用实验突破相对论

　　用实验突破相对论
　　一、时间观和空间观
　　根据本知论哲学（见哲学著作《自在论》）原理，时间是实在化空间的系统化和序列化的结果。序列标记物一般选取运动周期相对稳定的参照物，所以时间只是一种空间现象，应以空间来解释时间而不能将时间绝对化或实在化。时间基本单位是以铯原子两个超精细能阶间跃迁辐射振荡9,192,631,770个周期的持续时间作为1秒；空间长度基本单位是将光在真空中1/299,792,458秒的时间内所通过的距离作为一米。如果确认光子运动一样遵循牛顿第一运动定律，光子做惯性运动，这样看起来似乎空间单位还是以时间单位为基础的，这不是以时间决定空间吗？其实不然，虽然目前人们对铯原子振荡周期的决定因素还没有确切的研究结果，但我们起码可以肯定的是，这个振荡周期仍然是一种空间现象，只是它表现出比其他参照物运动特别稳定的周期性，所以被人们作为标准时间序列标记参照物。这种空间现象仍然可继续进行深入的探究，我们还可以发问，铯原子的两个超细能阶间的跃迁辐射振荡周期又是由什么决定的？这个振荡周期是不是就是永恒的？现在的科学研究显示，这种表现稳定的序列参照物却并不能保持永恒一致的特性，精确的原子钟在太空旅行一段时间后，人们发现其时间变慢了，而且旅行时间越长变慢得越多，这说明其表现为振荡周期的时间节律并不是绝对恒定的。
　　人们从运动物体上测量各种光速所得到的结果一致，当然这是利用目前最为精确的原子钟测得的结果。不论速度测量采用什么方法，人们都是根据距离除时间而计算得出速度值的，光速也是这样测量和计算得出的结果。既然作为序列参照物原子钟的时间在运动中会变慢，那么我们在运动时测光速的时间段就会相应变小，而目前测得的光速不变这个事实就可以说明，在运动物体中测光速时测得的光走行距离也应同比例地缩小，这样才能确保实测的光速一致。虽然目前还没有在运动物体上测量空间关系变化的数据，但从原子钟变慢和光速不变这两个测量事实中，根据速度计算公式我们就可得出相对运动的惯性系中的物体空间距离即空间密度变小的结论。因空间密度变小，测量仪器所测得光走行距离变小，原子钟振荡周期变慢即时间节律变小，而且两者同比例变化，所以两者相除后得到光速不变的计算结果。
　　二、实验设计原理
　　我们可将速度变化使空间密度缩胀现象理解为是产生加速度的外力作用于惯性系内物体的结果，被加速的物体在被加速的方向上被施加了一个作用力，使物体内空间密度被压缩，被减速的物体相当于已被压缩的空间密度被释放，时间的变化是因物体的空间缩胀而表现出来的一种现象。光速不变是光速测量结果的不变，是因惯性系的空间和时间同步变化而导致的。
　　如果在惯性运动的高铁上，在平行和垂直于加速度两个方向上，放置两个仪器分别测量原为同一长度的空间距离。因为平行于加速方向摆放的测量仪器的空间长度被压缩，而垂直于加速方向的测量仪器的空间长度将会保持不变。只要能测得同一惯性系内原两个相同的空间距离在加速后光所走行的时间值不同，我们就可证明在运动后两者的空间距离不同，因为惯性系内时间统一，从而可证明测量的光速不同。根据做相对运动的惯性系空间长度变化量，我们也就可据此推算出空间密度因子，又根据所测得的相对运动速度可计算出空间密度因子的理论值，再将两者进行对比验证，就可知道空间密度因子计算公式的推导是否正确。
　　三、实验装置设计
　　在高铁上做实验，高铁运行速度按97..2m/s（约350km/h）计算。为了测得在高铁匀速运动时的两个相互垂直方向的仪器空间距离变化，就必须测得光的走行时间。实验采用手持型微型铷原子钟计时器，该原子钟的最大频率偏差范围为5E-11 5E-12（注：科学记数法，表示5乘以10的负12次方）。如原子钟的频率准确度最大偏差按5E-11计算，那么相对应的光子走行距离最大测量偏差值就是：
　　S= 2.99792458E11 5E-11
　　=14.9896
　　15mm
　　高铁运动时速按97.2m/s计算，根据空间密度因子计算公式（见《自在论》第二章第四节）可得：
　　β β= 1/（1－v/C）
　　=1/（1－1 97.2/299792458）
　　β 1.00000016214925
　　本次为实验设计了两套不同的装置，均可用来测量验证超光速是否可能和空间密度因子推导结果是否正确：
　　1. 一体方案
　　制造一个长宽高为1 1 0.2m密闭的分为二层（二层高均为0.1m）的长方体钢箱。在一层钢箱的宽度方向装上两面相互平行且与长度方向垂直的反光镜，两镜之间的反射距离均为1m（误差范围为0.01mm），在一个镜子两端分别装上引入和引出光线的装置。在钢箱的另一层的长度方向上也同样装上这样的一套装置。
　　钢箱每层的两面反射镜之间的距离按1m计算，则在高铁按97.2m/s速度运行测量期间，根据空间密度因子计算公式，理论上两个方向反光镜之间的空间距离之差值约为1.621E-4mm。而光的走行距离测量偏差最大值约为15mm，为了达到测量精度要求，只有使光在两反射镜之间多次反射，通过增加测量期间光所走行的距离，测量两仪器中两反射镜之间距离的变化量。如果将入射光线与法线的夹角调为0.5秒，则光在两平行的反射镜间的走行距离可放大412529.61倍。从理论上讲，两个仪器的光走行距离之差就可从1.621E-4mm放大到66.87mm，铷原子钟的最大15mm测量距离误差就可基本满足测量要求。如果在时速800km/h的飞机上实验，则两个方向的光走行距离之差从理论上讲可从3.71E-4mm放大到153.0mm；如果在时速120km/h的汽车上实验，则两个方向的光走行距离之差从理论上讲可从5.559E-5mm放大到22.9mm，原子钟15mm的测量误差使人难以看出两者的距离差别。
　　2. 分体方案
　　制造二个长宽高均为1 0.3 0.2m密闭的长方体钢箱。在每个钢箱的宽度方向装上两面相互平行且与长度方向垂直的大反射镜，两镜之间的反射距离为1m（误差范围为0.01mm）。在每个钢箱两反射镜之间放置二个可小角度转动的、与大两反射镜呈450夹角的、相互平行的两个小反射镜，一个小反射镜（A）将激光发射器发射过来的激光反射到一个大反射镜上，另一个小反射镜（B）则将另一大反射镜反射过来的激光反射到接收光线的感应器上。
　　同样在350km/h时速运行的高铁上做实验，两大反射镜间距离亦按1m计，同样需要通过多次反射增加光走行的距离。如果将光的走行距离通过反射增加到6E5m，则两测量仪器的反射镜间光的走行距离之差值就可放大到约1m，约是测量距离最大偏差值15mm的66倍。这个距离差值应控制在两倍反射镜间距以内，以避免一个仪器内的光因反射次数减少而提前到达，以至被少计时。
　　当小反射镜（A）离开两大反射镜间光反射路径时开始计时，至小反射镜（B）到达两大反射镜间光反射径路时（两小反射镜的机械控制部分可采用联动装置，以减少测量误差）的时间间隔为：
　　T=6E5/299792458
　　=2.00138E-3s
　　3. 两设计方案的优缺点分析
　　一体方案不需要机械操作控制计时，实验精度较高。但对反射镜的平整度和箱体尺寸有较高的精度要求，对光线的入射角控制精度要求也很高，调试难度大，对载体的稳定性要求亦很高。
　　分体设计方案对反射镜的平整度和箱体尺寸的精度要求较低，光线控制较易，对载体稳定性要求不是很高。但实验需要机械控制小反射镜的转动，误差不易控制，难以实现较高的实验精度。
　　四、实验结果数据预分析
　　物体在一个惯性运动方向上的空间密度是一致的，在空间三个维度方向，如果各自速度经过了不一样的变化，那么它们的空间密度就不一致。因为时间是空间三个维度整体的一个统一维度，时间是空间三个维度变化的总结果，所以它在空间三个方向上的任一点都是同一的。在这两个实验中，运动的高铁是一个惯性系，可将高铁上的时间视为统一的。
　　为便于研究，我们可将与加速方向平行的仪器视作洛伦兹变换中的惯性系S’，在不考虑S’系相对运动后，即可将原为一个方向的光的运动视为光在一个较短区段内的往复运动。另一与加速方向垂直的仪器原是与S’系一样的在高铁内的惯性系，因为垂直方向速度没有改变，所以它与S’系的空间密度不一致，因此我们可将之视为洛伦兹变换的惯性系S。因为与加速垂直的方向速度不变，所以可以将该方向视为与x轴同一方向。在实验中两个仪器记录的有光从发射到被感应之间的时间间隔 t1’（垂直于加速方向）和 t2’（平行于加速方向），以及相应的高铁运动速度v。
　　利用实验数据，我们可验证超光速是否可能和空间密度因子的推导是否正确。
　　1. 空间密度因子
　　仪器记录的数据 t1＂和 t2＂首先应剔除在地面静止测量时的差值。因为实验中光在做往复运动，而不是朝一个方向运动，所以可不考虑S’系以v速的相对运动，因为往复运动必有一个过程与相对运动速度方向相反。因此，实验可看作是利用光在两惯性系中分别对同一空间距离进行测量，在各自的坐标系中的光速都为C，则有：
　　β=C t1/(( C t2＂)/β)
　　β=β t1＂/( t2＂/β)
　　β= t2＂/ t1＂
　　因为时间与空间同比例变化，当光速相对于原惯性系不变时，在新惯性系内因为时间节律已改变，所以作为光速的尺子所测的距离相对于原惯性系也会随时间同比例变化，即以光速作为尺子的坐标系S’系和实物空间密度同比例变化，所以测得的空间距离数值C t2＂应除以β。
　　又通过实测的高铁运动速度可计算出相应时刻的空间密度因子：
　　β β =1 /（1－v/C）
　　通过两者比较就可验证空间密度因子计算公式是否正确。
　　2. 超光速
　　因为时间节律一致，如果认为光线在同一惯性系做惯性运动，那么通过光在高铁上所测的两个仪器的反光镜间的距离之差，应与地面上所测得距离之差一致。如果所测得的两者间距之差值不同，根据光速等于距离除以时间的公式，就可证明两个仪器中所测得的光速不相等。
　　因为垂直于加速方向仪器中的空间密度与S系一样，在 t1＂时间内光走行的空间距离就等于C t1，而它的时间节律又与S，相一致，所以在S，系的实测光速V＂应该为：
　　V＂-C t1/ t1＂
　　= C t1＂ β/ t1＂
　　= C β C。
　　3.洛伦兹因子
　　对于洛伦兹公式γ=x/（x＂ vt＂），x可以利用地面实测数据。公式中的x＂值，是以与x系相同的空间密度的尺子的坐标系得出的S，系中的值，这是件无法做到的事。vt＂中的v值是x系中的速度值，vt＂相乘后不能得到S，系中的距离值（参阅论文《用逻辑突破相对论》）。所以我们也就无法通过本实验数据对作为相对论基础的洛伦兹变换关系进行验证。
　　如果按洛伦兹因子计算公式，在高铁上一体实验方案两仪器的镜子之间的距离差值就应为2.162E-5mm，而测量的差值理论上应为67mm，两者差了6个数量级，不在可观察范围之内。