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谈谈对爱因斯坦几句话的看法
热度 1 yangxintie1 2018-4-2 01:27
西北大学李小俊在科学网谈到: 声音是在某种介质中传播的,焉知电磁波不是在某种介质中传播?爱因斯坦后来也不否认以太的存在,他说:“……狭义相对论并不一定要求否定以太。可以假定有以太存在……”,“以太假说本身同狭义相对论并不抵触……”,“否认以太的存在……这种见解不符合力学的基本事实”,“广义相对论的以太是这样一种媒质……”,“……在这种意义上说,存在一种以太……”。这些都是爱因斯坦的原话。 很支持他谈的这些爱因斯坦的言论。 但是把这些话落实到理论上,还需很多在以太介质传播方程的性质和麦克斯维尔方程的关系方面,在基本方程组的层面做很多推导,才能够揭示所谓度规不变性的本质: 所谓度规不变性,它其实就是一个近似变换而已,尽管在光速(声速)无穷大的假设下很完美,但是到相对运动速度和光速的数量级可比的时候,他的误差就显示了出来,度规不变性在数学上的完美已经掩盖不住他的误差,也掩盖不住他在基本方程的欠缺所引起的一系列边界条件和理论计算的复杂化。 人们还可以发现,很多搞隐物质的人已经把介质方程抬到了光速传播和引力传播的物理殿堂,但是绕不去的一个坎就是介质传播理论还有一个状态方程,只要这个方程存在,速度高的时候,就会出现重复的尺缩变换(状态方程和相对论各带来一次空间尺缩变换效应),为了不和相对论冲突, 他们把状态方程的指数写成零 ,让他实际不起作用,所以既要有介质传播的方程,还要套上度规不变的笼子,就和鸟要当蝙蝠一样,太难了。 这些做隐物质方程的人,心情比我们还痛苦。 我觉得李小俊谈到的相对论这些矛盾都是存在的,爱因斯坦的理论有很多地方都可以找到矛盾和冲突的,没有一个其他理论比他带来的侼论更多了,但是要找到问题的核心,仅仅用代数的办法还说不服人,也解释不了为什么在加速器里面和一些高能粒子的计算上还用着相对论。 李小俊的文章,已经提到多普勒效应了,请注意当年洛伦兹也是从这个地方入手的,他甚至还给出一个解释这个多普勒效应的方程!但是他没有学过空气动力学里面的可压缩流动的声传播,他也不知道他给的方程就是一个可压缩流动的声传播方程,这个方程和一般的波动方程刚好相差在运动方向的二阶导数上,就是这项导数的系数多了一个尺缩因子。洛伦兹和现代的很多物理学家没有学过流动物质这一性质的这篇内容,所以把他们都称之为以太,就是和钢板和砖头一样的物质,拒绝流动,也拒绝状也 拒绝状态方程 这样一些物质本性就该有的东西态方程这样一些物质本性就该有的东西,这样错了一百年,还坚持着,我觉得,要突破它,必须从基本方程开始,才能知道相对论为什么在很多情况下还是近似成立的
个人分类: 相对论属于近似|1888 次阅读|1 个评论
目前的宇宙学与相对论有没有分歧?宇宙中是否有一个静止参考系?
热度 10 bochang 2017-7-25 16:36
对于宇宙的起源,这是所有人类文明都很关心的问题。在过去一个世纪,宇宙学有了飞跃的发展。这主要得力于天文观察技术的大幅进步,提供了大量的数据。另一方面,科学家们又建立了一些可以量化的理论模型。现在的宇宙学主要应用的,一个是粒子物理的标准模型( Standard Model of particle physics ),另一个就是广义相对论。 1.目前的宇宙学与相对论对于真空有不同的假设 不过,现在的宇宙学与相对论之间在概念上并非完全一致。例如在 Alan Guth ( 阿兰 · 古斯 ) 的暴胀理论里,宇宙膨胀的动力来源主要是用广义相对论来解释 。但他这个理论的假设与相对论对于 “ 真空 ” 的看法又有着一些分歧。在目前的宇宙学里面,它的基本假设是宇宙中的能量和物质来自“真空”中的量子扰动( quantum fluctuation )。 “ 真空 ” 只是一个“场”的基态。它并非空无一物的,而是具有很特殊的物理性质。(详细的介绍请看我的上一篇博文《了解宇宙起源的关键:真空是什么?》 Link : http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=226454do=blogid=1067514 )。这种 “ 真空非空 ” 的概念会与相对论产生矛盾。相对论的第一假设( 1 st postulate )就是 “ 相对性原理 principle of relativity” 。就相对论而言, “ 真空 ” 应该是空的。否则它就会形成一个宇宙中的静止参照体系( resting frame ),我们在理论上就可以量到所有惯性系相对于这个静止参考系的运动。这样一来,相对论的第一假设(即所有的惯性系都是相等的)就会被打破。 有人可能说,目前宇宙学用的是广义相对论,而非狭义相对论。但是,广义相对论和狭义相对论的基本假设应该是一致的,因为前者必须建立在后者的理论基础上。所以,广义相对论也不可能违背狭义相对论的第一假设。 对于“真空”是否是空的这个问题,爱因斯坦并没有很清楚地表态。他关于 “ 以太 ” 的看法是曾有些反复的。在 1905 年当他首先 提出狭义相对论的时候,爱因斯坦是明显地认为 “ 以太 ” 并不存在。可是到他提出广义相对论时,他对于 “ 真空 ” 的看法已经有所改变。 1920 年爱因斯坦在 Leiden 大学给过一篇 “ 以太与相对论 ” 的演讲。在其中,他就公开表明不能否定 “ 以太 ” 的存在。而且,他认为把 “ 真空 ” 当做一个空无一物的空间是不符合力学的基本事实 。他认为在广义相对论里面,空间是有某种物理性质的。因此可以把它当作一种新的 “ 以太 ” 。 。不过,他认为这种新的 “ 以太 ” 与旧的 “ 以太 ” 观念有别,它并非一种有质量的运动介质,因此它不会形成一个静止的参考系。所以,这种新的 “ 以太 ” 不会否定他的狭义相对论的第一假设。 2.目前的证据能否说明宇宙是否有一个静止的参考系? 从以上的讨论可见,现在争论的焦点已经不限于 “ 真空”是否是空的,而是我们能不能从实验上证明宇宙有或者没有一个静止的参考系? 爱因斯坦提出狭义相对论是基于迈克耳孙-莫雷实验 ( Michelson-Morley experiment )。让我们重新来看看 这个实验是否证明了宇宙中没有静止参考系。该实验原来的设计,只是要检验:假如光是由一种叫 “ 以太 ” ( aether )的介质传播的话,我们能不能观察到 “ 以太 ” 这种物质与地球的相对运动。实验的结果是否定的( null );也就是说,实验无法观察到 “ 以太 ” 与地球的相对运动;光的传导在任何一个惯性系里都是一样的。这个结果完全符合了爱因斯坦提出的相对性原理。但是迈克耳孙-莫雷实验只观察了光(或者电磁波)的传播,而不是对于所有物理运动的观察。因此,这个实验只能说明光的传递符合了相对性原理,而并不能说明除了光的传递以外,其它的物理相互作用(例如重力,核力等等)也都符合相对性原理。所以,迈克耳孙-莫雷实验并没有直接地证明宇宙中没有一个静止的惯性系。这个实验当然也无法检验 “ 真空 ” 是否真的是空的。 当然, “ 以太 ” 理论在 20 世纪初被抛弃不仅仅是因为迈克耳孙-莫雷实验的结果。它还有一些别的原因,包括 “ 以太 ” 理论难以解释星体何以能够毫无阻力地穿透这种介质。而且,这种假设的 “ 以太 ” 介质有些相互矛盾的物理特性。在 19 世纪的时候, “ 以太 ” 是假设存在于所有物质以外的空间。要满足这个条件, “ 以太 ” 就必须是一种具备高度流动性的物质(气体或者液体)。但是, “ 以太 ” 又被假设为光的传递介质,但光是一种高频率的横波,只有固态的介质才能传递这样的波。这样 “ 以太 ” 就必须是固态的。这与前面的要求相反。 那么,现代的物理学提出了 “ 真空 ” 非空的假设,它是否也会碰到 19 世纪 “ 以太 ” 面对的难题呢?答案是否定的。现在的 “ 真空 ” 概念与 “ 以太 ” 有些根本的不同。首先, “ 真空 ” 是充塞着整个宇宙而非只是存在于物质以外的空间。其次,构成物质的原子是由基本粒子组成的。而粒子只是 “ 真空 ” 的激发波。因此,物质在 “ 真空 ” 中运动不会感受到阻力。 严格来说,迈克耳孙-莫雷的实验结果并没有否定真空介质的存在。爱因斯坦 1905 年提出的相对论文章大量使用了麦克斯韦的电磁学理论 。我在上一篇博文中已经指出,麦克斯韦理论假设了 “ 真空 ” 是一种电介质( dielectric medium )。因此爱因斯坦可以说已经间接地接受了这种假设。事实上,迈克耳孙-莫雷的实验结果也没有直接违背 “ 真空 ” 是一种电介质的假设。因为根据麦克斯韦方程导出的光的运动方程为 . 这个方程是符合洛仑兹协变的( Lorentz covariant )。这就是说,如果把方程中使用的时间和空间从一个坐标系 (x, y, z, t) 用洛仑兹转换( Lorentz transformation )转换到另外一个坐标系 (x’, y’, z’, t’) ,光的传导方程看上去是不变的。因此,迈克耳孙-莫雷实验只是证明了光的传导是洛仑兹协变的,而并没有说明 “ 真空 ” 是不是空的。 3.宇宙微波背景辐射(CMB)可否作为一个静止参考系? 在今天,我们对于宇宙的观测要远比爱因斯坦时候深入得多。在最近几十年,许多关于宇宙起源的观测都是从分析宇宙微波背景辐射( Cosmic Microwave Background ,简称 CMB )而来。在二十世纪 60 年代,美国贝尔实验室的彭齐亚斯( Arno Penzias )和威尔逊( Robert Wilson )在偶然间发现了宇宙微波背景辐射。许多物理学家认为 CMB 是宇宙大爆炸后遗留下来的辐射波,它可以为我们研究早期的宇宙提供许多宝贵的信息。因此,科学家用各种各样的实验手段来观察 CMB 。除了一些地面的观察以外,还进行了三个卫星观测计划,即 COBE ( Cosmic Background Explorer, 宇宙背景探测卫星, 1989-1993 ), WMAP ( Wilkinson Microwave Anisotropy Probe ,威尔金森微波各向异性探测器, 2001-2010 )和 Planck (普朗克卫星, 2009-2013 ),搜集了大量的数据。根据科学家的分析,这种宇宙微波背景辐射有着非常均匀的空间分布,它与我们观察得到的宇宙物质分布也大致吻合。这就提供了一个可能性:这种宇宙微波背景辐射可不可以作为我们宇宙的一个静止参考系? 根据现在的卫星观测,我们可以准确地量度到地球与 CMB 的相对运动,甚至可以计算出地球相对于 CMB 运动的速度约为 3.7x10 5 m/s 。主持 COBE 项目的物理学家乔治 · 斯穆特( George Smoot )就因为这项研究 CMB 的工作而获得 2006 年的诺贝尔奖。在他获颁诺贝尔奖的演讲中,他就提到过 CMB 作为一个静止参考系的可能性 。他认为 CMB 是一个很方便理解宇宙膨胀的惯性系。可以把 CMB 的观测当为一种新的 “ 以太 ” 漂移实验。因此,如果有人要把 CMB 的分布当作一个静止参考系,也是可以理解的。不过他自己并不认为 CMB 的存在会直接违背狭义相对论。 4.我们需要设计一个新的实验来解决宇宙学与相对论之间的分歧 根据上面的讨论可知,目前的宇宙学理论与相对论的基本假设有着一些重要的分歧。我们需要设计一个新的实验来检验究竟我们这个宇宙有没有一个静止的参考系。在目的上,这个实验和一百多年前的迈克耳孙-莫雷实验很相似。但是,其使用的手段会大大不同。事实上,迈克耳孙-莫雷实验有一个局限:它使用光来检测不同惯性系的物理运动。不过,光是一种特殊的粒子:它没有静止质量,它的速度永远是 c 。如果我们要检测 “ 真空 ” 是否有一个静止参考系的话,我们应该用有静止质量、其运动速度不必等于 c 的普通粒子来做实验。 那么,这个实验要怎么做呢?最近我在 European Physical Journal ( 欧洲物理杂志 ) 上发表了一篇文章,为这个实验提出了一个设计 。这篇文章得到欧洲物理学界蛮多的重视。今年 3 月,欧洲物理杂志的出版社( Springer Nature )把这篇文章作为重点推介( highlight )( Link : http://www.epj.org/epjplus-news/1218-epjplus-highlight-does-the-universe-have-a-rest-frame )。在今年 6 月,欧洲物理新闻( Europhysics News )又再次把这篇文章选为重点介绍( Link : http://epn.eps.org/EPN%2048-3#p=9 )。如果读者对这篇文章有兴趣,可以点击下面的链接: https://link.springer.com/article/10.1140/epjp/i2017-11402-4 。 我十分希望这个实验能够由中国人自己来做。有兴趣的朋友请跟我联络。 ------------------------------------------------------------------------------ 注 1 :爱因斯坦 1920 年在 Leiden 大学演讲的摘要: “ To deny the ether is ultimately to assume that empty space has no physical qualities whatever. The fundamental facts of mechanics do not harmonize with this view. … besides observable objects, another thing, which is not perceptible, must be looked upon as real, to enable acceleration or rotation to be looked upon as something real.…the conception of the ether has again acquired an intelligible contental though this content differs widely from that of the ether of the mechanical undulatory theory of light. The ether of the general theory of relativity is a medium which is itself devoid of all mechanical and kinematical qualities, but helps to determine mechanical (and electromagnetic) events.…Recapitulating, we may say that according to the general theory of relativity space is endowed with physical qualities; in this sense, therefore, there exists an ether.According to the general theory of relativity space without ether is unthinkable; for in such space there not only would be no propagation of light,but also no possibility of existence for standards of space and time(measuring-rods and clocks), nor therefore any space-time intervals in the physical sense. But this ether may not be thought of as endowed with the quality characteristic of ponderable media, as consisting of parts which may betracked through time. The idea of motion may not be applied to it .” 注 2 : 乔治 · 斯穆特 2006 年获颁诺贝尔物理学奖时演讲的摘要: “ One problem to overcome was the strong prejudice of good scientists who learned the lesson of the Michelson and Morley experiment and special relativity that there were no preferred frames of reference. There was an education job to convince them that this did not violate special relativity but did find a frame in which the expansion of the universe looked particularly simple. More modern efforts to find violations of special relativity look to this reference frame as the natural frame that would be special so that perhaps the suspicions were not fully unfounded. We had to change the name to “the new aether drift experiment”and present careful arguments as the title “aether drift experiment” was too reminiscent of the Michelson and morley ether drift experiment.” 参考文献: A. H. Guth and D. I. Kaiser, Inflationary cosmology: Exploring the universe from the smallest to the largest scales. Science, vol. 307, (5711), pp.884-890, 2005. A. Einstein, Ether and the theory of relativity (speech at Univ. of Leiden, May 5, 1920). From: The Collected Papers of Albert Einstein, the Swiss Years:Writings, 1918-1921, Vol. 7, Translated by Alfred Engel , Ed. M. Janssen et al , Princeton Univ. Press, 2002. A. A. Michelson and E. W. Morley, On the Relative Motion of the Earth and the Luminiferous Ether. American J. of Science, vol. 34, pp. 333-345, 1887. D. C. Chang, Why energy and mass can be converted between each other? A new perspective based on a matter wave model. J. Mod. Phys., vol. 7, (04), pp. 395-403, 2016. A. Einstein, Zur elektrodynamik bewegter krper. Ann. Physik, vol. 322, (10), pp. 891-921, 1905. A. Kogut and et al., Dipole anisotropy in the COBE differential microwave radiometers first-year sky maps. Astrophys. J., vol. 419, (1), 1993. G. Hinshaw and et al., Five-year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe observations: Data processing, sky maps, and basic results. Astrophys. J. Supp. Series, vol. 180, (2), pp.225-245, 2009. G. F. Smoot, Nobel Lecture: Cosmic microwave background radiation anisotropies: Their discovery and utilization. Rev. Mod. Phys., vol. 79, (4), pp.1349-1379, 2007. D. C. Chang, Is there a resting frame in the universe? A proposed experimental test based on a precise measurement of particle mass. Eur. Phys. J. Plus, vol.132, (3), 140, 2017.
个人分类: 宏观科学|3576 次阅读|14 个评论
科学之道:让科学不再玄学,让物理不再巫理
热度 62 xqhuang 2016-8-5 10:02
科学之道:让科学不再玄学,让物理不再巫理 【引言】:一场“春雨”,本应浇醒装B的中国学术界,不想却成“寒流”引发全国性的感冒发烧,这一切难掩科学大国无大科学的囧态。中国科学盛行“拜洋主义”,买洋仪器、发洋杂志、找洋人夸已是科研的核心内容。一群假洋鬼子更是依仗得天独厚的人脉资源,掌控着至高无上的学术话语权,他们无尽的贪婪加速了学术生态的恶化,党同伐异、排除异己,以左右上层决策者的判断力和执行力为目的,以成功搭乘“研而优则仕”号直升飞机为追求,为个人和集团谋利益。 大国玩科学,必须玩出大国的风范,对错用科学事实说话,让人心服口服。大国科学不能总满足于跟风、跟进式的小革新,特别是立志要成为世界科技强国的中国,更要玩能影响百年、千年的原始颠覆性大科学。 中国人会玩大科学吗? 借这股“春风”,本人决定拿出部分最新研究成果与大家分享,希望科学的美能给酷热的天气、燥热的人们带去一丝清凉。国人不必妄自菲薄,中华已经诞生了远远超越世界的大科学,它彻底颠覆了几百年来人类形成的科学观,它让科学重回简洁美的科学轨道。 ********************************************* 年初,饶毅教授在对话“中华物理一哥”潘建伟教授时说了一句难听话:物理学还有不是玄学的一部分?这无疑是对整个物理学界的公开挑战和羞辱,作为物理人,在愤怒的同时不禁脸红心痛,实话实说,物理学已沦落为饶毅所嘲笑的巫理玄学! 为了捍卫正统物理学的科学尊严,为了让全世界领略中华灿烂文化的伟大科学思想,我今天要以中华古道论道科学之“道”。饶教授,想学正宗物理还是拜我为师吧,潘教授的物理水平,我最多给百分制的5分!打分依据:该生初步掌握光偏振知识和相关实验技能,但缺乏最基本的物理思想。 一、电子该呆在何处? 图1:原子的太阳系模型 图2:质子和中子构成原子核中心 物理是研究物质结构、物质相互作用和运动规律的自然科学。中学就开始被灌输,现代物理学大厦是建立在原子的太阳系模型(图1),即,带正电、互相排斥的质子与不带电的中子被迫拥挤在狭小的原子中央,而相对微小的电子(质量仅是质子或中子的1/1800)却可以在广袤的外围空间高速自由飞翔(图2)。 科学疑问 : 在原子内部, 电子真的要 亿 亿 亿...年 不停地奔跑? 图3:氢原子的玻尔模型 后来,玻尔为了解释氢原子分立的光谱提出玻尔模型,想当然地限定电子只能在某些分立的轨道上运动(如上图3)。 科学疑问 : 茫茫宇宙,电子如何知道哪些轨道是被允许的、并精确定位? 再后来,量子力学为推销那子虚乌有的波函数,又自我否定了电子轨道的存在,并人为规定电子必须以概率的方式出现在原子核周围。上式是量子力学推导出来的最简单氢原子的波函数数学表达式,对于其它原子,量子力学表示无能为力。 图4:量子力学计算的氢原子电子波函数 为了展现量子力学到底有多变态,图4给出氢原子电子的几个最简单波函数。假设上面各小图的中心为原子核,量子力学要求不同能量的氢原子电子只能随机地出现在图中的亮区域,如误入黑色禁区,将引发整个宇宙的毁灭!量子力学还要求电子的肚子装满各种颜色波长的光子,以备随时随地发射;量子力学的电子还要自旋,并只能选择不同自旋的电子配对,…;做个电子比做人还难!还难!还难! 科学疑问 : 如此苛求电子,是上帝愚蠢?还是人类愚蠢? 图5: 核聚变示意图 图6: 核裂变示意图 有两种核反应:核聚变(图5)和核裂变(图6)。 科学疑问 : 根据电子与(中子+质子)分离的原子模型,核反应发生过程,核外的电子发生了怎样的变化?它们是如何与核反应同步地进行聚合、分裂和重组? 如此基本的问题,似乎从来没人认真思考过。 想象一下太阳被一颗行星撞碎,太阳系是瞬间分裂成几个稳定的子太阳系?还是彻底毁灭?相信有点脑子的都会选择后者,原子模型面临相同的挑战。 综上,现代物理对电子与(中子+质子)进行空间绝对隔离、并赋予电子十八般武艺,是完全错误的!这也是导致物理学发展成玄学的一个“ 马屁股宽度 ”。 量子力学否定电子轨道的存在,这对也不对,电子没有轨道有两种可能:1、电子静止不动;2、电子无规则乱动。二选一的50%概率,量子力学遗憾地押错了筹码。 本人一直坚守这样的科学理念:科学的美在于它的简单性,越微观,科学规律一定越简单、越干净、越确定。这就好比电脑,宏观的外在结构可以随心所欲,但最低层的二进制1和0是决不允许有任何偏差。 现行的所有原子模型无一例外地走向了科学的反面,它们错误地以为复杂才是科学、所有人都不懂的才是最好的科学。其实,大量核实验的科学事实早已证伪了所谓“公认理论”的科学性,科学实验在反复告诉人类自然界最大的奥秘:“质子+中子+电子”必须紧密地团结在一起! 二、对称破缺:万物负阴而抱阳 有一种让中国人无地自容的国际说法:古代文明中国没有产生过科学思想。一派胡言!《道德经》就凝聚着我们祖先博大精深的科学思想,几千年前,先哲们就洞穿了宇宙的秘密、解释了宇宙万物的演变。 图7: (a)中子(阴子);(b)氢原子(阳子) 居里曾有言:非对称创造世界!这话无疑是伟大正确的。但西方主流量子物理学家却选择背道而驰,他们把中子理想成具有最高对称性的数学点或质量圆球【图7(a)左】,物理学因此走上了邪路。 科学事实表明,中子由带正电荷的质子和带负电荷的电子组成,自然而然,它是个非对称、有极性的天然电偶极子【图7(a)右】,或宇宙最小的固定电容。上帝安排它在宇宙构造中扮演“胶子”的角色 (二进制阴阳两面胶) ,通过它,质子、中子和电子才能组装成稳定的原子(只需电磁相互作用,无需其它强核力),本文把有极性的中子称为“阴子”。 与中子一样,氢原子也是由一个质子和一个电子组成【图7(b)】,唯一的区别是电子没有被质子完全束缚,这样的电偶极子(或可变电容天线)具备发射和接收电磁波的功能,本文把氢原子称为“阳子”。 不破缺无世界,万物负阴而抱阳,极性的“阳子”和“阴子”就像耶和华造就的亚当夏娃,是宇宙万物之父母、是上帝的DNA。 三、道生一,一生二,二生三,三生万物 “道生一,一生二,二生三,三生万物” 是开启自然奥秘的金钥匙,理解它,就知道上帝建造宇宙之道、管理万物之经。 图8: 由“阳子”(质子+电子)和“阴子”(中子)组装的原子,(a)氢原子同位素氘;(b)氢原子同位素氚;(c)氦原子 【道生一】:我理解的“道”是真空(或以太),真空不空!我理解的“一”是阴阳的矛盾统一,“同性相斥、异性相吸”乃自然之道、科学之道; 【一生二】:一个“阳子”( 氢原子)和一个“阴子”(中子),阳上阴下借“异性相吸”组成一个阴阳合体的哑铃结构,它就是氢原子同位素氘【图8(a)】,它仅有一个最外层电子a; 【二生三】:一个“阳子”和两个“阴子”,其中的三个质子构成正三角形的稳定二维结构,它就是氢原子的另一个重要同位素?氚【图8(b)】,同样它也只有一个最外层电子a; 【三生万物】:两个“阳子”和两个“阴子”,其中的四个质子构成正四面体的稳定三维结构,它就是氦原子(He-4),它有一个最外层电子a和一个内层电子d。 图8(c)的四面体是宇宙最简单、最稳定的三维原子结构,原子序数每增加1(相当于增加一个“阳子”和一个“阴子”),就在四面体周围增加2个四面体,这叫“原子四面体阴阳交替复制生长原理”,是DNA复制的物理基础,其物理机制就是正负电荷交替的电磁互吸互胶作用,依此,所有原子、同位素、分子、材料等等都可以像搭积木一样自组装出来。所以,不同物质、不同材料的差异,放大到最微观层面,可能只是一个或两个四面体的微小差别,自然界太神奇了! 四、锂原子与核反应 图9:通过氦原子生长锂原子的两种不同结构 锂元素的原子序数为3,比氦原子 多一对“阴阳子”(中子,质子+电子)。根据原子生长的“复制原则”, 锂元素比氦原子多两个四面体,以氦原子的四面体A-B-C-D为母体,通过电磁互胶吸引,可以复制生成锂原子A-B-C-D-E-F(如图12)。由于生长的位置和先后次序不同,锂原子可以有两种不同构型,图9(a)、A-B-C-D先胶“阳子”(E+e)、后“阴子”F;图9(b)、A-B-C-D先胶“阴子”E、后“阳子”(F+f)。 用中子轰击锂核发生核反应,生成氚核和α粒子,同时释放出4.8MeV的核能,核反应方程可以表示为: 3 6 Li+ 0 1 n-→ 1 3 H+ 2 4 He+4.8 MeV 本人认为,这个反应能发生的物理前提是锂原子必须同时包含氦原子和氚原子的结构。如所料,以图9(a)为例,它的的确确由图8(c)的A-B-C-D氦原子和图8(b)的B-E-F氚原子组合而成,只是其中的“阴子”(中子)B被关联共享。核反应所提供的中子(“阴子”),在击碎锂原子的同时,提供了重组完整氦原子和氚原子所必须的一个中子(“阴子”)。而此前写进教科书的所有原子模型都无法自圆其说。 五、手性的起源 图10 : 物质的手性 手性物质,就像我们的左右手互成镜像(图10),地球上组成生命的有机分子通常都具有手性。那么,手性的物理起源是什么?为了回答这个问题,各种奇谈怪论被炮制出来,有人说分子手性很可能是来自太空光线照射的结果,还有人说…,还还有人说…,各位:还是听听黄秀清是怎么说吧,他能分分钟解除你们的困惑。 图11: 氦同位素He-3(宇宙中最小的手性物质),(a)左手He-3;(b)右手He-3 在“阴阳子”原子结构模型的框架下,图8(b) 氢同位素氚中的一个“阴子”(B或C)如果被“阳子”替代,氘就变成有不同对称性的氦同位素He-3(图11),图11(a)和(b)是互为镜像对称,也就是说,He-3是宇宙中最小的手性原子。推论:手性广泛地存在于自然界中,它们都源自最底层原子结构内禀的镜像对称性。 六、偶尔露真容:α粒子 1898年,卢瑟福发现了一种带正电的射线,后来实验证实它是由2个质子和2个中子组成的高速氦原子核(α粒子束)。各位一定很好奇:α帅哥到底长得如何啊?莫急,黄秀清要独闯神秘的微观世界,偷拍一张α帅哥的全裸照以满足大家的好奇心。 图12: α粒子微观结构,(a)四面体;(b)三明治 如图8(c)所示,氦原子有两个电子:最外层电子a和内层电子d。当a和d电子被电离,就剩下“阴子”B和C内部被固化的电子b和电子c,这时,为了形成能量极小的稳定α粒子,“阴子”的极性方向要发生偏转,如图11(a)所示。换个角度再给α粒子拍照 ,不难发现α粒子是三明治夹芯的电磁互胶结构,由“阴子”提供的两个电子(b和c)为芯,通过最基本的电磁相互作用,四个质子(A、B、C、D)构成稳定的四面体,其中BC与DA异面垂直。 七、道可道,非常道 “道可道,非常道”,道理道理、有道才有理,物理物理、有物才有理。前面已经提及,物理之“道”就是真空,真空的物质性才能确保物理有理。但是,由于爱因斯坦等牛人极力否定真空的物质性(以太的存在),宇宙的物质基础被铲除,物理学自然成为空中楼阁。 上帝建造宇宙大厦有两种可能方案,方案A:无需打“地基”,直接在一个完全空的世界里,爆炸出大量完全不受约束、但无所不能的“超级粒子”(如电子),这些粒子借助各种魔力(比如,超距的波函数纠缠)随机组合后形成宇宙万物;方案B:打好坚实的“地基”,搭建好一个全智能、数字化的能量平台(以太),粒子们只需要傻瓜式地遵守二进制电磁作用原则:“同性 相斥 、异性 相吸 ”,就能从小到大、从原子到分子、从微观到宏观严格复制生长。 上帝会选择A还是B?主流物理选A,黄秀清毫不犹豫地选B。 图13: 电荷q建立静电场的两种模式,(a)在无以太的真空,电荷靠自己不停发射能量自建和维护静电场;(b)在以太的真空里(暗物质能量库),电荷导致以太形变,静电场实为以太应变场。 以最简单的单电荷q静电场为例(图13),方案A、假设真空是绝对无物质的空,电荷q只能依靠自身的能量在其周围的真空建立电场【图13(a)】,问题一、电荷是如何建立静电场?静电场建立的速度是多少?问题二、理论上,静电场一旦建立就必须长期固化稳定地存在,电荷要维护自己的电场,就必须源源不断地向周围的真空补充能量,这能量又从何来?方案B、假设真空是由以太物质组成的暗物质能量库,电荷q的出现只是导致“以太网”的形变【图13(b)】,该应变场就是q的静电场,其建立速度为光速c,它唯一地由以太真空的介电常数和磁导率决定。哪个更科学? 为什么需要以太?宇宙中存在无穷多的带电粒子,如果以太被废弃,一个带电粒子的行为将由无穷多其它粒子决定,这是数学无解的多体问题(方案A必然的后果)。以太回归后, 粒子只与以太直接作用,这是物理上最简单、数学确定可解的二体问题(方案B必然的结果)。 当以太复活,物理学自然地彰显出科学的简洁美,电子也就不需要承担人类强加的各种莫须有重任。发射光子,不过是伴随电子周围的以太应变场产生的波动,不同应变场的变化产生不同频率的光子。电荷之间的相互作用,也不过是不同电荷导致的以太应变场的叠加效应(引力场的问题同理)。 以太是打开宇宙奥秘的科学通道,科学道理必须说得清、道得明,人人皆懂的科学才是真科学。上帝会用复杂的数学构造宇宙吗?我想一定不会,这么做不是为难人类,而是为难上帝自己。 八、原子光谱 量子力学认为,原子光谱是由原子中的电子发生能量变化时发射或吸收的一系列波长的光所组成的,即,原子光谱中某条谱线的产生与原子中电子在某一对特定能级之间的跃迁相联系(跃迁过程要服从一套无比复杂的数学选择定则)。这个故事有个默认前提:电子的肚子里装满各种颜色的光,必备应急所需。 黄秀清认为量子力学的故事是没有任何科学依据的臆想,前面已经指出,具备发光功能的是以太真空(暗物质能量库)而非电子,电子就像落入水中的石头,激起的以太涟漪就是光。下面我将从原子结构出发,定性分析氢、氦、锂原子的光谱结构,与大家继续分享不一样的微观世界。 8.1、氢原子光谱与精细结构 图14:氢原子光谱 图15: 氢原子光谱产生的物理机制:电偶极子诱导的以太形变场 氢原子光谱是最简单的原子光谱(图14),它是一个“阳子”(电子-质子对)与以太相互作用后产生的,如图15所示,氢原子发光的物理过程如下:1、图中A和B是发光前电子和质子在以太中所处的位置(距离为r 0 ),它们导致以太发生准静态的应变场(图中虚线表示);2、假设质子不动,当电子从A到A'(A'B的距离为r),以太的应变场将相变到图中的蓝色实线,在这过程,黄色虚线部分的以太应变场(可用d= r 0 -r进行表征)能量将以光的形式在以太真空中传播,光的频率由图中的能量守恒公式确定。先强调一点,原子能发什么颜色的光?发怎样波段的光?与d密切相关,d的可变范围越大,原子光谱也越宽、最小发光波长也越短。 1947年,美国科学家兰姆发现氢原子光谱的每一条谱线,实际上是由两条靠得很近的谱线组成的(著名的兰姆位移),兰姆也因此而荣获1955年诺贝尔物理学奖。结果一出,一群搞理论物理的蜂拥而上,在各种数学神器的帮助下,产生了另一科学怪胎“量子电动力学”。我始终对那套学术垃圾十分不以为然:那也能算科学?这帮白痴要累死上帝宝宝不成? 我秉承的科学口号:简单、简单、再简单!各位,切记、切记、切记,一个真正的物理学者一定要学会克制使用高深数学的冲动,上帝能懂的最高级数学就是最简单的二进制:正(1)负(0);阴(0)阳(1);上(1)下(0);左(1)右(0);动(1)静(0);。。。 兰姆位移也是二进制问题,单谱线的物理假设是电子运动(1)质子静止(0),这个假设成立的条件是质子质量无穷大,而实际上,质子大约比电子重1800倍。根据最基本的经典物理知识,电子动(1)、质子也要动(1),质子会偏离平衡位置(如图δ,δd),比较质子不动的情形,以太将释放两个差异很小的应变场,相应的两条光谱频率满足: E(r0)-E(r-δ)=E(d+ δ )=h ν + E(r0)-E(r+ δ )=E(d- δ )=h ν - 随便提一下普朗克的量子论,能量量子化的根源是以太网的空间量子化? 8.2、氦原子光谱:正氦、仲氦? 图16:氦原子能级示意图 与氢原子光谱不同,氦原子有两套完全独立的光谱,很长一段时间,人们认为这是因为有两种氦原子:仲氦与正氦。如图16所示,量子力学试图用复杂的能级跃迁来解释:1、为什么仲氦与正氦的光谱互相没有交叉?2、为什么仲氦的谱线是单线结构?而正氦的谱线是复杂的三线结构?3、为什么仲氦的光谱区域相对宽,而正氦的相对窄?很遗憾,量子力学经过一百多年瞎折腾,还是无法回答这几个为什么? 图17:氦原子的电容电路表示,可调电容CD和CB贡献两套完全独立的光谱。从图不难直接判断,由于耦合作用,CB发射的光谱要比CD的复杂。 在“阴阳子”理论看来,这些长期困扰物理学界的世界难题都不叫问题。为了更直观地说明结果,我把氦原子【图8(c)】用大家熟悉的电容电路进行近似表示(图17),下面直接给答案: 1、不存在仲氦与正氦之分,氦原子只有一种结构。氦原子能发射两套没有交叉的光谱,是因为氦原子有两个独立的光学天线,即图中的可变电容C B 和C D , 正氦与 仲氦是对氦原子两个“发光光源”C B 和C D 的错误解读 。 2、氦原子单线谱线结构由独立的C D 贡献,提高分辨率也能观察到类氢原子的双线精细结构。复杂三线结构则由C B 贡献,三线结构产生的直接物理原因是C B 与C A 和C C 存在耦合。 3、前面已经讨论过,C D 和C B 发射的光谱宽窄与最大可调距离d D 和d B 相关,由于C D 是受约束较小的半开放系统,可调距离d D 相对较大(对应最外层电子),相应的发射光谱也较宽、最短波长较短(光能量大),而C B 前后都受到约束(对应内层电子),最大d B 相对较小,自然所发射的光谱也较窄、最短波长较长(光能量小)。 8.3、锂原子光谱 图18:锂原子光谱,有四套相对独立的光谱系,其中第一辅线系的谱线是一分三的精细结构,其它系的精细结构为一分二。 如图18所示,锂原子光谱包含四个线系,1、主线系:从图中可以看到,主线系的光谱范围最宽(从红色到紫外),每条谱线是一分二的精细结构;2、第一辅线系:该系的谱线全部落在可见光范围,其谱线为宽且模糊的三线结构;3、第二辅线系:除第一条谱线在红外区,该系的谱线皆在可见光范围,精细结构也是一分二;4、伯格曼线系:谱线均落在红外区,同样是二线的精细结构。 图19:锂原子光谱的量子力学电子能级跃迁解释 图19是量子力学电子能级论对锂原子光谱的解释,相关的数学公式和电子跃迁的“规章制度”就不拿出来吓唬朋友们。不浪费时间,还是继续听黄秀清讲解吧。 图20:两种锂原子的电容电路表示,(a)中的可调电容(C D 、C B 、C E )和(b)中的可调电容(C D 、C B 、C F )一起贡献了四套独立的光谱。 为了方便解释,我同样把图(9)两种不同构型的锂原子,用电容电路分别表示为图20(a)和(b)。根据上图,锂原子(a)中的C D 、C B 、C E 分别贡献了三套谱线系,它们分别为C D 的主线系、C B 的第一谱线系和CE的第二谱线系;锂原子(b)中的C D 、C B 、C F 也分别贡献了三套谱线系,它们分别为C D 的主线系、C B 的第一谱线系和C F 的伯格曼系。由于C D 和C B 的谱线系是重复的,所以锂原子只有四套独立的光谱系,其中的主线系和第一谱线系,由于(a)和(b)两种锂原子的共同贡献变得更亮一些(已被实验证实)。 关于谱线精细结构,在一级近似条件下,由于C B 与C A 、C C 的耦合,导致第一谱线系展宽分裂为三线结构,而C D 的主线系、C E 的第二谱线系和C F 的伯格曼系,都应该是类氢的二线精细结构。 关于光谱范围,图(20)从右到左,相应可调电容的电子(图9中的d、b、e、f)束缚程度不断增加,即,电容最大可调范围满足:d D max d B max d E max d F max , 光谱上直接表现为谱线系的最短波长满足:λ 0 λ 1 λ 2 λ 3 (见图18所示)。 九、万物同理,万理同道 构建宇宙是个无比浩大、不允许有丝毫差错的永久精密工程,造物者最伟大的之处,在于她始终以最简单为最高原则,绝不生产任何一个多余的粒子、也绝不让任何一个粒子做任何一个多余的动作、任何一件多余的事情。 虽然麦克斯韦建立了统一的电磁场概念,物理学界仍认为电与磁是两种不同的物理现象,电由电荷产生、磁由磁荷(磁单极子)产生,直到黄秀清严格证明狄拉克的磁荷就是电荷、磁场就是电偶极子场, 人类才首次真正实现了电磁现象的完美统一 。 电与磁是对矛盾统一体,“分为电、合为磁”, 单独的电子和质子是产生电场的“电场子”,电子和质子配对后的“阳子”(氢原子)和“阴子”(中子)就是“磁场子”(很多人无法理解中子为什么会有磁性?秘密就躲藏在这里),也就是说,磁场就是电偶极子场。 物理学长期处于盲人摸象的状态,人们摸出一大堆东西:导体、半导体、绝缘体、超导体、铁电体、磁铁、电容、磁单极子、磁偶极子、塞曼效应、霍尔效应、核磁共振、DNA、蛋白质、…,其实它们都是“阳子”和“阴子”这对电偶极子的一个局部性质。 图21:磁性的产生和统一,磁性就是电偶极子场,宇观的地球(a)、宏观的磁铁(b)、微观的锂原子(c)、宇宙最小的磁针中子(d)。 “万物同理,万理同道”,建筑宇宙看似复杂其实简单,核心工程就是以“阴子”“阳子”为“砖头”的电磁互胶自组装拼接。如图21所示的磁性,无论宇观的地球(a)、宏观的磁铁(b)、还是微观的锂原子(c),追根溯源,都可以在微观世界的最低层找到最直接的物理原因,或宇宙的DNA“阴子”和“阳子”(d)。请牢记,数学公式永远无法统一科学理论,科学理论的最终统一必须在物质层面:“阴子”和“阳子”,宇宙的DNA! 十、电子自旋了吗? 图22:物理学家想象的两种电子,(a)自旋朝上;(b)自旋朝下 电子自旋(图22),大概是物理学最最神奇的一个人造概念,谁也不知道它是否真的存在?却几乎所有现代物理的重大研究和发现(超导配对、磁性的产生、泡利不相容原理、量子纠缠、量子霍尔效应等),都要借助电子自旋的魔力。在科学叛徒看来,所谓的内禀电子自旋,与其说是现代物理学的一根重要支柱,不如说是最后的一根救命稻草,今天,我要彻底铲除电子自旋这根物理学的最后毒草! 图23:斯特恩和盖拉赫“发现”电子自旋的实验示意图 1922年,斯特恩和盖拉赫设计了一个简单实验,他们让银原子束通过非均匀磁场B,如上图23所示。他们惊奇地发现从磁场射出的银原子束分裂为上下对称的两束,盖拉赫立即把实验结果用一张明信片寄给玻尔(上图右),右图上的“嘴唇状”是他们的意外收获、右图下的线状是之前设想的结果。1943年,斯特恩因此获得诺贝尔物理学奖。 银原子束为什么会一分为二?黔驴技穷的物理学家又打起了电子的主意,他们一拍屁股就赋予电子“自旋”这个特异功能。有此神功,他们开始像巫师一样给实验算命:因为银原子核外有47个电子,电子自旋有两种组合(24↑23↓)和(23↑24↓),前者电子净自旋↑、后者电子净自旋↓,两种不同净自旋的银原子在磁场中产生了分裂。大量跟风实验对碱金属、氢、中子、金、银、铜进行了全面检验,发现它们的原子束同样分裂为上下两束。 这些实验事实,真的能说明电子有自旋吗? 科学推理:如果电子自旋是所有原子束一分为二的物理根源,那么用纯净的电子束单独做实验,一定可以观测到更为显著的一分为二现象(因为电子质量远小于原子)。但是,几十年无数的实验都否定了这个推理,电子束从不分裂!显然,电子自旋又是一个“马屁股”式的错误。科学界真的很奇葩,“业已公认”的科学假设是不能错的,这样一条默认的宗教式行规,必然迫使为饭碗的后来人用更大的错误(繁杂的数学)去掩盖修饰那些教条理论。 为什么原子束一分为二、电子束不一分为二?在“阴子”和“阳子”为核心的理论框架下,是理所当然的结论,因为“同性 相斥 、异性相吸”。 图24:斯特恩——盖拉赫实验的“阴阳子论”解释 如图24所示,在“阴子”和“阳子”的物理世界里,磁铁就是电偶极子的超晶格阵列,现在把中子、氢原子、电子、质子、α粒子(简化三明治)、金属原子(简化电偶极子)束全部射入两块电偶极子超晶格形成的磁场,在“同性 相斥 、异性 相吸 ”的作用下,中子、氢原子和金属原子束一分为二,而电子、质子和α粒子束没有分裂,电子束向下,质子和α粒子束则向上。具体分析如下: 1、 把两块电偶极磁铁的中间磁场区域分成上半区和下半区,蓝线为分割线。 2、 电子、质子和α粒子是无极性粒子,以电子为例,当电子处于上半区,它与上磁铁的S极因“同性相斥”而向下运动,当电子进入下半区,它与下磁铁的N极因“异性相吸”而继续向下运动。所以,不管电子入射到哪个区,电子束总是向下而不会一上一下地一分为二。同理可得,正电质子和α粒子束总是向上而不会向下分裂。 3、 中子、氢原子和金属原子都是极性粒子,当它们入射进入磁场,首先翻转到与外加磁场B同方向(见图,上正下负)。当极性粒子们处在上半区,由于正极与上磁铁S极的“异性相吸”而向上运动,当极性粒子们处在下半区,由于负极与下磁铁的N极“异性相吸”而向下运动。所以毫不奇怪,中子、氢原子和金属原子束都要一上一下地一分为二。 4、 不少朋友一定注意到,极性粒子束是否分裂?是向上偏转?还是向下偏转?是人工完全可控的!当粒子束从磁场中部注入,一分为二;从上半部注入,向上偏转;从下半部注入,向下偏转。有条件的朋友不妨验证一下,这工作不说诺奖级别,发Nature/Science应该问题不大吧? 请问,解释斯特恩—盖拉赫实验需要电子自旋吗? 各位朋友,是不是感受到那久违、令人窒息的简洁科学美? 科学本应如此。一切卖弄数学技巧的物理学,都是耍流氓! 我至今都无法理解,那些自翔为人类智慧象征的物理学家们,他们凭什么让最弱小的电子承担了几乎整个宇宙的重任?产生电场、产生磁场、发射光子、吸收光子、传导电流、泡利不相容、超导配对、霍尔效应、产生并识别波函数、量子纠缠、。。。,你们缺不缺德啊! 十、未结束语 这里是本文的结束,相信也是人类新科学的开始。 不夸张地说,这是“千年一遇、千年一剑”的原始科学创新,它彻底颠覆了人类对自然界的理解和认识,它将影响未来一千年的人类科学进程。它宣判:一半以上的诺贝尔物理学奖需要撤下,90%的物理教科书必须重写,99%的物理大师必须去除光环,99.9%的物理学SCI论文都是垃圾,中国的物理学院士可以一个不要。 从今天开始,我们可以自豪地说:中华祖先曾经产生过人类迄今为止最伟大的科学思想。三十年河东、三十年河西,未来一百年的科学主战场就在中国,这是中华科学思想伟大复兴的时代,我希望科学网能在这场科学革命中能扮演积极的角色,承担起传播、宣传中华原创科学的重任,旗帜鲜明地摒弃西方落后的无理玄学,让中华先进的科学思想造福人类。 亲,不要错过这千载难逢的好机会,一旦擦肩,至少需要再等千年!那些还在为 “巫理洋学”唱赞歌的巫师们,回头是岸吧!
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与洪建辉博主关于迈克尔逊莫雷实验干涉理解的争论实录
热度 6 jmluo0922 2015-4-28 12:07
最近,我与科学网博主洪建辉,针对迈克尔逊莫雷实验的理解,展开了激烈争论。我认为讨论涉及的问题具有普遍性,对于大家正确理解有帮助。 原文地址:http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=2470641do=blogid=885297 注:请大家关注学术部分,过激语言请跳过! 罗教明 2015-4-28 11:43 好了,就这样吧 MMX分析中出现了小小的,容易被忽略的错误,导致了洛伦兹时间膨胀,空间收缩,以及后来的时空变换。我与你争论是为了澄清事实,正确理解干涉的确不需要太高深的物理知识,中学水平就可以了,关键是仔细。 我相信你是做产品设计开发的,应该懂得:细节决定成败的道理。 博主回复(2015-4-28 11:51) : 你的认真的精神是可嘉的。以后再关注你的东西,再看看吧。洛伦兹时间膨胀,空间收缩的概念,老爱之前基于以太假说就有了。老爱独辟畦径,才能一炮打响。祝你好运。 罗教明 2015-4-28 11:27 To 你看看杨氏干涉就明白了,S与S'相距的变化是非常近的0.4波长范围,不是肉眼能分辨的,但计算干涉条纹移动时的光程差变化时必须考虑!!! 罗教明 2015-4-28 11:22 不要忘记,你是靠经典理论才吃上饭的,不要忘恩负义!!!真理性的理论是经得起历史考验的,验证相对论正确性的实验你做过吗? 博主回复(2015-4-28 11:35) : 经典牛顿力学理论是相对论的一个特例,被包含进去了。你把它们当做对立,真是没搞懂相对论。回去读读我转载的那篇英文文章。我是读了你的许多文章了。靠经典理论才吃上饭, 跟相信相对论不矛盾! 罗教明 2015-4-28 11:18 你在用相对论设计开发你的产品吗? 博主回复(2015-4-28 11:30) : 没有。这是业余生活。要跟踪科技前沿,才能出新产品。我现在正在开发的产品就有紫外光和红外光燃烧火焰检测器。我在欧美的专利不少。本来自认对相对论是外行,不想深入探究,只是讲讲西方一般公认的理论。谁知不停有人说我无知,和只要初中物理就能证伪相对论,好奇心就来了。 罗教明 2015-4-28 10:50 最后送你几句戈培尔的话: 1、如果撒谎,就撒弥天大谎。因为弥天大谎往往具有某种可信的力量。而且,民众在大谎和小谎之间更容易成为前者的俘虏。因为民众自己时常在小事情上说小谎,而不好意思编造大谎。他们从来没有设想编造大的谎言,因而认为别人也不可能厚颜无耻地歪曲事实……极其荒唐的谎言往往能产生效果,甚至在它已经被查明之后。 2、谎言重复千遍就是真理。 3、群众对抽象的思想只有一知半解,所以他们的反应较多地表现在情感领域。情感宣传需要摆脱科学和真相的束缚。 4、………,少年狂,血气刚,潦草被敬仰;长感慨,细思量,愧对世人过奖;天错爱,地慌唐,花无百日香。 ——摘自沈惠川教授译《爱因斯坦自嘲诗》 博主回复(2015-4-28 11:11) : 爱因斯坦说光速恒定是axiom,说明他是谦虚的。假如光速恒定, 那么广义相对论可以自洽的解析很多以前无法解析的现象,还预言了许多现象,后面都陆续观察到证明了。说相对论是谎言,真逗。荒谬的学说,很快就被忘记了。百余年之后,还不停的坚持荒谬的学说, 就只能是当笑料了。 自嘲诗倒是很好,谢谢。 罗教明 2015-4-28 10:34 你还在用几何光学,直线传播的概念理解干涉。我不知道杨氏干涉你学个没有?由于干涉,我们在观察屏的O点附近是可以看到几级干涉条纹的,是波的性质来理解和计算的,不能用直线传播的概念来理解!!! 罗教明 2015-4-28 10:16 分析O点的干涉条纹,S和S'就作波包(也叫次光源),你还是学了干涉原理之后再说话!!! 博主回复(2015-4-28 10:28) : 你这推理不严谨。 你画的红线,就是为了说明一丁点的平移都重要,到了最后一段,你倒玩个波包(也叫次光源)的概念就糊弄过去了,来个反向平移。把你的光想象成激光,落点该向右移动。 罗教明 2015-4-28 10:06 TO【25楼】,你只知道光是直线传播,初中几何光学水平,根本不知道光的波的行为。按照你的说法,杨氏干涉是无法实现的。你还是回家看看几何光学,记住反射定律,还有分光镜,还有就是干涉原理,特别是波包的概念。 你这个追星族无知得令我惊叹!!! 博主回复(2015-4-28 10:11) : 以太恐龙学说,你还要坚持,作为思维练习也还可以,但漂移不能只作用在第一第二段,最后一段反向漂移,说不过去。 罗教明 2015-4-28 09:54 To ,我只是告诉你,经典理论应该如果正确分析MMX,发明永动机从何谈?你不要气急败坏,连人格都不要地胡说八道哈! 博主回复(2015-4-28 10:05) : 以太漂移学说和永动机一样,都过去了, 但还有几个人stuck in time capsule相信以太漂移学说。这个比喻很好,不是胡说八道。你没有理解这个比喻,你还活在一百多年前?该回到当代了,提醒你个time traveller今年是2015年。 罗教明 2015-4-28 09:35 我在美国SFN也提出了这个问题:Rethink about the explanation of Michelson-Morley Experiment,你看看吧! http://www.scienceforums.net/topic/49708-rethink-about-the-explanation-of-michelson-morley-experiment/?hl=jeremy0922#entry550004 博主回复(2015-4-28 09:58) : 你在自说自话。对方反驳你的方式和我的类似。最后我倒是明白你想说什么了:实验设备相对地球静止,但以太在移动。好吧,假设有以太的话,光线回不到O点,穿过透镜以后,光线还要继续向右移动。你的红线最后一段错了。 罗教明 2015-4-28 09:25 现代物理不能以错误分析作为论据,来否定已经验证了的正确理论。我最近写了一个系列博客:“两朵乌云”表现出现代物理学家的幼稚与愚昧(I-V), http://blog.sciencenet.cn/blog-378615-861845.html ,可能有助于你理解一些问题。 博主回复(2015-4-28 09:46) : 只见你攻击老爱,还没看到你提出什么建设性的理论。以太漂移说,还有追随者?你是不是还要发明永动机? 博主回复(2015-4-28 09:29) : http://math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/SR/experiments.html#the_MMX 罗教明 2015-4-28 09:08 关于现代物理,特别是相对论,你最多是一位追星族,爱好者都不算。 我们讨论过程中,表现出你对相关问题是没有仔细看,更谈不上理解,继续讨论没有意义。 你在【19楼】中提的问题,在我指定的博客中全部都有,你自己找得到,在这里就不重复了 。 洪建辉 2015-4-28 08:12 相对论的实验根据: http://math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/SR/experiments.html#the_MMX ybybyb3929 2015-4-27 16:15 博主摆个学术擂台赛吧,科学网允许摆擂台,最好向科学网申请置顶,让大家看看无知的具体表现是咋个样的, 博主回复(2015-4-28 05:21) : 不要提“无知”一词。要是自认有知的人,就不用辩论和学习了。 陈长金 2015-4-27 13:23 时间、空间、引力的本原是什么?这些科学的基础问题只有首先解决,才能使自然科学的基础理论建立在可知的基础上;爱因斯坦以光速为普适常数要求解时空力问题,已混乱了解决科学基础问题的研究对象、认识方法及认识意义;这根本没有解决问题的方向,因而只能以混淆概念的方式来掩盖自己的无知;这比无知更有害。爱因斯坦相对论所犯都是常识性的错误,一般初高中程度就能发现;这也是为什么反对爱因斯坦相对论人越来越多原因。可是,在现在科学话语权都掌握在拥相者口中、及国内外科学权威期刊都有不接受爱因斯坦异议的不成文规定的反常状态下;这只有另开渠道。但这若以书论书,是根本反不了爱因斯坦相对论,反只能耽误自己的前程。爱因斯坦相对论也是已到了必须分辨大是大非的时候了;这才能避免现在的科学社会发展方向被误导。希您就这个问题继续深入探讨;以期这可让人们知道:人只是高等动物,什么样的教育,就培养出什么样的人。 博主回复(2015-4-28 08:13) : 看【22】实验根据。 罗教明 2015-4-27 12:54 速度上去,空间就缩小,这个是你需要科学认证的。 MMX实验是用经典的概念,研究干涉条纹的移动,你先搞清楚问题的目的。 实验原理没有涉及透镜, 静止是指实验装置相对于实验室(地球坐标系)是静止不动的。 你应该先好好看MMX,30公里/秒速度是假定地球相对于以太的。在MMX的条件下,按经典的理论的计算,应该得到0.4条纹移动。实验是不为零但低于0.4的结果,因此就否定了心太飘移论。 现在的问题是,MMX的理论分析就是错误的,0.4的条纹移动是不正确的。我的博客就是在科学地说明和论证这个问题。 博主回复(2015-4-28 09:42) : 以太漂移说不是死了吗? 博主回复(2015-4-28 05:18) : 你要证明以太漂移论正确吗? 博主回复(2015-4-28 05:17) : 以太漂移论被否定到了10^-17级别了。你说0.4的条纹移动是不正确的,那该是多少呢?假如你认为的是对的,又如何证明相对论错了呢? 罗教明 2015-4-27 11:34 看来,你不仅缺乏常识,理解力不够。 说到你的痛处了,就瞎胡闹。 科学的问题,实事求是。 光速不是无穷大,因此达到不同点需要不同的时间。 你的同一时间,垂直方向会怎么样? 博主回复(2015-4-27 11:57) : 速度上去,空间就缩小。所以才能符合光速恒定的axiom, 解析为什么还能回到S点, 这是相对论的基础。你固定透镜,却平移光的路径,肯定有问题。 罗教明 2015-4-27 11:00 看来,我还得给你补充相对运动的概念。 MMX实验中的光源、反射镜A、B,分光镜(也叫半反镜),观察屏,是相对静止的,并且条纹观察点O是固定点。u是指以太(或光的传播介质)相对于这些实验部件的运动速度。 当u-=0时,图1在理论上是成立的,如果u大于零,运动以太会对光线的传播产生影响,如图2所示。 你先把这些基本概念理解清楚再说。 博主回复(2015-4-27 12:05) : 你怎么让ether动起来,光源、反射镜A、B,分光镜(也叫半反镜),观察屏,却相对静止? 相对于什么静止? 这些实验设备和其中的ether之间是不是相对静止? 博主回复(2015-4-27 11:21) : 光用红线表达,向上时向右平移,折射向下时又向右平移,红线画的不是同一个时间发生的事情。所以你该画许多个透镜,对应光线的红线。当你画上透镜对于时间的位置后,S' 就会在S点的正右方。Y方向不会有delta。说我爱装,说明你是词穷了。辩论要有风度和风格。 罗教明 2015-4-27 10:44 To【14楼】博主回复,那垂直方向经B镜反射,还会回到S点吗? 博主回复(2015-4-27 10:50) : 当然会。光线向右平移,透镜也向右平移,刚好又回到透镜中心S点上。是S点向右移动了。你要叫他S' 也可以, 但S和S' 在Y方向上不会有delta的。 只有在X方向上会有delta。 罗教明 2015-4-27 10:39 我写相对论的博客,是出于社会责任感,澄清事实,没有争光的问题,警示科学后来者。 博主回复(2015-4-27 10:41) : 可以跟人说:我比老爱还牛? 罗教明 2015-4-27 10:35 你需要补充的已经不是科学知识了,是小学常识问题了。 一只渡船过河的问题,水流速度会不会影响渡船,这个问题你可以请教你的小学数学老师,也可以请教船夫。 博主回复(2015-4-27 10:40) : 辩论水平真低。 博主回复(2015-4-27 10:38) : 你是语无伦次, 词不达意。我说过水流速度不会影响渡船吗?Don't put words in others' mouths. 文克玲 2015-4-27 10:30 怎么样?长见识了吧? 在科学网谈科学就像上战场一样,明枪暗箭,子弹乱飞! 博主回复(2015-4-27 10:42) : ybybyb3929 2015-4-27 10:28 博主回复(2015-4-27 10:11):我就是不想复习物理,才呼吁科班出身的出来鉴定。我保持开放的心态,挑战者可能是对的,也可能是ta自己没搞懂。靠我是很难鉴定的。我从来没说过我的智商高还是低,我不信智商,也不去测我的智商。 _______________________________________________________________________________ 给你讲句实话吧,对于相对论的问题在科学网曾有过大战,结果支持相对论的人多数都......... 我只好讲一句:学懂了物理基础知识都知道相对论是谬论,只有不懂物理基础知识的人才会支持相对论 博主回复(2015-4-27 11:31) : 所以中国才没有诺贝尔奖得主?中国人不屑获诺奖? 罗教明 2015-4-27 10:18 全世界各国的科学基金的钱,是诺贝尔出的吗? 诺贝尔如果知道,他的基金发给伪科学理论,会无比愤怒的!!! 博主回复(2015-4-27 10:31) : 你比诺贝尔评委会聪明,好好写一篇论文为国争光,骂我无知没用。 各国基金做科研, 不是为了获那个奖, 是为了提高对自然和科学的认识。获奖是结果, 不是目的。 罗教明 2015-4-27 10:10 那句是在骂人? 相对论100多年来,花了多少钱,荒废了多少科学精英,纳税人受益了吗? 博主回复(2015-4-27 10:14) : 诺贝尔奖的钱是瑞典发的,博文中列的人花的是诺贝尔的钱。 ybybyb3929 2015-4-27 10:03 叹........博主一味要跳出来体现自己的智商太高了,建议博主将物理基础知识复习复习 博主回复(2015-4-27 10:11) : 我就是不想复习物理,才呼吁科班出身的出来鉴定。我保持开放的心态,挑战者可能是对的,也可能是ta自己没搞懂。靠我是很难鉴定的。我从来没说过我的智商高还是低,我不信智商,也不去测我的智商。 罗教明 2015-4-27 09:29 如果你是看懂了MMX,并理解了实验过程的,那么我只能认为你,为了掩盖你的无知,出于心理保护本能的胡说八道!!! 相对论之所以能生存,并能盛行,主要是由于物理学界有相当一部分混混,需要它混饭吃。还有就就是像你这样,连题意都理解不了,不懂喜欢装的人。 博主回复(2015-4-27 10:25) : 你的MMX中的图-2,S'位置明显有误。你有功夫说我无知,倒没功夫解释你为什么犯这样的错误? 博主回复(2015-4-27 10:03) : 又来了个火气大的。骂人不能代替说理。 罗教明 2015-4-26 16:58 你的建议是多余的,关于相对论科学基础问题的争论,在本网已经有了很多,你不了解。 拥护者理屈词穷时,他们的说法是,教科书和网络上介绍都是错误。但他们是给不出正确答案的,原因是根本就没有正确答案。例如 http://blog.sciencenet.cn/blog-378615-539941.html ,我还是劝你先好好看看。 博主回复(2015-4-27 00:21) : 图-2中你把透镜固定,光路却加上水平平移,所以S' 和S就有了y 方向的差别deltaY。 错得一塌糊涂了。 博主回复(2015-4-27 00:16) : 图-2完全错误。S' 应该和S重合。 光在水平方向平移,但透镜也在平移,所以回来的时候还在S上, 只不过S已经平移了。 图-2中S' 不仅相对于S平移, 还有垂直上移,显然不对。
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牛顿遇见老子4:暗物质是"以太"吗?也是老子说的"道"吗?
热度 2 fengjiegeng 2015-1-4 18:15
以太再登华山顶,暗物质欲显真身 (接文3) 大家三五成群,分别在小范围内讨论着什么。 这时,从远方跑来一个人,穿过人群,来到费恩曼跟前,定了定神儿,爽快地伸出右手,并说道:“费老您好,我姓鲍,来自天狼星,现在人间供职,能不能请教您一个问题?” 费恩曼和蔼地伸出右手,和鲍先生握了握手,点头待问。 鲍先生说道:“您刚才解释的是 ,那 怎么理解呢?” 费恩曼沉思片刻之后,眼里闪过一丝亮光,端起一杯咖啡,递给鲍先生,开始说道:“这个问题好,往往是 。从 来看,如果太阳辐射持续变暗,几百倍甚至更高倍之后,这些行星在系外辐射推力下,是不是 啊?当然,这时候的太阳应该叫做 了,呵呵,大概就是行星的样子吧。” 鲍先生夹杂着吃惊和兴奋,说道:“哦!您是说 ?……这么说,其它几个行星也如此?那恒星变成行星的机制是什么?……这么说,十日并出等神话传说,并非空穴来风?!多贡人的传说和石刻,并非无根之木?!……” 一连串循序深入的问题,轻轻敲打着费恩曼的耳膜,他心照不宣地笑了。 突然,鲍好像想到了什么,停下思考,说道:“费老,非洲多贡人那里传来天狼星的消息,我现在得回人间去看看,有机会再来叨扰您。” 费恩曼也是玛雅象形文字的破译者,自然能深刻体会到其中的美味,紧紧地握手道别。 望着鲍先生远去的背影,他的思绪飘散开来:“是呀,引力被电磁波推力取代后,我们需要重新考虑 啦,在新的征途中,我们需要 ,更需要 ,一发一收,缺一不可啊。” 这时,和莫雷在一起的迈克尔逊,望着牛顿大声说道: “牛老,您在人间工作时,提出 ,惠更斯提出 ,后来,赫兹证实了麦克斯韦的预言 ,最后,爱因斯坦先生提出 ,现在总的来看,电磁波的波粒二象性,跟水波、声波等机械波的性质,很相符啊,既能以振动形式传递能量,又能以微粒形式对外产生作用力,比如说,水波能荡漾小船,高音歌唱家能震碎玻璃,电磁波能推动物体运动,但是,水波、声波都有介质,而电磁波不需要介质,令人费解啊?!” 牛顿反问到:“为什么说电磁波不需要介质?” 迈克尔逊:“我们曾设想 是电磁波的介质,并因此而展开争论,后来,实验证实 不存在啊,于是大家也就认为 。” 牛顿:“如何证实的?” 迈克尔逊:“我们设想:如果以太存在,那么 ,而 。 相对于河岸来看 ,顺水流方向是V 水波 +C 水流 ,而逆水流方向是V 水 波 -C 水流 。 同理,相对于地球来看 ,顺以太流方向是V 光波 +C 以太流 ,而逆以太流方向是V 光波 -C 以太流。 ” 莫雷给迈克尔逊添了一些咖啡,接着迈的话说道: “我们设计了一个实验装置:将一束光线一分为二,分别向两个垂直的方向传播,再将这两束光,通过平面镜反射到收集装置,它俩叠加后将会出现干涉条纹。 当该装置在某方位得到一个干涉条纹后,再旋转该装置。此时设想:由于以太流对两束光线的速度影响不一样,将导致它俩的光行差改变,干涉条纹也应随之变化。但事实上,我们无论怎么移动该装置的位置,从未发现干涉条纹的变化。 我们认为装置不够精确,穷其一生改进装置并实验,然而,不但我们没有发现条纹变化,直到现在,人间的接班人都没有发现。 因此,我们据此宣布 ” 牛顿:“除了实验的精确性,你确定 吗?” 顿时,迈克尔逊的脑海里,划过一道闪电,声音降低了好多:“不能确定。” 同时,大家心里咯噔一声巨响,是呀,假如我们的实验够精确,这实验也仅仅证明了 ,而证明不了 。 因为,除了 情况之外,还有另一种情况 ,也可以导致这样的实验结果。 大家都面对面的慨叹:牛老所提的 太重要了!一不小心,就将 的因素,看作了 的因素,这就极可能 啊!而当前的人间就草草下结论 ,即 。 这时候,莫雷激动不已,扭头看了一眼迈克尔逊,然后望着牛顿说: “ 您的意思是说:水,既能传递水波,又能滴水穿石,还能形成骇浪,推动、毁坏所遇的东西;空气,既能传递声波,又能微风拂面,还能形成飓风,推动、毁坏所遇的东西。 同此理,以太,既能传递电磁波,又能以其微粒,撞击所遇物体,撞击力聚少成多,破坏物体,甚至推动星体缓慢运转?! 也因此,地球就像 小船,地球和附近以太的相对速度为零,因此我们测不到光行差?! ” 牛顿反问:“难道不觉得这存在可能吗?难道不觉得这样来看问题,显得更统一、更简单吗?” 莫雷稍稍平缓了情绪,继续追问:“ 以太广泛存在于宇宙,推动星体,作用于万物,然而我们又无法测出它,实在是费解啊,难道只能让其成为不可验证的假说吗? ” 随着这问题,牛顿回想起一些信息,不知不觉中,天空同步刷出了这些信息: 有物混成,先天地生,寂兮廖兮,独立不改,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。故道大,天大,地大,王亦大。域中有四大,而王居其一焉。人法地,地法天,天法道,道法自然。 大家望着这些发着亮光的字,都瞠目结舌起来,难道这描述的就是 ? 是 的别名?中国老祖宗是怎么认识到的?太匪夷所思了! 这时,汤川秀树(1949年诺贝尔物理奖,介子理论)惊叹道:“这是老子《道德经》里的话。是呀!我笃好中国古籍,尤其是《庄子》,他给了我很多宝贵的东西啊。不仅是我,我想不少同仁也有所体会吧!” 站一边的 约翰惠勒(美国著名物理学家)说:“是呀!现代物理学大厦,就建立在一无所有上,从一无所有导出了现在的所有,没想到的是,近代西方历经数代,花费大量物力财力,才找到的结论,在中国的远古早已有了思想的先驱。” …… 人群中热烈的讨论,似乎没受打扰到牛顿,他仍在回忆中: 视之不见名曰夷,听之不闻名曰希,搏之不得名曰微。此三者不可致诘,故混而为一。其上不徼,其下不昧,绳绳不可名,复归于无物,是谓无状之状、无物之象。迎之不见其首,随之不见其后。执古之道,以御今之有,能知古始,是谓道纪。…… 大家按捺不住,惊呼起来:这更明显了,就是再说 吗?! 此时,牛顿从回忆中回到当下,眼睛一亮,说道:“我现在认为 。” 人群中有人问道:“古人怎么可能比我们的文明先进?就算古人先进,他怎么知道的?” 显然,这个观点,远超了一些人的定势思维范围,它试图突破定势,所以形成了相关神经元序列,以此来获取足够的神经递质,来支持神经元新序列的形成。 这时,费恩曼反问道:“地球至少46亿年,相比5000年的现代文明,能确定 吗?另外,我们能观测到宇宙深度,接近200亿光年,能确定 吗?” 大家纷纷说,是呀,不确定啊, 而认为 ,是一个常见的混淆思维。 牛顿喝了一口咖啡,眼里放出光芒,反问大家: “先抛开 这个问题。 以太,基于光行差原理的实验,在地球上检测不出来,难道在地球外的大尺度空间上就检测不出来吗?人类现在都可以在火星着陆了,难道就不可以测一下,地球和火星之间,两个方向上的光行差吗? ” 是呀!大家恍然大悟,老问题新方向,不仅是这个,人类还有很多老问题,需要在宇宙空间内重新验证啊! 爱因斯坦感叹道:“ 啊,笛卡尔老先生从古希腊,把你拉到科学之山后,历经多次 ,从盟主之位,被推下、抬上,多年后的今天,又被牛老请上山。现在看来,多么期望你能扫掉山顶的乌云啊。” 费恩曼眼含亮光,激动地说: “是呀! 为解释 问题,人们创造了暗物质概念,即 ,今天看来,众里寻他千百度,可能就在 处。它广泛存在于宇宙各处,并承载着各种电磁波,尤其是2.73K辐射波,推磨、荡漾着所有的星体。 ” 大家熙熙攘攘,大致一个意思:是呀!这些年发现了很多现象,创造了很多概念,支离破碎、令人费解。现在, 大有希望统一它们,使宇宙看起来清晰、简洁啊。
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相对论与黎曼几何-6-相对论的诞生
热度 11 tianrong1945 2014-9-2 08:36
6. 爱因斯坦和相对论 据说爱因斯坦在两个星期就建立了狭义相对论,这固然因为他是天才,但也不能不承认当时这个理论已经万事俱备只欠东风、水到渠成呼之欲出的事实。 当年,牛顿力学和麦克斯韦电磁理论各自都取得了巨大成功,但两者似乎不相容。牛顿力学建立在伽利略变换的基础上,对所有的惯性参考系都是等价的,符合相对性原理。而麦克斯韦经典电磁理论却似乎要求有一个绝对静止的“以太”参考系存在。由于历史的原因,以太在人们脑中根深蒂固,许多科学家倾向于承认以太而摒弃相对性原理,因此,当时掀起一股以太热:理论物理学家们尽力建造以太的机械模型,实验物理学家们便竭尽所能来寻找以太。但是,多种方法的探索却始终未能成功。 如果以太存在的话,接下来会有一大堆尚未弄清楚的问题:以太是一种什么样的物质?由什么组成?它的性能如何?它与其它物质如何相互作用?等等。比如有一个很简单的问题,就使物理学家们伤透脑筋:当地球(或者其它物体)相对于以太而运动时,以太是更像非常粘滞的液体那样,会被拖着一起运动呢?还是像某种无质量的神秘物质,静止却又无孔不入?或者是介于两者之间?换言之,应该可以通过实验,测定出当物体运动时对以太的拖曳系数。人们为此的确进行了不少的实验和观察,但仍然说不出个所以然来,因为某些实验结果及观察资料互相矛盾:天文观测到的光行差现象说明星体运动对以太不拖曳;斐索水流实验的结果支持部分拖曳的理论模型;还有著名的迈克尔逊 - 莫雷实验得到的“零结果”,则只能解释为以太是被地球完全拖曳着一起运动。 地球以每秒 30 公里的速度绕太阳运动,如果存在以太,以太又不是被地球运动“完全拖曳”的话,地球运动时的“以太风”就会对光的传播产生影响,根据经典力学的速度叠加原理,当地球逆着以太风或顺着以太风的时候测出来的光速应该不同。因而, 1887 年左右,迈克耳孙和莫雷进行了多次实验,企图通过测量光速的变化从而探测到地球相对于以太参照系的运动速度。 阿尔伯特·迈克耳孙( AlbertMichelson , 1852-1931 )是波兰裔美国藉物理学家,迈克耳孙 - 莫雷实验的原理如图 2-6-2 所示。 图 2-6-2 :阿尔伯特·迈克耳孙和迈克耳孙 - 莫雷实验原理图及实验结果 从光源发出的光被分光镜分成水平和垂直两条路线(两臂),最后经过反射镜之后重新汇聚而产生干涉现象。经过调试使得两条路径相等时,探测器可以探测到干涉条纹。两条路线的差异则会使得干涉条纹产生移动。如果存在“以太风”的话,当光线经过的路径顺着“以太风”或逆着“以太风”时,光程是不一样的。由于地球自己以一天为周期的自转,以及围绕太阳以一年为周期的公转,这两种运动将会使得实验中得到的干涉条纹产生周期性的(一天或一年)移动。 光的速度是如此之快,为了提高实验的精确度,迈克耳孙 - 莫雷实验曾经在美国的克利夫兰,以及美国西海岸加州的威尔逊山进行,这样可以尽量增大光线经过的路径的长度,实验设施中的“臂长”最大达到 32 米。尽管如此,实验得到的却都是“零结果”。(参考图 2-6-2 中间框中的“实验结果”:实线是实验值,虚线是将期望的理论结果值缩小到原来高度的八分之一所画出来与实验值相比较的,它们仍然比实验值大很多!)也就是说,迈克耳孙 - 莫雷实验没有观察到任何地球和以太之间的相对运动。因而,也可以说这是一次很“失败”的实验,不过大家公认,迈克耳孙的干涉实验精度已经达到了很高的量级,因此,迈克耳孙得到了 1907 年的诺贝尔物理奖,他是得到诺贝尔物理奖的第一个美国人 【 1 】 。 迈克耳孙 - 莫雷实验没有探测到任何地球相对于以太运动所引起的光速的变化,这个“零结果”使人困惑。如何解释麦克斯韦理论、相对性原理、伽利略变换、速度叠加、斐索水流实验、迈克耳孙 - 莫雷实验等这些理论及实验之间的矛盾呢?荷兰物理学家洛伦兹想了个好办法。 洛伦兹( HendrikAntoon Lorentz , 1853-1928 )曾就读于莱顿大学,并于 1875 年获得博士学位。 1877 年他年仅 24 岁就成为莱顿的理论物理学教授。洛伦兹于 1892 年到 1904 年间发表了一系列论文,提出他的“电子论”,那还是在汤姆逊用实验证实电子存在之前。洛伦兹提出物质的原子和分子包含着小刚体,每个小刚体,即“电子”,携带一个正电荷或负电荷。洛伦兹认为光的载波介质“以太”和一般的物质是不同的实体,它们之间以电子作媒介而相互作用。光波便是因“电子”的振动而产生的。洛伦兹用他的经典“电子论”解释物理现象, 1895 年,洛伦兹描述了电磁场中带电粒子所受的洛伦兹力, 1896 年,洛伦兹成功地解释了由莱顿大学的塞曼发现的原子光谱磁致分裂现象。洛伦兹断定塞曼效应是由原子中负电子的振动引起的。他从理论上计算的电子荷质比,与汤姆逊从实验得到的结果相一致。 1902 年,洛伦兹和塞曼分享了诺贝尔物理奖。 洛伦兹想从他的电子论出发来解决迈克耳孙 - 莫雷实验的“零结果”。洛伦兹的时代,“量子”尚未正式诞生,顶多算个“小荷才露尖尖角”。因而,他的物理观念基本上是经典的,并且,“以太”在洛伦兹的脑袋中根深蒂固。既然这些实验都暂时探测不到以太的任何机械性能,那么就暂且把这点放在一边不考虑好了。洛伦兹假定,作为电磁波荷载物的以太,在物质中或在真空中都是一样的,物体运动时并不带动以太运动。于是,洛伦兹这种缺乏物质属性的的电磁以太模型,所代表的只不过是一个抽象、绝对、静止的时空参考系而已。洛伦兹的目的首先是要相对于这个“以太”参考系,找出一个适合用于其它参考系的数学变换,能够将原来看起来互为矛盾的现象都统一起来。当然,最好还能够保持麦克斯韦方程的形式不变。 根据洛伦兹的设想,相对于以太以一定速度 v 运动的尺子会变短: L = L 0 *sqrt(1-v 2 /c 2 ) 。 ( 2.6.1 ) 这种运动坐标系中长度收缩的效应,正好抵消了原来设想的相对于以太不同方向上运动而产生的光速差异。如此一来,洛伦兹轻而易举地解释了迈克耳孙 - 莫雷实验的零结果。 实际上,当时的许多物理学家都在思考如何建立一个与牛顿力学相容的电磁模型。物理学家福格特和斐兹杰惹等都提出过尺缩效应。除了空间收缩外,洛伦兹还提出了“本地时间”这个重要概念: t = t 0 -v*L/c 2 。 ( 2.6.2 ) 但这只是当时洛伦兹为了简化从一个系统转化到另一个系统的变换过程,而提出的数学辅助工具而已。此外,另一位物理学家拉莫尔则注意到,在参照系变换时,除了长度收缩效应之外,他还在电子轨道的计算中发现某种时间膨胀: t = t 0 /sqrt(1-v 2 /c 2 ) 。 ( 2.6.3 ) 在众多物理学家的努力下,洛伦兹将“长度收缩”、“本地时间”、“时间膨胀”等综合起来,最后推导出了符合电磁学协变条件的变换公式 【 2 , 3 】 : ( 2.6.4 ) 直到 1900 年,著名的数学家庞加莱意识到洛伦兹假设中的所谓“本地时间”,正是移动者自己的时钟所反映出来的时间值。 1904 年,庞加莱将洛伦兹给出的两个惯性参照系之间的坐标变换关系正式命名为“洛伦兹变换”,并且首先认识到洛伦茨变换构成群。但庞加莱始终未抛弃以太的观点。用洛伦兹变换替代伽俐略变换之后,经典力学理论和经典电磁的理论得以协调。 之后,洛伦兹变换成为爱因斯坦狭义相对论最基本的关系式,是狭义相对论的核心。 如上所述,在 1905 年爱因斯坦提出狭义相对论之前,构建这个理论的所有砖块几乎都已经齐全,所需要的一切都已经成熟。理论埋伏在那儿,等待大师来画龙点睛。 命名“洛伦兹变换”的庞加莱本来是很有可能成为这个画龙点睛之人的,虽然是数学家,庞加莱对经典物理有着深刻的见解,早在 1897 年,庞加莱就发表了“空间的相对性”一文,其中相对论的影子已经忽隐忽现。第二年,庞加莱又接着发表“时间的测量”一文,提出了光速不变性假设。 1905 年 6 月,庞加莱先于爱因斯坦发表了相关论文:“论电子动力学” 【 4 】 。 回顾狭义相对论的发现史的确很有趣,洛伦兹和庞加莱当时都已经是 50 上下的大师级人物,为什么这个发现权的殊荣落到了一个当年不过二十多岁的专利局小职员的头上? 图 2-6-1 :狭义相对论的 3 位发现者在 1911 年的第一次索尔维会议上 图 2-6-1 是 1911 年的参加第一次索尔维会议的科学精英们的照片。当时,量子力学刚刚冒出水面,波尔等一派尚未形成气候,无资格出席,大多数都是“经典”领域中的英雄人物:洛伦兹作为会议主持人,当然地和会议赞助者索尔维并排坐在中间,庞加莱和著名的居里夫人正在热烈地讨论着什么问题,那时的爱因斯坦还只能站在背后。他身体略微前倾,目光往下注视,默默而又好奇地张望着他们。 如果要问,爱因斯坦对建立狭义相对论到底贡献了些什么?或许可以这样回答:爱因斯坦贡献的是他天才的思想,是他深刻认识到的革命性的时空观。 爱因斯坦曾经说:“我想知道上帝是如何设计这个世界的,我对诸种现象并不感兴趣,我想知道的是他的思想。” 大自然这个上帝,总是用最优化的方式来建造世界,因此,爱因斯坦从上面所述杂乱纷呈的理论、假设、观点及实验结果中,去粗取精去伪存真,只选定留下了必要部分:两个他认为最重要、最具普适性的原理:相对性原理和光速不变原理。 光速不变原理是麦克斯韦方程的结果,也被许多实验结果所证实,包括迈克耳孙 - 莫雷实验的零结果,也不就是对光速不变的精确验证吗。爱因斯坦重视相对性原理,是因为马赫的哲学观对他影响很大,他不认为存在绝对的时空。新的相对性原理,不仅要对力学规律适用,也得对电磁理论适用,为了要保留相对性原理,便必须抛弃伽利略变换。那没关系,正好可以代之以协变的洛伦兹变换。尽管洛伦兹推导他的变换时假设了“以太”的存在,但洛伦兹的那种“以太”模型,已经没有了任何机械性能,也不像是任何物质,那么,又要它做什么呢?有以太或没有以太,变换可以照样进行啊。 为什么爱因斯坦很容易就摒弃了以太?究其原因与他当时对光电效应等量子理论的研究也有关系。洛伦兹和庞加莱等坚持“以太”模型,是出于经典波动的观点,总感觉波动需要某种物质类的“载体”,而爱因斯坦研究过量子现象,知道光具有双重性,既不完全像粒子,也不完全等同于通常意义下的“波”。对粒子来说,是不需要什么传输介质的,所以,没有什么以太这种东西。 所以,爱因斯坦摒弃了以太的观念,重新思考“空间”、“时间”、“同时性”这些基本概念的物理意义,最后,用全新的相对时空观念,同样导出了洛伦兹变换,并由此建立了他的新理论 - 狭义相对论 【 5 】 。 参考资料: 【 1 】 Livingston,D. M. (1973). The Master of Light: A Biography of Albert A. Michelson 【 2 】 Lorentz,Hendrik Antoon (1899), Simplified Theory of Electrical and OpticalPhenomena in Moving Systems, Proceedings of the Royal Netherlands Academyof Arts and Sciences 1: 427–442 【 3 】 Lorentz,Hendrik Antoon (1904), Electromagnetic phenomena in a system moving withany velocity smaller than that of light, Proceedings of the RoyalNetherlands Academy of Arts and Sciences 6: 809–831 【 4 】 Thereference is within the following paper: Poincaré, Henri (1905), On theDynamics of the Electron, Comptes rendus hebdomadaires des séances del'Académie des sciences 140: 1504–1508 【 5 】 AlbertEinstein (1905) Zur Elektrodynamik bewegter Körper, Annalen derPhysik 17: 891; 英文翻译为 George Barker Jeffery 和 Wilfrid Perrett 翻译的 On the Electrodynamics of Moving Bodies(1923); 另一版英文翻译为 MeghNad Saha 翻译的 Onthe Electrodynamics of Moving Bodies(1920). 上一篇: 相对性原理 系列科普目录 下一篇: 黎曼几何
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洛伦兹的以太越走越短的理论倒霉在那?他的以太像块板砖
热度 2 yangxintie1 2014-7-10 23:51
MM试验本来是检验以太存在的,但是那个干涉条纹一点没有变化,使得科学界大吃一惊,于是洛伦兹提出一个新的方程代替原来的速度势波动方程,他把运动方向的导数项 dx2加了一个系数,(1-M*M);M=v/c; 速度势的二阶导数,实际表示方程某个区域内加速度或者受力的一种变化,也可以看成介质密度的一种变化,然而 洛伦兹 的为了 以太假设,把它说成一种边界的变化造成的,这样用一个变换就可以很容易把解答拿出来,也能满足MM试验的结果。 于是洛伦兹就假设以太就像是一块越走得快就越短的板砖,这块板砖砸到科学家群体,就砸出来各种疑问,洛伦兹也回答不了。 因此洛伦兹的理论被黑了,他提出的在波动方程dx2项加尺缩变换的理论也被黑了。 后面才出来爱因斯坦相对论,用的彭加勒的数学描述,像板砖一样的以太没有了,也不要以太了,但又加了一个度规不变性假设。 但是洛伦兹还是坚持自己提出的板砖以太理论,坚持以太只有尺缩,没有时延,而且洛伦兹至死不承认相对论,也不承认洛伦兹变换。多么好的荣誉光环,洛伦兹竟然不要! 三十年河东,三十年河西,一百年后,越来越多的人发现,洛伦兹的方程还是合适介质传播的,只不过板砖的概念要换成可压缩流体或者超流体。洛伦兹坚持的那个方程原来竟然是声音在空气一类介质传播时候相对运动比较小情况下一个近似方程,相对论可以用来当求近似解用。现在我们才能稍许了解,一个伟大的科学家坚持真理是一种什么 样的气节! 关心的话,请在我的博客看看美国人如何在光纤维里面用光作空气动力学的激波实验的, http://blog.sciencenet.cn/blog-1354893-808342.html 以及美国博士做得不可压流动加相对论刚好等于可压缩介质的论文, http://blog.sciencenet.cn/blog-1354893-806311.html 那就更说明,光和电磁波实际遵循什么物质规律了。
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二十世纪物理学的迷惑与无奈(1)乌云密布
热度 1 jmluo0922 2013-11-22 17:09
19世纪的最后一天,欧洲著名的科学家欢聚一堂。会上,英国著名物理学家 W· 汤姆生(即开尔文男爵)发表了新年祝词。他在回顾物理学所取得的伟大成就时说,物理大厦已经落成,所剩只是一些修饰工作。同时,他在展望20世纪物理学前景时,却若有所思地讲道:“动力理论肯定了热和光是运动的两种方式,现在,它的美丽而晴朗的天空却被两朵乌云笼罩了,……” -------------摘录自百度百科“物理学乌云”词条 经典物理学两朵乌云说由此诞生,第一朵乌云出现在光的波动理论上,与著名的迈克尔逊莫雷实验验证“以太”漂移”的否定结论直接相关;第二朵乌云出现在关于能量均分的麦克斯韦-玻尔兹曼理论上,导致黑体热辐射在短波部分表现为不收敛趋势,严重背离实验结果的情况。两朵乌云有时也通俗地称为,“以太漂移”、“紫外灾难”。 两朵乌云在物理发展史上,可以称为里程碑式的重大事件,是经典物理思想和理论被破除,促使现代物理思想建立的最主要因素,并且直接孕育了关于时空的相对论和关于物质波的量子论。由于乌云说出自著名物理学家开尔文之口,又有两个看似简单明了的著名物理实验的强烈支持,因此,当时以及后来的物理学家,在理解上没有过多的考虑,深信经典物理思想和理论面对所观察到的“以太漂移”和“紫外灾难”的实验结果是无能为力的,因此物理学家的思想必须要解放,科学一定要革命,才能解决经典理论遇到的困难。 事实上,19世纪末虽然人们已经认识到了无线电波,但对于带电粒子的电磁辐射,物质的原子分子结构等科学问题仅处于探索阶段,还没有形成完整清晰的图像。没有将来自物质电磁波辐射,按照不同的频率与物质不同的结构层次建立对应的关系。而是简单地应用连续振子的假定,用能量均分原理,对高温物体在可见光范围附近的热辐射的光谱分布进行处理,得出的结论与实验严重偏离,这种受到当时的科学认识程度限制的错误 ,应该是情有可原的 。 今天我们已经知道,可见光范围附近的电磁辐射,是由于高温物体原子结构的变化(或原子结构中电子的量子态的跃迁)产生的,不能用连续振子来解释。因此高温物体原子结构变化导致的热辐射及分布,才是理解高温物体黑体辐射分布的正确思路。现在我们还知道,原子结构轨道共振产生的电磁辐射能量E =E1-E0 ,在数学上可以用E=hv来表达,h普朗克常数,v为光谱频率,这与普朗克引入的光能量子的假设是完全一致的。因此,从这些因素出发,重新理解黑体辐射,我们就会发现经典理论是可以正确解释这一现象的。 对于另外一朵乌云,以太是否存在,相对于地球是否有漂移,能否通过迈克逊实验进行测量,我在以前的博客中已经讲得很多了,不想再多说什么。在此必须强调的是,相对论时空的核心要点是,不同参照系之间时空的洛仑兹变换。如果从物理上和数学上证明是严格成立的,相对论才具有起码的科学基础。从目前关于狭义相对论的教科书、文献来看,我认为是没有得到严格证明的。 不同参照系之间时空的洛仑兹变换,应该是与参照系中观察者所处位置和时间无关的,只与参照系之间的相对速度相关,因此该变换的推导、解释对于同一参照系中的不同观察点,以及不同的时间进行观察,结论和现象应该完全一致。 我认为用现代眼光和知识,对于历史上的重要科学事件进行回顾和审视,根本目的是对于一些存在争议的实验和结果进行分析和澄清,如果发现了问题甚至错误,就应该进行纠正,即使事件涉及到了为科学发展作出过重要贡献的著名科学家,对他们的形像可能会产生负面影响。这样做才是科学态度和精神的真正体现。
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信息与物质的统一 a unification of information and matter
热度 21 xgwen 2013-10-25 20:31
《黑客帝国》Matrix 里有两个世界:真实的物质世界,虚拟的信息世界(在计算机里)。真实的物质世界是由基本粒子组成的。 虚拟的信息世界是由bits组成的。(我个人观点)其实真实的物质世界不太真实,虚拟的信息世界更真实。物质世界和信息世界根本就是一个世界。更确切的说,我们的世界是一个量子信息世界。空间=含有许多许多qubits的集合。基本粒子=qubits的运动激发。也就是说,世间万物(物质世界)是由qubits的激发组成的。 我们生活在一个量子计算机里 Matrix is a story of two worlds: A real material world and a virtual information world (inside computers). The real material world is formed by elementary particles. The virtual information world is formed by bits. (My point of view) in fact, the real material world is not real, the virtual information world is more real. The material world and the information world is actually the same world. To be more precise, our world is a quantum information world: Space = a collection of many many qubits. Vacuum = the ground state of the qubits. Elementary particles = collective excitations of the qubits. In other words, all matter are formed by the excitations of the qubits. We live inside a quantum qubit world 上面的描述十分通俗,但也很贴切。更学术更准确的论述: People have been wondering about the origin of light, electrons, and gravity for very long time. Such a curiosity has driven the development particle physics in last 100 years. In another field --modern condensed matter physics, physicists have been trying to find new types of matter, so that they can use the new materials to make new devices. It turns out that these two seemly unrelated fields have a deep connection. In early days of particle physics, our approach has been dominated by the reductionist approach: to gain a deeper understanding of something, we simply need to divide the thing into small parts. Thus to gain a deeper understanding of photons and electrons and to understand the strange properties of photons and electrons, we need to find a smaller parts of photons and electrons. The different properties of a photon and an electron may be due to their different internal structures. However, this line of thinking may be fundamentally flawed. They are based on the reductionist belief that the space is empty and that things placed in the empty space are divisible. However, there are many examples from condensed matter physics indicating that sometimes this line of thinking doesnot make sense. For example, due to the particle-wave duality in quantumtheory, sound waves in a solid correspond to a kind of particle called phonon. Phonons are as much particle-like as any other elementary particles. But if we look at phonons closely, we do not see smaller parts that form a phonon. We see the atoms that form the entire solid. The phonons are not formed by those atoms, the phonons are simply collective motions of those atoms. We see that phonons cannot be understood by dividing them into smaller parts and the reductionist approach does not work. This leads us to wonder that are we misguided by the reductionist principle all those years? It should occur to us that photons, electrons, gravitons, etc, may not have smaller parts. Looking for the smaller parts of photons, electrons, and gravitons to gain a deeper understanding of those elementary particles may not be a right approach. Motivated by those considerations, here I will advocate a different view of the elementary particles based on the principle of emergence. In this approach, we view the empty space as a dynamical medium formed by quantum degrees of freedom If there is no degrees of freedom, there will be no space. The simplest local degrees of freedom in quantum theory are qubits. So in this approach, space = a collection of qubits. In condensed matter physics, a collection of qubits is called a lattice spin systems. Here, we will use such a condensed matter terminology and view space itself as a qubit system or a spin system. The deformations of this medium (ie the rearrangements or the collective motions of qubits/spins) are waves, which in quantum theory correspond to various particles. Thus in the emergence approach, we may understand the origin of various particles by understanding the origin of various waves. The different orders of bosons/spins lead to different kinds of waves which in turn lead to different types of particles. In the field of condensed matter physics, we find recently that a new class of quantum states of qubits -- long-range entangled states -- can exist. Amazingly, the collective wave-like excitations in some of those highly entangled quantum states can satisfy the Maxwell equation and Dirac equation , despite the original qubit system has no gauge fields and no Grassman fields! So, those long-range entangled states are the long sought-after ether -- a medium that supports a wave that satisfies the Maxwell equation. This suggests that we can view our vacuum as a long-range entangled state and view the elementary particles as the excitations in such a long-range entangled state. Such a point of view may provides an unification and an origin for all elementary particles. We may try to use such a point view of long-rang entanglement to understand many fundamental issues in theoretical physics. It seems possible that long-range entanglement can unify many fundamental mysteries/wonders, which will totally change our view of universe. People have been studying entanglements from quantum computing and quantum matter points ofview. But the entanglement may have some very fundamental implications to particle physics as well. We have shown that light and electrons can indeed have a unified origin from qubits that form the entire space, provided that those space-forming qubits are in a particular long-range-entangled state -- string-net liquid state. So, such an emergence picture based on long-range entanglements can explain the origin of gauge interaction (such as the electromagneticinteraction) and Fermi statistics, and unify these two seemingly totally unrelated phenomena : Q: Where do light and fermions come from? A: Light and fermions come from the qubits that form the space. Q: Why do light and fermions exist? A: Light and fermions exist because the space-forming qubits form a string-net condensedstate . Q: What are light and fermions? A: Light waves are collective motions of strings and fermions are ends of open strings in the string-net condensed state. The basic picture is: Space = a collection of qubits. No qubits no space. There is nothing between the qubits. Vaccum = ground state of qubits (ie a particular pattern of entanglement of qubits) Motion of qubits (ie deformation of the pattern of entanglement) = waves For right ground state (or for a right pattern of entanglement), the wave happen to satisfy Maxwell equtions, and correspond to the eletromagnetic wave. To form the right pattern of entanglement, the qubits first form string-net and string-nets then form a quantum liquid. The wave that satisfies Maxwell equtions is the string densoty wave. The quanta of the eletromagnetic wave are photons The electrons are ends of strings. If light and electrons can be unified by qubits that form our space, then, can we unify everything under qubits, even all the eight wonders in our universe? Eight wonders in our universe: (1) Locality. (2) Identical particles. (3) Gauge interactions. (4) Fermi statistics. (5) Chiral fermions. (6) Small mass of fermions. (Much less than Planck mass) (7) Lorentz invariance. (8) Gravity. So far, we can unify seven out of eight wonders (1 -- 7) by qubits organized into string-nets. The traditional physics theory of our world (the U(1)xSU(2)xSU(3) standard model) is based on the above 8 strange and random wonders. We just put this 8 fact into our theory by hand and do not ask where they come from. If we assume the space is the ether made of qubits, then we can unify the seven random assumptions into one very simple and reasonable assumption. Qubits unify everything This line of thinking is an unification of matter, interaction, and information ! In fact, quantum theory already unifies matter and information. This is because, acoording to quantum theory and relativity theory Changing information (qubits) - energy - mass - matter. To understand the above relations, we note that - Frequency ~ a property of information - Energy/mass ~ a property of matter In quantum theory Changing information - Frequency Frequency x Planck constant = Energy In relativity Energy/c^2 = mass. So Frequency ~ Energy ~ mass. But can simple qubits (quantum information) really produce/unify the following fascinating and mysterious properties of universe: (1) all interactions are gauge interaction (electromagnetism, strong/weak interation). (2) matter are formed by fermions (electrons, quarks, etc.). Who ordered Fermi statistics in our universe? (3) angular momentum of fermions are fractionalized (spin-1/2) The answer is yes! Information can really unifies matter and interaction. Information and matter are really the same. 道生一,一生二,二生三,三生万物 -- 信息与物质的统一 We see that, in the string-net approach to elementary particles, the qubits are the ultimate things that build up our world. Such an emergence approach has a falsifiable prediction: The U(1)xSU(2)xSU(3) standard model is incomplete. The correct theory must contain an extra discrete gauge theory which leads to new cosmic strings. Refs: 1. arXiv:hep-th/0109120 Origin of Light Xiao-Gang Wen An origin and unification of light and electrons from qubits was proposed. 2. arXiv:hep-th/0302201 Quantum order from string-net condensations and origin of light and massless fermions Xiao-Gang Wen An origin and unification of photons/gluons and leptons/quarks from qubits was proposed. But the SU(2) gluons couple to left-hand and right-hind fermions equally, while in our world the SU(2) gluons couple to left-hand and right-hind fermions differently. 3. http://dao.mit.edu/~wen/talks/LightStory.htm A simple introduction to origin of light from qubits 4. arXiv:hep-th/0507118 Quantum ether: photons and electrons from a rotor model Michael Levin , Xiao-Gang Wen An origin and unification of light and electrons from qubits in more details. 5. The universe is a quantum computer Seth Lloyd The universe is a quantum computer is simply another way to say (抓眼球的表达) quantum theory describes our world. Spirits flying in a mysterious void. Magnetic waist, electric head, sparkles fill the dark sky. Vibrating strings radiate rainbow light. Spreading nets weave into colorful fabric. Neither nonbeing nor being, nonbeing gives birth to being. Both illusive and real, illusive becomes real. Transforming and regenerating not due to divine power. Mother of all matter and root of universe. 2005 summer by Xue Wanqin
个人分类: 科普|27024 次阅读|52 个评论
扫大侠、张大侠,MM来了!
热度 21 xqhuang 2013-6-8 20:19
扫大侠、张大侠,MM来了! 猴,【爱】的终结者! 几天前,受【扫地僧】神侠之诱讲述了一段动人的【爱的故事】,效果大大出乎意料,听众给予如此多的掌声和鼓励。孤独坐在屏幕前,听到掌声不断响起,我的心中有无限感慨,好象第一篇博文,看到第一个推荐,我的眼泪忍不住掉下来。 “秀清,还是讲讲【MM的故事】吧!”,听众中有人大喊道,循声望去,原来是令科湖闻风丧胆的树风大侠!有一段时间了,张大侠几乎从科网销声匿迹,此番冒泡莫非树大招风?心想来者不善,还是小心为上。 正冥思苦想如何迎战张大侠,忽然,茶馆上空炸起八声响雷,“大胆泼猴,跳过【爱因斯坦坑】,还想跳出本大侠的手心吗?”,抬头一看,原来又是【扫地僧】,真是“说曹操曹操到”。再瞧,其手提一大红灯笼,上书醒目大字【MM】,顿时倒吸一口凉气,真是“怕什么来什么”。 【MM】就像孙悟空头上的紧箍咒,显然,张大侠和扫大侠都想借【MM】这个紧箍咒降服本猴,以为一念【MM】咒语,定能治得本猴满地打滚求饶,司马昭之心! 一、MM的故事 图1 迈克耳逊--莫雷干涉仪 【MM的故事】发生在long long ago,确切地说是1887年,故事的两个主人公,一个叫迈克耳逊(M),另一个叫莫雷(M)。那年,MM组合做了一个轰动世界的实验,后人常称之为“MM实验”,迈克耳逊也因此在1907年为美国夺得第一个诺贝尔奖。 “MM实验”源于著名的麦克斯韦方程,19世纪的物理学家认为电磁波的传播需要一种特殊的传播媒质,它叫“以太”。假想中的“以太”可以说是个怪物,它无比稀薄却比钢还坚硬,它没有质量,它绝对静止,它充满整个宇宙,是电磁波可在其中传播的“绝对静止”的参照系。 寻找和证实“以太”的存在,成为大家共同的目标,如果“以太”是绝对静止的,有人预言在地球就能测量到“以太风”(或“上帝风”)。1879年,麦克斯韦给美国航海年历局写信,建议通过天文学方法(木星卫蚀)发现“以太风”。当时,年仅25岁的迈克尔逊刚好在年历局,受信件内容的启发,他发明了一种干涉仪(如图1),理论上,它能够测出由“以太风”导致的干涉花样的变化。尽管仪器不断被改进、实验误差不断被减小,预言中的“以太风”可能引起的0.4条干涉条纹的移动始终没有观察到,所有实验都是没有条纹移动的“零结果”。 以太不存在!有人哭了,有人笑了,也有人惊呆了。1900年,英国著名物理学家汤姆生发表了新年祝词,他认为:物理学大厦已经建成,剩下的只是一些很小的修饰工作。他在展望20世纪物理学前景时,却若有所思地讲道:在物理学晴朗的天空远处,还有两朵令人不安的乌云,。。。这其中的一朵乌云就是“MM实验”否定了“以太漂移”学说。 说“MM实验”是朵乌云,其实很是可笑!先不较真“以太”刚性、绝对、静止等假设的科学性,问个最最基本的问题:图中的以太风速度u如何定义?众所周知,计算中取地球公转速度u=30公里/秒为“以太风”速度,这意味着,太阳成为弥漫在整个宇宙的“以太中心”!那么请问,“以太日心说”的科学根据是什么? 二、骗子的诞生 对于“MM实验”的“零结果”,不少人仍希望在旧“以太”框架下得到解释,其中最著名的有菲兹杰拉德和洛伦兹的“收缩假说”。1889年,爱尔兰物理学家菲兹杰拉德对“零结果”提出了一种新奇的解释:当地球穿过以太运动,在运动方向上将产生一定比例的“长度收缩”,它可以用收缩因子√(1-u 2 /c 2 )进行表征,其中u为物体相对绝对静止以太的速度,c为光速。1892年,荷兰物理学家洛伦兹(1902年诺贝尔物理奖获得者)首次给出了著名的“洛伦兹变换”,根据这个变换,他同样获 得 √(1-u 2 /c 2 ) 收 缩因子。1895年,法国物理学家彭伽勒对用“长度收缩”来解释“零结果”进行批评,他最先提出相对性原理这一名称,并猜测光速不变且各向同性。 时间到了1905年,【爱】闪亮登场了,听说他是在完全不知晓前述各位大师的工作情况下,闭门造车了一套没有“以太”的理论(相对性原理+光速不变),依此,神奇般地获得已流行学术界十多年的“洛伦兹变换”和“长度收缩因子”。相对论宣称也能解释“零结果”,在我看来,不过是新版的1和-1的数学游戏,只是参与游戏的两个对象变成“尺子”和“时钟”。 谁都能看出来,【爱】的“独创理论”并非独创,而是大量借鉴前人的理论和实验结果后胡拼乱凑出来的,论文的许多所谓推导都被后人证明是错误的。但是,【爱】在所有公开场合都死不承认他的理论参考了前辈的工作,更为无耻的是,在一次接受记者采访时他一方面高度赞扬了迈克尔逊的工作,另一方面却说:我已记不起当年是否读过迈克尔逊的文章。 成名后的【爱】,一直被宣传为不爱听课、经常无故旷课的差生,却又能专心阅读前沿物理的天才。然而,在他的狭义相对论理论文章中,所有与他的理论相关的重要文献和作者都只字不提(原文没有一篇参考文献!),【爱】的理由是没看过、不知道。为了掩盖盗取他人学术思想的事实,自编自导出“追光少年”的神话故事,见过无耻没有见过这么无耻!【爱】,我都替你脸红了,你这般煞费苦心,不就是想说你是“神”而不是“贼”、你的理论是“神来之笔”而不是“盗来之物”! 朋友,了解了【爱】是如何挖到“第一桶金”的历史真相,您还能容忍【爱】的“人品”和“学品”吗?您还会对【爱】顶礼膜拜吗? 对我总跟【爱】过不去,有人认为是“羡慕嫉妒恨”,就凭【爱】那三脚猫的物理,配吗?我是“愤怒鄙视气”,“愤怒”是因为神圣的物理学被侮辱糟蹋了,“鄙视”的是【爱】明目张胆的骗子行为,“气”的是有人一直隐瞒事实真相、继续造神欺骗大众。 三、自然科学乃是实验科学 【自然科学乃是实验科学】,这是扫大侠在《答秀清兄奇文》中反复强调的一句话,这句话说得太好了,它不仅仅是扫大侠对本猴的忠告,它也应该成为每一位致力于自然科学理论创新的叛徒的座右铭。 为回答【扫地僧】的问题,我在博文“真理总是赤裸裸”中首次提出了运动学速度和动力学速度的新概念,并赫然纹着【运动学速度可以超光速】!嘿嘿,它是本猴无意中挖的一个小坑,心想肯定坑害不了扫大侠,不料扫大侠落坑了,真应验了“智者千虑必有一失”! 扫大侠此番马失前蹄,皆因有很强的恋【爱】情结,科学实验证明:恋【爱】容易让人智商降低。扫地僧兄弟,还请尽快悬崖勒马,回头是岸! 1. 为什么运动学速度可以超光速? 图2 数学惯性参照系中的超光速 【扫地僧】问:秀清,现在同意“运动学速度可以超光速”是猴功的大破绽吗?本猴微微一笑:非也!显然,扫兄您还没有领略猴功的奥妙和博大精深。 大家都听说过“惯性参照系”,它通常用数学坐标系进行描述,所以,数学的惯性参照系是没有物质属性的,而它所要描述的对象是有物质属性的。这种描述方式的非物质与对象的物质性,可能导致运动与物质的完全分离,从而产生运动学的“超光速”现象。 如上图2(a),一个与光源相对静止的数学惯性系,其上相距L处安放着两个红色的计时光电门,假设光源发出的光在t 1 和t 2 时刻先后穿过两光电门,不难算出光速V 1 =L/(t 2 -t 1 )=c,即,运动学光速等于动力学光速。 为了下面的讨论,不妨用深颜色表示两光电门之间的这段特殊空气。现在让坐标以速度u运动起来,图(b)向右、图(c)向左,请注意,坐标系运动并没有带动深颜色这部分空气一起运动。在图(b)的情况下,光通过两光电门所经历的实际空气长度减少为L-d,可算出V 2 =c+u,超光速了!友情提示:这是坐标系运动导致的运动学超光速,而不是光与光传播介质相互作用导致的动力学超光速;在图(c)的情况下,可得V 3 =c-u,这是因为与光发生相互作用的空气长度增加为(L+d)。从上图还不难看出,坐标系是否运动并不能改变光在空气中的运动,三束光以相同的动力学速度c同步向前飞跑。 2. 地球跑车测得的是运动学速度吗? 图3 物质参照系,运动学光速等于动力学光速,与参照系运动无关 【扫地僧】把地球想象成一辆向着阳光飞奔的跑车,为什么飙地球实验并没有发现猴功所预言的超光速? 还是看图说话吧,现在我们把图2非物质的数学坐标系换成密封着静止空气的测速跑车,如图3所示。当跑车相对光源静止时(图3(a)),结论与图2(a)一样V 1 =c。当跑车飙起来,结果又会怎样?如图3(b)-(c)所示,无论跑车的速度和跑动方向,测速跑车所测速度V 2 =V 3 =c。运动学光速还是等于动力学光速,奇怪吗?一点都不!道理很简单,因为进入测速车内的光与车内空气相互作用的距离始终等于L(请注意,这点与图2不同!),与跑车运动方向和速度无关。 扫大侠的地球车,相当于图3中封闭空气的测速车,所测光速当然等于光在空气中传播的动力学光速。扫大侠,有大破绽吗? 图4 光“滞后”的动力学原因 各位请比较图3和图2,是否发现光穿过不同测速跑车后,不再同步了!向右的车使光滞后了,而向左的使光超前了,这又是为什么呢?简单说吧,前者让光走了一段“重复”的路程,所以滞后了,而后者让光在车外少走了一段路程,所以超前了。 以图3(b)的滞后为例,光的传播可以分为三 个阶段( 如图4所示 ),( a)从光源到光电门1;(b)在测速车内(从光电门1到光电门2);(c)从光电门2出来后。从图中不难看到,由于车带着光后退,等价于光重复走了d的路程(两绿色虚线之间),感觉像光走慢了。 扫地僧教导我们:自然科学乃是实验科学。下面本猴将设计一个实验,用于检验图3的时间超前与滞后效应。 3. 动力学光速效应 图5 动力学光速效应的光学检验 用超高速汽车进行光学测量显然不现实,咱们换个思路,车不动、空气动起来!如图5所示,让空气在一个长为L的矩形管道腔内以速度u高速循环。如果u=0,上下两束光将同时到达干涉屏,如果u≠0,两束光存在时间差,干涉屏上的干涉条纹将随u的不同而产生移动。 根据光动力学速度理论,两束光在空气中的动力学速度相同(不管腔内、腔外,都是c),由于上下对称,上下两束光在腔外传播部分不产生时间差,所以,时间差是由于腔内空气的运动造成的。 既然,光在运动空气中的动力学速度仍为c,那么,是什么原因导致上下两光束的时间差?答案:光与管道腔内空气的相互作用长度不同! 当u=0时,上光束在1(红色圆)处开始在腔内传播,在1'(黑色圆)处离开腔体,与腔内空气的作用长度为L,同理,下光束从2(红色圆)处进入腔体、2'(黑色圆)处离开,作用长度也是L,此时,两个束没有时间差。当u≠0时,由于假设空气在管道内按逆时针运动,上光束仅与1-1''(红色圆)的空气发生相互作用,它少走了1''-1'(=d)这段光程,而下光束却要多走2'-2''(=d)这段光程。在理想状况下,可得两光束的时间差Δt(u)=2Lc/(c 2 -u 2 )。 有心的读者一定早已发现,这其实就是很古老的斐索流水实验,【爱】诞生后,它也被说成是一种相对论效应。有【爱】就有一切,在【爱】的利益驱使下,越来越多与相对论风马牛不相及的实验都迫不及待地贴上相对论的标签,迈克尔逊-莫雷实验、Sagnac 效应、光纤陀螺、GPS、。。。,多少人为【爱】痴狂?真相已经大白,这些都是本猴不小心发现的动力学光速效应。 四、破解MM之谜 关于MM的“零结果”之谜,张大侠语出惊人:【我只要说几句话,全世界无论官科民科都要使劲儿拍大腿,保证哑口无言】。破解MM之谜,真的只需要几句话,今天我就抢先替张大侠把话说了,张大侠听后可千万不要使劲儿拍大腿啊! 要进行原始创新,一定要从问题的根部入手,跟在所谓的大师屁股后,只能闻其屁、吃其屎。“零结果”问题的根在麦克斯韦方程,问一个最最根本的问题,麦克斯韦方程真的需要“以太”吗?不需要! 众所周知,建立麦克斯韦方程的所有实验都在地球上完成的、都在空气或空气包围中进行的,还找什么“以太”?空气就是呀!麦克斯韦方程告诉我们这样一个科学事实:与光速相比较,空气可以近似认为是完全静止的。请回头看看图1的【MM实验】,它仅仅证实干涉仪周围(绿色虚线内)的空气是相对静止和各向同性,这点与麦克斯韦方程完全自洽,不存在“乌云”之说。根据光动力学速度不变原理,干涉仪内的传播光的动力学速度是各向相同的,所以,“零结果”是必然的! 本来就是一个极其简单的经典光学问题,扯什么“以太”?空间收缩?尺子变短?时钟变慢?。。。什么科学大师,一群投机分子和学术饭桶! 五、后记:饭桶的故事 曾经,地球上没有雷声,某年某月某日的某一刻,“轰”的一声巨响,那是地球的第一声响雷!“这么响,是谁放的屁?”,一群地球神人围在一起讨论。 神A :这应该是传说中的上帝放的屁!上帝可能就躲在太阳里。 神B :上帝若躲在太阳里,它就一定会在地球上留下一个晃动的影子! 神C :上帝的影子?我找找看!找呀找,郁闷啊,怎么就找不到上帝的影子呢? 神D :上帝肯定是存在的,影子也肯定是有的。我猜还有一个魔鬼躲在太阳中,两个影子同时投射到地球,一正一负叠加在一起,上帝的影子就看不到了。 神E :太阳里没有上帝!躲在太阳里的是亚当和夏娃,那响声是他们的【爱】声。他们的影子同时投影在地球,一阴一阳,所以看不见。 众神都认为神E讲的【爱的故事】最好,于是,他们一起跪倒在神E脚下,山呼万岁。一百多年了,人们仍沉醉于【爱】的浪漫故事,一个荒诞的神话故事。
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束星北导师惠特克是一个兼职科学史家!
xcfcn 2013-5-29 11:03
http://en.wikipedia.org/wiki/E._T._Whittaker History of science In 1910, Whittaker wrote A History of the Theories of Aether and Electricity , which gave a very detailed account of the aether theories from René Descartes to Hendrik Lorentz and Albert Einstein , including the contributions of Hermann Minkowski , and which made Whittaker a respected historian of science. In 1951 (Vol. 1) and 1953 (Vol. 2), he published an extended and revised edition of his book in two volumes. The second volume contains some interesting historical remarks. For example, it contains a chapter named The Relativity Theory of Poincaré and Lorentz, where Whittaker credited Henri Poincaré and Lorentz for developing special relativity , and he attributed to Albert Einstein 's relativity paper only little importance. He also attributed the formula to Poincaré. In 1984 Clifford Truesdell wrote that Whittaker aroused colossal antagonism by trying to set the record straight on the basis of print and record rather than recollection and folklore and professional propaganda,... On the other hand Abraham Pais wrote that Whittaker's treatment of special relativity shows how well the author's lack of physical insight matches his ignorance of the literature. According to Torretti, Whittaker's views on the origin of special relativity have been rejected by the great majority of scholars, and he cites Born (1956), Houlton (1960,1964), Schribner (1964), Goldberg (1967), Zahar (1973), Hirosige (1976), Schaffner (1976), and Miller (1981). ^ Clifford Truesdell , An Idiot's Fugitive Essays on Science , page 432, Springer ISBN 0-387-90703-3 ^ Pais, Abraham, Subtle is the Lord, 1982 ^ Roberto Torretti, Relativity and Geometry, 1983 A History of the Theories of Aether and Electricity
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失衡的红楼
热度 6 yonglie 2013-5-25 08:41
——旧札新钞( 139 ) @ 周思源 在《红楼梦创作方法论》中统计了 黛玉 在前八十回中的戏份,发现她的戏头重脚轻。在前四十五回是女主角,可在后来的三十五回里,几乎没有大故事,热闹的几次活动都是玩儿诗词。周老师猜想,这种不平衡是雪芹从“旧有《 风月宝鉴 》”修改成《石头记》以后产生的结果。 @ 1935 年 6 月,写《 孽海花 》和《 鲁男子 》的 曾朴 去世。 赵景深 写了一副挽联:“ 福楼拜,曹雪芹,灵魂肉体鲁男子 ;傅彩云,李纯客,文采斐然孽海花。”上联借李青崖的评论,说《鲁男子》兼有福楼拜的躯壳和《红楼梦》的灵魂(曾朴翻译过福楼拜),下联引鲁迅评《孽海花》“文采斐然”。傅彩云本该对洪钧的,为了平仄和字数只好如此,景深很不满意。 陈子展 来看他,替他改将下联改为“ 洪老爷,傅大姐,才子佳人孽海花 ”,果然好多了。 @ Felix Kline 在《 19 世纪的数学发展 》中说, 麦克斯韦 在《 电磁学通论 》里,从头到尾都把理论建立在唯象的观点上,把以太和考察中出现的物体看成满足一个微分方程组的连续体。他没有在与“唯象”对应的原子论观点上做过什么事情,也不可能提出 Wilhem Weber 那样的正负电荷的瞬时作用理论。他的观点是,作用的传播需要时间,因而需要一个介质,那就是“以太”。
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电磁波需要外加的介质吗?
热度 5 oceanhnbc 2013-4-12 00:07
关于光是波动还是粒子的很多争论中,几乎凡提波动性必言介质,如最初的以太论就认为光波动的载体是以太。随着实验和理论的发展,尤其是相对论的发展,以太论破产。之后又有人拿光的粒子性作为光传播不需要介质的辩护,甚至有人认为爱因斯坦因为接受了光量子的观点而认识到光的传播可以不需要介质。这些辩护都很牵强且多此一举,他们在解释一个自己臆想出来的问题:光波传播需要一种外加的介质。而这个问题本身就是和各种关于电磁波的理论和实验相悖的。谁说电磁波一定要有外加的介质呢?电场和磁场本身就是波动的载体(或曰介质)。 先追溯一下人类对波动的认识: 如声波或水波,它们都是一种物质(空气或水)的运动形式,当然从另一个角度,也可以同等的看成是具有此种运动形式(波动)的一种物质。将这种运动形式数学化描述得到抽象模型,我们把所有符合这种模型的运动形式都叫做波动。 电磁波之说,正是由于实验中总结出的电磁现象规律的数学形式(麦克斯韦方程组),导出的电磁运动模型符合了数学上的波动模型,因此我们称之为电磁波。整个理论和实验的发展过程——从法拉第的电磁感应实验,到奥斯特电流实验,再到麦克斯韦总结出电磁规律的方程组并预言电磁波——从来没有要求过电磁波要存在于外加的介质或载体中。电场和磁场就是这种波动运动形式的物质载体(可感可测的存在),同等的,电磁波就是这种互相激发、波动运动的电磁场的物质存在。正所谓运动是物质的运动,物质是运动的物质。——场也是物质的存在形式,采取这样的观点之后电磁波的载体问题就迎刃而解了,这种观点其实正是电磁理论和实验发展出的必然结论。麦克斯韦最初根据他发现的方程组预言了电磁波,这个词从一开始就应该是互相激发、具有波动运动形式的电磁场的含义,已经包含了电场和磁场作为波动运动载体的思想。 十九世纪和二十世纪初的以太论,从维护牛顿时空观的角度看是一个似乎可取的支撑架,但也应该仅限于对电磁波速参考系的限制,电磁波波动运动的介质就是电磁波本身,以太也不可染指。不严谨的以讹传讹之后居然认为电磁波传播还需要什么别的介质,就实在是自己制造麻烦了。 不应苛求古人,但这种对待理论内在的逻辑不够严谨的教训应该吸取。
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[转载]《自发进化》节选(24)
罗非 2013-1-13 12:33
通往绝对确定之路上的怪事 电影 寻火记 (Quest for Fire ,不同的版本也译为“火种”或者“人类创世”——译者注 ) 提供了某种对史前人类文明的敏锐洞察。有了火作为生存工具之后,古人就能够保护他们自己免遭食肉性捕食动物的攻击,并且在此过程中,迈出了他们征服环境的巨大的一步。尽管早期的人类能够使用火,但他们却不会生成火。这些部落花费了大量的集体能量来保存他们的火种,甚至在旅途之中也是如此。如果一个部落丢失了火种,它很快就退化到猎物的地位,必须不断地警戒周围黑暗中四伏的捕食者。 在电影的最后一幕中,我们的史前英雄学会了怎样造火。电影对这一幕充满激情的事件的描绘出色地捕捉了我们进化史当中的关键时刻之一。在那一点之前,人类的意识都被怎样在一个由贪婪的食肉动物主宰的世界中生存所占据了。自从掌握了火,人类就再也不仅仅是另外一种动物了;他们已经踏上了通往成为生物圈中的主导力量的道路。在电影的结尾,整个部落安全地围坐在火塘边,我们的主人公抬首向天,望着一轮满月出神。在基本的生存得到保障之后,人类就有了反思世界本质的自由。 从这个谦逊的起点出发,科学的尝试最终进化为正式地探索、分类并了解我们的世界是怎样工作的。在西方文明中,传统科学在希腊的黄金时代正式兴起,那时像亚里士多德这样的哲学家搜集各种关于他们的世界的观察与领悟,并把它们与那些从简单的实验中得到的结论整合起来。 在基督教一神论占据了西方文明的基本范式之后,它继承了古老的希腊科学,并将其整合到它的世界知识合集之中。托马斯·阿奎奈和艾伯塔斯·马格努斯修饰并改写了希腊科学哲学,以装饰并支持基督教经典中的教义。这种新的基于教会的科学,亦即自然神学,确定了科学在理解并研究神的创造物时所应采取的方式。在这种支撑性的职责之下,科学顺从地接受了它作为教会女仆的位置。 正如前文曾经描述的,当科学被招来解决教会的历法难题时,就埋下了范式革命的种子。哥白尼关于太阳系是以太阳为中心的发现,标志着现代科学作为某种与教会分开而且有别的正式架构的诞生。这一发现的公告于世标志着一个转折点,它将引发对教会的无过失性的更多的挑战,并且最终导致一神论范式的崩溃。 公元 1543 年被当做现代科学革命降世之年。在这一年中,哥白尼在他生命的最后时刻,发表了他的名著 关于天球的运行 ( De Revolutionibus Orbium Coelestium ,俗译天体运行论 ) ,成功地挑战了教会那自称的无过失性。 现代科学不得不全力克服的第一批难题之一就是一个简单的问题,“什么是真相?”还记得吧, 16 世纪的科学就是一批从希腊流传下来的、加上了基督教神学家的修饰的古老猜想。当时的科学困惑于一个事实,就是没有任何办法区别或者检验一个东西究竟真的是 真相 呢,还是被人们狂热地坚持的 信仰 。 因此,现代科学的第一个任务,就是创造一种科学的方法来评价数据。从本质上,这种科学方法必须包括做出观察与测量,形成解释性的假说,然后再用实验来检验这个假说。实验的结果再用来改进假说,从而对实验结果更具预测力。最终,预测能力就是科学真相的最主要的标志。 勒内·笛卡尔通过呼吁实施完整的科学改革,进一步推动了这种新的范式。他强烈建议抛弃已经存在的古老希腊信仰,代之以那种可以用弗朗西斯·培根的科学分析方法学来检验的真相。“怀疑一切,”笛卡尔说,而且的确,他唯一知道可以确信无疑的东西就是他自己的存在。“我在思考,所以我存在,”这是笛卡尔的名言。或许,正如我们很快要看到的,宇宙也有能力做出同样的宣言。 科学方法要求人们直接对研究对象实施观察与测量。由于没有今天的技术手段,早期的科学家们被局限于只能研究那些他们能够看到、接触到并且测量到的东西。因此,那种关于某种不可见的能量母体——也就是现代量子物理学称之为“场”,爱因斯坦后来称之为“控制物质的唯一力量”——的概念显然不是牛顿和笛卡尔时代的科学观察所能及的东西。 因此,那时科学方法的各种参数不可避免地把科学限制在对物理的、物质的世界的研究上。通过缩窄其研究的关注点,并认定诸如精神和心智之类的非物质概念处在分析科学的沙箱之外,科学就正式地获得了科学唯物论身份。作为其结果之一,科学认为那些属于不可见界的各种因素都是超自然的观念,并且很痛快地留给了教会去处理,不再接受严格的物理科学定律的检验了。 通过脱离教会的信仰并把观察对象局限在物理的、有形的宇宙,科学家们开始了某种新的哲学。科学家们不再把宇宙看成由某种精神力量控制,而是在追逐这样的观念,即宇宙是某种物理机器。对他们来说,行星、恒星、植物和动物都只是某个巨大的钟表机器当中的机械齿轮而已。 尽管科学家们支持那种神制造了整架机器的观念,但他们同时也相信,一旦机器开始启动,神本人就不再参与它的日常运作了。科学没有把神想象成盘旋在世界上空并像控制牵线木偶一样用精神之线控制世界,而是把宇宙知觉为一架永动机,它所反映出来的只是其机械零部件的行为。 艾萨克·牛顿爵士采用数学手段科学地验证了笛卡尔关于宇宙是一架机器的假设并将其具体化了。通过观察和测量行星天体,牛顿创造了一种全新的关于宇宙——以及生命在整体上——如何工作的哲学。牛顿正式地创建了力学这门科学,也就是人们最早所知的物理学,它是研究宇宙运作内在机制的学科。 牛顿的科学建立在两个绝对的基础上:绝对的空间和绝对的时间。牛顿所定义的情况是,在一个可以定量的宇宙中,物体由于重力的作用在这些绝对当中运动。重力是某种不可见的力,但牛顿得以认识到它是通过了它的果实,具体而言,就是一个正在掉落的苹果。作为唯物论者,牛顿的追随者们没有被重力那不可见的特征所吓倒。他们很简单地把重力归因为是由物质和某种气态东西的组合作用所致,他们把这种东西称为“以太”。这样,他们就把重力知觉为物体质量的某种属性。 自从 1700 年代起,牛顿哲学的三个主要原则就塑造了科学家们处理其对于宇宙的研究的方式: 1. 唯物论——物理的物质是唯一的根本现实。宇宙可以通过有关其可见之物理部件的知识而加以理解。与其引入看不见的生命力或者精神,倒不如说生命源于构成身体的自反应性化学过程。简单地说:“重要的只有物质。” 2. 还原论——不论一件东西看上去多么复杂,它总是可以加以分割,并通过对其每个零件的研究加以了解。简单地说:“要了解一个东西,就拆开它来研究碎片。” 3. 决定论——自然界中发生的一切都是由因果决定的,这是基于每个作用都必然引起一个反作用的概念所得的推论。任何结果都可以通过不连续事件的线性发展加以预测。简单地说:“我们可以预测并控制自然界过程的结果。” 牛顿的唯物论、还原论和决定论所提供的不仅仅是某种对宇宙的分析,它还承诺了一个可控的乌托邦。代价呢?思想世界将不得不牺牲它对神、精神以及各种不可见力的关注。 在牛顿所处的 1700 年代早期和启蒙时代的 1700 年代晚期之间的某个时候,新兴的现代科学范式和仍处于统治地位的、由教会控制的一神论范式之间的张力曾经一度得到了缓和。人们很方便地把宇宙划分为物质界和精神界,科学统治了物质世界,而宗教则取得了超自然世界的控制权。 自此,科学获得了追逐它关于宇宙的物质本质之证据的自由,而宗教仍然引导着灵魂超越的航向。尽管这是两大智力超级权威之间的某种实用的停战协定,但它所导致的精神与物质的分离却带来了某种失衡,这种失衡今天还继续危害着我们的世界。 当 19 世纪接近尾声时,整个物质宇宙很舒服地建立在某种无可争议的牛顿式真相的基础之上。人们觉得科学已经证明了,宇宙就是一架物理机器,它由称为原子的基本颗粒组成;而整个宇宙的动力学可以通过研究那台球般的原子之间的作用和反作用而加以理解和决定。事实上,到 19 世纪末,物理学家是如此地自满,以至于他们公开承认,物理科学已经完备,没有任何更多的东西可学习了。 以开尔文勋爵为人们所知的威廉·汤姆森是一位爱尔兰数学物理学家和工程师,他在 1900 年的英国高等科学协会上对一群科学家发表了演讲,他说,“在物理学上,现在已经没有任何新东西可发现了。剩下的只有越来越精密的测量。”另一次类似的宣称则是由阿尔伯特·迈克尔逊做出的,他是第一位获得诺贝尔奖的美国物理学家。牛顿式的科学看上去已经如此之完美,以至于作为芝加哥大学物理系主任的迈克尔逊诙谐地说,已经再也不需要物理学研究生了,因为正如他所说,“宏伟的基本原理已经被牢固地建立起来……更多的物理学真相将要到小数点后边第六位上去找了。” 然而,在通往绝对确定之路上发生了一件怪事。仿佛要再次证明骄傲总是会在崩溃之前出现,出乎意料的异常现象开始颠覆整个牛顿物理学世界。机械世界观的第一道裂纹出现在 1895 年,德国物理学家威廉·康拉德·伦琴在研究 x- 射线时,发现了一种神秘的力,它由物质当中发出,并且可以穿透其他物质。随后,法国物理学家安托万 - 亨利·贝克勒尔以及随后的玛丽和皮埃尔·居里发现了放射活性现象,它揭示元素的原子并不是像人们假定的那样不可改变的,而事实上,基本元素可以嬗变成其他的元素。 两年之后,英国物理学家约瑟夫·约翰·汤姆森检测到电子,从而表明原子并不像牛顿学派物理学家所宣称的那样是宇宙的最小颗粒,而是由更小的亚单位组成的。 在研究加热物体的发射光谱时,德国物理学家马克思·普朗克发现,电子可以从原子的一个能量层跳跃到另一个能量层,从而由一个能量水平直接到达另一个能量水平,而不表现出中间的能量数值。因此,普朗克认识到,电子是由不连续的辐射能量单位所组成的,他把这种单位称为 量子 。他的工作揭示,当电子在能量层之间跳跃的时候,它们要么获得、要么损失一个量子的能量,这就是 量子物理学 这门科学的由来。 在 1905 年,德国物理学家阿尔伯特·爱因斯坦关于光电效应的研究显示,非物质的光波表现出了以往只能归属于物质的物理性质。基于他的观察,爱因斯坦假设存在某种 光子 ,它是光辐射能量的量子,但却表达着粒子般的特性。物质表现得像光,光又表现得像物质,牛顿物理学的那些确定性突然之间好像就不确定了。 1926 年,法国物理学家路易斯 - 维克托·德布罗意预言,所有的物质粒子都应当同时也表现出类似非物质的波的行为;三年之后,他的德布罗意假说在对电子的研究中得到了证实。这些实验显示,电子同时具有波一般的性质和粒子的性质;也就是说,它们同时是物质和非物质。 有了这些发现,在汤姆森和迈克尔逊关于物理学之绝对终结的讲话之后只过了短短四分之一个世纪,牛顿物理学那坚实的基础看来就已经消融在某种富有禅意的佯谬之中。 粒子与波之间的这种混淆状态最终因量子力学的出现与确立而得到了解决。这种作为量子物理学标志的波 - 粒子二元性 ,为理解所有的物质都同时具有与粒子和波相关的属性这一现象提供了一个统一的理论框架。欢迎来到量子奇异世界! 爱因斯坦的物质 - 能量方程 ( 经常象征性地用等式 E=mc 2 来代表 ) 宣告了能量与物质的统一,其中能量 ( E ) 等于质量 ( m ) 乘以光速 ( c ) 的平方。爱因斯坦通过这个公式显示,原子其实不是用物质制造的,而是由非物质的能量构成的!今天,人们已经确定物理的原子是由一群像夸克、波色子和费米子这样的亚原子单位构成的。有趣的是,粒子物理学家把这些基本原子构件看做就像纳米龙卷风一样的能量漩涡。 换句话说,人们长期持有的关于牛顿宇宙那种完全由物理物质构成的观念,原来是某种精心架构的幻觉!相反地,爱因斯坦的那个试图解释所有物质与能量的本质和行为的统一场论提出,宇宙是一个不可见的动态整体,其中所有各种物质构件和各种能量场都纠缠在一起,相互依存。 在量子力学削弱了人们对唯物论的执着的同时,普朗克的工作还质疑了那种对还原论,亦即关注单个部件而忽略整体的做法的看重。尽管还原论看似可以解释简单的机械过程,但普朗克证明,某些事件不能通过线性的因果作用来预测,而是看起来同时发生,作为一个相互作用的叫做 场 的能量母体之一部分。普朗克的这一深刻洞察强调,为了理解宇宙的本质,我们必须放弃还原论,改为采用整体论,也就是万事万物都与其它的一切相互所用。 有趣的是,那个用来描述还原论的经典类比包含了拆开一个上了发条的手表,看看是什么让它嘀嗒报时的。通过观察机械齿轮和发条的相互作用,假定你能学会修复或者改造任何其他钟表的机构。类似地,科学家们假定,为了决定究竟是什么让一个活的有机体运作,他们可以简单地把一具身体切开,研究它的碎片。 对我们而言很幸运的是,还原论和手表的比喻一样,现在已经完全地退出时尚了。想一想数字式手表吧。拆开它,研究它的零件,然后……怎么样呢? 数字式手表包含了源于量子力学的技术,它是通过能量的运动,而不是通过物理齿轮的相互作用来工作的。靠拆开一块数字式手表,去研究它的零件和碎片,永远也无法解释它的工作本质。对还原论的追逐,仅仅关注于单个的物质部件,就是没办法为一个相互纠缠着的量子宇宙的整合机制提供任何领悟。 除了挑战了我们对唯物论和还原论的迷恋之外,量子物理科学还摒弃了决定论观念,也就是那个说一切事件,包括人的选择和决定在内,都由特定的、遵循自然定律的因果反应链所决定的教条。简单地说,决定论提出,只要有足够的数据,我们就能预测未来。 然而,德国物理学家、量子力学的奠基人之一沃纳·海森堡发现,不可能同时测定原子当中电子的位置和速度。对位置的测量越精确,其速度的数值就变得越不确定,反之亦然。 海森堡提出的测不准原理适用于任何两个成对的变量,例如位置和速度、时间和能量、旋转角度和角动量等。该理论表明,测量其中一个变量将导致对其配对变量的干扰,以至于永远无法同时精确地预测两个变量。海森堡的理论不仅直接违反了决定论,它还提示物质的存在本身就是不确定的。 请注意采纳量子力学并不意味着否定牛顿物理学,而是包括了后者。换句话说,量子物理学是某种更为广大的认识领域,它包括并极大地扩展了牛顿物理学所提供的讯息。因此,量子力学不仅解释了已知的一切,而且增补了一个全新的领域,解释了一种前所未知的力,就是它控制着我们宇宙的演变。 量子力学强调,物质宇宙——包括它所有的原子、粒子和物质——实际上是那不可见的、包含着能量和力的宇宙母体的某种组成部分,并且受控于这个母体;这些能量与力的集体共同构成了场。 或许,你记起了小学课堂上用一块磁铁、一张白纸和一小堆铁屑做的一次实验。当你开始把铁屑撒在白纸上时,那些颗粒是随机分布的。然而,如果你把磁铁放在白纸底下,那么洒落的铁屑就总是按照某种特定的模式排列了,这种模式反映了不可见的磁场的形状;铁屑每次都会这样表现,不管你把这个实验重复多少次。 现在,想象当你没有任何关于磁铁或者不可见的场的作用的知识,然后试试解释这种模式形成的现象。如果你 只能 看到铁屑,你会得到什么样的结论呢?你可能很容易断定,那些铁屑,那些物理物体,的确非常神奇——它们可以自己排队! 这就是如果我们尝试通过仅仅专注于物质界来理解我们的世界时所处的窘境。特别是当我们现在已经了解了不可见的场对物质的支配作用时,这就是一种极其恶劣的错误。或者,就像爱因斯坦用无与伦比的简捷语言所说的:“场是控制粒子的唯一力量。”爱因斯坦的意思是,场是宇宙的能量母体,它控制着一切物质,包括那些神秘的铁屑。爱因斯坦进一步强调了场在塑造宇宙方面的作用,他说,“在这种新的物理学当中没有地方同时容纳场和物质,因为场是唯一的现实。” 在爱因斯坦发表他的物质 - 能量方程 E=mc 2 ,以及关于物质和能量内在地相互关联、相互纠缠在一起的信仰一个世纪之后,许多人却仍然顽固地紧紧抓住那个错误观念,即现实是以物质为基础的。我们在我们的周围所看到的这种疯狂——假如我们自己没有那么严重地卷入其中的话——其实就是以下行为的副产物,即试图在一个爱因斯坦式的世界中活出一种牛顿式的存在。 有趣的是,按照量子物理学家的定义,那种塑造了物质的不可见的能量场,和那种玄学家定义为“精神”的不可见的塑形场具有同样的特性。 The wave-particle duality ,旧译波 - 粒二象性,但该译法隐含了在二象背后另有一个统一的本质之义,但迄今并未得到科学证实,故改为今译——译者注
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复李维老师答迈克尔逊实验的话题
jmluo0922 2012-2-26 14:42
复李维老师答迈克尔逊实验的话题
我在科学网写了两篇关于迈克尔逊莫雷实验的学术性博文,主要目的是为了探讨其中的学术问题,重点是分析影响干涉条纹移动的因素,验证和确认迈克尔逊得出实验的结论,以及洛仑兹变换的正确性和客观性。 一、迈克尔逊实验的重要地位和意义 正如 李维 老师所言:“ 对 以太 存在的否定实验,是这个著名的迈氏实验,因此迈克尔逊得了炸药奖。这也是美国人的第一个炸药奖。” 关于迈克尔逊实验与美国科学、诺贝尔奖,以及洛仑兹变换和相对论的关系,我在近期的一篇博文中进行了更深入的分析,并且我认为: “迈克尔逊实验(MMX)已于 1907年获得了诺贝尔物理学奖 ,其 意义是开辟了科学的新领域,对于美国来说是国家荣誉和骄傲 ,也是世界科学中心转向美国的重要标志。 如果 MMX实验所得结果被证明是 由于分析错误导致的 错误结论 ,那么 对于美国 的荣誉 和诺奖委员会 的权威性来讲,可以说 是一个毁灭性的打击 。” 因此,我认为美国的物理主流坚决维护相对论和迈克尔逊实验的现状,对于与相对论和迈克尔逊实验相悖的意见进行坚决的打压,从国家的荣誉和民族的情节来考虑是可以理解的。然而,这样的行为如果令科学探索工作受阻甚至在错误的循环中徘徊,是身在其中的科学家和科学的最大不幸。 二、影响干涉条纹及移动的因素 采用迈克尔逊实验装置(干涉仪)在相应的条件下,可以实现等厚和等倾干涉,并且利用这些原理已发展出可进行微小厚度和角度测量的专门仪器。但对于迈克尔逊莫雷实验,验证“以太”漂移说来讲,根据各种中外教材和科学百科,是以等厚干涉为基础来分析漂移的“以太”对干涉条纹移动的影响,这样问题会相对简单。原则上讲,等倾干涉是可以用的,只是条纹的计算和分析会变得更加复杂。 我在博文中引用的干涉原理图1、3和4来自于教材(也可以在网上百科中找到)、百度百科和维基百科,应该说是目前的标准知识。这些原理图的理解,我说只需几何光学和杨氏干涉的知识,并不是夸张的说法。因为理解杨氏干涉条纹用到的光程差和次光源(波包)等概念,是理解等厚和等倾干涉的基础。也就是能够理解杨氏干涉,理解迈克尔逊干涉就没有困难。 关于图2中的空间差SS',我认为是客观存在的,是必须考虑的影响干涉条纹及其移动的重要因素。因为无论我们的光学器件多么精密、实验多么精细,实际实验中两束光经反射后不可能在几何上实现完全的重合,而只是在满足两束光相干条件的近似“重合”,并且,空间差SS'同样要受“以太”漂移的影响。 我认为 空间差SS' 是问题的关键 ,也是我写这些博文的用意所在。因为 它的存在 可直接否定洛仑兹空间收缩(或变换)的客观性和数学上的严格性 ,这对于 该实验能否 否定“以太”, 以及 确立洛仑兹变换 来讲 是极其重要的 。 三、结束语 我想首先还是最好引用本网两位学者对相对论的调侃的话和诗,因为它们从一个侧面反映了爱因斯坦的另一种心态: “在爱因斯坦活着的时候,几乎被当成神明,他在物理学界没有真正的朋友。他一辈子的真正的朋友,只有一个发小 ---- 贝索。贝索基本上是物理学的外行,却是一位非常合格的倾听者。在 1917 年,爱因斯坦写完关于光子的最后一篇论文后写信给贝索说: “ 我觉得迄今为止,那永生的谜的发明者给我们真正的玩笑,还根本没有被理解” 。爱因斯坦到去世都坚持认为,这个玩笑没有被理解。 (Pais ,《上帝难以捉摸》,第 77 页 ) 。爱因斯坦在世的时候,自认为 100 年后的物理学家才能理解他。爱因斯坦去世至今尚只 56 年, 以人类目前的智力的总和,理解爱因斯坦还有困难。对他的研究了解越深,除了惊叹,几乎不能作出评价 。” ——引自湖南大学刘全慧的博文“ 最是难解电磁场 ” ——引自沈惠川译:“ 爱因斯坦自嘲诗 ” 最后,加上自己的一点看法: 科学探索过程中,出现一些偏差是一件十分正常的事情,被政治家或权利集团所利用,作为工具以达到其目的,令科学探索工作受阻甚至在错误的循环中徘徊,是身在其中的科学家和科学的最大不幸。 相关博文: 李维 :回答罗老师的迈克尔逊干涉仪实验的话题 ; 罗教明 :正确理解迈克尔逊莫雷实验中的光学问题
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[转载]8B/10B编码 详解
zhangjunjie 2010-8-20 11:20
8B/10B编码详解zz (2009-01-23 14:30:29) var $tag='it'; var $tag_code='4873d17ee035ceed8fd49f2d158e20a6'; var $r_quote_bligid='3e28c8a50100bq2b'; var $worldcup='0'; var $worldcupball='0'; 标签: it 分类: 电子通信   8B/10B,也叫做8字节/10字节或8B10B。8B/10B方式最初由IBM公司于1983年发明并应用于ESCON(200M互连系统),由Al Widmer和Peter Franaszek在IBM的刊物研究与开发上描述。   8b/10b编码的特性之一是保证DC 平衡,采用8b/10b编码方式,可使得发送的0、1数量保持基本一致,连续的1或0不超过5位,即每5个连续的1或0后必须插入一位0或1,从而保证信号DC平衡,它就是说,在链路超时时不致发生DC失调。通过8b/10b编码,可以保证传输的数据串在接收端能够被正确复原,除此之外,利用一些特殊的代码( 在PCI-Express总线中为K码) ,可以帮助接收端进行还原的工作,并且可以在早期发现数据位的传输错误,抑制错误继续发生。   8b/10b编码是将一组连续的8位数据分解成两组数据,一组3位,一组5位,经过编码后分别成为一组4位的代码和一组6位的代码,从而组成一组10位的数据发送出去。相反,解码是将1组10位的输入数据经过变换得到8位数据位。数据值可以统一的表示为DX.Y或KX.Y,其中D表示为数据代码,K表示为特殊的命令代码,X表示输入的原始数据的低5位EDCBA,Y 表示输入的原始数据的高3位HGF。   8b/10b编码是目前许多高速串行总线采用的编码机制,如 USB3.0、1394b、Serial ATA、PCI Express、Infini-band、Fiber Channel、RapidIO等总线或网络等。 8B/10B编码是目前高速串行通信中经常用到的一种编码方式。直观的理解就是把8bit数据编码成10bit来传输,为什么要引入这种机制呢?其根本目的是直流平衡(DC Balance)。当高速串行流的逻辑1或逻辑0有多个位没有产生变化时,信号的转换就会因为电压位阶的关系而造成信号错误,直流平衡的最大好处便是可以克服以上问题。 将8bit编码成10bit后,10B中0和1的位数只可能出现3种情况: 1.有5个0和5个1 2.有6个0和4个1 3.有4个0和6个1 这样引出了一个新术语不均等性(Disparity),就是1的位数和0的位数的差值,根据上面3种情况就有对应的3个Disparity 0、-2、+2。 工作原理 8bit原始数据会分成两部分,其低5位会进行5B/6B编码,高3位则进行3B/4B编码,这两种映射关系在当时已经成为了一个标准化的表格。人们喜欢把8bit数据表示成Dx.y的形式,其x=5LSB(least significant bit最低有效位),y=3MSB(most significant bit最高有效位)。 例如一个8bit数据101 10101,x=10101(21) y=101(5),现在我们就把这8bit数据写成D21.5,明白了吧! Dx.y形式在进行5B/6B和3B/4B编码中表示更直观,下面我们来看看两张编码表: 对于8bit数据,它在表中的位序为HGFEDCBA,即H为最高位,A为最低位,EDCBA经过5B/6B编码为abcdei,HGF经过3B/4B编码为fghj。传送10bit编码的顺序为abcdeifghj。 3B/4B使用K.x.7 对于D.x.7,当和5B/6B组合时D.x.P7和D.x.A7编码必须选择一个来避免连续的5个0或1。遇上连续5个0或1的情况下使用逗号码来进行校准。D.x.A7用在x=17 x=18 x=20当RD=-1时,x=11 x=13 x=14 当RD=+1时。当x=23 x=27 x=29 x=30时,使用K.x.7进行编码。其他情况下x.A7码不能被使用,他将会导致和其他逗号序列产生冲突。 候补编码K.x.y允许K.28.1 K.28.5 K.28.7作为逗号码来保证数据流中的唯一性。 你们也许注意到了表中有个RD标志,它是Running Disparity的缩写,它的目的就是保持8B/10B编码中的直流平衡。它跟上面提到的Disparity其实是一样的意思,+1用来表示1比0多,-1用来表示0比1多,-1是它的初始化状态。下面我们来看一张表来加深理解: 上面我们提到的逗号码和逗号序列,其实都是当初在规划8B/10B编码机制的时候,所谓的控制代码(Control Characters)的其中之一。8B/10B标准中使用了12个特殊的控制代码,他们能在数据中被发送,还可以组合成各种原语。 在控制代码中,K.28.1 K.28.5 K.28.7 是逗号序列,逗号序列是用来校准用的,如果K.28.7没有被使用,序列0011111 或者 1100000 是不会出现在任何编码中的。 在实际编码中如果K.28.7可以被使用,一种更复杂的校准规范需要被使用,它们能组合成各种原语,在任何情况下多个K.28.7序列不允许被同时使用,它将导致不可探测的逗号序列。 转 http://blog.sina.com.cn/s/blog_3e28c8a50100bq2b.html
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狭义相对论的创立
zhulin 2009-10-21 14:28
早在 16 岁时,爱因斯坦就从书本上了解到光是以很快速度前进的电磁波,他产生了一个想法,如果一个人以光的速度运动,他将看到一幅什么样的世界景象呢?他将看不到前进的光,只能看到在空间里振荡着却停滞不前的电磁场。这种事可能发生吗? 与此相联系,他非常想探讨与光波有关的所谓以太的问题。以太这个名词源于希腊,用以代表组成天上物体的基本元素。 17 世纪,笛卡尔首次将它引入科学,作为传播光的媒质。其后,惠更斯进一步发展了以太学说,认为荷载光波的媒介物是以太,它应该充满包括真空在内的全部空间,并能渗透到通常的物质中。与惠更斯的看法不同,牛顿提出了光的微粒说。牛顿认为,发光体发射出的是以直线运动的微粒粒子流,粒子流冲击视网膜就引起视觉。 18 世纪牛顿的微粒说占了上风,然而到了 19 世纪,却是波动说占了绝对优势,以太的学说也因此大大发展。当时的看法是,波的传播要依赖于媒质,因为光可以在真空中传播,传播光波的媒质是充满整个空间的以太,也叫光以太。与此同时,电磁学得到了蓬勃发展,经过麦克斯韦、赫兹等人的努力,形成了成熟的电磁现象的动力学理论 电动力学,并从理论与实践上将光和电磁现象统一起来,认为光就是一定频率范围内的电磁波,从而将光的波动理论与电磁理论统一起来。以太不仅是光波的载体,也成了电磁场的载体。直到 19 世纪末,人们企图寻找以太,然而从未在实验中发现以太。 但是,电动力学遇到了一个重大的问题,就是与牛顿力学所遵从的相对性原理不一致。关于相对性原理的思想,早在伽利略和牛顿时期就已经有了。电磁学的发展最初也是纳入牛顿力学的框架,但在解释运动物体的电磁过程时却遇到了困难。按照麦克斯韦理论,真空中电磁波的速度,也就是光的速度是一个恒量,然而按照牛顿力学的速度加法原理,不同惯性系的光速不同,这就出现了一个问题:适用于力学的相对性原理是否适用于电磁学?例如,有两辆汽车,一辆向你驶近,一辆驶离。你看到前一辆车的灯光向你靠近,后一辆车的灯光远离。按照麦克斯韦的理论,这两种光的速度相同,汽车的速度在其中不起作用。但根据伽利略理论,这两项的测量结果不同。向你驶来的车将发出的光加速,即前车的光速 = 光速 + 车速;而驶离车的光速较慢,因为后车的光速 = 光速 - 车速。麦克斯韦与伽利略关于速度的说法明显相悖。我们如何解决这一分歧呢? 19 世纪理论物理学达到了巅峰状态,但其中也隐含着巨大的危机。海王星的发现显示出牛顿力学无比强大的理论威力,电磁学与力学的统一使物理学显示出一种形式上的完整,并被誉为 一座庄严雄伟的建筑体系和动人心弦的美丽的庙堂 。在人们的心目中,古典物理学已经达到了近乎完美的程度。德国著名的物理学家普朗克年轻时曾向他的老师表示要献身于理论物理学,老师劝他说: 年轻人,物理学是一门已经完成了的科学,不会再有多大的发展了,将一生献给这门学科,太可惜了。 爱因斯坦似乎就是那个将构建崭新的物理学大厦的人。在伯尔尼专利局的日子里,爱因斯坦广泛关注物理学界的前沿动态,在许多问题上深入思考,并形成了自己独特的见解。在十年的探索过程中,爱因斯坦认真研究了麦克斯韦电磁理论,特别是经过赫兹和洛伦兹发展和阐述的电动力学。爱因斯坦坚信电磁理论是完全正确的,但是有一个问题使他不安,这就是绝对参照系以太的存在。他阅读了许多著作发现,所有人试图证明以太存在的试验都是失败的。经过研究爱因斯坦发现,除了作为绝对参照系和电磁场的荷载物外,以太在洛伦兹理论中已经没有实际意义。于是他想到:以及绝对参照系是必要的吗?电磁场一定要有荷载物吗? 爱因斯坦喜欢阅读哲学著作,并从哲学中吸收思想营养,他相信世界的统一性和逻辑的一致性。相对性原理已经在力学中被广泛证明,但在电动力学中却无法成立,对于物理学这两个理论体系在逻辑上的不一致,爱因斯坦提出了怀疑。他认为,相对论原理应该普遍成立,因此电磁理论对于各个惯性系应该具有同样的形式,但在这里出现了光速的问题。光速是不变的量还是可变的量,成为相对性原理是否普遍成立的首要问题。当时的物理学家一般都相信以太,也就是相信存在着绝对参照系,这是受到牛顿的绝对空间概念的影响。 19 世纪末,马赫在所著的《发展中的力学》中,批判了牛顿的绝对时空观,这给爱因斯坦留下了深刻的印象。 1905 年 5 月的一天,爱因斯坦与一个朋友贝索讨论这个已探索了十年的问题,贝索按照马赫主义的观点阐述了自己的看法,两人讨论了很久。突然,爱因斯坦领悟到了什么,回到家经过反复思考,终于想明白了问题。第二天,他又来到贝索家,说:谢谢你,我的问题解决了。原来爱因斯坦想清楚了一件事:时间没有绝对的定义,时间与光信号的速度有一种不可分割的联系。他找到了开锁的钥匙,经过五个星期的努力工作,爱因斯坦把狭义相对论呈现在人们面前。 1905 年 6 月 30 日 ,德国《物理学年鉴》接受了爱因斯坦的论文《论动体的电动力学》,在同年 9 月的该刊上发表。这篇论文是关于狭义相对论的第一篇文章,它包含了狭义相对论的基本思想和基本内容。狭义相对论所根据的是两条原理:相对性原理和光速不变原理。爱因斯坦解决问题的出发点,是他坚信相对性原理。伽利略最早阐明过相对性原理的思想,但他没有对时间和空间给出过明确的定义。牛顿建立力学体系时也讲了相对性思想,但又定义了绝对空间、绝对时间和绝对运动,在这个问题上他是矛盾的。而爱因斯坦大大发展了相对性原理,在他看来,根本不存在绝对静止的空间,同样不存在绝对同一的时间,所有时间和空间都是和运动的物体联系在一起的。对于任何一个参照系和坐标系,都只有属于这个参照系和坐标系的空间和时间。对于一切惯性系,运用该参照系的空间和时间所表达的物理规律,它们的形式都是相同的,这就是相对性原理,严格地说是狭义的相对性原理。在这篇文章中,爱因斯坦没有多讨论将光速不变作为基本原理的根据,他提出光速不变是一个大胆的假设,是从电磁理论和相对性原理的要求而提出来的。这篇文章是爱因斯坦多年来思考以太与电动力学问题的结果,他从同时的相对性这一点作为突破口,建立了全新的时间和空间理论,并在新的时空理论基础上给动体的电动力学以完整的形式,以太不再是必要的,以太漂流是不存在的。 什么是同时性的相对性?不同地方的两个事件我们何以知道它是同时发生的呢?一般来说,我们会通过信号来确认。为了得知异地事件的同时性我们就得知道信号的传递速度,但如何没出这一速度呢?我们必须测出两地的空间距离以及信号传递所需的时间,空间距离的测量很简单,麻烦在于测量时间,我们必须假定两地各有一只已经对好了的钟,从两个钟的读数可以知道信号传播的时间。但我们如何知道异地的钟对好了呢?答案是还需要一种信号。这个信号能否将钟对好?如果按照先前的思路,它又需要一种新信号,这样无穷后退,异地的同时性实际上无法确认。不过有一点是明确的,同时性必与一种信号相联系,否则我们说这两件事同时发生是无意义的。 光信号可能是用来对时钟最合适的信号,但光速非无限大,这样就产生一个新奇的结论,对于静止的观察者同时的两件事,对于运动的观察者就不是同时的。我们设想一个高速运行的列车,它的速度接近光速。列车通过站台时,甲站在站台上,有两道闪电在甲眼前闪过,一道在火车前端,一道在后端,并在火车两端及平台的相应部位留下痕迹,通过测量,甲与列车两端的间距相等,得出的结论是,甲是同时看到两道闪电的。因此对甲来说,收到的两个光信号在同一时间间隔内传播同样的距离,并同时到达他所在位置,这两起事件必然在同一时间发生,它们是同时的。但对于在列车内部正中央的乙,情况则不同,因为乙与高速运行的列车一同运动,因此他会先截取向着他传播的前端信号,然后收到从后端传来的光信号。对乙来说,这两起事件是不同时的。也就是说,同时性不是绝对的,而取决于观察者的运动状态。这一结论 否定了(确切的说应该说是突破了) 牛顿力学中引以为基础的绝对时间和绝对空间框架。 相对论认为,光速在所有惯性参考系中不变,它是物体运动的最大速度。由于相对论效应,运动物体的长度会变短,运动物体的时间膨胀。但由于日常生活中所遇到的问题,运动速度都是很低的(与光速相比),看不出相对论效应。 爱因斯坦在时空观的彻底变革的基础上建立了相对论力学,指出质量随着速度的增加而增加,当速度接近光速时,质量趋于无穷大。他并且给出了著名的质能关系式: E=mc2 ,质能关系式对后来发展的原子能事业起到了指导作用。
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“应帝王” 内篇 第七《庄子》译注
huchangbo 2009-4-25 22:41
  《应帝王》以义名篇。应帝王的应是指万物适宜而我也适应。帝王是指不去自任帝王而统治天下。本篇主旨是庄子的社会政治观点。《应帝王》主要由两个部分构成的:   啮缺问于王倪、肩吾见狂接舆和天根游于殷阳三段为一部分,说明治理社会有为不如无为,批判了有为的法治政治,宣扬了顺物自然的无为政治。由:阳子居见老聃,郑有神巫日季咸、无为名尸和南海之帝为倏四小段组成一部分。主要说明有为之害和无为之好。   这种无为的政治主张,继承了老子的无为而无不为的思想,批判了各家各派的政治观点,也反映了没落阶级无能为力的状况。   啮缺问于王倪(1),四问而四不知(2)。啮缺因跃而大喜(3),行以告蒲衣子(4)。蒲衣子曰:而乃今知之乎(5)?有虞氏不及泰氏(6)。有虞氏,其犹藏仁以要人(7);亦得人矣(8),而未始出于非人(9)。泰氏,其卧徐徐(10),其觉于于(11);一以己为马(12),一以己为牛;其知情信(13),其德甚真,而未始人于非人(14)。      (1)啮缺问于王倪一事,见于《齐物论》。   (2)四问:一问知物之所同是乎?二问知子之所不知也。三问物无知也。四问知利害乎?   (3)跃而大喜:高兴地跳起来。   (4)蒲衣子:《淮南子》作技衣子。传说中尧时贤人,舜曾拜他为老师并要把帝位让给他,他没有接受。   (5)而:你。乃:才。   (6)有虞氏,指舜。泰氏:泰通太,太昊,伏牺氏。   (7)藏仁:指心怀仁义。要(yāo):结。   (8)得人:得人心。   (9)非人:指物而言。未始出于非人:没有超出物的牵累。   (10)徐徐:缓慢的样子。   (11)于于:迂迂的借字,迂缓的样子。   (12)一,不分物我。   (13)知,通智,理智,情:情感。信:真实。   (14)未始入于非人:未曾陷入外物的牵累。      啮缺请教王倪,问四次而四次回答说不知道。啮缺因此高兴地跳起来,走去把这件事告诉了蒲衣子。蒲衣子说:你现在知道这件事情吗?有虞氏赶不上泰氏。有虞氏,他象似心怀仁义以交结人,虽然也能得到人心,然而从未能跳出外物的牵累。泰氏,他睡觉时躺下缓缓慢慢;他醒来时优柔自得,不分物我以自己为马,以自己为牛。他的理智信实,他的德性纯真,他未曾陷入外物的牵累。   肩吾见狂接舆(1)。狂接舆曰:日中始何以语女(2)?肩吾曰:告我:君人者以己出经式义度(3),人熟敢不听而化诸(4)!狂接舆曰:是欺德也(5);其于治天下也,犹涉海凿河而使蚊负山也(6)。夫圣人之治也(7),治外乎(8)?正而后行(9),确乎能其事者而已矣(10)。且鸟高飞以避矰弋之害(11),鼷鼠深穴乎神丘之下以避熏凿之患(12),而曾二虫之无知!      (1)肩吾、接舆:注见《逍遥游》。   (2)日中始,人名,肩吾的老师。   (3)君人者,统治臣民的入,义:通仪。经式义度:均指法度。   (4)孰:谁。化:教化,诸:同乎、呢。   (5)欺德:虚伪不实的道德。   (6)涉海、凿河、使蚊负山:指三者都是不可能做到的。   (7)治,治理。   (8)治外:统治别人,治理别人。   (9)正:正己,自正。行:推行,行教化。   (10)确,确定。   (11)矰弋(zēngy):带有丝绳射鸟的短箭。   (12)鼷鼠:小鼠。深穴,打深洞。神丘:社坛。熏:烟熏,凿:挖掘、凿穿。      肩吾见到狂接舆。狂接舆说:日中始跟你说了些什么?肩吾说:他告诉我:统治臣民的人颁布自己制定的法度,臣民谁敢不听从而受教化呢!狂接舆说:这是虚伪不实的德行;他这样去治理天下,就好象涉海不自量,凿河徒劳,使蚊子背山不合情理一样。圣人治理夭下,难道治理别人吗?先是正己而后才能推行教化,使人们做一些确实能做到的事情罢了。况且鸟高飞以逃避短箭的祸患,小鼠在社坛的下面打深洞以避免烟熏和挖掘的祸患,你们连这两个小虫子也不如吗!   天根游于殷阳(1),至寥水之上(2),适遭无名人而问焉(3),曰:请问为天下(4)。无名人曰:去(5)!汝鄙人也(6),何问之不豫也(7)!予方将与造物者为人(8),厌,则又乘夫莽眇之鸟(9),以出六极之外(10),而游无何有之乡(11),以处圹埌之野(12)。汝又何帠以治天下感予之心为(13)?又复问。无名人曰:汝游心于淡(14),合气于漠(15),顺物自然而无容私焉(16),而天下治矣(17)。      (1)天根:假设的人名。殷阳:殷山的阳面。   (2)蓼(liǎo)水:河名。   (3)适,恰巧。遭:碰到。无名人:假设人物,喻指圣人、至人、神人、真人。   (4)为:治理。   (5)去:离去,离开。   (6)鄙人:指鄙陋的人。   (7)不豫:不快。   (8)予:我。方将:正要。为人:交游,为偶。   (9)厌:厌烦,乘:驾。莽眇之鸟:可大可小的鸟,指道。   (10)云极:夭地四方。   (11)游:遨游。无何有之乡:虚无的境界。   (12)圹埌(kunglang):辽阔矿荡。   (13)汝:你。帠(y):通寱,梦话,指问为天下而言。感,摇撼,动摇。   (14)游心于淡:心虚无事。   (15)合气于漠:气静不扰。   (16)顺物自然:顺从物的规律。无容私,不能容纳主观成见。   (17)天下治矣:这里说的是帝王之道并非如此。      天根在殷山的阳面游玩,走到寥河的边上,恰巧碰到无名人而且向他请教,说:请问怎样治理天下?无名人说:离开,你这个鄙陋的人,为什么问这使我不痛快的问题呢!我正在和造物者为偶,厌烦时,就乘轻盈虚无的鸟,飞翔到六极之外,邀游于虚无的境界,在广阔圹荡的地方生活。你又何必用力天下这种梦活来撼动我的内心呢?天根又向无名人请教。无名人说:你要使心虚静无事,气静不扰,顺应自然的规律而不夹杂主观成见,而天下也就大治了。   阳子居见老聃(1),曰:有人于此,向疾强梁(2),物彻疏明(3),学道不倦。如是者,可比明王乎(4)?老聃曰:是于圣人也,肯易技系(5),劳形怵心者也(6)。且也,虎豹之文来田(7),猿狙之便执..之狗来藉(8)。如是者,可比明王乎?阳子居蹴然曰(9):敢问明王之治(10)。老聃曰:明王之治,功盖天下而似不自己(11),化贷万物而民弗恃(12);有莫举名(13),使物自喜(14);立乎不测(15),而游于无有者也(16)。      (1)阳子居:人名入即杨朱,道家学派的人物,先秦古书中多称他为杨子或阳生、阳子居,杨朱,魏国人,主张为我。《孟子尽心》上说的杨子取为我,拔一毛而利天下不为也,《韩非子显学》说:今有人于此,义不入危城,不处军旅,不以天下大利,易其胫一毛。《吕氏春秋不二》说阳生贵己。皆指杨朱。   (2)向疾,敏捷。强梁,强壮膘悍。   (3)物:鉴物。彻:透彻。疏明:疏通明达。   (4)明:贤明。明王:指圣王。   (5)胥:胥吏,易:变更行事,亦即易吏。技:一种技艺。系,系累。   (6)劳形:操劳形体。怵心:扰动心神而不得安宁。   (7)文:通纹,花纹。来:招来。田:田猎。   (8)猿狙:注见《齐物论》。便:敏捷,执:捉住。..(i):狸。藉:绳系,拘系。   (9)蹴:惊恐的样子。   (10)敢问,请问。   (11)功盖天下:功德覆盖天下。似下自己:好象不归于自己。   (12)化:教化,化育。贷:施、放。侍:依赖,倚仗。   (13)有:得到。莫:无法。举:称举。一名:表白。   (14)自喜,各得其所。   (15)立:站在。不测:不可识测。   (16)无有:虚无。      杨朱见到老聃,说:在这里有这样一个人,他聪敏强悍,对事物看得透彻明白,学道勤奋不倦。象这样的人,可以和贤明圣王相比吗?老聃说:以这样的人与圣人相比,就象胥吏不断变更治事为技艺所累,操劳形体扰动心神一样。况且虎豹的花纹招来田猎,猿猴因为敏捷,狗因为会捉狐狸才招来系上绳索,象这三种动物也可以和明王相比吗?杨朱惊恐他说:请问到底什么叫明王之治?老聃说:明王治理天下,功德覆盖天下,好象不归自己;化育万物而人民并不感到依赖他;得到功劳不去称举表白,使人各得其所,而自己却站在不可识测的境地,与虚无之道同游。   郑有神巫曰季咸(1)知人之死生存亡(2)祸福寿夭(3)。期以岁月旬日(4),若神(5)。郑人见之(6),皆(,) 弃而走(7)。列于见之(,) 而心醉(8),归,以告壶子(9),曰:始吾以夫子之道为至矣(10),则又有至焉者矣(11)。壶子曰:吾与汝既其文(12),未既其实(13),而固得道与(14)?众雌而无雄,而又奚卵焉(15)!而以道与世亢(16),必信(17),夫故使人得而相汝(18)。尝试与来(19),以予示之(20)。明日,列子与之见壶子(21)。   出而谓列子曰:嘻!子之先生死矣(22)!弗活矣!不以旬数矣(23)!吾见怪焉(24),见湿灰焉(25)。列于人,位涕沾襟以告壶子。壶子曰:乡吾示之以地文(26),萌乎不震不正(27)。是殆见吾杜德机也(28)。尝又与来。明日,又与之见壶子。出而谓列子曰:幸矣,子之先生遇我也!有瘳矣(29),全然有生矣!吾见其杜权矣(30)。列子入,以告壶子。壶子曰:乡吾示之以天壤(31),名实不入(32),而机发于踵(33)。是殆见吾善者机也(34)。尝又与来。明日,又与之见壶子。出而谓列子曰:子之先生不齐(35),吾无得而相焉(36)。   试齐,且复相之。列子入,以告壶子。壶子曰:乡吾示之以太冲莫胜(37)。是殆见吾衡气机也(38)。鲵桓之审为渊(39),止水之审为渊,流水之审为渊。渊有九名,此处三焉。尝又与来。明日,又与之见壶子。立未定,(40)自失而走(41)。壶子曰:追之!列子追之不及。反,以报壶子曰:已灭矣,已失矣,吾弗及已。壶子曰:乡吾示之以未始出吾宗。吾与之虚而委蛇(42),不知其谁何(43),因以为弟靡(44),因以为波流,故逃也。然后列子自以为未始学而归,三年不出,为其妻爨(45),食豕如食人(46)。于事无与亲,雕琢复朴,块然独以其形立。纷而封哉(47),一以是终。      (1)神巫:占卜巨灵的巫者。季咸:神巫的名字。   (2)知:测知,预测。   (3)寿夭:长寿短命。   (4)期:预言。   (5)若神:如神。   (6)之:他,指季咸。   (7)弃之:抛弃他。走:跑。   (8)列子:列御寇,心醉:醉心于季咸。   (9)壶子:名林,列子的老师。   (10)夫子:先生,指壶子。至:至极,最高。   (11)又:更。   (12)与:授予,既:尽,文:表面,现象。   (13)实:实质。   (14)而:通尔,你,下同。固:岂。   (15)奚:何,怎么。卯:生卵,引申为生育。   (16)亢:通抗,较量。   (17)信,通伸,表露。   (18)相:相面。   (19)与来:带来。   (20)以予示之:把我指给他看。   (21)之:与他,指与季咸。   (22)子:你。先生:老师。死:要死。   (23)不以:不用。   (24)怪:怪异。   (25)湿灰:甚于死灰的灰。   (26)乡(xiang):刚才,地文:地貌。   (27)萌:萌动。震:震动。正:修正。   (28)是:此,殆:大概,杜,闭塞,机,动。   (29)瘳(chOu):病愈。   (30)杜权:闭塞中有权变。   (31)天壤:大地,示以天壤:表示出大地间的生气。   (32)名,名誉、名声。实:实利。不入,指不入于心。   (33)踵:脚后跟。   (34)善,好生,病愈。机,气机。   (35)不齐:不定。   (36)无得:没法。   (37)大冲:阴阳二气均衡的虚静状态,莫胜:没有偏胜。   (38)衡:平衡。   (39)鲵(ni):雌鲸,在此凡指大鱼,桓:逗留。审:停聚。   (40)立未定:指季咸未站稳。   (41)失:通佚,逃走。   (42)委蛇(wēy):随便应付,随从自然。   (43)不知:指季咸不知,其:壶子自指。谁何:怎样一个人。   (44)弟靡,随顺的样子。   (45)爨(cun):烧火做饭。   (46)食(s):给入或动物吃东西,食豕:喂猪。   (47)纷:纷烦的事务。封:坚守。      郑国有一个神巫,名叫季咸,能测知人的生死存亡,吉凶祸福,寿命长短,预言的年、月、旬、日如神。郑国人见到他,都抛弃他而逃跑。列子见了却心醉如痴。回来,便告诉壶子,说:原来我以为先生的道术是最高的,现在又有一个更高的了。壶子说:我教你的尽是现象,没有教你实质,你怎能得道呢?多是雌鸟而无雄鸟,又怎能生出蛋呢?你以道术与社会较量,必然表露出来,所以才让人家看清了你的面相。你把他请来,给我相一面。第二天,列子和季咸一起来见壶子。   出来对列子说。唉!你的老师要死了,不能活了!不会超过十天了。我看他形色怪异,精神萎靡得象湿灰了。列子进屋,痛哭流涕,泪水沾襟,把季咸的话告诉给壶子。壶子说:刚才我显示给他的象地文地貌那样的寂静,静中有动,象山没震动又没修正一样,这大概是他见我关闭了生机。你和他再来一次看看。第二天,列子又和季咸来见壶子。季咸出来对列子说:幸运呵!你的老师遇见我了!有好转了,完全有活的希望了,我看到他闭塞的生机有了变化。列子走进屋,把季成的话告诉给壶子,壶子说:刚才我显示的是天地间的生气,名实都没放在心上,而生机则发于脚后跟,他大概看到我有一线好转的生机了。你和他再来一次看看。第二天,列子又和季咸一起来见壶子。季咸出来对列子说:你的老师神情不定,我没法给他相面。等他安定之后,再给他相面。   列子进屋,告诉壶子。壶子说:刚才我显示的阴阳二气的虚静状态没有偏胜。他大概见到我均衡的机兆。鲸鱼逗留之处成为深渊,止水之处成为深渊,流水之处成为深渊。渊有九种,我给他看的只有三种。你和他再来一次看看。第二天,列子又和季咸一起来见壶子。季咸脚跟还没站稳,就自行逃跑了。壶子对列子说:追赶他!列子没追上,返回来,把情况告诉给壶子,说:已经没影了,已经跑掉了,我也追不上了。壶子说:刚才我显示的没有超出我的大道。我跟他随便应酬,使他不了解我究竟是什么样的人,随顺外物的变化而变化,好象随波逐流一样,所以他逃跑了。从此以后,列子认为自己什么也没有学到,便回家了,三年不出家门。给他的妻子烧火做饭,喂猪如同侍奉人一样,对事物无亲无疏,除掉修饰,返回质朴,安然地把自己的形体立于世间,在纷烦的事物中不失去自己的常态,终身如此而已。   无为名尸(1),无为谋府(2):无为事任(3),无为知主(4)。体尽无穷(5),而游无朕(6);尽其所受乎天(7),而无见得(8),亦虚而已(9)。至人之用心若镜(10),不将不迎(11),应而不藏(12),故能胜而不伤。      (1)无为,不作。名,名声。尸:主,载体,无为名尸:指因物则物各自当其名而言。   (2)谋府:智囊机关。   (3)事任,承担工作。无为事任,让物台个自任。   (4)知主:智巧的主宰。   (5)体:本体。尽无穷:无穷无尽。(6)无朕,没有开始,没有迹象。   (7)尽其所受乎天:享尽他所禀受的天性。   (8)无见得:不自见其有所得。   (9)虞,指至德不得,无私无己的心境。   (10)若镜:纯客观的反映。   (11)不将,已去的不跟去。不迎:未来的不欢迎其来。   (12)应:反映。不藏:不保留痕迹。      不要做名声的载体,不要做谋策的机关;不要承担任何事、情,不要做智巧的主宰。本体是无穷无尽的,而邀游开始没有迹象;用尽它所禀受的天然本性,不要以为自己得到了什么,只不过是虚无罢了。至人的用心好象镜子,照过的不去送,未照的不去迎,现在照的也不留痕迹。所以能够经得起考验而不受损伤。   南海之帝为倏(1),北海之帝为忽(2),中央之帝为浑饨(3)。倏与忽时相与遇于浑沌之地,浑沌待之甚善(4)。倏与忽谋报浑沌之德(5)曰:人皆有七窍以视听食息(6),此独无有,尝试凿之。日凿一窍,七日而浑沌死。      (1)倏(shū):同儵,虚设的神名。   (2)忽,虚设的神名。   (3)浑沌:虚设的神名。   (4)待,款待,之:他们,指倏、忽。甚善:特别好。   (5)谋报:商量报答。之:的。   (6)七窍,耳目口鼻七个孔穴。视:看。食:吃喝。      南海的帝王叫倏,北海的帝王叫忽,中央的帝王叫浑沌。倏和忽时常在浑沌的地方见面,浑沌款待他们特别好。倏和忽共同商量报答浑饨的美德,说:人们都有七窍用以看、听、吃喝、呼吸,唯独浑沌没有,我们试着给他凿成七窍。一天凿成一窍,凿到七天浑沌就死了。 转自: http://hi.baidu.com/oooiiooo/blog/item/e297b63428aa1bb5d0a2d39a.html
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伟大的虚无飘渺:以太学说
热度 1 大毛忽洞 2007-7-15 01:11
伟大的虚无飘渺:以太学说 以太的历史告诉我们:把研究课题确定在一个子虚乌有的基础上,并不可怕,可怕的是缺乏科学思想、科学精神和科学方法。 如果中国的科学家能像研究以太的物理学家那样,真正认真地研究虚无飘渺的“经络学说”,那么,我们可以得到什么呢?请看虚无飘渺的以太为科学带来了什么。 爱因斯坦(1879-1955)的相对论是本世纪最辉煌的科学成就,然而相对论的诞生却与被遗弃的以太概念密切相关。以太即使够不上是相对论的“母亲”,也至少是相对论的“催生婆”。 “以太”一词出自希腊语,法国哲学家笛卡儿(1596-1650)曾提出过到处充满以太的宇宙模型,并认为以太是一种看不见、摸不着的物质。物理学家曾把以太当作电磁波的载体,并苦苦探索了30多年,最后结果证明,以太根本就不存在。 以太的提出纯粹是一种虚无飘渺的科学假说,其对物理学的影响在上世纪初达到最高峰。 为了探测以太,科学家们提出了许多问题,比如,以太的密度多大?以太有无质量?以太对物体运动有没有阻力?这些问题都非常难于回答。电磁波是一种横波,而传播横波的媒介必须很硬,但行星在以太中的运动又看不出受到阻力的现象,这使物理学家们感到很难办。 更困难的问题是以太漂移问题。如果以太真存在的话,那么最好是假定它相对于太阳静止,而相对于地球运动,因为只有这样才能很好地解释光行差现象。所谓光行差现象,就是在地球上用望远镜观察遥远的任一颗恒星,发现在地球轨迹的不同位置上,用以观察的望远镜方向在一年内有周期性的变化。如果以太相对于地球运动,那么,科学家就可以通过某种方式探测出来。1879年,著名英国物理学家麦克斯韦(1831-1879)提出了一种探测方法:让光线分别平行和垂直于地球运动方向等距离地往返传播,平行于地球运动的方向所花费的时间将会略大于垂直方向的时间。1881年,美国物理学家迈克尔逊(1852-1931年)依此原理设计了一个极为精密的实验,未发现任何时间差。1887年,迈克尔逊再度与美国化学家莫雷(1838-1923年)合作,以更高的精度重复实验,得到的依然是“零结果”。 显然,从“探测以太漂移”来看,迈克尔逊的实验是失败的,但是迈克尔逊的实验工作为爱因斯坦相对论的诞生创造了条件。迈克尔逊也因为这些出色的工作荣获1907年诺贝尔物理学奖。 为了解释迈克尔逊实验的“零结果”,1889年爱尔兰物理学家菲兹杰拉德(1851-1901年),提出了物体在以太风中收缩的假说,他认为,在运动方向上,物体长度将会缩短,以致我们无法在光学实验中探测出以太漂移的迹象。1892年,荷兰物理学家洛伦兹(1852-1928年)也独立地提出了收缩假说,并且给出了著名的洛伦兹变换(注:爱因斯坦狭义相对论中的时空坐标变换公式就是洛伦兹变换公式)。洛伦兹变换公式使相对于以太运动以及相对于以太静止的两种坐标系均满足同样形式的麦克斯韦方程,使经典物理学保全了形式上的完美。 1905年,爱因斯坦发表了题为“论动体的电动力学”,举世闻名的相对性原理(即相对论)从此诞生。爱因斯坦曾多年思考以太和电动力学问题。迈克尔逊实验的“零结果”向爱因斯坦表明,光速在不同惯性参照系和不同方向上都是相同的。基于这样的事实,爱因斯坦明确提出了光速不变原理。此外,爱因斯坦从同时性的相对性这一点作为突破口,建立了全新的时间和空间理论,并在新的时空理论基础上给出动体的电动力学以完整的形式,根本不需要以太概念,更不存在以太漂移问题。由此看来,迈克尔逊实验的“零结果”正是一次成功的实验,因为,以太本身就子虚乌有,以太漂移就更虚幻了。 以太的历史似乎昭示人们:把研究课题确定在一个子虚乌有的基础上,并不可怕,可怕的是缺乏科学思想、科学精神和科学方法,虽然以太没有找到,却找到了相对论。在科学探索中,只要科学思想、科学精神和科学方法到位,即使花不开,也会柳成荫。
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