有關GPS的更多爭議（2）：GPS鍾慢效應產生的真正原因究竟是什麼？

前面我們簡單介紹了GPS中的兩種時鐘效應：一個是運動所引起的鐘慢效應，另一個是引力場所引起的時鐘頻移效應；那麼接下來就讓我們更深入地探討一下這些效應所賴以產生的物理機制，先說鍾慢效應的產生機制。

有人可能會說：你不是前面都說了，鍾慢效應是由運動引起的嗎？那還深入探討什麼？再說了，你的註解C14a不是已經清楚地指出了鍾慢效應是狹義相對論的研究範疇嗎？而如所周知，狹義相對論關心的只是勻速直線運動，這樣，如果GPS鍾慢效應真的存在的話，那它不也應該是由勻速直線運動速度所引起嗎？況且這一點也有你的鐘慢效應公式做明證（注C14c：我們注意到，狹義相對論鍾慢公式中出現的是時鐘的運動速度v本身，既不是直線運動的加速度a，也不是曲線運動的向心加速度v²/r，所以按理它代表的應該是時鐘的勻速直線運動速度或瞬時運動速度，但為了跟狹義相對論既定的研究範疇相一致，所以取勻速直線運動速度），難道這樣的理論物理學常識還會錯嗎？

很不幸，人云亦云有時會成為科學的大敵，而理論物理領域尤其如此。

事實上，如果換個角度來重新審視一下鍾慢效應產生的原因，我們會得出完全不同的結論。為什麼呢？因為如所周知，相對性原理是狹義相對論的兩個基本前提之一（注C14d：狹義相對論的另一個基本前提是所謂的光速常數原理），而這個原理最常見的一個表述便是（參見【Poincaré1904】或【Cao2011】）：物體的勻速直線運動不可能產生賴以顯示其運動速度的任何物理效應，但前提是，探測這種效應的實驗手段必須完全限制於該物體所在的系統之內，或者換個說法，探測儀器不可以與外界有相互作用或信號交換。舉個例子吧：地球每時每刻都在以大約30公里/秒的速度圍繞着太陽公轉，但生活於地球上的人類卻絲毫察覺不到地球的這種運動（注C14e：即：如果不向地球之外的太空觀察，人類會誤以為他們生活於一個完全靜止的地球上），不僅如此，完全限制於地球上的任何實驗手段也都無法探測到由這種公轉運動所帶來或產生的任何物理效應（注C14f：在同一前提下地球的自轉運動其實是可以探測的；有關這一主題的更多內容見後），而這類實驗中最有名的一個便是邁克爾森-莫雷實驗（注C14g：邁-莫實驗的實驗儀器是一個由互相垂直的兩臂構成的光學干涉儀，其實驗原理為：如果光信號所賴以以常數速度c傳播的“以太”媒介是相對於太陽靜止的，而干涉儀卻隨着地球在以v≈30公里/秒的速度圍繞太陽公轉，那麼地球的公轉運動理論上應該在干涉儀內產生顯示其運動速度v的干涉條紋移位現象；但邁-莫實驗顯示的卻是一個零結果，而狹義相對論本質上即為解釋這一實驗結果而提出。請注意，這裡所說的零結果是相對於實驗精度而言的；原則上，邁-莫實驗應該可以用來探測地球的自轉運動速度，但事實上當時的實驗精度根本達不到這一要求。這個註解順便指出了地球的自轉運動與公轉運動在可探測性上的某種實質性不同）。當然，支撐相對性原理的遠遠不止一個邁-莫實驗；事實上，相對性原理的實驗與經驗證據甚至多到數不清楚，因為我們知道，諸如輪船、汽車、火車、飛機、飛船等交通工具，只要它們運行得足夠平穩，其內的乘客都會感覺它們好似靜止一樣，或者換個表達方式，操作於這些交通工具內部的實驗都應該無法它們的運動速度。於是，相對性原理的成立應該是一個無可辯駁的事實（注C14h：物理學家洛倫茲與愛因斯坦等人顯然對這個原理有某種誤解；更多細節見後）。

不過，問題卻來了：如果物體的勻速直線運動不可能產生賴以顯示其運動速度的任何物理效應，那狹義相對論中勻速直線運動條件下的所謂鍾慢效應又該從何談起呢？它不是成了空中樓閣嗎？所以，一方面，以勻速直線運動為排外性研究對象的狹義相對論聲稱鍾慢效應是其理論的一部分或其必然結果，但另一方面，作為狹義相對論基本前提之一的相對性原理卻斷言勻速直線運動不可能產生鍾慢效應；不過需要指出的卻是：前一命題似乎只是一個理論，而後一命題卻是以數不清的實驗事實與人類經驗為根據的；於是到底該採納哪一個命題不是也很清楚了嗎？

所以，我們的結論是：要麼鍾慢效應根本就不存在，要麼鍾慢效應雖然存在但卻不是時鐘做勻速直線運動的結果，因而它也不可能是狹義相對論的研究範疇，或者說它與狹義相對論就根本無關。這樣，如果埃什拜所說的GPS鍾慢效應真的是存在的，那麼它所賴以產生的物理機制或原因一定是原子鐘的加速度運動；或者換個表達方式，這樣的鐘慢效應一定是作用力的結果，而不是勻速直線運動的結果。