则是意 大利罗马附近的意大利国立核物理研究所 粒子束的发射方和接收方之间有 着 730 公里的距离 中微子 跑 过这段距离的时间比光速还快了 60 纳秒 误差在 10 纳秒 作者认为中微子超光速现象可能是无形态物质带动引起的 地球平动会 带动无形态物质 但是 不会完全带动地球表面的无形态物质 地表的无形 态物质会相对于地球表面有一定的速度 这个速度和地球的运行方向是相反 的 当然 由于地球转动的影响 也会使无形态物质相对于地球有一定的速 度 地球赤道的自转线速度为 m s 日内瓦到罗马的平均纬度约 440 在日内瓦到罗马区间 地球表面自转的平均线速度为 m s 即使地球转 动完全不带动无形态物质 在日内瓦到罗马区间 无形态物质相对于地表的速 度最多是 m s. 116

118 中微子超光速实验中检测到中微子速度比光速快了约 6000 m s 可见影 响中微子速度的主要是地球的平动 而不是转动 地球的平动速度为 m s 这说明地球平动时 部分地带动了地表 的无形态物质 如图 5.4 所示 这是地球的公转和自传示意图 N N 春分日 春分日 N 夏至日 N 冬至日 公转方向 秋分日 图 5.4 地球绕太阳公转自转示意图 地球平动时 无形态物质相对于地表的运动方向是怎样的呢 如图 5.5 所示 根据地球的公转和自传很容易看出 不同季节 白天和 晚上 无形态物质相对于地表运动方向 秋分时节 在白天 无形态物质相对于地表由西北往东南方向运动 如果 不考虑转动的影响 这个最大的偏角是西偏北 306 而在夜晚 无形态物质 相对于地表由东北往西南方向运动 117

119 北 白天 秋分 夏至 西 晚上 冬至 秋分 夏至 0 春分 东 冬至 春分 南 如图 5.5 不同季节 白天和晚上 无形态物质相对于地表运动方向示意图 春分时节 在白天 无形态物质相对于地表由西南往东北方向运动 这个 最大的偏角是西偏南 306 而在夜晚 无形态物质相对于地表由东南往西北 方向运动 夏至和冬至 在白天 无形态物质相对于地表由西向东运动 夜晚刚好 相反 无形态物质相对于地表的由东向西运动 此次研究中 中微子束源位于日内瓦的欧洲核子研究中心 接收方则是 意大利罗马附近的意大利国立核物理研究所 中微子从日内瓦向罗马运动是从西北向东南方向运动 与东西方向夹角大 约 64 度 在秋分时刻的白天 9 月 日左右 无形态物质运动方向和中微子运行 的夹角最小 大约 40.6 度 这时无形态物质对中微子带动作用最大 118

120 在春分时刻的白天 (3 月 1 日左右 ), 无形态物质运动方向和中微子运行 的夹角最大, 大约 87.4 度, 这时无形态物质对中微子带动作用最小 如表 所示, 根据不同时期无形态物质相对于地表运动的情况, 结合此次 欧洲核子中心的实验数据, 我们可以预测出不同时期中微子超光速情况表 表 欧洲核子中心中微子超光速情况预测表 日期 在白天 在晚上 9. cos40.6=0.759, cos9.6=-0.045, -4ns 10. cos48.4=0.664, cos100.4=-0.180, cos56.=0.556, cos108.=-0.31, - 1. cos64.0=0.438, cos116.0=-0.438, - 1. cos71.8=0.31, cos13.8=-0.556, -. cos79.6=0.180, cos131.6=-0.656, - 3. cos87.4=0.045, +4ns cos139.4=-0.759, - 4. cos79.6=0.180, cos131.6=-0.656, - 5. cos71.8=0.31, cos13.8=-0.556, - 6. cos64.0=0.438, cos116.0=-0.438, - 7. cos56.=0.556, cos108.=-0.31, - 8. cos48.4=0.664, cos100.4=-0.180, - 9. cos40.6=0.759, cos9.6=-0.045, -4ns 表 是我们 011 年 9 月我们知道中微子超光速的报道后得出的预测, 后来的实验结果恰恰验证了我们的预测 119

121 01 年 3 月 16 日意大利 ICARUS 的科学家的一项最新实验结果称, 中微 子遵守自然界的速度极限, 不具超光速 这项发现反驳了当前颇具争议的 超 光速中微子实验 这项研究由诺贝尔物理学奖得主 Carlo Rubbia 领导, 他们测得中微子从瑞士日内瓦的 CERN 实验室传播到 ICARUS 时, 只比光速快 4 纳秒, 而这在误差允许范围之内 之前科学家测得中微子从 CERN 实验室传播到离 ICARUS 只有几米远的 OPERA 时, 却发现比光速快了 60 纳秒 我们的结果与爱因斯坦的理论一致 Rubbia 说 大家仔细看看表, 后一次的实验结果是在接近春分时刻得到的 在春分时节, 在白天, 无形态物质运动方向和中微子运动方向夹角大约 87.4 度, 中微子几乎不被带动 ; 从表 中可以看出, 这时中微子超光速大约 4 纳秒, 上述的实验结果恰恰和我们的预测是完全一致的! 相对论已经成了宗教, 全世界都盲目崇拜着它, 谁也不愿意看到与相对论相违背的实验事实 011 年 9 月中微子超光速报道后, 全世界的学者都义愤填膺, 对实验提出种种质疑!01 年 3 月, 新的实验结果使大家很欣慰, 人们甚至不惜说 011 年中微子超光速实验是骗局, 实验负责人也被免职 中微子超光速现象就这样被大家心安理得地埋没了 我们必须客观公正地对待科学实验人员所做的辛勤努力! 10

122 中微子同样是从日内瓦向罗马运动 同一天的正午和半夜测得的中微子速 度会有较大的差别 希望欧洲研究人员能去做大量的对比实验 也希望其它实 验人员在实验时要充分考虑到发射方向和发射时间 我们可以在白天 晚上对比实验 尤其是冬至 夏至时节 来测量中微子 运行时间的差别 白天 晚上对比实验有几大优点 1 中微子在白天和晚上走的是完全相同的路程 距离不会引起任何误差 对钟误差会完全抵消掉 不会对测量结果有任何影响 例如 钟表 的时间比钟表 1 的时间快了 3 纳秒 在白天中微子从 1 到 所用时间为 50 纳秒 则我们测得的时间为 53 纳秒 在晚上中微子从 1 到 所 用时间为 70 纳秒 则我们测得的时间为 73 纳秒 我们测得的时间差依然是白天比晚上快了 0 纳秒 3 响应时间的影响也会完全抵消 假如钟表 1 钟表 有不同的响应时间 由于我们实验过程是完全相同的 而我们又是对比的时间差 所以 响应时间的影响也被完全抵消掉 如果我们能精确测出中微子在白天运行的时间 t1 中微子在晚上运行的 时间 t 我们就精确测出了中微子运行时间的差值 11

123 t t t1 如果我们大量的实验都反映出中微子在晚上运行的时间比白天长 这就更 无可辩驳地充分说明了问题 这里需要注意的是 当我们做对比实验时 两个时钟只需要在最开始时使 用 GPS 同步时钟 之后每个钟各自准确运行 这样信号传输造成的时间误差就 可以完全避免 5.10 对第四章各个实验的补充说明 这里需要说明的是 中微子超光速实验与迈克尔逊 莫雷实验并不矛盾 与第四章讨论的各个实验也不矛盾 对于迈克尔逊 莫雷实验 前面我们讲过 迈克尔逊和莫雷当时做出结论 说 倘若地球与 以太 有相对速度 它也不可能超过地球轨道运动速度的 1 / 6 肯定地说 是不会超过 1 / 4 的 地球轨道运动速度的 1 / 4 是 7500 m s 中微子超光速现象得到的速度为 6000 m s 刚好接近该速度 所以 中微子超光速现象与迈克尔逊-莫雷实验 是没有矛盾的 我们在第四章解释各个实验时 为了便于说明假设地表真空中的无形态物 质相对于地表的速度为 零 即使地表真空中的无形态物质相对于地表的速 度不为 零 对上述所有实验事实的讨论也没有影响 1

124 以斐索实验为例, 由于斐索实验涉及的是水运动引起的速度差, 这种运动 对计算结果没有任何影响 我们可以推算一下, 假如在地表真空中的无形态物质相对于地表的速度为 0, 假设开始水流静止, 则此时水中的总无形态物质相对于地表的速度为 : S00 S水 0 1 S S 水 0 当水流以 水的速度运动时, 此时水中的总无形态物质相对于地表的速度为 : S S 0 0 S 水 水 S 0 水 水运动和不运动, 引起的总无形态物质相对于地表的速度差为 : S水 水 1 f S S 水 0 水 (5.3) 这与 (4.6) 式所揭示的规律是一致的 所以说, 即使在地表真空中的无形态 物质相对于地表的速度不为零, 我们的解释也完全符合斐索实验的实验事实 sagnac 效应与斐索实验的影响因素是一致的, 即使地表真空中的无形态 物质相对于地表的速度不为零,sagnac 效应依然一样 对于光行差现象, 假设地球运动完全不带动无形态物质, 推论的结果与前 面的推论也是完全一样的 如图 5.6 所示, 因为无论如何, 地球都完全不能带动遥远空间中的无形态 物质, 由于地球的运动, 在地球上看遥远恒星射来的光, 一定要叠加一个与地 13

125 球运动相反的速度 在地球上看 光一定是 从向前倾斜 tg / c 的角度射来 不管地 球对地表附近的无形态物质带动多少 结果 都是一样的 自然 艾里实验也不例外 地球平动会带动无形态物质 但是 图 5.6 不会完全带动地球表面的无形态物质 地表真空中的无形态物质相对于地表的 速度不为零 我们在第四章解释各个实验时 为了便于说明 假设地表真空中 的无形态物质相对于地表的速度为 零 这对第四章所有实验事实的讨论没 有影响 5.11 作者不认同宇宙大爆炸的思想 在对遥远的恒星进行观察的时候 普遍存在谱线红移现象 红移量与恒星 到地球的距离成正比 人们认为谱线红移是多普勒效应产生的 认为恒星都在向外远离 进而认 为宇宙是大爆炸产生的 作者认为宇宙并不是大爆炸产生的 会有星体产生 会有星体灭亡 宇宙 有时也许会有一定的震荡 但宇宙绝不是无中生有般爆炸产生的 作者认为恒星的谱线红移主要是由能量衰减引起的 14

126 光子的能量在传播中不会是绝对的永远不变的, 光子传播时会使无形态物 质产生轻微扰动, 也就是说光子会极其微小地损失一点能量, 光子损失的能量 与传播距离成正比 光子能量 E h, 光子能量减小频率会相应下降 ; 当光在近距离传播时, 这种频率的变化不会表现出来, 当光传播的距离很远时, 这种频率的变化就会 表现出来 所以, 对所有遥远的恒星观测都会有谱线红移, 而且恒星越远产生 的频移越大, 红移量与距离是成正比的 当然, 恒星运动也会产生多普勒效应, 也会使观测到的光频率发生改变 在较近范围, 多普勒效应影响占主要的, 所以, 对银河系内的恒星观察, 既有红移, 也有紫移 ; 在较远范围, 能量衰减的影响是主要的, 所以, 对河外星系恒星观察, 普遍存在红移现象, 且红移量与距离成正比 这里需要指出的是, 光传播过程中的能量衰减, 与空间中的无形态物质是 密切相关的 空间中无形态物质密度越大, 光通过时能量衰减越厉害 大爆炸理论认为恒星的谱线红移是多普勒效应引起的 但是, 现在天文观 测中却发现一些红移现象, 若用运动的多普勒效应解释就存在许多困难, 这促 使人们考虑到必然还有其他机制能产生红移, 这里列举几种观测结果 1 多普勒效应对同一个天体, 其红移量与光谱线的频率无关, 因此观测每 个星系中不同谱线的红移量, 比较它们是否一致, 就是鉴别红移是否由多普勒 效应产生的一种依据 如果一致, 就表示有可能是由多普勒效应产生的 ; 如果 15

127 不一致, 就肯定它至少不完全是由多普勒效应产生的 1949 年威尔逊对星系 NGC4151 的观测结果表明, 虽然不同频率的红移量差别不大, 但也超出了观 测的误差范围, 频率越高, 红移量越小 这样至少可以认为宇宙红移不完全是由多普勒效应产生的 从太阳中心到边缘各点发出的同一种谱线, 在扣除了各种已知的运动效 应后, 越靠近边缘的地方红移量越大, 在太阳半径 90% 左右的地方, 红移量急 剧增加 这意味着太阳上还有某种未知的因素在产生红移 3 先驱 6 号宇宙飞船发射的遥测信号中心频率为 9 兆赫, 当飞船绕到 太阳背面经过太阳边缘时观测到异常红移现象 4 类星体红移量一般都很大, 如果把这都归结为多普勒效应, 算出的距离 一般在 100 百万秒差距以上 由此推算出它发出的总光能力为银河系的 100 倍 ; 射电能为银河系的 10 万倍 而由光变周期算出它的直径只有一光年左右, 这意味着类星体的辐射密度 非常高, 但目前一直找不到产生这样高辐射密度的物理机制 有些天文学家认 16