16.經驗和狹義相對論

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狹義相對論在多大的程度上得到經驗的支持呢?這個問題是不容易回答的,不容易回答的理由已經在叙述斐索的重要實驗時講過了。

    狹義相對論是從麥克斯韋和洛倫茲關于電磁現象的理論中衍化出來的。

    因此,所有支持電磁理論的經驗事實也都支持相對論。

    在這裡我要提一下具有特别重要意義的一個事實,即相對論使我們能夠預示地球對恒星的相對運動對于從恒星傳到我們這裡的光所産生的效應,這些結果是以極簡單的方式獲得的,而所預示的效應已判明是與經驗相符合的。

    我們所指的是地球繞日運動所引起的恒星視位置的周年運動(光行差),以及恒星對地球的相對運動的徑向分量對于從這些恒星傳到我們這裡的光的顔色的影響。

    後一個效應表現為,從恒星傳播到我們這裡的光的光譜線的位置與在地球上的光源所産生的相同的光譜線的位置相比确有微小的移動(多普勒原理)。

    支持麥克斯韋-洛倫茲理論同時也是支持相對論的實驗論據多得不勝枚舉。

    實際上這些論據對理論的可能性的限制己達到了隻有麥克斯韋和洛倫茲的理論才能經得起經驗的檢驗的程度。

     但是有兩類已獲得的實驗事實直到現在為止隻有在引進一個輔助假設後才能用麥克斯韋-洛倫茲的理論來表示,而這個輔助假設就其本身而論(亦即如果不引用相對論的話)似乎是不能與麥克斯韋-洛倫茲理論聯系在一起的。

     大家知道,陰極射線和放射性物質發射出來的所謂&beta射線是由慣性很小速度相當大的帶負電的粒于(電子)構成的。

    考察一下此類射線在電場和磁場影響下的偏斜,我們就能夠很精确地研究這些粒子的運動定律。

     在對這些電子進行理論描述時,我們遇到了困難,即電動力學理論本身不能解釋電子的本性。

    因為由于同号的電質量相互排斥,構成電子的負的電質量在其本身相互排斥的影響下就必然會離散,否則一定存在着另外一種力作用于它們之間,但這種力的本性到目前為止我們還未清楚。

    如果我們假定構成電子的電質量相互之間的相對距離在電于運動的過程中保持不變(即經典力學中所說的剛性連接),那麼我們就會得出一個與經驗不相符合的電子運動定律。

    洛倫茲是根據純粹的形式觀點引進下述假設的第一人,他假設電子的外形由于電子運動的緣故而在運動的方向發生收縮,收縮的長度與成正比這個沒有被任何電動力學事實所證明的假設卻給了我們一個在近年來以相當高的精确度得到證實的特别的運動定律。

     相對論也導緻了同樣的運動定律,而無需借助于關于電子的結構和行為的任何特别假設。

    我們在第13節叙述斐索的實驗時也得出了相似的結論,相對論預言了這個實驗的結果,而無需引用關于液體的物理本性的假設。

     我們所指的第二類事實涉及這樣的問題,即地球在空間中的運動能否用在地球上所做的實驗來觀察。

    我們已在第5節談過,所有這類企圖都導緻了否定的結果。

    在相對論提出以前,人們很難接受這個否定的結果,我們現在來讨論一下難以接受的原因。

    對于時間和空間的傳統偏見不容許對伽利略變換在從一個參考物體變換到另一個