有关GPS的更多争议（2）：GPS钟慢效应产生的真正原因究竟是什么？

前面我们简单介绍了GPS中的两种时钟效应：一个是运动所引起的钟慢效应，另一个是引力场所引起的时钟频移效应；那么接下来就让我们更深入地探讨一下这些效应所赖以产生的物理机制，先说钟慢效应的产生机制。

有人可能会说：你不是前面都说了，钟慢效应是由运动引起的吗？那还深入探讨什么？再说了，你的注解C14a不是已经清楚地指出了钟慢效应是狭义相对论的研究范畴吗？而如所周知，狭义相对论关心的只是匀速直线运动，这样，如果GPS钟慢效应真的存在的话，那它不也应该是由匀速直线运动速度所引起吗？况且这一点也有你的钟慢效应公式做明证（注C14c：我们注意到，狭义相对论钟慢公式中出现的是时钟的运动速度v本身，既不是直线运动的加速度a，也不是曲线运动的向心加速度v²/r，所以按理它代表的应该是时钟的匀速直线运动速度或瞬时运动速度，但为了跟狭义相对论既定的研究范畴相一致，所以取匀速直线运动速度），难道这样的理论物理学常识还会错吗？

很不幸，人云亦云有时会成为科学的大敌，而理论物理领域尤其如此。

事实上，如果换个角度来重新审视一下钟慢效应产生的原因，我们会得出完全不同的结论。为什么呢？因为如所周知，相对性原理是狭义相对论的两个基本前提之一（注C14d：狭义相对论的另一个基本前提是所谓的光速常数原理），而这个原理最常见的一个表述便是（参见【Poincaré1904】或【Cao2011】）：物体的匀速直线运动不可能产生赖以显示其运动速度的任何物理效应，但前提是，探测这种效应的实验手段必须完全限制于该物体所在的系统之内，或者换个说法，探测仪器不可以与外界有相互作用或信号交换。举个例子吧：地球每时每刻都在以大约30公里/秒的速度围绕着太阳公转，但生活于地球上的人类却丝毫察觉不到地球的这种运动（注C14e：即：如果不向地球之外的太空观察，人类会误以为他们生活于一个完全静止的地球上），不仅如此，完全限制于地球上的任何实验手段也都无法探测到由这种公转运动所带来或产生的任何物理效应（注C14f：在同一前提下地球的自转运动其实是可以探测的；有关这一主题的更多内容见后），而这类实验中最有名的一个便是迈克尔森-莫雷实验（注C14g：迈-莫实验的实验仪器是一个由互相垂直的两臂构成的光学干涉仪，其实验原理为：如果光信号所赖以以常数速度c传播的“以太”媒介是相对于太阳静止的，而干涉仪却随着地球在以v≈30公里/秒的速度围绕太阳公转，那么地球的公转运动理论上应该在干涉仪内产生显示其运动速度v的干涉条纹移位现象；但迈-莫实验显示的却是一个零结果，而狭义相对论本质上即为解释这一实验结果而提出。请注意，这里所说的零结果是相对于实验精度而言的；原则上，迈-莫实验应该可以用来探测地球的自转运动速度，但事实上当时的实验精度根本达不到这一要求。这个注解顺便指出了地球的自转运动与公转运动在可探测性上的某种实质性不同）。当然，支撑相对性原理的远远不止一个迈-莫实验；事实上，相对性原理的实验与经验证据甚至多到数不清楚，因为我们知道，诸如轮船、汽车、火车、飞机、飞船等交通工具，只要它们运行得足够平稳，其内的乘客都会感觉它们好似静止一样，或者换个表达方式，操作于这些交通工具内部的实验都应该无法它们的运动速度。于是，相对性原理的成立应该是一个无可辩驳的事实（注C14h：物理学家洛伦兹与爱因斯坦等人显然对这个原理有某种误解；更多细节见后）。

不过，问题却来了：如果物体的匀速直线运动不可能产生赖以显示其运动速度的任何物理效应，那狭义相对论中匀速直线运动条件下的所谓钟慢效应又该从何谈起呢？它不是成了空中楼阁吗？所以，一方面，以匀速直线运动为排外性研究对象的狭义相对论声称钟慢效应是其理论的一部分或其必然结果，但另一方面，作为狭义相对论基本前提之一的相对性原理却断言匀速直线运动不可能产生钟慢效应；不过需要指出的却是：前一命题似乎只是一个理论，而后一命题却是以数不清的实验事实与人类经验为根据的；于是到底该采纳哪一个命题不是也很清楚了吗？

所以，我们的结论是：要么钟慢效应根本就不存在，要么钟慢效应虽然存在但却不是时钟做匀速直线运动的结果，因而它也不可能是狭义相对论的研究范畴，或者说它与狭义相对论就根本无关。这样，如果埃什拜所说的GPS钟慢效应真的是存在的，那么它所赖以产生的物理机制或原因一定是原子钟的加速度运动；或者换个表达方式，这样的钟慢效应一定是作用力的结果，而不是匀速直线运动的结果。

读者对此感到吃惊吗？那acarefreeman现在就告诉你：更让人吃惊的内容还在后面。

待续。

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