時間膨脹理論是世紀大謬誤，也是愛因斯坦的畫蛇添足之舉

——時間本質(zhì)與光速的關(guān)系之一

時間膨脹理論試驗結(jié)果分析

摘要

自狹義相對論誕生以來，對于時間膨脹理論，對于驗證這個理論的試驗，例如環(huán)球飛行原子鐘試驗，飛行μ子壽命延長試驗等等，絕大多數(shù)科學(xué)家都做出了其中的有利解釋，往往忽視，或者說無視其中的不利解釋。作者通過更為客觀合理的試驗分析，特別是完美時鐘試驗分析，得出了一個與現(xiàn)在物理學(xué)界公認的時間膨脹理論一個完全不同的結(jié)論：時間膨脹理論只是理論推導(dǎo)成立，現(xiàn)實中是一個謬論，是一個偽命題，就如同1×0=0，但是(1÷0)沒有數(shù)學(xué)意義一般。

1、引言

在時光函數(shù)所著科幻小說《銀河英雄》——弛宇轉(zhuǎn)第一部第三卷第七十六章《星際探寶》中，主人公秦弛與一位特殊生命體迪莉有一段關(guān)于運動速度與時間膨脹的對話。

……“大哥哥，你們家鄉(xiāng)一定有著關(guān)于速度愈大，時間將延遲膨脹的物理理論吧？”迪莉笑嘻嘻地問道。

“不錯！”秦弛回答了一句，臉上很是困惑，“難道不是嗎？”

“相對時間的膨脹理論實際上不存在，那是因為你們受到了數(shù)學(xué)理論的誤導(dǎo)。”迪莉回答道。

秦弛很是好奇問道：“誤導(dǎo)？那為什么運動的時鐘會變慢呢？”

“在你們所謂的時間延遲科學(xué)實驗中，你們計時器有著這樣或那樣的延遲現(xiàn)象，最主要的原因就在于你們的時間計時儀器太落后，沒有剔除運動質(zhì)量的增加以及空間尺度的縮短對時間計時工具本身產(chǎn)生的影響。”

“在粒子加速試驗中，粒子壽命延長又怎么解釋呢？”秦弛再次問道。

“在你們的粒子加速實驗中，你們只見到了粒子壽命的延長，而忽略了粒子運動質(zhì)量的增加以及粒子空間尺度的縮小對于粒子本身特性產(chǎn)生的影響。一旦粒子運動起來，此粒子已非彼粒子?！?/span>……

小說中那位小姑娘是胡言亂語，還是確有其事，我們可以通過一系列有關(guān)時間膨脹理論試驗分析得出具體的結(jié)果。

2、時間的定義和公理

時間是物理學(xué)中的七個基本物理量之一，符號。在國際單位制（SI）中，時間的基本單位是秒，符號，在1967年召開的第13屆國際度量衡大會對秒的定義：銫-133的原子基態(tài)的兩個超精細能階間躍遷對應(yīng)輻射的9,192,631,770個周期的持續(xù)時間。這個定義提到的銫原子必須在絕對零度時是靜止的，而且在地面上的環(huán)境是零磁場。在這樣的情況下被定義的秒，與天文學(xué)上的歷書時所定義的秒是等效的。生活中常用的時間單位還有：毫秒ms、分min、小時h、日（天）d、月m、年y等。[注解?]

時間公理設(shè)定：無論時間是否會膨脹或者壓縮，時間總是各向同性的。[注解?]

這個公理的意思就是，時間不會在一個方向上走得快，而在另外一個方向走得慢。

3、相對論中的時間觀念、公式和光速

3.1  相對時間公式：

  （1）

是物體靜止時的時間流逝的快慢，是物體的運動時的時間流逝快慢，是物體速度，c是光速。由此可知速度越大，物體時間走得越慢，當(dāng)物體以光速運動，物體的時間就不再流逝，從而時間停止。

3.2  相對長度公式

  （2）

是物體靜止是的長度，是物體的運動時的長度，是物體速度，c是光速。由此可知速度越大，物體長度越壓縮，當(dāng)物體以光速運動，物體的運動方向長度為0。

3.3  相對質(zhì)量公式

      （3）

是物體靜止時的質(zhì)量，是物體的運動時的質(zhì)量，是物體速度，c是光速。由此可知速度越大，物體質(zhì)量越大，當(dāng)物體以光速運動，物體的質(zhì)量為正無窮。

這條公式是經(jīng)過無數(shù)實驗檢驗過的，是客觀真實可靠的，在此不做贅述。

3.4  相對速度合成公式：

    （4）

兩物體速度是，，它們之間的相對速度就是。

3.5  質(zhì)能方程：

        （5）

質(zhì)量和能量本質(zhì)相同。這是狹義相對論的經(jīng)典推論，也是經(jīng)過實驗檢驗過的，在此也不做贅述。

3.6  光速

在相對論中，光速c是恒定的，不變的，在任何情況下都是299792458米/秒。也就是：=299792458米/秒

光速恒定不變是各種實驗檢驗過的，是經(jīng)得起考驗的，在此也不做贅述。

4、質(zhì)量空間尺度變化對計時影響的實驗分析

在一系列實驗之中，我們假設(shè)公式（1）、（2）、（3）、（5）都成立為前提。不過，在百年的歷史上，這四大公式中只有公式（5）和公式（3）得到實驗確實認證的，因此，本節(jié)“質(zhì)量空間尺度變化對計時影響的實驗分析”主要側(cè)重于研究質(zhì)量改變對時間的影響。

在原子鐘出現(xiàn)以前，我們地球人最初用的是沙漏計時，然后是擺鐘或者是鐘表，為了驗證質(zhì)量空間尺度的影響大小，我們就先做一些最原始的時鐘實驗——沙漏計時和擺鐘。

在做試驗之前，我們先設(shè)定兩個參照物。一個是靜止的地球，另外一個則是被“上帝”出手加速到約0.8660254038倍光速的地球，運動方向與南北極方向平行，我們稱這個地球為亞光速地球。這樣一來，將=0.8660254038代入相對論因子：    （6）

得到的結(jié)果約等于0.5，取值為0.5。

4.1  沙漏計時實驗。

靜止的地球半徑為,上面放置一個沙漏a，重力設(shè)定為go，時間流速設(shè)為to；在亞光速地球上設(shè)定兩個沙漏，一個沙漏b放在南極，時間流速設(shè)為,另外一個沙漏c則是放在赤道上，設(shè)為。

不考慮空氣的阻力和摩擦力，對沙漏計時影響最大的就是重力g，也就是時間流速t正比于g，即t∝g。

4.1.1  放置在南極的沙漏b

根據(jù)公式（3），可以得出亞光速地球質(zhì)量為靜止質(zhì)量的2倍,即；

根據(jù)公式（2），得出運動方向的地球半徑縮減為靜止?fàn)顟B(tài)的0.5倍，也就是一半，即，也就是。

代入萬有引力公式：  (7）

得到南極的重力g=8go

由于t∝g。，因此t1=8to，意味著靜止地球上的沙漏a完成1次計時，亞光速地球南極上的沙漏b就能完成8次計時；如果相對論時間存在，也就是公式（1）成立，時間將膨脹到靜止?fàn)顟B(tài)的2倍，那么t1依然是to的4倍，即t1=4to。

可以看出，在這個實驗中，即便是時間膨脹成立，但參照系的質(zhì)量和空間尺度的變化遠遠超過時間膨脹對計時器的變化影響。

4.1.2  放置在赤道上的沙漏c

放置在赤道的沙漏由于地球半徑不變，只需要考慮地球質(zhì)量的增加，如果相對論時間存在的話，to=t2。也就是說，靜止地球上的沙漏a同亞光速地球上擺放在赤道上的沙漏c計時完全一樣。

如果相對論時間不存在，那么t2=2to，也就是說，靜止地球上沙漏a完成一次計時，亞光速地球赤道上的沙漏c可以完成2倍的計時。

實驗4.1.1，4.1.2表明，參照系質(zhì)量的變化對計時器的影響極大，即便時間膨脹理論成立，也是無法用沙漏這樣的儀器來驗證的。

為了提升計時的精度，這次我們就試用擺鐘。

4.2  擺鐘實驗

同實驗4.1一樣，在靜止的地球上放置一個擺鐘a，時間流速設(shè)為to,鐘擺周期為To；在亞光速地球上設(shè)定兩個擺鐘，一個擺鐘b放在南極，鐘擺周期為T1,另外一個擺鐘c則是放在赤道上，鐘擺周期設(shè)為T2。

鐘擺周期公式：   （8） 

4.2.1  放在南極的擺鐘b

根據(jù)公式（3），可以得出亞光速地球質(zhì)量為靜止質(zhì)量的2倍,即；

根據(jù)公式（2），得出運動方向的地球半徑r縮減為靜止?fàn)顟B(tài)的0.5倍，也就是一半，也就是r=0.5ro。

根據(jù)公式（2），得出南極鐘擺的擺臂長度縮減為靜止?fàn)顟B(tài)的0.5倍，即。

根據(jù)公式（7），可以獲取南極方向的重力g是靜止地球的8倍，

即：g=8go

代入公式（8），得出4T1=To

如果相對時間成立，那么2T1=To

也就是說，靜止地球上的擺鐘計時1分鐘，亞光速地球上南極擺放的擺鐘已經(jīng)計時2分鐘。

以上情況表明，參照系質(zhì)量空間尺度的變化遠遠超過時間膨脹對計時器的影響。

4.2.2  放在赤道的擺鐘c

赤道上的地球半徑不變，擺鐘c的擺臂不變，也就是空間尺度不變，因此只需考慮亞光速地球質(zhì)量的改變。

由公式（3）、（7）、（8）可以得出：T2=To

如果時間不膨脹，那么擺鐘c走一分鐘，靜止地球上的鐘擺a才走42.426秒，也就是說，地球上的擺鐘應(yīng)該慢一些。

如果相對論時間有效，那么T2=To

兩個鐘的結(jié)果剛好倒過來。

由以上實驗4.2可以看出，由于空間尺度、質(zhì)量的改變，時間膨脹理論也難以驗證，因此，我們需要再次提升計時器的精度。這次，我們就采用原子鐘作為驗證時間膨脹理論的工具。

4.3  原子鐘實驗

在進行原子鐘實驗之前，我們先了結(jié)一下原子鐘的工作原理。

從時間定義“銫-133的原子基態(tài)的兩個超精細能階間躍遷對應(yīng)輻射的9,192,631,770個周期的持續(xù)時間”中，我們可以看出，原子鐘的原理歸結(jié)到底，還是一個或多個粒子之間的運動記錄。為了實驗分析的方便，我們特地先設(shè)置兩個粒子之間的運動關(guān)系。這兩個粒子可以是原子核與電子，也可以是原子與原子或者其他的具有穩(wěn)定狀態(tài)的粒子之間。

4.3.1   電子圍繞原子核旋轉(zhuǎn)計時

設(shè)定原子核a與電子b兩個粒子形成一個穩(wěn)定參照系，質(zhì)量分別為、距離，分別帶電荷和。電子b圍繞原子核a做勻速圓周運動，相對速度，繞行周期，它們之間之間通過庫侖力F相互作用，遵守動量守恒定律，每完成一圈就像外界發(fā)送一次信號作為原子鐘計時依據(jù)。相應(yīng)公式就是：

庫侖力公式：    (9)

離心力公式： （10）

計時周期公式：    （11）

假如，粒子a、b作為一個參照系被勻加速到0.8660254038倍光速，方向與粒子a、b組成的運動平面垂直，則式（6）的結(jié)果是0.5。

由于是穩(wěn)定系統(tǒng)，因此電磁力與離心力大小相等，也就是，方向相反，而電荷和并不會因為其他因素的改變而改變，原子核a與電子b之間的距離ro也不會改變。由于原子核與電子之間的萬有引力相對于電磁力而言實在太小，相差倍，、即便增加幾千上萬倍，依然可以忽略不計，因此在此不考慮原子核與電子之間的萬有引力。

因此得到：  （12）

其中速度是加速到亞光速后的電子繞行原子核的速度，而質(zhì)量是加速后的電子質(zhì)量。

將（12）式解開，得到：  （13）

根據(jù)公式（3），可以得出亞光速電子b質(zhì)量為原來質(zhì)量的2倍,即。將結(jié)果帶入（13）式，得出：  （14）

將（14）式帶入（11）式，得到：

其中T為運動參照系中電子環(huán)繞原子核的周期。

以上結(jié)果表明，當(dāng)a、b粒子組成的參照系被勻加速到0.8660254038倍光速時，即便時間膨脹不成立，即便是質(zhì)量的改變也會讓這種方式計時的原子鐘變慢，較靜止?fàn)顟B(tài)慢上倍。如果時間膨脹存在，原子鐘將會慢上倍。

推而廣之，當(dāng)原子核與電子形成的參照系依照速度勻速飛行時，不考慮空間尺度和時間流速的改變，即便質(zhì)量的增加，也會讓原子鐘變慢倍。

如果時間膨脹成立，以這種方式計時的原子鐘將比靜止?fàn)顟B(tài)慢上倍。

以上實驗分析也可以推廣到多個原子核和多個電子，或者由庫侖力推廣到整個電磁力。

接下來，我們要分析一個粒子自旋發(fā)出信號作為計時憑證的實驗。

4.3.2   粒子自旋計時。

假設(shè)粒子a質(zhì)量為,自旋周期為,靜止?fàn)顟B(tài)自旋角速度為。每自旋一周向外發(fā)射一個信號作為計時依據(jù)。遵循角動量守恒定律。

角動量守恒公式：   (15)

角速度公式：  （16）

當(dāng)粒子a被勻加速到0.8660254038倍光速，方向與粒子運動軸心方向平行，則式（6）的結(jié)果是0.5。

根據(jù)公式（3），可以得出亞光速粒子a質(zhì)量為靜止質(zhì)量的2倍,即。在半徑不變的情形下，將代入(15)式，可以得出：

其中是亞光速粒子a自旋速度。

將以上結(jié)果帶入（16）式，得到：

其中T為亞光速粒子a的自旋周期。

推而廣之，當(dāng)粒子a以速度運動時，不考慮空間尺度的變化，即便質(zhì)量的改變也會讓粒子自旋變慢倍。也就是說，采用這種方式計時的原子鐘，即便不考慮時間膨脹效應(yīng)，時間計時也會慢上倍。

如果運動時間膨脹存在，那么還將減慢為倍。

在現(xiàn)實中，原子鐘的計時原理還有不少，但大體狀況與以上兩種沒有本質(zhì)的區(qū)別，在此就不一一贅述了。

4.3.3   環(huán)球飛行原子鐘速率減慢實驗分析

1971年，美國華盛頓大學(xué)的哈費勒(J.C.Hafele)和美國海軍天文臺的理查德·基廷(Richard Keating)兩位物理學(xué)家作了環(huán)球旅行，并且測量了飛機上的4座原子鐘。得出的結(jié)果如下表所示：

表一：環(huán)球航行原子鐘試驗結(jié)果與理論預(yù)言的比較

通過以上結(jié)果，科學(xué)家們說，證實捕捉到了時間的伸縮性。

不過，結(jié)合本章原子鐘實驗4.3.1、4.3.2的試驗結(jié)果分析，我們可以得出這么一些淺顯的結(jié)論。

a、實驗的結(jié)果誤差太大，揭示驗證物理原理有限，不過可以很確切的說：運動速度快的原子鐘跑得慢。這個實驗驗證了狹義相對論部分理論的正確。

b、科學(xué)家們剔除了引力效應(yīng)，但卻沒有剔除原子鐘本身質(zhì)量甚至空間尺度的改變對計時的影響，這顯得有些不夠謹慎；

c、本實驗結(jié)果誤差太大，唯一能說明的問題是：運動中，對原子鐘影響因素太多，無法準(zhǔn)確驗證到底是質(zhì)量、空間尺度的改變造成計時延遲，還是時間本身的“膨脹”造成的結(jié)果，或者是引力磁場干擾造成的結(jié)果。

顯然易見，為了驗證《狹義相對論》中時間膨脹效應(yīng)，我們需要更加有力的計時工具。

現(xiàn)在，我們即將分析《狹義相對論》時間膨脹理論的天王山“鐵證”：飛行μ子壽命增長實驗。

4.4  飛行μ子壽命增長實驗分析

μ子是自然界的基本粒子之一，地球上的生物每時每刻都受到μ子的照射。后來，物理學(xué)家通過各種不同的方法對其進行了探測，得到其基本壽命為：（2,197.03±0.04）納秒。

宇宙射線在進入高層大氣時與大氣發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生大量的π介子。π介子壽命很短，會很快衰變?yōu)棣套?。由于μ子不參與強相互作用，只能通過弱相互作用衰變，因此它在大氣中具有較強的穿透力。

經(jīng)過一系列觀察試驗，人們發(fā)現(xiàn)μ子的“壽命”結(jié)果很好符合了公式（1），例如，以地球參考系進行測量，當(dāng)μ子以接近光速（0.998c）運動時，測得其平均壽命為34,000納秒，是靜止壽命的16倍。因此，飛行μ子壽命增長實驗成為《狹義相對論》時間膨脹理論的天王山“鐵證”。

在探討飛行μ子壽命增長實驗分析之前，我們先探討粒子衰變的實質(zhì)。

粒子的衰變實質(zhì)上是粒子內(nèi)部分裂的結(jié)果。對于飛行μ子，大致有兩種情形出現(xiàn)：一種是分裂力量持續(xù)作用超越臨界力造成的結(jié)果，可以類比于地球上的宇宙飛船逃逸，我們暫時稱之為“逃逸衰變”；還有一種是內(nèi)部持續(xù)產(chǎn)生熱能，當(dāng)溫度達到臨界溫度時，粒子就“崩裂”，我們稱之為崩裂衰變。

當(dāng)然，粒子內(nèi)部還有其他的衰變方式，不過，所有衰變都只能以粒子內(nèi)部的運動作為前提。

那么，以下將對這兩種具有代表性的衰變狀況進行分析。

4.4.1  超越臨界速度，逃逸衰變

設(shè)靜止?fàn)顟B(tài)的粒子a有分裂趨勢，預(yù)期分裂出去的b部分占取這個粒子的質(zhì)量非常小，b的質(zhì)量為，設(shè)定逃逸速度為,a粒子中持續(xù)作用在b部分的力量為F,這個力量也是恒定的，那么我們可以得出b分裂，或者是逃逸出去所花的時間是：

依照牛頓第二定律，公式：   （17）

得到：

由于從靜止加速到臨界逃逸速度，

所以a粒子衰變時間為：      （18）

由式（18）中可以看出，衰變時間同b部分的質(zhì)量成正比。

當(dāng)粒子a加速到速度時，F是不變的，按照公式（3），得出b部分的質(zhì)量 ，代入（18）

得出運動狀態(tài)時，粒子a衰變時間  

也就是說，即便不存在時間膨脹效應(yīng)，質(zhì)量的改變也會讓粒子a的衰變時間自動延遲，同時間膨脹效果完全一致。

當(dāng)時間膨脹成立之時，粒子a衰變時間為：

  （19）

從（19）式可以看出，如果飛行μ子以這種方式衰變，以接近光速（0.998c）運動時，如果時間膨脹理論成立，理論數(shù)據(jù)就不是16倍壽命，而是16×16=256倍壽命。顯然，實際測量與理論數(shù)據(jù)存在巨大“誤差”。

4.4.2  超越臨界溫度內(nèi)部崩裂

設(shè)靜止?fàn)顟B(tài)α粒子內(nèi)部有逸散能量，功率恒定是P,預(yù)期分裂成a、b兩個部分，功率熱轉(zhuǎn)換系數(shù)為k，分裂質(zhì)量分別為、，臨界崩裂條件就是將a、b兩個部分從加熱到攝氏度，為比熱，花費時間是.

根據(jù)熱力學(xué)第一定律，也就是能量守恒定律：

因此，各數(shù)據(jù)之間存在以下關(guān)系：

即   （20）

觀察（20）式，可以發(fā)現(xiàn)，在、、、k、P各要素不變的情形下，超越臨界溫度內(nèi)部崩裂花費的時間與成正比。

假定將靜止?fàn)顟B(tài)α粒子加速到v，此時的a、b的質(zhì)量為、，超越臨界溫度內(nèi)部崩裂花費的時間。

根據(jù)公式（3）可得：，

即     （21）

將以上等式（21）代入（20），得到：

從以上等式可以發(fā)現(xiàn)，在沒有時間膨脹的情形下，粒子質(zhì)量的改變導(dǎo)致這種情形下的粒子衰變時間延遲，而且同相對論時間膨脹結(jié)果幾乎完美一致。

通過以上4.4.1、4.4.2試驗分析，如果相對論時間膨脹存在，飛行μ子也以這種方式衰變，那么飛行μ子壽命增長不是倍，而應(yīng)該算上質(zhì)量改變對“壽命”的影響，也就是倍。

飛行μ子壽命增長實驗分析表明，導(dǎo)致飛行μ子壽命增長的因素可能有兩個，一個是質(zhì)量的改變，另外一個可能的影響是時間流速變慢效應(yīng)，也就是所謂的時間膨脹造成的結(jié)果。不過，造成飛行μ子壽命增長的客觀原因到底是質(zhì)量的改變導(dǎo)致，還是兩個因素都有，我們還需要進一步實驗分析。

5、完美計時工具

為了再次驗證時間膨脹理論，我們需要一種完美的計時工具。從以上實驗，我們可以得出這么一個結(jié)論，這種完美計時工具需要同時滿足以下兩個條件：

a、作為計時介質(zhì)的質(zhì)量不能受到運動速度的影響；

b、作為計時介質(zhì)的空間尺度不能受到運動的影響。

這樣的時鐘，我們可以將它稱為完美時鐘。

那么，世上有沒有完美時鐘呢？在這個世上，我們還是能夠找尋到這種完美時鐘的，那就是完美光子鐘。

6、完美的光子鐘與完美的時間定義

我們可以設(shè)計一個一米長的圓柱體封閉空間，其中一端設(shè)置一個激光發(fā)射器，兩端都能實現(xiàn)完美反射，然后再設(shè)置一個完美的接收器。那么發(fā)射一道激光束，激光束在圓柱體中每一次來回意味著2/299792458秒，這個速度也是恒定的，也就是說，一秒鐘完成149896229個來回，如此以來就成為最為理想的時鐘——完美光子鐘。

與此同時，為了在高速運動物體上更好的計時，我們可以調(diào)整完美光子鐘兩接收端的距離以及激光的發(fā)射角度，保證激光在光子鐘往返一次的距離是2米，而且保證激光在光子鐘內(nèi)實現(xiàn)完美反射并且不會“跑出”光子鐘。

有了完美時鐘，我們就可以進行完美的時間定義：光子在一米空間內(nèi)完成149896229個來回的持續(xù)時間為一秒鐘。

如此一來，我們這個時間定義應(yīng)該比1967年召開的第13屆國際度量衡大會對秒的定義，“銫-133的原子基態(tài)的兩個超精細能階間躍遷對應(yīng)輻射的9,192,631,770個周期的持續(xù)時間”還要精確簡單得多，而且不用考慮溫度變化以及是否有磁場影響。

為了讀者們方便理解，光速就取近似值30萬公里/秒。如此一來，一秒鐘內(nèi)，激光束將在完美光子鐘內(nèi)走上1.5億個來回。

7、完美光子鐘實驗及實驗結(jié)果分析

為了讓大家更好理解以后的試驗，在此將以往驗證時間膨脹理論的“經(jīng)典光子鐘”試驗選取一例。

7.1   驗證時間膨脹的“經(jīng)典光子鐘”試驗

在以往的光子鐘試驗中，都是觀察者站在地球上觀察飛船上的光子鐘。例如，一人假設(shè)懷抱光子鐘在地面，一人懷抱光子鐘乘上飛船。但是，地面的觀察者擁有“超能力”能看到飛船上你懷里所抱著的光子鐘。如圖（1）所示：

圖1：經(jīng)典光子鐘試驗

Fig.1.Classic photon clock test

如上圖（1）所示，地面上的觀察者看到的宇宙飛船上的光子飛行路線比地面上的要長。

整個實驗，實驗者是這么描述的。

“……當(dāng)我手上的光子鐘來回折騰時，你的飛船就會從A位置飛到B位置，那么我將會看到你手上那個光子鐘里面的光子走過的是一條斜線。這是顯而易見的，如果光子飛行的路徑在我眼里不是斜線的話，光子必定飛到光子鐘外面去了。現(xiàn)在我們運用光速恒定不變的原理來看一下，因為宇宙飛船上的光子飛行的路線比我手里光子的更長了，那么也就意味著，當(dāng)我手里的光子鐘‘滴答’一次的時候，飛船上的光子鐘還來不及滴答一次叻……”[注解③]

在筆者看來，這個試驗存在三處明顯的錯誤。

第一，在明知光速恒定的情形下，試驗者憑借自己的觀察而臆測飛船上光子的飛行路徑，這是不客觀的。這就如同再次重復(fù)“麥克爾遜—莫雷試驗”的“錯誤”一般。

第二，時鐘的變慢并不完全等于時間的變慢，這在筆者前面幾個試驗中已經(jīng)做出了相當(dāng)詳盡的分析，在此不贅述。

第三，對于光子鐘中光子的運行方向選擇，試驗者有意選取了對自己貌似有利的方案，并沒有采用“挑撥時差”的方式調(diào)整光子鐘的設(shè)置，保證光子能夠在時鐘內(nèi)實現(xiàn)完美反射和運作。

因此，我們可以得出這么一個結(jié)論，以往光子鐘試驗是片面的、不嚴謹?shù)?，這需要我們改進這個實驗。

7.2  嶄新的完美光子鐘試驗

我們這次使用的是完美光子鐘，自然就不用擔(dān)心光子垂直飛船方向飛行撞擊計時的有效性，也不必擔(dān)心“光子必定飛到光子鐘外面去”。而且，我們并不需要站在地球上“臆測”飛船上光子鐘的計時，而是直接乘上亞光速飛船觀察光子鐘的計數(shù)，然后返回地球?qū)Ρ炔榭锤鱾€光子鐘的計數(shù)差別。

我們現(xiàn)在設(shè)定地球為靜止參照系，上面設(shè)置有一個完美光子鐘做參照，稱作光鐘a；有一艘飛船以約0.8660254038倍光速遠離地球，飛船上攜帶有一個完美的光子鐘，稱之為光鐘。

7.2.1  光鐘接收端的距離以及激光發(fā)射角度調(diào)整

為了實現(xiàn)完美計時，光鐘需要調(diào)整一番，具體調(diào)整方案可以由以下推導(dǎo)得出。（如圖2）

由光速不變原理可以得出：  （22）

因此，  （23）

可以得出：   （24）

其中為兩接收端的垂直距離，為激光束從端飛行到端的距離。由于需要滿足激光束在兩端完成一次完美來回反射所飛行的距離是2米，因此，=1米，將之帶入（24）式，得出：

   （25）

根據(jù)正弦定律，可以獲得激光束飛行方向與飛船運動方向的夾角為：

   （26）

也就是說，當(dāng)光鐘激光束射出的角度滿足（26）式，兩個接收端垂直距離滿足（25）式時，光鐘能夠在飛船內(nèi)實現(xiàn)完美反射，而且保證每一次來回飛行的距離是2米。

將0.8660254038帶入（25）（26）式，得到：

米

米，即

即當(dāng)光鐘激光束射出方向與飛船運動方向的夾角為角，兩個接收端垂直距離為0.5米時，光鐘能夠在飛船內(nèi)實現(xiàn)完美反射，而且保證每一次來回飛行的距離是2米。

現(xiàn)在，我們再次回到試驗中。

按照時間公理，飛船上的時間流速各向同性。

如此一來，按照狹義相對論時間觀，飛船速度越快，時間流速越慢，也就是時間膨脹。將=0.8660254038c代入公式（1），得到：

  （22）

其中是地球靜止時間流速，是亞光速飛船上的時間流速。以上結(jié)果表明，地球上的時鐘走2秒鐘，飛船上的時鐘才會走1秒鐘。

按照狹義相對論理論，運動方向空間尺度將縮減，將=0.8660254038c代入公式（2），得到：

   （23）

其中就是靜止尺度，就是運動方向的空間尺度。結(jié)果表明，與飛船運動方向一致的空間尺度是靜止尺度的一半長。由于光鐘兩個接收端兩端是與飛船運動方向垂直擺放，因此不受這條理論的影響。但是，激光與飛船的平行運行方向空間尺度會不會受到空間尺度變化的影響呢？我們稍后再行分析。

7.2.2正式試驗分析

現(xiàn)在我們開始正式實驗，看一看完美光子鐘實驗結(jié)果會不會同狹義相對論推導(dǎo)出的結(jié)果相吻合。

由于公式（1）、（2）并沒有被實驗確實驗證過，因此，我們將分為四種情況進行分析。四種情況，也是四種假設(shè)分別是：“公式（1）成立（2）不成立”，“公式（1）不成立（2）成立”，“公式（1）（2）同時成立”、“公式（1）（2）同時不成立”。

7.2.2.1 公式（1）成立，公式（2）不成立。

公式（1）成立，意味著時間膨脹成立，而公式（2）不成立，意味著運動方向空間尺度并沒有改變。

公式（1）成立，意味著時間膨脹成立，意味著光鐘將會變慢，理論計算得出的時間將是地球光鐘a的一半，也就說，光鐘b中的激光實現(xiàn)完美反射的次數(shù)將只有地球上光鐘a的二分之一。

由于公式（2）不成立，意味著運動方向空間尺度并沒有改變，也意味著激光與飛船的平行運行方向的空間尺度不受影響。因此，按照光速不變原理，光鐘b中的激光實現(xiàn)完美反射的次數(shù)將與地球上的光鐘a完全一樣。如此一來就與以上第一種情形產(chǎn)生悖論。

因此第一個假設(shè)“ 公式（1）成立，公式（2）不成立”是一個偽命題，是不成立的。

7.2.2.2“公式（1）不成立（2）成立”

公式（1）不成立，意味著時間膨脹不成立，意味著兩個完美光鐘的顯示數(shù)值將完全一樣。

而公式（2）成立，意味著運動方向空間尺度會出現(xiàn)縮短，也就意味著激光與飛船的平行運行方向的空間尺度可能會受到影響，也就是光鐘b可能遭受影響，那分析結(jié)果又將如何呢？

由于光鐘兩個接收端兩端是與飛船運動方向垂直擺放，因此垂直距離不受空間尺度縮短的理論，如此一來，我們只需要了解光速的垂直分速度有沒有變化就行了。

觀察公式（23）： 

公式中，光速是一個衡量，也就是不變量，飛船運動速度也沒有任何改變，因此光速的垂直分速度也沒有任何改變。

也因此，數(shù)值也不會發(fā)生改變，也就是光鐘a與光鐘b的計時數(shù)不會發(fā)生改變，兩者完全一樣。

也因此，無論激光與飛船的平行運行方向的空間尺度是否受到公式（2）成立的影響，都不影響兩個完美光鐘的計時。

因此，第二種假設(shè)“公式（1）不成立，公式（2）成立”具有一定可能性。

7.2.2.3  公式（1）（2）同時成立

公式（1）（2）同時成立，意味著時間膨脹成立，運動方向空間尺度會出現(xiàn)縮短。

由于公式（1）成立，因此意味著時間膨脹成立，意味著光鐘將會變慢，理論計算得出的時間將是地球光鐘a的一半，也就說，光鐘b中的激光實現(xiàn)完美反射的次數(shù)將只有地球上光鐘a的二分之一。

而公式（2）成立，意味著運動方向空間尺度會出現(xiàn)縮短，也就意味著激光與飛船的平行運行方向的空間尺度可能會受到影響，也就是光鐘b可能遭受影響，那分析結(jié)果又將如何呢？

由于光鐘兩個接收端兩端是與飛船運動方向垂直擺放，因此垂直距離不受空間尺度縮短的理論，如此一來，我們只需要了解光速的垂直分速度有沒有變化就行了。

觀察公式（23）： 

公式中，光速是一個衡量，也就是不變量，飛船運動速度也沒有任何改變，因此光速的垂直分速度也沒有任何改變，也應(yīng)該是一個衡量。

也因此，無論激光與飛船的平行運行方向的空間尺度是否受到公式（2）成立的影響，數(shù)值不變，也就是都不會受到影響。

由于光速、飛船速度=0.8660254038c都不會受到公式（1）成立，也就是時間膨脹的影響，因此速度是恒定的，也不會受到公式（1）成立的影響。由于既不會受到公式（1）成立的影響，也不會受到公式（2）成立的影響，因此，數(shù)值是不變量，也就是說，光鐘a與光鐘b的計時數(shù)不會發(fā)生改變，兩者完全一樣。

如此一來，我們會發(fā)現(xiàn)，這與公式（1）成立產(chǎn)生的結(jié)果——時間膨脹理論產(chǎn)生了悖論，實際上是：相對論時間膨脹理論與相對論的基石——光速恒定產(chǎn)生了不可調(diào)和的矛盾。而光速恒定理論是經(jīng)過無數(shù)實驗所證明正確的、客觀的，因此，本次假設(shè)：公式（1）（2）同時成立也是一個徹頭徹尾的偽命題。

7.2.2.4  公式（1）（2）同時不成立。

由于公式（2）成立是可能的，因此這個結(jié)果也只是存在一定可能性。

8、最終結(jié)論

沙漏鐘擺試驗表明：質(zhì)量的改變以及空間尺度可能的改變對計時器的影響遠遠大于時間膨脹的影響。

原子鐘試驗表明：質(zhì)量的改變以及空間尺度可能的改變對計時器的影響依然不遜于時間膨脹的影響。

環(huán)球飛行原子鐘速率減慢實驗表明：速度快的原子鐘走得慢。

飛行μ子壽命增長實驗表明，導(dǎo)致飛行μ子壽命增長的因素有兩個，一個是質(zhì)量的改變，另外一個可能的影響是時間流速變慢效應(yīng)，也就是所謂的時間膨脹造成的結(jié)果。

完美光子鐘實驗表明：狹義相對論時間膨脹理論與狹義相對論的基石——光速恒定不變產(chǎn)生了不可調(diào)和的矛盾。而光速恒定不變理論是經(jīng)過無數(shù)實驗所證明正確的、客觀的，因此，時間膨脹理論是不成立的。

總結(jié)以上實驗分析，我們可以得出這么一個結(jié)論：以往所謂的運動物體時間膨脹壽命延長之類的現(xiàn)象只是運動物體質(zhì)量或者是運動物體空間尺度可能改變造成的結(jié)果，也是導(dǎo)致時間膨脹假象的根源，與時間的真實流速沒有半毛錢關(guān)系。

總之，時間膨脹理論是百年來人們對狹義相對論認識的謬誤，也是愛因斯坦本人的畫蛇添足之舉。

當(dāng)然，筆者并不能掩飾在論證過程中的證據(jù)不足，特別是對原子鐘工作原理、粒子衰變的分析有些簡單化了。相信，隨著粒子科學(xué)研究的深入，對于原子鐘工作原理以及粒子衰變的認識將會越來越客觀，也越來越會明白時間膨脹理論只是一個理論的推導(dǎo)，現(xiàn)實中是一個謬論，是一個偽命題，就如同1×0=0，但是(1÷0)沒有數(shù)學(xué)意義一般。

附錄：

[注解?]來自百度“時間”

[注解?]摘自《后相對論》張長太著，中國水利水電出版社，2011年11月出版，P102

[注解③]摘自《時間的形狀——相對論史話》,汪潔著，北京新星出版社，2013年6月出版，P78、79

參考目錄：

[1]2011[《后相對論》張長太著，中國水利水電出版社，2011年11月出版]

[2]2008[《狹義相對論》劉遼  費保俊  張允中  編著，科學(xué)出版社，2008年7月]

[3]2006[《時空與相對論》主編李頌，主審方靖淮，西安電子科技大學(xué)出版社，2015年6月1日]

[4]2013[《時間的形狀——相對論史話》,汪潔著，北京新星出版社，2013年6月出版，]