八：问题讨论：

1.多普勒频移与光的速度

要明白这个问题，需要对多普勒频移的原理进行探讨。

对于波动现象，有波源，媒质，测量者，已不是简单的两个物体之间的关系了，用简单的一元函数已不能完全表示了，需用二元或多元函数式来表示。对于光线来说，因不存在媒质，好像与其他波动不同，其实也适用波动的其他规律，我把它的波动性只看成是众多光子的群运动后，就与其他波动的性质一样了。光波极有可能是一条渐开线，在单方向看就等同于波动。

图一：（我用windows自带得画图画不出渐开线）图中直线为测量者的运动方向

。

对于波源，与媒质往往是相对静止的，也就是说，波源发出的波在频率与波长上可以看成是固定不变的，但在测量者来看，接收到的波在频率与波长是并不是固定不变的，而是随着测量者的运动速度而变化。测量着测量出了波长的变化或是频率的变化，就称为多普勒效应，（由于多普勒最先发现这种效应）。

从上图看，不只有纵向的多普勒效应，也有横向的多普勒效应。先拿纵向多普勒效应来分析，细分后，就是把一个波长的距离，让波动与测量者共同来分担，由于测量者相对波源的运动是有方向性的，就会有频率减少与增加两种情况，有时不这么说，而说是波长增加或减少了。真实情况是，波峰没有走完或多走了他应走的距离，就被测量者接收到了，这和同向运动与异向运动本质上是一样的。

有时对于测量者是不是运动是很难确定的，也不好确定波的媒介与测量者是不是相对运动，只感到这时测量的结果与原来测量的结果有差异，表现形式就是接收到的波峰数多了或少了。测量时是不会影响波源的发射的，也可以说发射的波的频率不变，变化的只有波长。在测量者看来，这种变化就是自身的运动结果，实际就是测量者与波源的距离缩短与加长。如果硬要说测量者与波源的距离没有变化，，那就是测量者要感到波速改变了，因为这时的波速是两者运动的合成。这就看测量者运动的方向来定。

对于光线，我认为用发射原理比较对，光线的波动性指的是所谓光子之间的群运动，光子是那样小，单个光子不可能引起我们的视觉。对于光速，我想了个简单的测量办法，就是分别在早晨与晚上测量光速，也不用什么特别仪器，只用一个叁棱镜就可，把测到的光谱与太阳光谱对照，从红移与紫移上就可以得出光速，因为速度=频率*波长，我们的测量不会影响太阳光的发射，变动的只是测量者在运动。如果大气层影响测量，那只有到人造卫星上去进行测量了。如图二

2. 回旋加速器中的速度讨论

对于相对论的实验验证问题，有许多实验可以讨论，现在讨论回旋加速器的问题。谈到回旋加速器的问题，我认为是最现实的问题。因为这个仪器正在使用着，不同的解释会出现不同的答案。那种方案比较节省费用，你会做出选择的。

如在回旋加速器中，行程是我们用我们的尺子量出来的，如果把它的速度看成是光速，回转半径越大，行程就越长，用的时间也就会多，事实是用的时间越来越少了，只有靠提前加给电场才能使它的动量增加，用爱因斯坦的狭义相对论来解释，就会有两个说法，其一：这个粒子把这段行程缩短了。其二：这个粒子把它的时间延长了。这样的解释必须使粒子的时空基准与我们的不同，我们怎样去了解它的时空基准？

我认为，带电粒子在电场中时。电场加给带电粒子的力是有方向的。当带电粒子从场外进入场中时，在临近电场极板处会有阻力。因此只有使带电粒子进入电场后再建立电场才会加速粒子。由于粒子是回旋运动的，加上的电场只能是断续的(因为加上的电场的周期是不相同的)，把这些粒子的运动速度看成超过光速，与用相对论的时间延长效应采取的方法是相同的，只不过用相对论的时间效应时，粒子与我们不能有同样的时间基准。

为什么这些粒子会在我们的眼皮底下把它的时间延长，或把这段行程变短，我们却毫不知情？用相对论却有两种不同的解释？而且这两种解释还不能同时出现？

为什么不能说它的速度比光速快？而且这样的解释是唯一的。

在对高能粒子的测量中，明明把它的速度看成超过光速后，就不会再有质量增加，时间延长，空间缩短这些现象，也就可以用牛顿力学的基本定律了。这就是对待测量用的仪器的看法，会不会是仪器的原因。

在［百度贴吧］的［相对论吧］中，我与南老师有几段对话。先择录在下边。（说明，这里大部分是我和南澳州老师的对话，以后加方引号的都是南老师的原话。）

南澳州老师说（以后简称南）：[我还是这个理：任何人都可以相信或不相信相对论，更可以仅相信自己的理论。但是要别人相信你的理论就不那么简单了:最低限度也要不仅能解释回旋加速器,还能解释直线加速器及对碰机吧.

除了相对论之外,目前我还没有看到能同时解释三种加速器的理论,更不用说别的实验了,这就是我相信相对论的原因。]

东方已晓（以后简称东）：我相信你的说法。在测量粒子速度的仪器没有指出有超过光速现象的条件下，敢不敢对仪器的测量提出疑问，是这个问题的关键。相信仪器的测量是准确的，你说的就是对的。只是用这种说法能不能进行操作，你没有关心罢了。

南：[东方已晓先生：实际情况是这样，在加速区通电时，不仅极板间的区域有电场，两极板外侧同样有电场，极板附近有电场，远离极板处同样也有电场，这是事实。正是由于这个原因才采用脉冲电压。否则采用直流电压就完了。费这个事干什么!

理论上要求刚好经过一个“周期”T，带电粒子(例如电子)刚好到达负极板上的小孔处，此时电子与负极同电势，当这个电子到达正极板小孔处时，电子获得的能量就是eV，其中V是加速电压.这与电场是否均匀无关，我想对此不应该有任何分歧.]

东：的确，对这些的看法咱们都是一致的，分歧在于:敢不敢承认有超光速现象，这些粒子走完加速器半周用的时间比光线走完同样的行程用的时间少，为什么不能说他的速度比光速快，而要说他把它的时间延长了。

我承认你的实验没有错，数据也是真实的，我就是想问问，这些粒子的动量能够增加，而速度的增加与能量的增加并不同步，到底问题出在哪里？因为动量的计算公式就是p=mv，动量测出来了，速度测出来了，只有质量m是个未知数，那么让质量改变一下，就可以省去深入研究的麻烦，何乐而不为？不知这样做后，原来对质量的定义还对不对？靠改变名词定义的方法是不是可取？

质量随着物体运动速度增加而增加的说法，也是一种无奈。因为人们不敢怀疑测量所谓基本粒子的速度的[速度选择仪]测出的数据。能量可以增加很多，速度只能增加很少，不让质量也随着增加就没有办法解释了。为了能够解释，只有这么办了。

如果爱因斯坦的理论不是为了解释自然，谁也不会对它感到兴趣。只有他的解释不能完全令人满意时，才会对他的理论产生质疑。狭义相对论对物质运动的解释全是似是而非的，为什么不能对他质疑？

我还是认为爱因斯坦是个伟大的物理学家，他只是在思维方法上走向了歧途。

南：[问题是绕O转动一周的时间(周期)必须满足

.............T=2πR/v =(2πM)/(qB).......(1)

如果不考虑相对论,右边都是常数,没有光速的事.并且实验事实是速度越大周期T越大.即使你考虑超光速,也解决不了这里的问题.考虑相对论后,由于质量与速度有关,

......M(v)=γm....(2)...其中M(v)是速度为v时的质量,m是静止质量 ]

东：事实真是你说得这样么？粒子的速度越大，周期不是越大了，而是加上电场的频率越大了。我没有亲自看过加速器，只是从教科书中了解一点。要么是你说错了，要么是教科书写错了，不可能既大又小的。

再说：（1）式真的没有速度么？πR/v是不是有速度？πm/(qB)表面上是没有速度了，用相对论的质增效应，质量m不是要随着速度增大么？再说电子作圆周运动的半径R也不是定值，虽然他们的差别很小。

南：[每半个轨道的半径R不同,速度不同，半个圆周长除以速度不就是半周期！半周期容易测量，半圆周长也容易测量，因此加速器内的速度是能测量出来的，用的还是速度的定义.不存在什么测量方法的问题.]

东：这里有个极简单的问题。就是粒子的回旋半径是增大了还是减小了？计算它的回转周期，有两种方法，一种是按经典物理学的方法，走完越大的半径用的时间越少，说明它的速度是增大了；另一种使用爱因斯坦的相对论说法，是这个粒子把它的时间延长了，所以用的时间就少了。我不知你喜欢哪种方法。

南：[按经典理解，对于固定的B，周期T就是常数.

按相对论理解，m与速度有关，T不可能是常数.]

东：如果把测出的速度值v进行一下变换，就是把测出的速度值乘以洛仑兹变换因子

γ=1/√(1-v^2/c^2)，得出的结果与相对论的结果是相同的，T也不是常数。

不同的看法导致不同的补救措施，经济效益问题值得重视。

用什么仪器进行测量？是测量速度或是测量动量？我看到，你说的动量比较好测量，但测出了动量为什么不能用经典力学的动量公式p=mv去计算速度，而要用爱因斯坦的动量公式去p=mv/√(1-v^2/c^2)算速度？是因为用经典力学的动量公式计算出的速度不符合相对论的公理么？

相对论的几个效应还是普遍的表现出来，还是让他有就有呢？具体就是时间延长效应，空间收缩效应，质增效应。时间延长效应与空间缩短效应是不能同时出现的，并且空间收缩效应只在运动方向上有显示。

爱因斯坦让不同的物体有不同的比较基准，也就是各有各的时间与长度。我们的时间没有变，变化的只是物体的时间。

他如果与我们用同一个参照系，他怎么会能把它的时间改变？

你是在实验室的参照系下观察的数据。原因就是速度的测量结果。用现在的仪器测量的速度没有出现超过光速的现象，而用这个速度值去进行物体运动的计算时，动量与能量守恒定律就会不再守恒，为了使这两个定律能够继续使用，可以设想质量随着速度进行变化，也可以设想时间与长度随着速度变化。不是也应该能设想速度的测量出现了错误么？设想速度的测量出现了错误，得出的结果只有一个，那就是有了超光速；用质量变化与时间变化与长度变化（即用相对论）来解释，是可以进行解释，但这些相对论效应是不会同时出现的，有选择的余地。相对论的效应中不是有个运动着物体的时间会出现延缓吗？这些粒子不是在运动着么，他的时间会不会延缓呢？为什么在加速器中可以不考虑这个效应？

南：[公式T=2πR/v=(2πm)/(qB)的关键在于左边的m/q与速度有关，而q与速度无关。当电子速度很大时。荷质比与速度有关是100年前(居里夫人时代)就已经发现，(比相对论出现还早，是什么关系当时并不清楚)并非相对论首创。1906年普郎克根据相对论两个假设，提出运动质量与静止质量必须,满足

.........M(v)=Mo/√(1-v^2/c^2)......(1)

人们马上想到：可以用(1)式检验相对论对或错!为此在1910年前后做了近20个实验，其中部分参考文献已经在【相对论验证实验系列】之二十五β粒子的荷质比中列出。

你们认为m/q与速度无关，现代人如何看咱不评论，但有一点是肯定的：这种看法连居里夫人都不同意(100多年前)，因为她曾经发现β粒子的荷质比与速度有关，正是这个原因，她才不敢说β粒子就是电子.]

东：这是你在荷质比那个帖子中提供的数据：

[v/c...............e/M(v)….…e/Mo

0.3173…......1.661......…1.752

0.3787…......1.630……...1.760

0.4281…......1.590……...1.760

0.5154…......1.511....…..1.763

0.6870…......1.283…...…1.767

对上面数据应该这样理解:：

第一列是电子的速度(以光速为单位) 。

第二列是速度为v时的电荷质量比的测量值 。

第三列是根据相对论有关公式推算出来的速度为零时的电荷质量比值.。

当电子高速运动时，其电荷质量比是第二列数据，可以看出:变化相当大! ]

东：当时的速度测量是不是有问题，没有人来怀疑，依据这些速度数值算出的质量数值变大了，因而出现了荷质比与速度有关的结论。你也表明，依据相对论还原出静止时的质量，荷质比并没有变化。我们不能强求古人认识我们认识到的问题，不然科学也就不会进步了。

重新看完这个帖的所有发言，只有你给出的荷质比的数据。你只给出前两组数据就行了，你又给出了第三组数据，虽然第三组数据是推算出来的，也让人一眼就看出来，荷质比并没有变化，是速度测量出了问题。如果你不给这些数据，我肯定会反推的。

南：[粒子物理学规定：关于微观粒子的荷质比，寿命，实验测量到的通常是速度为v时的荷质比与寿命，为了便于判别实验的准确度，一律要换算成速度为零时的荷质比与寿命。]

东：我还是要谢谢你，第三组数据应该由我来推算。这个数据既然是试验的要求，那么，能不能考虑，为什么会出现这种情况？

南：[这是相对论实验验证常用的方法，其中第二组数据就是实验时实际测量结果。实验是在电子速度不为零时进行的，根据相对论公式利用这些数据应该能推算出第三列，电子静止时的荷质比，把这组数据与电子静止时直接测量结果比较，如果两者一致，说明本实验验证了相对论的质速公式，如果不一致，说明相对论与实验矛盾，实验列出这组数据就是让读者自行判别数据的可靠性.(或相对论的可信性)。]

东：你说的实验我是相信的。我们选择参照系时，都是把这个参照系作为静止来看待的，现在存在一个问题，就是把测量出的速度带入已知的公式进行计算时，计算出的数据与预想的有了差距，那么是对仪器的测量结果重新进行审查，还是改变原有的物理概念的定义？具体就是质量的定义问题。在保持原有定义的情况下能不能进行解释？电学仪表给出的测量结果有许多都不是确切的，这个情况应不应该进行考虑？

我承认你说的[关于验证相对论的实验，已经被不同的小组多次重复，所用的仪器方法不尽相同，但是结果确实是相同的。]是事实。我只是对用相对论的解释能不能进行操作的问题研究中，提出了这个看法。

历史上也有类似的情况，那就是大家都知道的地心说。在地球上的人看来，太阳月亮及所有星星，都是围绕着地球转动的，那可不是一两个人这样看的。这也就是太阳中心说遭到反对的理由。哥白尼必定会遇到大的阻力，是可以想见的。

南：[不仅验证相对论的有关实验用电学仪表,大部分科学实验都广泛采用电学仪表,甚至体育比赛也采用电学仪表.如果电学仪表给出的测量结果真的像你所说的那样,怎么会有那么多人采用?

马上就要开奥运会,我们要用电学仪表计时(如100米赛跑),测距(如推铅球)如果电学仪表真有那么多问题,为什么奥运会我们还要采用电学仪表?]

东：物理试验中，关于电学仪表的问题，在测量速度较低的运动时，由于与光线传递信号的速度相差甚远，造成的误差还不是很大，所以那么多的电学仪表还在应用。要知道每种仪表都有它的适用范围，并不是随处都可以用的。

在研究粒子的运动时，由于粒子的运动速度可以与光的速度在同一个数量级，就不能不考虑光线传递信号造成的误差了。

我承认你的实验没有错，数据也是真实的，我就是想问问，这些粒子的动量能够增加，而速度的增加与能量的增加并不同步，到底问题出在哪里？因为动量的计算公式就是p=mv，动量测出来了，速度测出来了，只有质量m是个未知数，那么让质量改变一下，就可以省去深入研究的麻烦，何乐而不为？不知这样做后，原来对质量的定义还对不对？靠改变名词定义的方法是不是可取？

南：[经典力学认为:式中的质量m是常数,但是实验结果发现m与速度有关,在这种情况下,怎么办?是尊重事实还是怀疑仪器有问题?

换个仪器,换种方法还是那样,怎么办?再换再测.... ，换来换去还是那样,只要m是常数,怎么换都是矛盾,如果m不是常数,m按相对论变化,问题全解决了.在这种情况下,为什么就不能是m不是常数.不是要讲究不搞双重标准吗,真的这样对相对论这个理论也太不公平了吧.]

东：如果仪器的设计原理有问题，再多人也不会出现另外的结果。我说过，爱因斯坦是依据实验结果的，只是在解释实验时别出心裁。如果质量会随着速度增加，那就不是会无中生有了？

原来的质量不灭定律可是：物质不会消失，也不会增加，只会从一种形态转换为另一种形态。