光速不變，是如何驗證的？

熱心網(wǎng)友：石正金:光速不變假設錯在哪里 [ 石正金 2004年11月11日，閱讀人數(shù)1230人 ]內(nèi)容摘要：光輻射的多普勒頻移事實可決定性地證偽光速不變假說，光速不變假說對矢量求和（速度合成）法則的違反從來就沒有讓人信服過，邁克爾遜-莫雷實驗結(jié)果根本談不上對光速不變之說提供驗證且該實驗牽涉的疑難至今仍值得探討，拋棄愛因斯坦的光速不變假說并推倒狹義相對論是物理學的當務之急。 引理：在自由真空，當某輻射波與某觀察者（或其輻射源）之間的相對移動（傳播）速度恒為光速c時，則在該觀察者看來（或?qū)ζ漭椛湓炊裕┰撦椛洳ú粫蓄l移變化發(fā)生。 證：因輻射是周期能量波，設其波長為λ，由于真空中輻射波速為c，則易知該輻射波的波動傳播周期為λ/c。另一方面，考慮該輻射波主體以波動形式移向某觀察者并開始被觀察者接收，由于二者相對移動速度恒為c，則顯然，輻射波中一段長度為λ的完整周期波段所需的接收時間為λ/c，由于在λ/c時間里觀察者接收到該輻射的一個完整周期波段，故可稱觀察者對該輻射波的接收周期為λ/c。不難看出，該輻射的波動傳播周期與其接收周期完全相等。故在該觀察者看來，該輻射波沒有頻移變化發(fā)生（由于數(shù)學上的一個完整周期波段對應于物理上的一段周期能量包，故頻移變化可通過相應的接收功率或接收能量變化來顯示）。同理可證，當引理條件滿足時，對輻射源而言，其輻射波亦無頻移變化發(fā)生。 推論：在自由真空，當某輻射波與其輻射源和某觀察者之間的相對移動（傳播）速度同時恒為光速c時，則在該觀察者看來該輻射源不會發(fā)生多普勒頻移變化。 以此引理及推論為基礎，我們完成如下證明：在自由真空，假設某輻射源固定在慣性坐標A的原點并朝某方向發(fā)出輻射，現(xiàn)假設在該輻射傳播方向上的某一點有一物（觀察者）相對于該輻射源以勻速v移動，顯然該物本身亦為一慣性系(二者均可視為傳播線方向上的一維慣性系)，不妨稱之為慣性系B且考慮該物處于B的坐標原點。按照狹義相對論光速不變假說，與慣性坐標間相對移動速度v的大小和方向無關(guān)，該輻射相對于其輻射源（即慣性系A的坐標原點）和該物（即慣性系B的坐標原點）的移動（傳播）速度均恒為光速 c。根據(jù)引理及推論可知，該物在上述任一移動情形均不會觀察到該輻射源有多普勒頻移現(xiàn)象發(fā)生，這顯然與實驗和觀察事實不符，故狹義相對論光速不變假說不能成立。證畢。 討論：問題的焦點是，我們要求光速不變論者用愛因斯坦式的光速不變概念對本條件情形的多普勒頻移變化現(xiàn)象作出合理解釋。為避免問題復雜化和方便實驗觀察起見，不妨將輻射源考慮為雷達波發(fā)射裝置，而將觀察者考慮為飛機或汽車，輻射源和觀察者的背景運動被認為完全相同故而不再牽扯絕對運動和慣性系難題，只重點考慮共同背景運動中它們二者的相對移動。也就是說驗證實驗的選取已盡量系統(tǒng)消除背景運動因素和非真空介質(zhì)因素對實驗觀察結(jié)果可能帶來的復雜影響（狹義相對論的火車和鐵軌實例大概也是出于此種考慮）。 借助嚴格數(shù)理邏輯和多普勒頻移事實來明確證偽光速不變假說的文章尚未見報道?；ヂ?lián)網(wǎng)上有不少關(guān)于光速不變假說與多普勒效應有矛盾的討論，但很多時候由于相對論時空畸變觀的辯解而導致爭議并影響說服力，至于針對光速不變假說從其它角度進行的懷疑和爭論更是難斷是非。令人糾纏不清的問題在于，目前光輻射的多普勒效應本身是在借相對論來解釋，并與經(jīng)典波的多普勒效應分開，按現(xiàn)有說法它不區(qū)分源和觀察者即誰移動都是等價的，且實質(zhì)回避光波主體對源或觀察者的相對移動問題。對此我們不敢茍同，本證明只要求觀察者在某點相對輻射源進行勻速移動，合情合理且完全有觀察結(jié)果，只要確認觀察者移動速度大小和方向的改變會導致多普勒頻移改變這個事實就行了。其實根本無須做驗證實驗，沒有人會懷疑在輻射中普遍存在的多普勒效應，人們能懷疑和否定的只有光速不變假說。 由于多普勒效應的實際情形與狹義相對論的移動慣性坐標系天然吻合，所以它完全可以作為狹義相對論對錯的判決性實驗，人們用不著花費更多精力去尋找其它驗證（判決）實驗。多普勒效應是一個動力學效應，它必然要求其背后有導致這種效應的動力學原因（根源），在輻射情形，實驗事實表明它與相對移動速度這一動力學量緊密相關(guān)，理論上我們也只能從這一點去找原因并尋求合理解釋。參照經(jīng)典波多普勒效應的大量理論和實驗事實，我們認為輻射情形也不應該例外，光波主體與觀察者（及輻射源）之間相對移動速度的變化構(gòu)成光輻射多普勒頻移變化的充分必要條件。用光速不變直接來推演（光輻射多普勒效應的相對論解釋方案暫時沒有說話資格），無論是對源還是對觀察者，根本不會有頻移發(fā)生，而實際的情況是不但有頻移發(fā)生，而且頻移值是可變化和隨動的，可見愛因斯坦光速不變假說與光輻射多普勒頻移實驗事實之間是多么對立，二者之間根本沒有調(diào)和的余地！ 雖然我們對光輻射傳播的了解不如對經(jīng)典波那么深刻，且由于光速太高，我們對光的多普勒頻移的測量也不如經(jīng)典波方便，但此處的論證并不需要過于定量化的結(jié)果。其實，對各種多普勒頻移的解釋道理也是大致相通的，既需要借助波的概念也需要借助發(fā)射源及觀察者與媒質(zhì)（或波元）相對移動的概念。無論把輻射理解為波或粒，為了解釋清楚它的多普勒頻移我們肯定離不開相對移動速度和方向的概念。雖然輻射目前被認為無傳播媒質(zhì)，是自動感生波，但輻射波主體上某波動能量元（對應于傳播線上的空間流動點）與上述的輻射源和觀察者決不是相等的移動速度值，亦即波元對輻射源和觀察者存在不等速、不對等位移，否則多普勒效應就不會發(fā)生。所以，無論是從源分析還是從觀察者分析，多普勒頻移事實都有力證偽了移動速度意義上的光速不變。至于光的波速不變則是另外一個概念，它根本不能與慣性系的相對移動速度放在一起作坐標變換和等概念運算，請問狹義相對論如何成立？ 愛因斯坦的光速不變具有一定的誤導性和模糊性，從波及波速的角度看，光速不變沒有問題，即上述的輻射源和觀察者不管怎樣相對勻速移動，確實均發(fā)出和接收某一恒波速的輻射波。波速是指波長除以周期或波長乘以頻率（它由自由真空電磁特性常數(shù)決定），在源和觀察者有相對移動時，由于波長和周期的大小可協(xié)同發(fā)生變化，使得雖頻移發(fā)生但頻移發(fā)生前后的波速卻保持恒定不變。但波速不變與移動速度意義上的光速不變不是一回事。 在狹義相對論中，愛因斯坦通篇是以移動速度的概念在使用光速不變，并將光速（及其不變）與慣性系坐標移動速度放在一起作坐標變換。他無法回避的尖銳問題是速度合成法則與光速不變之間有矛盾，顯然邁克爾遜-莫雷實驗結(jié)果為愛因斯坦選擇光速不變而犧牲矢量求和提供了理由和支持。不錯，光速不變假說確實可為邁克爾遜-莫雷實驗結(jié)果提供一種解釋方案，只是這種方案不具備唯一性，即光速不變與邁克爾遜-莫雷實驗結(jié)果之間不構(gòu)成邏輯上的充要關(guān)系，說到底，邁克爾遜-莫雷實驗結(jié)果并未從根本上改變光速不變的假說地位！倒是多普勒頻移事實直接與光速不變假說相沖突，所以說愛因斯坦其實是在用一個在物理和數(shù)學上都站不住腳的錯誤假說去制造他那扭曲時空及質(zhì)量概念的荒唐理論（有確鑿資料表明他為此感到自得，這一點也被他的盲從者們稱頌為時空觀革命），殊不知他這么做是一種錯上加錯的理論投機和冒險，并無可挽回地給二十世紀物理學帶來嚴重混亂和后患。 光速不變的引進在愛因斯坦看來還有一個常常提起的理由就是所謂保持不同慣性系麥克斯韋方程的形式不變和優(yōu)雅。麥克斯韋方程嚴格而言只對絕對參照系中的靜止源才有最簡單的形式，對普通輻射源（如地球上的電磁波源）來講，由于絕對運動和慣性系難題，套用真空中的麥克斯韋方程只能算作近似處理，好在電磁波一般只應用于發(fā)射和接收，可只考慮發(fā)射源和接收物的相對運動而不管絕對運動和慣性系問題，上述的近似處理是滿意有效的，并不會給我們帶來什么實用或技術(shù)上的困難。倒是具體到傳播中的電磁波E和B分量，由于輻射源和觀察者相對移動速度大小和方向不同，各自所測得的值也會不相同（其表現(xiàn)就是多普勒效應），這本身已有力證明沿傳播線方向宏觀移動速度意義上的光（輻射）速度不變不能成立。且真實的輻射源很難滿足慣性系條件，而狹義相對論光速不變只在慣性系下協(xié)變，所以說白了，光速不變假說也并未從根本上解決實際輻射源的麥克斯韋方程形式問題。故大可不必拿麥克斯韋方程的所謂優(yōu)雅問題來為光速不變假說辯護。美化麥克斯韋方程固然是好事，可拿牛頓理論動刀也不能橫來！ 至于說“邁克爾遜-莫雷實驗為光速不變假說奠定了實驗基礎”，那是根本站不住腳的。歷史的真實是，邁克爾遜-莫雷實驗是一個探索意味很濃的實驗，它是在特定實驗條件下通過特定的理論分析而發(fā)現(xiàn)預測與觀察不符。以太和光的問題本來就深奧復雜，這其中涉及的不定和未知因素很多，檢驗以太風出現(xiàn)零結(jié)果也沒什么好奇怪的，解釋與說法肯定不止一種，所有的問題和可能性本可全面探討，但就這樣一個值得探討的有爭論余地的實驗結(jié)果怎能作為光速不變的基礎呢？面對邁克爾遜-莫雷實驗結(jié)果，其他科學家都未敢隨便下結(jié)論，只就事情本身去探討各種可能性，且出現(xiàn)不少有參考價值的說法。唯有愛因斯坦因此而得出一個普適性的、挑戰(zhàn)人類理解力（指速度合成法則）的命題，光速不變其實是一個很寬泛、很模糊、很主觀的命題，也是直接違反多普勒頻移事實的偽命題！也許話應該這么說，光速不變假說以一種最不費力（也是最武斷）的方式解決了邁克爾遜-莫雷實驗的疑難（如果說邁克爾遜-莫雷實驗的流行理論分析是正確的話），其結(jié)果是，人們已不再需要探討這其中還有什么奧秘了，這是直接違背邁克爾遜-莫雷實驗初衷的，也是二十世紀物理學的悲劇?？梢院敛豢鋸埖卣f，拋棄動力學以太而選擇運動學相對論是物理學的一次重大迷失！ （注：文中所討論的多普勒頻移是指徑向（縱向）效應。） 附：光速不變假說與多普勒頻移的矛盾何在 所有經(jīng)典波的多普勒頻移原因都是由源或觀察者與波媒質(zhì)（或波元）存在相對移動速度引起的，至于源和觀察者間的相對移動速度只不過是一個表象，不能用它來解釋清楚頻移事實。理論上，我們也是通過有關(guān)移動速度的變化來圓滿解釋頻移變化，相關(guān)的移動速度與頻移之間是邏輯上直接相關(guān)的函數(shù)關(guān)系。 光輻射雖被認為無媒質(zhì)傳播，但輻射波主體（或波能量元）依然存在，解釋光輻射的多普勒頻移也應離不開波主體的移動速度概念。不應在光波與經(jīng)典波之間人為設立鴻溝。 多普勒效應是一個動力學效應，必然要求其背后有導致這種效應的動力學原因（根源），在輻射情形，實驗事實表明它與相對移動速度這一動力學量相關(guān)，理論上我們也只能從這一點去找原因并尋求合理解釋。現(xiàn)愛因斯坦在狹義相對論中要求光主體（或光波主體中的任意移動能量元）對所有慣性系（涵蓋源和觀察者）的移動速度恒為c，由于光波本身的波速亦為c，其直接結(jié)果是發(fā)射時是什么波形，則傳播和接收時仍保持為原波形，不難從數(shù)學上嚴格證明此時輻射的能量傳播周期與其能量接收周期（以及其能量發(fā)射周期）完全相等，何來頻移發(fā)生？亦即光速不變與輻射的多普勒頻移事實是完全不相容的。 光速不變相當于完全封死了解釋或理解光輻射多普勒效應的直接通道，但由于無法回避實驗事實，相對論解釋方案只談源和觀察者的相對移動，并實質(zhì)回避光主體與源和觀察者之間的移動問題，但要知道是光波發(fā)生頻移，且光波一旦發(fā)出，就與源無關(guān)并自動移向觀察者。回避直接原因而談與光移動速度無關(guān)的物體相對移動，并且用光速不變的洛倫茲變換結(jié)果來討論光輻射的多普勒效應，它完全脫離經(jīng)典的解釋路線，且看不出頻移發(fā)生的真實過程和內(nèi)在原因，請問這樣的理論解釋有多大的說服力？用光速不變本可直接推出光輻射多普勒頻移不會發(fā)生的定論，而實際的情況是不但有頻移發(fā)生，而且頻移值是可變化和隨動的，愛因斯坦居然拐彎抹角地拿光速不變的派生物—狹義相對論去制造輻射的多普勒效應。 由于光速不變直接導致無多普勒頻移發(fā)生，而這與鐵的事實相違背，所以根本不允許相對論者拿錯誤的光速不變假說去作什么坐標變換，因而也根本談不上光輻射多普勒效應的相對論解釋方案。至于狹義相對論時空畸變之說，雖然它可為相對主義者提供無盡的辯解余地，只可惜在本文僅針對光速不變假說的討論中還沒有這些派生謬論說話的機會！ 總之，有愛因斯坦光速不變，就沒有多普勒頻移；有多普勒頻移，就沒有愛因斯坦光速不變。精細實驗應能驗證輻射源移動與觀察者移動不等價，以完全斷絕相對主義的辯解。

熱心網(wǎng)友：你的探索精神是值得夸獎的,'光速不變"目前仍存在相對論假設中.正在興起的"超距通信'一定能回答這個問題."量子通信工程"正在"日夜兼程"地在"攻關(guān)".祝愿他們獲得成功.

熱心網(wǎng)友：單向光速不變不是經(jīng)驗總結(jié),而是科學的假設