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垂直于均匀磁场运动的电子所受有效力与理论值之比值的数学推导 赵常德 (zyfnew@yahoo.com.cn) 上传2007.04
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摘要: 本文首先介绍了季灏先生的论文《关于电子Lorentz力和能量测量的实验》以及他给出的通过运算得到的 比值。然后,作者利用广义时空相对论的理论结果对季先生给出的比值进行了数学推导。结论是:季先生的实验结果是正确的。而 值的导出,再次证明了广义时空相对论的时空观念和理论结果是正确的。
关键词: 经典力学 狭义相对论 广义时空相对论 相对速度 绝对速度
2006年10月《中国工程科学》杂志刊载了季灏先生的论文《关于电子Lorentz力和能量测量的实验》 。该实验使用锶90电子源提供能量为0~2.274兆电子伏特的电子;使用能谱仪系统测定电子的能量;使用铁镍永磁材料构成的磁体提供近似均匀的可变磁埸,再配以低真空系统。电子的能量以标准源铯137和钴60定标,且在每改变一次磁埸时重复定标。电子的动量由电子运动轨道的曲率半经R直接计算。该论文给出磁埸强度分别为:0.0265特斯拉、0.041T、0.0633T、0.08T、0.121T 均匀磁埸下测量电子的动能和动量,数据列表,实验报告科学,完整。通过对实验数据的讨论分析和理论比较,季灏先生得出结论:“对相对论和经典力学中关于运动电子在均匀磁埸中受力不变的观点提出了质疑。针对现有的验证相对论中动量和动能关系的常见实验,通过实验发现改变磁埸强度后,结果并不符合相对论预言的动能---动量关系。实验进一步发现根据相对论的能量定标偏高。通过对实验结果的详细分析,证明了电子的能量和动量满足经典力学的动量和能量定义”。并且在论文的最后给出了电子的有效作用力与理论值的比率,即:
= ——(1)
这是“通过运算”得到的结果。
季灏先生的这个实验,以实际数据证明了在狭义相对论的运动方程中,物体运动时受力不变的假设是错误的。错误的原因在于与经典力学一样,狭义相对论也把相对速度V当成了绝对速度 ,实际上物体的一切力学特征(能量,动量,冲量,哈米尔顿量等)不是由相对速度V决定的,而是由其绝对速度 决定的。根据广义时空相对论一个带电粒子在均匀恒定磁埸中运动,所受到的有效力为 :
当 时有:
= ——(2)
而 =
故
= ——(3)
再由(2)式有: 及 ,有 ——(4)
可见(1)式与(4)式一样, ,都等于
结论:季灏先生所给出的比值是正确的。而 值的导出再次证明了广义时空相对论的时空观念和理论结果是正确的。
参考文献:
(1) 季灏 《关于电子Lorentz力和能量测量的实验》 中国工程科学 2006年第8卷第10期第60页-第65页
(2)夏烆光 广义时空相对论 北京:人民交通出版社 2003年1月 第230页-第231页
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