|
http://blog.163.com/zhoujiajun198204@126/blog/edit/> 根据声音和光线在三种方式下的速度测量,对比声音和光线传播的相似性，可推论出以太的存在、绝对静止参照系的存在以及三种证明方法，并可知迈克尔逊-莫雷光干涉实验观测不出光干涉条纹的原因以及实现可观测干涉条纹的方法 周家军(zhoujiajun) （家庭地址：广西陆川县良田镇冯杏村22队，邮编：537717） （目前所在地：广西柳州市，联系电话：15224595669） （电子邮箱：zhoujiajun198204@126.com）
摘要：声音在空气里的传播速度是一个常数，通过测量声音的传播时间，可以知道物体本身的运动状态及运动速度。光线的传播和声音有些相似性，在介质里的传播速度也是一个常数，通过测量光线的传播时间也可以知道物体本身的运动状态及运动速度，所不同的是，光线能够在真空里传播，从而赋予光线一种特殊的作用、用途。测量光线传播的时间，我们可以知道飞船相对于地球地面的运动速度。理论上，也可以知道飞船相对于绝对静止参照系的运动速度。因为，在理论上，绝对静止参照系是存在的。"迈克尔逊-莫雷"的光干涉实验，是可以得出"以太"存在的结论，但观察不出效果，结果却成了反对"以太"的基础。适得其反，那是环境所造成的。改变环境后的"迈克尔逊-莫雷"的光干涉实验，能够得出地球相对于"以太"（绝对静止参照系）的自转速度。检验"以太"存在的方法，除了"迈克尔逊-莫雷"的光干涉仪之外，还有两种方法，分别是时间测量和长度测量。 关键词：声音速度测量；光线速度测量；惯性系；米尺的定义及定义环境；相对米尺长度；绝对米尺长度；地球整合速度；时间测量；长度测量；"迈克尔逊-莫雷"光干涉实验。
首先，看看声音在以下三种方式的速度测量，分析它的速度是如何的？ 1、在地面上测量 在A地设一声源，B地设一接收装置，如图。
若在某一时刻t1，声源和接收装置同时工作，声音在空气里进行传播，若在时刻t2，到达B点，并被接收装置接收到。设A、B两地的距离为S，那么声音在空气中的传播速度就可知道了： t=t2-t1 V声= = 2、在运动的密闭车厢里测量 有一密闭的车厢，运动速度为V，如图。
在车厢的一端A设一声源，在另一端B设一接收装置。若在某一时刻t1，A、B两端的测试装置同时工作。声音从声源A端发出，向B端传播，经过一段时间，若在时刻t2到达B端，并被接收装置接收到。那么在此情况下，声速是多少呢？ A、B两端的距离为S，这是已知的。当测出声音传播所需的时间，那么声速就可算出来了，为： t=t2-t1 V声= = 3、在运动的车厢外测量 依上，将声速测量装置改到车厢外安装，如图所示：
若在时刻t1，声音从声源发出，向B点传播。若在时刻t2，声音到达B点。那么在此情况下，声速又是多少呢？ 已知距离S和传播时间，那么就可计算出声音的速度了，为： t=t2-t1 V声= = 现在，我们来看一下，在这三种测量方式下的声速是不是都是一样的呢？事实上，声音在空气中的传播速度是固定的，是一个常数，为 340m/s，超音速飞机的出现，就可以证明这一点。如此可以推论，在这三种测量方式下所测得的声速，应该都是一样的。但是，如果真的在这三种方式下测量声速，就可以发现，第一、第二方式测得的声速是相同的，第三方式测得的声速和它们不同。 为什么会这样？ 在第一种方式，观察者、空气、声音是在同一个惯性系下。在第二种方式里，车厢是一个密闭的体系，车厢里的观察者、空气、声音也是在同一个惯性系下。因为物理定律在任何惯性系里都保持不变性，所以第一种、第二种方式测量的声音传播速度是相同的。对于车厢里的声速测量，车厢相对于地面以速度v运动，车厢里的物体相对于地面也以速度v运动，对于地面的观察者来说，此时声音的传播速度符合速度叠加原理，声速为（V+V声），他观察到的车厢情况如下图所示：
声音在传播过程中，因为车厢有运动，当声音到达接收装置时，接收装置已经距原位置移动了（V声*t）的长度，可列出声音传播的关系式： t=t2-t1 （v+V声）*t=S+V*t V*t+V声*t=S+V*t V声*t=s V声== 这和车厢里的观察者对声音的速度测量所得的结果是一致的。其实，地球就像是运动车厢的放大版，因为，相对于地外空间，地球也在不断的自转和公转，地面上的空气，也跟随地球在运动。我们在密闭车厢里测量声速时，不可能得出车厢的运动速度。同样的，我们在地面上测量声速时，也不可能得出地球的运动速度。 事实上，用第三种方式测量声速时，观察者、空气、声音就不是在同一个惯性系下，声音是在地面静止空气里传播，声音在静止空气里的传播速度是个常数，它不符合速度叠加原理，这和在密闭车厢里的传播是不同的，在密闭车厢里，空气是跟随车厢一起运动的，就如同声音在风（流动的空气）里面传播一样，这和声音在静止水里和运动水里传播，虽然声音传播速度都是一样，但前者是在静止的介质里，后者是在流动的介质里。在流动的介质里面，声音传播速度符合速度叠加原理。当测量装置的声源发出声音后，声音以340m/s的速度传播，另一方面，车厢以速度v运动，当声音到达接收装置时，接收装置已比原距离偏移了一段长度，这段长度为vt，声音实际的传播长度不是S，而是S+vt，如图所示：
因为路程变长，声音传播的时间也相应的增加了。当用 去求声速时，距离不变，而时间增加了，所测量出的结果当然变小了。 用第三种方式测量时，它的关系式应该是这样： t=t2-t1 V声*t=S+vt V声= = 对于地面上的观察者，也可以得出这样相同的关系。车厢里的观察者和地面的观察者得出的结论都是一样的。 S是两装置之间的距离，可以用尺子直接量出，是个已知数。 是个什么概念呢？它是车厢在静止时，即v=0时，声音的传播速度，这个速度和声音在封闭的车厢内的速度、在地面空气中的速度是一样的。当车厢运动时，车厢运动速度v和声音传播时间t是有关联的，v越大，t就越大；v越小，则t就越小。当v变大时，t就变大， 的结果为小；当v变小时，t就变小， 的结果就变大。总体上，就是保持它的结果为V声，即保持声音传播速度的不变性。 现在，我们知道声音在空气里传播的速度是一个常数，换句话说，通过测量声音传播时间的长短，反过来，就可以求得车厢相对于地面的运动速度。 对上式进行变换，如下： V声= V=V声- 声音在空气里的传播速度V声是一个常数，装置是固定的，它的间距S可以用尺子直接量出，也是个已知数。那么通过测量声音传播的时间是多少，就可以求得车厢的运动速度了。 我经常坐火车往返于南宁和柳州之间，在火车站，当火车开动时，我经常对相邻的列车做出错误的判断，总是以为对面的列车在开动。然而，当我们有了这一套声音测量装置之后，就没有这种错觉发生了。在完全封闭的车厢里，观察者即使与外界完全隔离，他通过测量车厢外声音的传播时间，也能知道自身的状态，是运动还是静止，运动的速度又是多少。把这套装置安装到飞机或火车或汽车上，我们就可以测量出它们相对于地面的运动速度。
以上是声音的速度测量，现在来看看光在以下三种方式下的速度测量。 1、在地面空气中的光速测量 如图，地面上有A、B两点，距离为S，A端为光发射装置，是光源，B端是光接收装置。
若在某一时刻t1，光线从A端光源发出，向B端运动，经过一段时间，到达B端，并被接收装置接收到，此时时刻为t2，那么从中就可算出光的速度： t=t2-t1 c= = 2、在运动的密闭车厢里测量 如图，有一密闭的车厢，车厢的运动速度为V，车厢里有一套光发射和接收装置，分别设在车厢的A、B两端，A、B间的距离为S。
若在某一时刻t1，光线从A端发出，向B端运动。经过一段时间，若在某一时刻t2到达B点，那么光速就可算出来了，为： t=t2-t1 c= = 3、在运动的车厢外测量 将光发射和接收装置移到车厢外,如图所示:
若在某一时刻t1，光线从A端发射装置中发出，经过一段时间后，到达B端，此时时刻为t2。那么光速为： t=t2-t1 c= = 在进行声速测量时，我们知道在这三种方式下测出的声速是不一样的。那么现在进行光速测量时，这三种方式测出的光速是否都是一样呢？ 有两个答案，是或者不是。 假若说"不是"的话，就违背了爱因斯坦的相对论原则了。因为相对论说，光在任何惯性系下都保持光速不变，即使飞船达到光速时发射光、测量光，得到光的速度依然是C。 如果说答案是"是"的话，那么我写这篇文章出来，就没有什么意义了。我写这篇文章的目的，是为了论证绝对静止参照系的存在、以太的存在。 声音在空气里传播，我们知道，它的速度是一个常数。声音的性质和光有些相似性，都依靠介质传播，那么光在介质传播的速度是不是一个常数呢？ 是的，我同意。即光线在任何惯性系下都保持速度不变，即使飞船达到光速时发射光、测量光，得到光线的速度依然是C。光线在空气里的传播速度是一个常数，光线在任何介质里的传播速度都是一个常数。 其实，在地面上测量光速时，观察者、测量装置、空气、光线都在同一个惯性系下，而在密闭车厢里测量光速时，观察者、测量装置、空气、光线也都在同一个惯性系下，这两种方式测量出的光线传播速度都是一样的，相同的。在第二种测量方式下，对于地面的观察者来说，车厢以速度v运动，因为车厢是密闭的，车厢里的空气也跟随车厢一起以速度v运动，在此，空气是具有流动性的，是流动的介质。车厢里的光线传播速度符合速度叠加原理，它以（v+c）的速度运动。他观察到车厢里的情况是这样的，如图所示：
光线在传播过程中，因为车厢有运动，接收装置的位置不断的在移动。当光线到达接收装置时，接收装置已经距原位置移动了一段长度，这段长度为（vt），关系式如下： （c+v）*t=s+v*t ct+vt=s+vt ct=s 这和车厢里的观察者所得到的结果是一样的，相同的。 但是相对论说光速在任何惯性系下都是一个常数，更生生的把（c+v）说成是c，如此： c*t=s+v*t t= 这和车厢里的观察者所得到的结果t= 就有了差别， - >0，所以他就得出时间腾胀的结论了。请注意，其实此时地面的观察者和车厢并不是在同一个惯性系里的。 事实上，在进行运动车厢外的光速测量时，观察者、测量装置、空气、光线不是在同一个惯性系下。观察者、测量装置以速度v运动，而空气是地面空气，它是静止的。光线是在静止的空气里传播，它的传播速度是一个常速，不符合速度叠加原理，速度为c。车厢的情况是这样的：当测量装置发射光线时，光线在静止空气里传播，而测量装置以速度v运行。当光线到达接收装置时，接收装置已经移动有一段长度了，这段长度为（vt），如下图所示：
关系式如下： t=t2-t1 ct=S+vt c= = S是装置两端的长度，可以用尺子直接量出，是个已知数。车厢的运动速度v和光线的传播时间t是有关联的，它们是成正比关系的。v增加时，t就增加， 就减小；v减小时，t就减小， 就增加；当车厢静止时，即v=0， 的结果就是c。它们在总体上就是保持结果是c，就是光速不变。 反过来说，因为光速的不变性，对光线的传播时间进行测量，就可以算出车厢的运动速度。变换式如下： c= v=c- 通过对光线的传播时间t进行测量，代入上式，那么就可以算出车厢的运动速度了。当车厢静止时，光线传播时间t0= ，当车厢运动时，光线传播的时间就被延长了，测得的时间t就比t0大，即t-t0>0。 把这个装置安装到飞机或火车或汽车上，就可以测出它们当前的运动速度。
这是完全没有疑问的。如上所说的，当我们在火车或飞机上进行车厢外的声速测量时，测出了火车或飞机当前的运动速度。用光线代替声音之后，没有理由去否认测不出来。
现在将车厢完成封闭起来，里面的观察者看不到外面的一切情况，和外界的通信情况也完成隔离。那么通过这套测量装置测量光线的传播时间，观察者是可以知道本身的运动状态的。当车厢静止时，光线的传播时间为：t0= 。当车厢有运动时，测量到的时间t就要比静止时的传播时间t0要大，即：t-t0>0。车厢在任何状态下都可以直接测量。车厢静止时的光线传播时间并不需要车厢静止时才能知道，因为装置两端的距离S是固定的，用尺子可以直接量出，光线在空气里的传播速度是一个常数，用 所得的结果就是车厢静止时光线的传播时间。因为观察者看不到外界的情况，他只有通过测量光线的传播时间t，再用t和t0进行比较，当t-t0=0的时候，那么此时车厢即静止在地面上了。 如果将车厢移到地外太空，在宇宙空间里，那里没有空气、没有重力，是一片真空和失重的环境。如上所说的，在地球环境里，当t-t0=0时，车厢就相对于地面完全静止了，那么在外太空里，调节车厢的速度，当使t-t0=0时，车厢就没有运动了，速度为零，静止在地外太空了，那么此时的车厢又相对于什么参照系完全静止了呢？ 装置里的光线是在真空里传播的，毫无疑问，此时车厢静止相对的参照系只能是绝对静止参照系，从而就证实了绝对静止参照系的存在，以太的存在。 （事实上，因为长度米尺的定义原因，此时只是相对地球地面静止，但因为地球是球体且有自转的原因，不能同步静止，相对绝对静止参照系来说，它还是有运动的，速度和地球地面某一方向的整合速度相等，而之，正是接下来所要说的。）
长度1m的定义，是从光线那里得来的，是光线在真空 s的时间间隔内所行进路程的长度。它是在地球地面真空实验室的环境里测量的，它和绝对静止参照系下的米尺是有差别的。因为地球是在运动的，太阳系也在运动，银河系也在运动。各个运动在光线传播方向上都会产生一个速度分量，如图所示：
因为装置放置的随意性，以及测量时间时刻的任意性，地球的自转速度和公转速度、太阳系绕银河系的公转速度、银河系绕宇宙的公转速度在光线传播方向上都产生有一个分量速度，这几个分量速度的和，我称之为地球整合速度。 正因为有运动的存在，使得米尺的定义并不准确。在光线传播的过程中，光源点的位置是变动的。这个位置的变动有两种情况。 1、地球整合速度和光线传播方向一致，如图所示：
v是在光线传播方向上的地球整合速度。在进行测量时，光线发射，光线在 s内，到达B点位置。而就在 s的时间里，因为有运动，光源点从A点移动到了C点位置。我们现在所测量的长度，就是BC两点间的长度，而这段长度S的长度就被定义为1m，我称之为相对米尺长度，由它所丈量的长度称为相对长度。而米尺的定义，是光线在真空 s的时间间隔内所行进路程的长度，这段长度就是线段AB，就是说AB间的长度L才是我们所要定义的1m的长度。事实上，长度L就是在绝对静止时，光线在真空 s的时间间隔内所行进路程的长度，我称之为绝对米尺长度，由它所丈量的长度称为绝对长度。根据图示情况，可以列出相对米尺长度和绝对米尺长度的关系式： t= L=ct vt+S=ct S=L-vt =ct-vt =(c-v)t = [m] 2、地球整合速度和光线传播方向相反，它的情况和上面的是完全相反的，如图所示：
v是在光线传播方向上的地球整合速度。在进行测量时，光线发射，光线在 s内，到达B点位置，而在 s的时间里，因为有运动，光源点从A点移动到了C点位置。在此，相对长度，就是BC两点间的长度S，它的长度就被定义为1m。绝对长度，就是AB两点间的长度L，关系式如下： t= L=ct vt+ct=S S=L+vt =ct+vt =(c+v)t = [m] 相对米尺长度和绝对米尺长度是不相等的，它们相差了（︱L-s︱）的长度，也就是相差(vt)的长度，而t= s,vt=v* = (m)。 我们当前使用的米尺，就是相对米尺,它不是一个固定的值，并不具有可重复性。 它受两个方面因素的影响，一为光线的传播方向，二为地球整合速度。而地球整合速度不是一个固定的值，它的大小也受到两方面因素的影响，一为测量点的位置，二为测量时的时刻。因为地球、太阳系、银河系的运动，不断的在改变位置，因此这是一个时时刻刻都在改变的量。也就是说，当我们在定义相对米尺的长度时，在赤道、在极点的测量结果是不相同的；在北京和在华盛顿的测量结果也是不相等的。既使是在同一位置，在每一天的24小时的不同时刻里，所测量定义出来的长度也是不相同的。同理，如果在月球或火星或其它星球上测量定义相对米尺长度，所得出来的结果也是不相等的，因为每一颗星球的整合速度都是不一样的。因此要使长度标准化，并且要具有可重复性，我们必须使用绝对米尺。即是说，长度1m，是光线在真空绝对静止参照系里1/299792458s的时间间隔内所行进路程的长度。 宇宙是静止的、是没有任何运动的，宇宙间没有任何物质的地方即为真空。宇宙即为绝对静止参照系，真空即等于绝对静止参照系，绝对静止参照系即等同于真空，所以说光线在真空里传播，那么光线就一定是相对于绝对静止参照系在运动。 讲到绝对静止参照系，有一个不得不提的著名的实验，那就是"迈克尔逊-莫雷"的光干涉实验。现在，就来看看"迈克尔逊-莫雷"的光干涉实验情况吧。 "迈克尔逊-莫雷"的光干涉实验，就是为了证实以太的存在而进行的。因为以太是存在的，它本应得出以太存在的结论，但在实验时却观察不出光干涉条纹，最后却成了反对以太存在的基础。大家都想知道为什么？是呀，既然以太是存在的，它为什么观察不出效果呢？是测量方法不对，还是仪器有问题？方法是对的，仪器也没有问题，观察不出效果，其实只要我们知道测量时仪器所处的环境，就可以知道出现问题的原因。"迈克尔逊-莫雷"的光干涉实验，是在地球地面的空气环境里，光线是在空气里传播，光线、空气、仪器是在同一个惯性系下，在此，两束光线的单位行程都是相等的，不可能有行程差，干涉条纹没有产生，那是必然的。要证实以太的存在，要使光线产生行程差，要使干涉条纹出现，必须在地球地面的真空环境里，使光线在真空里传播，此时光线和仪器才不在同一个惯性系下，两束光线才产生行程差，干涉条纹才会出现。根据干涉条纹，反过来就可以算出地球整合速度的大小（这个速度不是地球的自转速度，也不是地球的公转速度，而是在光线传播方向上，地球的自转速度和公转速度、太阳系绕银河系的公转速度、银河系绕宇宙的公转速度在该方向上的投影的分量速度的总和），从而也就证实了绝对静止参照系的存在。 将"迈克尔逊-莫雷"的光干涉仪器置于地外太空中，在仪器的各个方向都安装推进器，通过控制这些推进器，调节光干涉仪器在各个方向的速度来改变仪器的状态。当使仪器产生不出光干涉条纹的时候，那么此时的仪器即处于绝对静止状态了，从而也就真真实实的证实了以太的存在。此时，在仪器上进行定义米尺的长度，此时的米尺长度才是绝对静止参照系下的米尺长度。
要证实绝对静止参照系的存在，有三种方法。 一、是在地球地面的真空实验室里，测量光线的传播时间。光线的传播方向不同，在相同的长度内，我们测量到的时间也不同。两束反方向的光线传播，测量到的时间是不相等的，长度越长，差别就越大。 1、光线传播方向和地球整合速度方向相同。
v是地球整合速度的大小、方向，S是两装置间的相对长度。当光线从A端光源发出时，计时装置开始计时。光线在传播过程中，计时装置不中断。当光线到达B端时，接收装置接收到，此时中断计时，那么依据计时结果，就可以知道光线传播的时间是多少了，假若它的时间是t1。 2、光线传播方向和地球整合速度方向相反。
v是地球整合速度的大小、方向，S是两装置间的相对长度，它和测量（1）中的S是相等的。光线传播的计时过程同上，假若它的时间是t2。 将t1、t2进行比较，若t1-t2=0，则说明绝对静止参照系是不存在的；若t1-t2≠0，那么就证明了绝对静止参照系的存在。 这个时间测量，其实也就是真空光速测量。如果说t1-t2=0，那么正是说光速不变，在任何时间、任何地点、任何方向，在地球地面测量的真空光速都是一个固定值，结果不会有差别，说明绝对静止参照系不存在；如果说t1-t2≠0，那么正是说光速有变，在任何时间、任何地点、任何方向，在地球地面测量的真空光速都不一样，光速有差别，从而也就证明了绝对静止参照系的存在。 二、是在地球地面的真空实验室里，测量光线的传播长度。光线的传播方向不同，在相同的时间内，我们测量到的长度也不同。两束反方向的光线传播，丈量到的长度是不相等的，用的时间越多，差别就越大。 将两者的长度进行比较，那么就可以证明绝对静止参照系的存在与否。 三、是用"迈克尔逊-莫雷"的光干涉实验。在此，必须要将仪器置于真空里。光线传播情况如下所示：
v是在光线传播方向上的地球整合速度。G1、G2是两块完全相同的玻璃板，M1、M2是两面平面反射镜。M1、M2到G1的相对长度是相等的，同为S。在实验刚开始时，将仪器置于空气环境里，调整M1、M2到G1的长度，使仪器产生不出光干涉条纹时，此时M1、M2到G1的长度就是相等了。然后抽干空气，使仪器置于真空环境里。光束1因为垂直地球整合速度方向，它的传播没有受到速度的影响（严格上，可能会受到分量速度的影响，但在此忽略不计。）。光束2和地球整合速度方向平行，它的传播受到速度的影响。 1、光束2向M2传播时，如下图所示：
因为有速度V的作用，光束2从G1向M2的传播过程中，M2会向前偏移，当光束2用了t1时间到达M2时，此时M2从B点移动到了C点的位置，移动了vt1的距离。在此，光程为：N21=ct1=S-vt1。 2、光束2从M2反射时，如下图所示：
光束2从M2反射回来传播时，因为速度V的运动，G1会向前偏移。当光束2用了t2时间到达G1时，G1已从A点位置移到了D点位置，移动了vt2的长度。在此，光程为：N22=ct2=S+vt2。 光束2行进的光程为： N2=N21+N22 =ct1+ct2 =S-vt1+(S+vt2) =2S-vt1+vt2 光束1的传播因为没有受到速度V的影响，它行进的光程为： N1=S+S=2S 光束1和光束2的光程差则为： N=N1-N2 =2S-(2S-vt1+vt2) =vt1-vt2 =v(t1-t2) t1和t2的值可以用上面时间测量的方法测量出来，当然，不用知道也可以。因为，如果以太是存在的话，光线传播时间t1、t2是不相等的，t1<t2，光束1、光束2的光程差就不为零，v(t1-t2)≠0，那么干涉条纹就会出现。仪器出现了光干涉条纹，那么就可以证明绝对静止参照系的存在。 按照我的推论，就"迈克尔逊-莫雷"光干涉实验而言，不说把它放在实验室，就是放在车厢里来说。如果把它放在运动的密闭车厢里，肯定也观察不出光干涉条纹，但是如果把它放在运动的车厢外面，绝对会观察出光干涉条纹。车厢就如同地球一样，"迈克尔逊-莫雷"光干涉实验为什么得不出光干涉条纹，我想大家应该会明白其中的原因了吧？
利用高精度时钟或者迈克尔逊光干涉仪去做一做这几项实验，就可知本人的推论正确与否，也就可知以太、绝对静止参照系的存在与否： 1、在地面真空环境里分别测量光线在两个相反方向的传播时间； 2、在地面真空环境里用迈克尔逊光干涉仪做光线的干涉实验； 3、在运动的敞开车厢里分别测量光线在两个相反方向的传播时间，或者测量车厢在静止和运动时的光线传播时间； 4、在运动的敞开车厢里用迈克尔逊光干涉仪做光线的干涉实验。 实验虽然简单，意义却很重大，无论结果怎样，都有可能会对世界产生深远影响，希望有志之士去做一做。 ***完***。
|