有哪些强有力的实验事实有力地证明了狭义相对论的正确性？
质能公式(e = mc2)指出物质的总能量相当于其质量乘以光速的平方。说明能量和质量是可以相互转化的，光速是常数。这个公式是爱因斯坦在1905年发表狭义相对论时提出的。它被认为是狭义相对论的基础，也奠定了新的时空观。
此前，其他物理学家已经用几个间接实验证明了质能公式的正确性。然而，科学家认为这些实验有一定的前提条件，这可能会引起对质能公式广泛适用性的怀疑。美国科学家在10年2月22日出版的《自然》杂志上发表论文称，他们的方法可以直接支持质能公式。
这个实验的原理是:根据质能公式，当一个原子核俘获一个新的中子时，它的质量会变成原核和中子质量之和，然后减去这个过程中消耗的中子结合能。中子结合能包括核碰撞后释放的伽马射线能量和反冲能量。因此，通过测量中子轰击前后原子核的质量变化和轰击时放出的能量，然后进行比较，可以验证质能公式的准确性。
科学家选择硅和硫原子进行实验。美国国家标准与技术研究所的科学家根据晶格中的散射角来测量伽马射线的波长，波长决定了伽马射线的能量。而麻省理工学院的科学家则利用电磁阱在捕获中子前后“固定”原子，并精确测量其质量。
他们的测量结果表明，质量与光速(MC2)和能量(E)的平方的乘积之差约为万分之四，足以说明质能公式的正确性。科学家在论文中称，这是“迄今为止对质能公式最精确的直接验证”，比之前的证明提高了55倍。
众所周知，意大利科学家伽利略和英国科学家牛顿是经典力学的创始人。
1642 65438+2月25日牛顿出生在林肯郡伍尔索普村的一个农民家庭。12岁，在格兰瑟姆一所公立学校读书时，学习成绩并不突出，但酷爱读书，对自然现象有着强烈的好奇心。161年，牛顿就读于剑桥大学三一学院，成为一名优秀的学生。1669年，27岁的他成为剑桥大学的数学教授。1672年当选为皇家学会会员。1687年，牛顿发表了著名的自然哲学的数学原理。牛顿用自己发明的微积分成功地解决了引力理论中的两体问题和三体。可以说经典力学在当时的历史条件下为人类的进步和发展做出了巨大的贡献！
经典力学中有个术语叫惯性系。它指的是所有允许建立匀速直线运动定律的参考系。如果要建立力学定律，坐标系的运动状态不能是任意的，必须没有加速度(只是匀速运动)，没有转动(只是直线运动)。比如在太阳系中，地球并不是以匀速直线运动到太阳，所以严格来说，地球不是惯性系。但是当我们考虑地面上的一些运动现象时，地面参考系仍然可以看作是一个惯性系。
经典力学认为力学定律，时间，长度，加速度，质量，同时性是绝对的，只有物体运动的坐标和速度是相对的。这就是牛顿的“绝对时空观”。但这种“绝对的时空观念”和不适合高速运动的缺陷，直到19年底才逐渐暴露出来。1891年，由于电子的发现，科学家第一次面对高速运动的微观粒子。这时候牛顿的经典力学就显得无能为力了。所以经典力学只是一种只适用于低速运动的宏观物体的力学理论。
艾伯特。爱因斯坦于1879年3月出生在德国小镇乌尔姆，父母都是犹太人。和牛顿一样，爱因斯坦年轻时并没有表现出超常的智力。相反，他4岁多还不会说话，家人甚至担心他是个低能儿。1888他9岁，进入中学，学习并不突出。除了数学好，他的其他课都不怎么样。12岁时，爱因斯坦放弃了对宗教的信仰。他发现在他的周围有一个巨大的自然世界，它独立于人类而存在，就像一个永恒的谜。所以爱因斯坦少年时期就特别热爱科学，希望掌握这个自然界的奥秘。
65438-0896年，爱因斯坦被苏黎世联邦理工大学录取。在大学期间，爱因斯坦对物理非常着迷。他阅读了德国著名物理学家基尔霍夫和赫兹的著作，研究了麦克斯韦的电磁理论和马赫的力学，还经常去一位理论物理教授的家里求教。1900，爱因斯坦大学毕业。1902年，在朋友格罗斯曼的帮助下，爱因斯坦成为了位于伯尔尼的瑞士联邦专利局的一名普通技术员。
1905年6月30日，《德国物理学年鉴》接受了爱因斯坦的论文《论运动物体的电动力学》，并于同年9月发表。这篇论文是第一篇关于狭义相对论的文章，后来(也是在1905)又发表了一篇论文，物体的惯性和它所包含的能量有关吗？》另外，在1907中，爱因斯坦发表了一篇关于相对论原理以及由此得出的结论的长文。这三篇文章包含了狭义相对论的基本思想和主要内容，也是我们讨论的基础。
那么，爱因斯坦的狭义相对论和牛顿的经典力学有什么区别呢？爱因斯坦认为宇宙中只有物理定律和光速是绝对的，而其他(包括时间、长度、质量、同时性等。)都是相对的。所以长度和时间都是随着参照系的运动而变化的，所以空间和时间是相对的，相互联系的。这也是“相对论”一词的由来。为什么又叫“狭义相对论”？这是因为这部分理论只适用于做相对匀速直线运动的惯性系。
2.狭义相对论主要内容述评。
爱因斯坦的狭义相对论可以概括为10个主要方面，即1个变换，2个公设，3个公式，4个推论。下面简单介绍一下这10方面的主要内容:
(1)和(1)变换是洛伦兹变换，与伽利略变换不同。伽利略变换认为，在不同的参考系中，时间是绝对的，速度(包括光速)是相对的。而洛伦兹变换则认为时间是相对的，光速是常数。如果物体的速度远小于光速，那么洛伦兹变换就简化为伽利略变换。
(2)两个公设:第一个公设是物理定律在所有惯性系中都是一样的，也就是我们通常所说的“狭义相对论原理”。这意味着在所有的惯性系中，不仅力学定律也成立，电磁学、光学、原子定律也成立。第二个公设是“光速不变”公设:即真空中的光速是一个常数，与观察者或光源的运动无关，与光的颜色无关。更具体地说，真空中的光速c与光的频率、光源的运动和观察者的运动无关，而是始终保持一个恒定值(c=299792458m/s)。
(3)这三个公式是速度合成公式、质量速度公式和质能关系:
A.速度合成公式:当一个系统以速度v运动时，如果系统中的一个物体以速度u同向运动，狭义相对论的合成速度w表示如下。显然，只有当你
b、质量速度公式:m为任意质点或物体的动态质量，mo为其静止质量，若其运动速度为v >；c，那么m就成了虚数。所以爱因斯坦认为虚质量是没有意义的，这也是狭义相对论说“超光速运动是不可能的”的原因之一。
c、质能关系:E = mc？在1922中，爱因斯坦对公式的解释是这样的:可见，质量和能量在本质上是相似的，它们只是同一事物的不同表述。物体的质量不是常数，它随着其能量的变化而变化。
(4)四个推论是运动方向长度缩短，运动时钟变慢，光子静止质量为零，物质和信息不能超光速运动。
从上面的回顾可以看出，狭义相对论的主要内容体现在“1个变换和2个公设”中，它们之间有着密切的联系。至于“三公式四推论”，则是由上述三者衍生出来的。
3.爱因斯坦狭义相对论的主要问题和质疑。
狭义相对论从提出到现在已经有101年的历史了。目前，由于狭义相对论不能完全解释许多现代物理学问题，中国、美国、德国的一些科学家正在设计各种实验，重新检验狭义相对论的正确性。近十年来，国际科学界的质疑主要集中在以下四个方面:“光速不变”公设、“运动方向长度缩短”推论、“光子静止质量为零”推论、“物质和信息不能超光速运动”推论。归根结底，质疑的原因是缺乏实验的佐证，而反证实验的数量却在不断增加。
(1).对“光速不变”公设的质疑:
光是电磁波，是在电磁场中传播的波。电磁场中的波应该有它的特征速度，这个速度等于光速，就像声波在静止空气中的速度是某个值一样。而且由于光速与源速度无关，所以光速对于绝对坐标系来说是一个常数(这一点其实在麦克斯韦和洛伦兹的电磁理论中已经得到了证明)。它能反映绝对坐标系的一些特征，所以光速有它的不变性。
另外，狭义相对论认为，光速对于所有的观察者都是一样的，光速与接受者的速度无关。但我们认为光速与接收器密切相关，即观察者的速度会直接影响接收器测得的光速:与光同方向运行的接收器测得的光速会降低，与光反方向运行的接收器测得的光速会升高。例如，对3K微波辐射和射电星系的无线电波的观测发现了地球运动方向上明显的各向异性。这些天文实验证明，光速与接收器的速度有关。所以光速是可变的。
总之，光速仍然发挥着重要而特殊的作用。它的重要性意味着一些基本概念需要由它来定义(比如绝对坐标系等。)，而它的特殊性意味着它是一个可变的、不变的量等。
(2)对光子静止质量为零推论的质疑；
“光子的静止质量为零”其实是狭义相对论的第二个公设，因为爱因斯坦认为，相对于所有惯性系，光在真空中以恒定速度c传播时，不会有光子的静止系，所以光子的静止质量必然为零。同时根据狭义相对论的推论，光子会化为零，光子是没有体积的粒子。同样，光子钟也会停滞不前，失去时间的概念。这件事一直让科学家们很担心，为此进行了很多实验。20世纪70年代，当著名的实验物理学家丁肇中在汉堡的一个加速器中做光子和电子实验时，他发现光子不是没有静止质量的。当光子能量较高时，会迅速变成具有一定寿命和质量的粒子。他把这种现象命名为重光子。日本人小柴昌俊在1998年公布的实验结果显示，中微子包含静止质量，数值约为10g，获得2002年诺贝尔物理学奖。我们知道光子和中微子非常相似，这是非常值得注意的。2003年2月28日，美国《物理评论快报》发表了中国华中科技大学物理系教授罗俊及其课题组在“用精密扭秤检验光子静态质量上限”研究中取得的新成果。在任何情况下，光子的静止质量都不会超过10的负54次方千克，也就是先前已知光子质量上限的1/20。或者电子质量10的负24次方。对此，美国物理学家R·勒克(R Luck)评论说:“你永远不能肯定地说任何东西是绝对零的”。
(3)质疑不可能有超光速的推论；
我们知道，一群欧洲物理学家在1925年创立了量子力学。虽然它所描述的量子世界往往与人类的生活经验大相径庭，但81年的科学史实证明，它绝不是一个空洞的、不切实际的理论，它解决了许多科技发展急需解决的现实问题。因此，它是一个极其成功的科学分支，具有现代科学理论的特征。
狭义相对论本质上是经典的、宏观的、定域的，而量子力学是非经典的、微观的、非定域的，所以它们从根本上是不一致的。这也是爱因斯坦坚持反对量子力学的原因。狭义相对论不允许超光速状态，但量子力学的非局域性表明超光速状态是可能的。其实超光速问题恰恰说明了狭义相对论和量子力学的尖锐矛盾。
近十年来，许多科学家报道了非物质(电磁场、波、光脉冲等)的超光速实验。)和他们的结果。比如1992年美国加州大学伯克利分校以R.Chiao为首的团队进行的“光子赛跑”实验，获得的光子速度为1.7c(c为光速)；1992-1997德国科隆大学的G.Nimtz教授在微波中测得的结果是4.7c和4.34c；2003年第一季度，北京广播学院由黄志勋教授、快教授和研究生关健组成的研究组进行了无线电波频率实验，用模拟光子晶体的同轴系统获得了阻带超光速群速度，数据分布在(1.5 ~ 2.4) C。目前，在不同的国家，有各种不同背景和专业学科的专家学者，用理论或实验的方法研究超光速问题，并得到了“超光速存在的可能性”的肯定结论这绝不是偶然。
总之，爱因斯坦在他的一生中是一位伟大而杰出的科学家和贡献者。我们知道，在自然科学研究中，“实践是检验真理的标准”。目前很多实验表明，爱因斯坦的狭义相对论并不是绝对真理，而是一个基本正确、只适用于亚光速、有自身局限性的理论体系。狭义相对论在某种程度上仍然是经典理论，需要根据新的情况和新的实验加以改进和发展。
参考
1，狭义相对论研究中的若干问题，北京广播学院黄志勋教授
2.狭义相对论的理论发展和实验检验北京广播学院黄志勋教授。
3.超光速研究的理论基础是北京广播学院的黄志勋教授。