μ子认为:地球大气层才几百米,自己的寿命是(例如)生物钟跳100次.每次X秒.
地球人认为:大气层(例如)100公里,μ子的生物钟跳了100次,但是每次不是X秒,而是?X秒.其中?是一个十分大的数.

到底谁对?是否可以说:都认为自己对!

任何一个物理理论的正确性不是用实验证明的.实验没有办法严格证明物理理论的正确性.牛顿力学,电磁学,相对论都一样,没有例外.

实验只能验证理论是否正确.一个理论的价值既在于它能解析实验,更在于能指导实验.

本楼列举的实验都是在相对论(1905年)理论提出之后完成的.既可以说:这些实验验证了相对论的正确性,也可以说:相对论指导了相关实验的完成.这就是相对论的价值.

我们关心的是原子核的碰撞,按上面(经典)的说法,仅仅从能量角度,一台20keV的质子加速器轰击氢靶,与两台5keV的质子加速器制成的对碰机效果一样,有用能量都是10keV.制造两台5keV的加速器成本总比制造一台20keV加速器的成本低.因而对碰应该是合理的.

还是以氢原子为例.氢原子半径是质子半径的数千倍,从入射质子看到的两者面积比大约是10^9!还得说明,上面计算已经假定了氢原子之间是紧密连接的,中间没有间隙.如果有间隙,比值还要大.一个质子入射,击中原子核的机会就是1/10^9,即击中靶核的机会仅有10亿分之一.

这就是说:在微观领域考虑碰撞时,提高命中率是主要矛盾.

为了能击中靶核,可以把很多层氢原子摆在一起,由于层数十分大,击中的可能性就很高.这是直到上世纪60年代人们始终不考虑对碰机的主要原因.

能量越高,两个粒子就越靠近,就越能了解短尺度内的物理实际.因此理论与实验都要求制造能量更高的加速器.回旋加速器,感应加速器,直线加速器越做越大,加速管已经几公里长仍不满足,人们回过头重新研究对碰机.

应该说对碰机主要问题是碰不上.采用现代的强聚焦技术可以部分解决这个困难.人们重新考虑对碰机主要还是从能量上考虑.

人们发现387楼的经典处理有问题,例如在现有的对碰机上,相对论理论与实践都能证明:让两束能量为2.2GeV的高能电子对碰,其作用与一台能量为19000GeV的电子加速器与静止电子碰撞一样!当中的道理其实爱因斯坦早在1905年就已经给出,现在仅仅是把人家的理论翻出来,用来设计对碰机,并且取得成功.仅此而已!

可以认为对碰机验证了相对论理论,也可以认为:相对论理论指导了对碰机的设计,并取得了成功!

在地球上的人实验测出:大气层的厚度是100公里,μ子在大气上层诞生,能够到达地面,其寿命τ>100公里/光速.

μ子认为:自己的寿命就是T=2.2微秒(10的负6次方秒),μ子能到达地面说明从大气层到地面的距离L<cT=(大约)660米.

本楼所列实验,除了天文现象就是微观现象.原因在于:常遇到的宏观物体运动,速度都不大(相对地球),此时经典力学是十分好的近似,相对论与经典力学所得结果相同;

微观粒子运动,动量常常很大,即使你不关心它的量子效应,也要考虑相对论效应,否则就要出问题.

上面提到的加速器,无论是那种类型,都是加速带电粒子的加速器.大家是否想过:如何加速中子?要注意:中子不带电,因此你不能用电场加速中子!

中子不带电,但是氘核带正电,氘核由一个质子一个中子组成,切氘核的结合能不大,我们可以把氘核加速到适当能量,然后设法抓住氘核中的质子,让质子与中子分离.这种方法可以得到能量比较高的中子流.

实验27.原子能
在相对论之前,没有人谈论原子能,1905年爱因斯坦提出相对论,由相对论的两个假设得到了著名的公式E=mcc.从30年代开始,人们开始研究原子能.现在原子能已成常识.在现有的物理理论中,无论是经典力学,电磁学热学,光学,如果不用相对论的,哪门学科能得到E=mcc这个公式?

你说的也有点道理,不过聚变能就不能用静电解析了吧.E=mcc这个公式既可以计算裂变能,也可以计算聚变能.

科学家在谈到与自己工作有关的成就时,总是......
牛顿称牛顿第二定律为动力学第二定律;
Schrodinger称S.方程为波动方程;
李政道,杨振宁谈到弱相互作用宇称不守恒时,总说:主要是吴建雄的贡献.

二战期间一天,Heisnberg将军突然去找科学家玻尔,Heisnberg将军屏退护卫,要单独与科学家玻尔谈话.谈话内容当然涉及原子弹.具体内容当然只有他们两人知道.两人谈话后没有多久,玻尔失踪,不久有报导说:玻尔已经逃到英国.

Heisnberg为什么找玻尔?是告诉玻尔内情,让他去通知盟军?还是邀请玻尔参加制造原子弹,为德国效劳?

下面要用几个楼介绍原子能与相对论的关系.

19世纪中叶,原子论得到大家认可.也就是物质由原子组成.原子是不可再分割的最小微粒.

19世纪后期发现了放射性,人们确认从原子内部可以放射出α粒子(实质是氦核),β粒子.因此原子还能再分割.1897年第一次精确测定了β粒子的电荷质量比q/m,并把这种粒子命名为电子.不久又发现了质子.20世纪初,建立了原子的质子-电子模型.与此同期爱因斯坦提出了狭义相对论.给出了著名的质量能量关系公式E=mc^2.

当时,质能公式E=mc^2并没有引起大家的重视.即使爱因斯坦本人也不例外.例如1905年爱因斯坦解析了光电效应,就没有利用质能公式E=mc^2.

到底是谁第一个利用质能公式解决物理问题,并为大家公认?

我认为第一个灵活运用质量-能量关系解决实际问题的人是:1923年由康普顿(A.H.Compton)等人完成.为此获得了1927年诺贝尔物理奖.

下面这段话,是康普顿1923年论文<X射线在轻元素上散射的量子理论>的结论:对这个理论的实验证明,非常令人信服地表明.辐射量子既带有能量,又带有定向的动量. 

康普顿首先把能量守恒用于研究微观问题.这里能量是总能量包括静能与动能.即第一次把E与m联系起来,E=mc^2.

1932年发现中子.中子发现后,很快建立了原子核的质子--中子模型.但是,是什么原因使质子中子能如此紧密地结合在一起?人们并不清楚.只能猜测:除了静电力之外,应该还有其它的相互作用力.

与此同时,早期的加速器建成.人们开始用粒子轰击原子核,测量核光谱(都在γ射线区域).实验发现要把原子核打散成一个一个质子,中子,需要能量.例如把He(由两个质子,两个中子组成)分散成两个质子,两个中子最少要提供28MeV的能量,反过来如果
............2p+2n=He+Q
则能放出Q=28MeV.即这2p,2n结合成氦核,并且氦核处于基态时放出了28MeV的能量.这个能量称为He原子核的结合能.

对每一种原子核都测量出它的结合能,得到下面结果
1)把质子,中子统称为核子
2)假设原来的原子核含有A个核子,现设法把它变成(A+1)个核子,实验发现:平均结合能是8MeV.
3)上述结果是个平均数,对轻核小于8MeV,但没有规律,对中等重量的核(A在100到200左右)核子平均结合能最大,能达到8.9MeV;对重核平均结合能下降能降到7.9甚至7.8MeV
4)为什么?当时说不清楚.只知道这是实验结果.