那几个我讨论过的“验证”相对论的实验

戴榕菁

过去一百来年里关于相对论一个奇怪的现象是：一方面包括著名人士在内的主流学界人士和媒体以典型的洗脑的口吻一遍又一遍地说：“爱因斯坦又对了”继而便是“相对论已经被无数个实验证实了”的文宣式的广播；而另一方面诺贝尔委员会却出奇地对那些一遍又一遍地验证了相对论的科学精英们保持沉默。出于好奇，从去年开始我对一些号称是验证了相对论的举世著名的经典实验进行了检验，这里对之做一小结，以便日后感兴趣的读者查阅方便。

1.大气中的µ子的寿命

大概是1977年左右有人提出按照µ子静止的衰变周期，它们应该无法到达地球表面，但实际上我们可在地面上接收到很多来自大气的µ子【[1]】，因此得出结论说，这是因为当µ子在大气中运动时，它的时间变慢了。具体的公式为：

T = γT’₀ > T’₀,                   (1)

其中洛伦兹因子γ = 1/(1- v²/c²)^½, T’₀是µ子在地球上测得的衰变周期，T是µ子因运动而具有的生命周期。

L = L’₀ /γ < L’₀,                       (2)

L’₀ 是地球上测得的大气层厚度，而L是对运动着µ子来说的大气层的厚度。

由(1)和(2)相对论学者得出结论说，运动使得µ子的寿命延长而且大气层的厚度对于µ子来说变薄，所以µ子可以穿透大气层。1963年MIT的David Frisch和Illinois大学的James Smith具体进行了这一实验并录了像【[2]】。

但问题是【[3],[4]】，假如我们把观察者和被观察者的位置交换一下，我们便有：

L = vT = vT’₀/γ = L’₀ /γ < L’₀                        (3)

尽管(3)和(2)看上去一样，但它们的意义完全不同。(2)说的是由于µ子的运动，周围的空间对它来说变短了，因而大气层变薄了，而(3)说的是由于µ子的运动它自己在周围的环境中能前进的距离变短了，所以它不但不能穿透大气层，它连按照所谓的静止坐标系算出来的距离都走不到就死翘翘了。

其实，对于地面上能接收到来自大气的µ子的最直接了当的解释是：并非所有的µ子都是在大气层边缘产生的。来自外太空的γ射线有70%以上可以到达地面，我们凭什么认为只有它们在大气层外侧才会产生µ子。另外，即便在大气中运动的µ子的生命周期会改变那也是因为地磁场和地球引力的作用结果，凭什么说是时间变慢了？更别提David Frisch和James Smith的实验数据还无法真正说明µ子的生命周期变长了。

2．Pound-Rebka实验

1959年哈佛大学的Pound和他的学生Rebka两人在25米的高塔上向下发出γ射线，打到下面的接收器上，并在接收器下面另设一装置记录有多少γ粒子穿过了前面的接收器，那些没有穿过的粒子就被认为是被接收器吸收了。当他们使得发射器具有一定的向上运动的速度时，按照光学理论向下的光线会产生红移，而按照他们的设置，接收器对γ粒子的接收频率与发射器发出的γ粒子的频率基本一样，所以，当有一定比例的γ粒子被接收器吸收了时，他们就得出结论说，向下的运动的γ粒子发生了蓝移以抵消了因发射器向上运动产生的红移而被接收器吸收了。

更进一步地，他们得出结论说，因为光速在引力场中是不变的，所以向下运动的γ粒子之所以产生了蓝移不是因为γ粒子在地球引力作用下加速了，而是因为在下面的时间因为地球引力场的作用比上面的时间慢【[5]】。

且不说这种可以按照牛顿定律来解释为光子在引力场产生了向下的加速度因而出现蓝移的实验被硬生生地解释为是时间变慢了而产生蓝移在逻辑上有多别扭，就是实验本身用来验证蓝移的设计也很粗糙：他们把发射器放在一个大喇叭的中央，然后让喇叭发生音频振动，这时发射器就会随着喇叭的振动而上下移动。

很显然，Pound和Rebka他们产生的γ波的向下运动是红移与蓝移相间的。因此，当那些γ粒子被吸收时，人们既可以说那表明向下运动的γ波发生了蓝移抵消了发射器造成的红移，也可以得出结论说向下运动的γ波发生了红移抵消了发射器造成的蓝移。

因此，唯一可以确定向下运动的γ波发生了蓝移而不是红移的不是那个实验本身，而是在实验之前就知道的理论：向下运动的γ波一定产生蓝移！换句话说，那个实验是多余的，因为实验的结论在实验之前就已经知道了。

但是，不论那个实验有多么地多余，如同上的µ子实验一样，都是被全世界的相对论专家以及科普大军们吹捧为验证了相对论的举世著名的经典实验之一。

3. 哈菲尔-基廷实验

1971年物理学家哈菲尔和天文学家基廷乘坐民航机进行了举世闻名的一次性验证狭义和广义相对论的环球旅行实验。在他们的实验报告中，他们声称地球因转动而不是惯性系，因此需要把参照系设在北极顶上的一个不随地球转动的参照系。但他们似乎没有意识到，他们的这个操作不但彻底打脸了洛伦兹和爱因斯坦的相对性原理，而且直接推翻了自伽利略到麦克斯韦的所有的经典物理的合理性。

当然，推翻旧的理论不是哈菲尔和基廷的错，他们错在他们明明彻底违背了他们要验证的理论却还声称他们验证了那个理论。比一次性验证狭义和广义相对论这个说法更具体明确的是他们声称验证了孪生子悖论（即他们的报告中声称的时钟悖论）。但问题是，孪生子悖论必须是针对孪生子而言的，绝不能是三胞胎四胞胎的，比双胞胎多一胞都不行。假设有三胞胎A，B，C。如果A和B向相反方向以同样大小的速度飞出去了，C留在地球上，那么按照相对论，A和B在C看来都比自己年轻，但他们两应该同等年轻，但A和B却不会得出这样的结论。

而哈菲尔和基廷却声称他们的实测的数据与他们用由民航公司提供的极粗糙的数据按照他们完全违背了相对性原理的三胞胎理论模型估算出的结果非常一致地吻合【[6]】。然后在1975年马里兰大学声称验证了哈菲尔-基廷实验，只不过他们因为用了螺旋桨飞机无法达到哈菲尔和基廷乘坐的喷气民航机的高度，只能在10公里高度进行了实验，但不知是否因为他们忽略了哈菲尔-基廷报告上用黑点标注的20公里的高度，从居然在10公里的高度得出了与哈菲尔和基廷他们在20公里的高度上得出的非常一致的结果。然后世界顶级的当初吴健雄在里面为杨振宁和李政道验证理论的NIST实验室在2010年又得出了和马里兰大学非常一致的结果。

小学的时候老师教导我们，基础一定要打好，如果基础歪了，就会越往上越歪。现在的问题是：为什么哈菲尔-基廷实验会和他们明明是彻底违背了相对论的理论模型非常一致地吻合，然后马里兰大学的实验与哈菲尔-基廷实验的一半高度的结果非常一致地吻合，然后NIST的实验与马里兰大学的实验非常一致地吻合？难道小学老师们都讲错了？

4. Sagnac实验

1913年Georges Sagnac进行了那个举世著名的Sagnac实验。 在所有的声称验证了相对论的实验，Sagnac实验最具特色。因为它是唯一的一个其结果在验证了相对论之后还在现实世界的日常生活中得到非常广泛的应用的实验。但问题是【3,[7]】：1）Sagnac本人从未认为他的实验验证了相对论，而是坚定地宣告他的实验否定了相对论，但最后他的实验就愣是被全世界的相对论学者和广大的科普大军给验证了相对论；2）所有试图从理论上推导Sagnac实验是如何验证相对论的，除非是跳跃性地作弊，都不可避免地用到伽利略的速度叠加，然后再想方设法地把相对论的洛伦兹变换融合进他们的推导中去----也就是说都要想证明Sagnac实验符合相对论，先要证明Sagnac实验验证了完全否定狭义相对论的伽利略速度叠加！这就好比为了证明火是烫的，先要证明火是冰冷的----这就是相对论学者不同于常人之处，他们都有着远超出常人的想象力。

5. Michelson-Morley实验

Michelson-Morley实验也被简称为MM实验，是由Michelson和Morley两个人在19世纪末进行的寻找以太的实验。他们未能找到以太，从而他们的实验被相对论学者成为人类历史上最伟大的失败了的实验，这是因为相对论学者认为没有找到以太就是对相对论的合理性的最好的证明。

这就好比说有人说赤道上有长着十根尾巴的狼，大家都去找了，结果没找到，所以得出结论说：啊，原来这个世界是还有比狼还大的蚂蚁呀。。。。完全不着边的两件事被当作了因果关系的前因和后果。

再说，洛伦兹最初的动钟变慢和动尺变短理论是作为以太的特性提出来的，怎么找不到以太可以作为相对论成立的证明呢？

实际上，如我在2022年指出的【3】，MM实验可以用修正的真空光速假设（revised postulate of speed of light in vacuum）来解释：

cab = c + ?vab                  (4)

其中cab 真空中的物体a和物体b之间的速度, c 由麦克斯韦公式给出的真空中的光速，?vab= va// - vb// 是物体a与b之间的相对速度。

由(4)我们可以看出MM实验之所以没能测出所谓的以太的速度，是因为他们的?vab=0。

结束语

如我在“想象才是皇帝新衣之精要”【[8]】一文中指出的，原以为是安徒生对人生见闻和历史经验进行总结的《皇帝新衣》一书，却令人诧异地演化为一场旷世长久的知识精英的真人秀。各种稀奇古怪的逻辑都可以被用来作为对各种有意义的或没意义的实验进行让叹为观止的解释。令不得不产生另一个更为古怪的猜想：难道安徒生曾给刘欣慈托梦告诉他地球的科技将被皇帝新衣锁定200年？

哈哈哈哈。难道现实比笑话更可笑？