《原子钟实验和μ子衰变时间观察证伪狭义相对论》

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1、《原子钟实验和μ子衰变时间观察证伪狭义相对论》incinc(XiaCheng)xc7979@gmail.com　　摘要：现今几乎所有的相对论教材或宣传资料中都将Hafele-Keating实验（原子钟实验）和运动的μ子衰变时间延长（μ子“寿命”延长）的观察作为对狭义相对论的实验支持，然而，实际情况恰恰相反，本文通过严格的理论分析阐明这个实验和观察不但不能支持狭义相对论，而是证伪了狭义相对论。　　关键词：Hafele-Keating实验　原子钟实验　μ子（Muon）衰变时间　证伪狭义相对论一）原子钟实验１）实验结果

2、　　原子钟是目前世界上已知最精确的计时装置，美国的时间和频率标准就是源自一台名叫NISTF1的铯喷泉原子钟，它在6千万年里误差不超过1秒，铯133则被普遍地选用作原子钟[1]。　1970年，Hafele在理论上论证了利用环球航行的原子钟检验该效应的可能性[2]。1971年十月，Hafele和Keating携带四只铯原子钟进行了称之为Hafele-Keating的实验[3]。该实验简要结果如下[4]：飞行后的原子钟时间减去地面的原子钟时间（单位：纳秒，即10-9秒）向东飞行向西飞行理论预言时间膨胀-184±1896

3、±10引力效应144±14179±18总的结果-40±23275±21四只原子钟的实验结果原子钟（编号）120-57277原子钟361-74284原子钟408-55266原子钟447-51266平均值-59±10273±7　　上述实验总的结果表明，加上广义相对论的因素，运动的原子钟所表示的时间确实会慢，而且慢的程度与狭义相对论的理论预言接近。为庆祝Hafele.Keating实验25周年，铯原子钟的诞生之地英国国家物理实验室重复了当年的实验。他们携带一个原子钟从伦敦飞到华盛顿，之后返回。理论预言它将与留在实验室的

4、铯原子钟相差39.8纳秒，实验结果是39.0±2纳秒[5]。２）实验结果及结论分析现今几乎所有的相对论教材或宣传资料中都认同Hafele.Keating的实验结果，即在误差范围内，实验结果与相对论理论预言符合。并认为英国科学家的重复实验在更高的精度上验证了相对论的预言。　　一个有效的或确切的物理理论，一定会反映出真实的物理实质规律，不应该用模棱两可的说法去解释客观的物理现象。基于上述实验结果，并在尊重这个精确物理实验验证的基础上，有理由认为这个实验从二方面证伪了狭义相对论：　　１）狭义相对论的相对性原理不成立如果

5、狭义相对论是正确的，那么，就必须抛弃绝对长度和绝对时间的观念。狭义相对论所预言的“时慢”效应这个实验中被相对论者毫无疑问地认为是相对运动速度快或相对运动系的某种绝对性的结论。由此，可以得出一个重要结论：即狭义相对论所预言的“时慢”效应是不可能在相对静止系（或相对运动速度慢）中出现的；或者，当相对运动系（或相对运动速度快）中的时间测量与相对运动速度慢或相对静止系（或相对运动速度慢）时间测量比较时，有一个绝对的“时慢”量，这个“时慢”量是相对运动速度快或相对运动系所特有，该Hafele.Keating实验结果是一种非

6、相对性的（或可逆的）效应－－“绝对时慢”的实验结果，这就否定了狭义相对论的相对性原理。　　２）狭义相对论的“尺缩”效应不成立　因为狭义相对论的“尺缩”效应与“时慢”效应是不能同时成立去解释任何实验结果，在该实验过程的飞行期间，虽然没有时时刻刻与地面进行对钟比较，但基于“时慢”效应是确定的，所以，可以间接说明狭义相对论的“尺缩”效应不能在飞行期间成立，因此，该Hafele-Keating实验说明狭义相对论的“尺缩”效应不成立。二）μ子（Muon）的衰变时间１）粒子的衰变及狭义相对论的解释粒子的衰变就是粒子在一定的时

7、候会自然的变成其它的粒子的过程。如中子，在一定的时候它会衰变成质子和电子等。而很多的基本粒子，都有一定的寿命，也就是在一定的时候它会衰变成其他的粒子。其中，π±介子的寿命大致为2.6×10^-8秒，即π±介子经过一亿分之一秒就衰变成了其他粒子。一亿分之一秒，从我们日常生活中习惯了的时间概念来讲，是不值一提的；但在微观世界里，它却不能忽视，相反倒是个不太小的数字。在大量能自动衰变的基本粒子中，能活上一亿分之一秒的算是相当长寿的。　μ子（Muon），又称渺子，是一种轻子。μ子为宇宙中的π介子衰变时产生。它的半衰期为2

8、.2微秒，主要的衰变模式为一电子、反电子中微子和μ子中微子。由于产生的μ子接近光速，因此在狭义相对论中的时间膨胀效应之下，μ子衰变时间延长，使μ子有机会到达地球表面。这也被认为是证明相对论效应存在的经典证据[6]。一个经典的狭义相对论解释是：狭义相对论推测出的移动时钟的时间膨胀现象，并且，都用介子衰变观察实验来验证，即：我们能够在接近地面探测到于大气层上层产生的介子。如果