明确一下:τ(v)=γT.中的满足γ=1/(1-ββ)再开方,或γγ=1/(1-ββ).

记得上学时,体育老师教我推铅球,强调:出手角度是45度时能投得最远!这应该是事实.

这个事实可以验证牛顿力学的正确性,对此大概没什么争议.
如果有人说:这个事实可以验证相对论的正确性!也没什么不可以.(当然本楼不会找这类例子.)

上面列举的众多奇异原子中,最先发现,也是研究得最多的是μ原子,μ子轨道比其它电子轨道小的多,因此可以不考虑其它电子对μ子的影响.也就是说:μ原子光谱应该与类氢原子光谱相似.

若按经典处理,μ子动能pp/2m,按相对论处理,动能E=[m(v)-m]cc.其中
m(v)是动质量,m是静质量.两者的差就是考虑相对论时引起的相对论修正.即使用半经典理论也能计算出这个修正.实验可以测量出μ原子光谱,求出相对论修正.整个验证过程与实验20.几乎相同.

既然如此,为什么要在这里介绍这些奇异原子?

大家知道:中子是30年代初期发现的,中子发现后,给理论与实际带来了十分巨大的冲击.

理论方面:解决了原子核组成问题.即用质子,中子模型代替原来的质子+电子模型,...但是留下的问题更多.例如自由中子寿命是T=930秒,这是中子速度为零(或十分接近零)时自由中子的寿命,当中子高速运动时,从地球看来,寿命变长了.实验23.列举的就是当时的实验结果.

现在换一个角度看,就算上面所说的都对,寿命真的变长了.到底能有多长,能长到τ(v)=930年吗?甚至再长点例如10000年如何.与地球的年龄相比,10000年太短了!从地球形成开始就存在氧(16),它由8个质子,8个中子组成.这些氧(16)不知存活了多少世代了.也就是说:如果承认自由中子寿命不长,又如何解析原子核内的中子寿命实际上是无限大这个事实!

接362楼:

实验发现:β衰变时出来的β粒子就是电子,这是从原子核出来的,这是事实.现在你说原子核由质子+中子组成,没有电子的份!你又如何解析β衰变
---从原子核内发射出电子!有人认为:这简单,把中子看成由质子及电子组成,即

中子=质子+电子?

问题即可解决!经研究发现:上述看法不成了!原因是这个看法违反了能量守恒及角动量守恒.以角动量守恒为例,这三个粒子的自旋都是1/2,左边中子自旋是1/2,而右边两个粒子的自旋之和只能是0或1,不可能是半整数.1/2!这些问题还没有说清楚,二次世界大战爆发了!

战后,人们接受了下面的看法:质子,中子都是核子,是核子的两个不同的状态.核力把它们束缚在原子核内.原子核到底有多大?核子在核内如何分布?这些问题成了(粒子物理)战后首要的研究课题.实验24.介绍的原子及奇异原子,能提供原子核内部的信息,这是实验研究这些奇异原子的原因.我们也希望把讨论延伸到原子核内.因此介绍这方面的实验.另外实验24.也提供一些实验验证理论时,常常采用的一些技巧.这些技巧值得介绍.

接363楼:当原子序数Z逐渐增大时,μ原子半径减少,核半径增大.理论与实验都预言:如果两者相等,μ子就要掉进核内.一旦μ子掉进核内,如果核子分布是平均分布,则作用在μ子上的力就是弹性力,μ子的运动是谐振动,其能级是等间距的,而在核外,其能级与类氢原子相似.

重核形成的μ原子,实验拍到了等间距的光谱线.说明核半径及核内核子均匀分布的说法成立.

对μ原子,核大小的影响不能忽略,当考虑了核大小引的修正,相对论修正后,实验与理论符合的相当好.

谢谢楼上吧友.

在日常生活中我们可以随手拿来一个现象验证牛顿力学的正确性.如果对相对论也能这样,问题就解决了.本帖子将向这个方向努力!

希望能得到您的支持,提供一些新实验,支持相对论.

实验25.直线加速器 

下图是1931年劳伦斯建造与具体使用的原理图.图中标号为1,2,3,4,...表示被加速粒子的漂移管,粒子在管内运动时不被加速.从前一个管到后一个管的区域是加速区.用高频电压加速粒子.为了保证同步,粒子必须在指定时间到达此区域.为了方便不妨不计算粒子通过加速区的时间.设加速电压的周期是T,则第i根管子的长度Li是(按经典力学) 

.....................Li=v(i)T...........(1) 

由于粒子的速度v(i)逐渐加大,因此漂移管的长度也应该逐渐加大. 

速度小L短.......漂移管长Li=v(i)T................速度v(i)大L长
.......----...-----...------...-------...--------...--------- 
粒子流⊙...
.......----...-----...------...-------...--------...--------- 
.........1......2........3.........4........5..........6 
 
这是最早期的加速器原理.速度很低时,基本与实验一致.当能量增加,因而速度变大时,上述原理失败.实际工作中发现:当能量很大时,漂移管长度L必须是常数.实际工作宣告经典力学在这个领域失效!

具体到电子,按经典物理计算,当能量达到0.25MeV时,电子的速度就已经是光速了.当电子能量是1MeV时,电子速度v=2c.加速管长就应该是0.25MeV时的两倍.但是实际并非如此!

这是一个间接支持质量速度公式的实验.一具体计算
ΔE=Δ(mvv)/2=vvΔm/2+mvΔv
即可看出,第一项起主要作用.间接验证质量速度公式!

这是一个整体.任何一环出问题都不成.以直线加速器为例,也可以说:实验支持了粒子的速度不能比光速大!

接268楼:

早期直线加速器采用电容器加速,由于极板距离很短,因此加速阶段的时间可以忽略.现代直线加速器多采用波导管加速带电粒子,采取波导管长度与飘溢管长度相同.

考虑成本等原因,加速高能粒子常分成两个阶段.先用回旋加速器(或感应加速器)把粒子加速到适当的能量(通常是百MeV数量级),然后再把这些粒子注入直线加速器.直线加速器的波导管接上周期为T的高频交流电压.保证在电压为正半周时粒子处在波导管的加速区,当电压变到负半周时,粒子在漂移管内.设计要求管子长度 

.................L=cT/2

上式说明:当粒子速度十分接近光速时,即使再加速,粒子的速度还是上不去.直线加速器既验证相对论的粒子速度不能大于光速,同时也验证了相对论的质量速度关系的正确性.

任何物理理论都是相对真理.牛顿力学在低速(其实也可以说低能)是成立,很好解析了实验,相对论在高速(高能)解析了实验.将来如果出现更高的能量,是否相对论会出问题?现在谁也说不清.

不过话的说回来,直到目前为止,还没有发现相对论明显的漏洞.

对377楼回复:

设想咱们两人都参加100米赛跑,你成绩是12秒,我是20秒.你可以说:我跑得快,我也可以说:我跑的慢.
问题是:我跑得快对?还是我跑得慢对?
局外人评论:可能都对,也可能都错.关键是这个<我>是谁了.

从μ子立场说:是距离变短了,寿命根本没有变;
从地球立场看:μ子寿命长,大气层的厚度根本没有变.

例如是指生物钟跳动的次数.无论谁看跳动的次数都一样.
关键是跳一次μ子自己看所需要的时间短,<别人>看时间长.这样从别人看来,寿命长了.