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两种观点:经典物理学vs现代物理学

时间:2023-11-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:通过两个光子钟实验,我们可以列出两个不同的观点对此予以解释:观点A来自经典物理学,更接近牛顿对时间和空间的认知,但需要做出一定的修正,时间的测量值会因为速度而发生改变,当然还需要利用以太观念来解释光为什么能在空间中保持速度恒定;观点B来自现代物理学,对应的理论是爱因斯坦的相对论和相对时空观。对于第一个光子钟实验,我们可以应用两种不同的观点进行解释。

两种观点:经典物理学vs现代物理学

在这一章,我们介绍了相对论效应中的时间效应,也就是速度会让时间的流逝速度减慢。除了介绍这个物理现象,我们更试图去找寻时间效应背后的物理机制。

通过两个光子钟实验,我们可以列出两个不同的观点对此予以解释:观点A来自经典物理学,更接近牛顿对时间和空间的认知,但需要做出一定的修正,时间的测量值会因为速度而发生改变,当然还需要利用以太观念来解释光为什么能在空间中保持速度恒定;观点B来自现代物理学,对应的理论是爱因斯坦的相对论和相对时空观。

对于第一个光子钟实验,我们可以应用两种不同的观点进行解释。

·在修正的绝对时空观下,可以认为光子钟计时变慢的本质,是光子钟在计量上的变慢。这是由光子钟自身的运动导致其内光子在垂直方向上的相对运动速度降低引起的,这是一个机理明确的物理过程,是经典物理学的思路。

·也可以在相对时空观中引入变化的时间维度,认为飞船的高速度使得飞船所处的四维时空结构发生变化,时间维度发生了膨胀,导致时间流逝的速度变慢,这是相对论的思路。

但在第二个光子钟实验中,我们似乎只能应用观点B。只有爱因斯坦博士的相对论才能对这个结果进行解释,而牛顿的经典物理体系对其根本无从下手。

在这类与时间流速相关的问题上,现有的牛顿经典物理体系的确无法给出解释,这也是相对论体系能取代经典物理体系的一个主要原因。

其实,哪怕是在第一个光子钟实验中,如果我们研究的对象不是这个极简光子钟而是一块机械表,哪怕我们被明确告知这块机械表显示的时间同样会因为飞船的速度而变慢,我们依然没办法用牛顿的经典物理和绝对时空观对其做出解释。

然而,即便胜出,如前所述,相对论与相对时空观也不是一个绝对完备的理论。

所以,真的没办法对时间效应做出既合理又合用的完备解释吗?

请注意,这里有一个细节。(www.xing528.com)

如果仅仅是对第一个光子钟实验做出解释,经典物理学的观点其实相对完美也容易理解。我们只需像前人那样做出一个假设——假设以太存在,就可以从物理机制上解释为什么光在空间中的速度恒定,然后便可以说明为什么飞船的速度必然会影响光子钟的计量。

那么,我们有没有办法扩展这个认知,找到一个可以在绝对时空观中完美解释第二个光子钟实验甚至时间效应的机制?以及这个机制是否也能对相对论中的光速不变原理进行支持,从原理上解释为什么在任何惯性系内光速都是恒定的?

在1900年牛津大学的实验室中,第一阶段的讨论告一段落。速度的确会影响时间,以往的绝对时空观的确存在问题,但我们实在搞不清楚到底是时间的“流速”被改变,还是时间的“计量”被改变。

简单的休息后,接下来进入对第二个问题的讨论。

有人注意到,在第二个光子钟实验里,因为飞船的高速度,光子钟向下移动的速度减慢了,这也意味着组成光子钟的所有微小粒子向下移动的速度都减慢了。

所以,我们是不是能把关注点从无法把握的时间或者空间上移开,转移到具体的粒子上?

我们的第二个问题跟粒子的结构有关:

粒子要具备怎样的结构,才会发生第二个光子钟实验中的现象?

穿越回去的我们要注意,在1900年,对微观粒子的研究工作刚刚开始,人们刚刚知道原子中存在带负电的电子,这让我们在讨论这一问题时,需要回避现代物理学中的一些细节知识,尤其是量子论与现代粒子物理学中的特有认识。如果读者您熟悉这些相关内容,也请将它们暂时遗忘,就当进入了一个架空的宇宙。

让我们跟随会议进程,参与讨论,看看怎样的粒子结构才能满足我们的要求。

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