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论光速c的实质及相关问题的解决 陈昌永 秀山县清溪镇中学，重庆 秀山 409911
摘要：光速c的实质，是光在真空中相对于它所处的单一密闭惯性系的传播速度。它是人类已经测出的，处于任何单一密闭惯性系内的物体，相对于这个惯性系的最大运动速度。文章论述了光速c的这一实质及其相关问题的解决，将引起物理学重大变革，并促进物理学健康发展。 关键词：光速c；实质；单一密闭惯性系；相关问题；解决 中图分类号:Ｏ41 文献识别码：A
光速c作为物理学中一个重要常量，其实质是，光在真空中相对于它所在的任何单一密闭惯性系的传播速度。它是目前人类已经测出的，在任何单一密闭惯性系内的物体，相对于这个惯性系的最大速度。但是，人类却一直将其误解，或认为是光在真空中相对于光源的传播速度[1 ]，或认为是光在真空中相对于“以太”的传播速度[2 ]，或认为是光在真空中相对于任何惯性系的传播速度[3 ]，更是把它作为自然界中一切物体所能达到的极限速度[4 ]。这就是导致人类对光速产生困惑，并引发出洛伦兹变换及狭义相对论，使物理学偏离正常发展轨道的错误根源。认清光速c的实质，就能解决其相关问题——化解光速困惑、修正麦克斯韦方程组、否定洛伦兹变换、否定狭义相对论，从而促进物理学健康发展。 1 光速c的实质 1．1子弹的固有速度 我们知道，从同一支固定在地面上的枪射出的子弹，在各水平方向上的速度相同。为了论述方便，我们把子弹的这种速度叫做子弹的固有速度。 子弹的固有速度是子弹相对于什么参考系的速度呢？ 长期以来，人们普遍认为，子弹的固有速度是子弹相对于枪的运动速度[5 ]。果真如此的话，它照样会使人们产生同光速一样的困惑——子弹的固有速度不符合经典力学的速度合成法则。 例如，设从某支枪里射出的子弹的固有速度为v。当某射击者持这支枪在地面上以速率v后退并朝着前方水平射击时，则子弹相对于地面参考系（设子弹的运动方向为“+”，枪的后退方向为“-”）的速度v子弹=v-v=0.这种情况下，子弹相对于地面是静止的，不会在地面上空飞行。当射击者后退的速率v枪大于v时，则子弹相对于地面的运动速度v子弹=v-v枪<0.这种情况下，子弹不但不能从枪口射出，反而会朝着枪后退的方向射出。但是，客观事实表明，这两种情况都不会出现。实际情形是，无论枪后退的速度多大，子弹始终会从枪口射出去，且相对于地面的速度每次都一样。 所以，子弹的固有速度并不是子弹相对于枪的运动速度。 其实，子弹的固有速度是子弹相对于它所处单一密闭惯性系的运动速度。 例如，在地面上射击时，子弹的固有速度就是子弹相对于地面的运动速度；在匀速直线运动的密闭列车内射击时，子弹的固有速度就是子弹相对于列车的运动速度。 由于子弹的固有速度是子弹相对于它所处的单一密闭惯性系的运动速度，所以，不会受到枪的运动影响，不会受到射击目标的运动影响，也不会受到它所处惯性系的运动影响。 例如，无论是在地面上还是在匀速直线运动的密闭列车内，无论射击者持枪是在前进还是在后退，也无论前进或后退的速度多大，用同一支枪朝着水平方向射击时，子弹相对于它所处单一密闭惯性系——地面或列车——的速度每一次都相同，都等于它的固有速度。 总之，子弹的固有速度是子弹相对于它所处单一密闭惯性系的运动速度，在子弹所处的任何单一密闭惯性系内都相同，与枪的运动速度、射击目标的运动速度、所处惯性系的运动速度都无关。 与子弹的固有速度类似的例子很多。例如，从水管里喷出来的水流的固有速度，从声源里发出的声波在某种介质中传播的固有速度，从光源里发出来的光在真空中的固有速度等。 1．2光速c的实质 与子弹的固有速度一样，光速c是光在真空中相对于它所处的单一密闭惯性系的传播速度。可以将其表述为：相对于光所处的任何单一密闭惯性系，光在真空中各方向上的传播速度都是c。 例如，相对于光所处的地面参考系，光在地面上空（看着是真空）向各方向传播的速度都是c；相对于光所处的匀速直线运动的密闭列车参考物，光在列车内（看着是真空）向各方向传播的速度都是c.但是，相对于地面参考系，匀速直线运动的密闭列车内各方向上的光速就发生了变化，再也不是c. 得出上述结论的理由如下。 理由一：历史上所测量或计算出的光速值，都是相对于光所处的单一密闭惯性系的测量值或计算值。例如，相对于地面的测出的光速值，根据麦克斯韦方程组计算出的光速值，根据所测激光的波长和频率值计算出来的光速值等。 理由二：迈克尔孙-莫雷实验可以证明。根据相对性原理（“伽利略相对性原理”和“狭义相对性原理”都一样）可知，不能在密闭惯性系内做任何力学实验来证明密闭惯性系本身运动与否，因为任何密闭惯性系本身的运动情况都不会影响物体在其中的相对运动。也就是说，在迈克尔孙-莫雷实验中，地面相对于其他任何参考系的运动，都不影响光相对于地面运动。所以，迈克尔孙-莫雷实验验证了，相对于光所处的单一密闭惯性系，光在真空中各方向上的速度相等。 理由三：斐佐实验可以证明。斐佐实验表明光在它所处的单一密闭惯性系——水中运动时，在地面参考系中所测到的光的绝对速度是不同的，会受到惯性系——水的运动的影响。 理由四：光也是一种物质。不管它是波是粒，总之，就是从光源里发射出来的一种物质。跟从枪里射出来的子弹，水管中喷出来的水，声源发出的声波等一样，都是从发射源（扰动源）发射出来，之后离开发射源（扰动源）而独立运动。因此，光的速度c也和这些物体的固有速度一样，都是相对于它所处单一密闭惯性系的速度，与发射源（扰动源）的运动无关。 由于光速c只是光在真空中相对于它所处的单一密闭惯性系的速度，因此，它也并不是目前人类已知的最大速度，也不是自然界一切物体的极限速度。只能说，光速c是目前人类已知的，处于任何单一密闭惯性系内的物体，相对于这个惯性系的最大运动速度。 总之：相对于光所处的任何单一密闭惯性系，光在真空中各方向上的传播速度都是c。它是目前人类已知的，在任何单一密闭惯性系内的物体，相对于这个惯性系的最大运动速度。 2 对光速c 相关问题的解决 1) 关于“光速c不符合经典力学的速度合成法则”的问题 这个问题与上文论述的子弹速度问题类似。如果认为光速c是光在真空中相对于光源的速度，它就不符合经典力学的速度合成法则；如果认识到光速c是光在真空中相对于它所处单一密闭惯性系的速度，那么它就完全符合经典力学的速度合成法则。 2) 关于“发光双星”的问题 由于光速c与光源的运动速度无关，因此，相对于地面参考系，无论远离地球而去还是向着地球而来的恒星所发的光，在地面上空传播的速度都相同。 3) 关于“迈克尔孙-莫雷实验结果”的问题 根据相对性原理（“伽利略相对性原理”和“狭义相对性原理”都一样）可知，不能在密闭惯性系内做任何力学实验来证明密闭惯性系本身运动与否，因为任何密闭惯性系本身的运动情况都不会影响物体在其中的相对运动。所以说，在迈克尔孙-莫雷实验中，地面相对于其他参考系的运动与否，都不会影响光相对于地面运动。因此它验证了，相对于光所处的单一密闭惯性系，光在真空中各方向上的速度相等。 4) 关于“以太”的问题 “以太”是由于人们对光认识不足并产生困惑时，主观制造出来的绝对静止参考系[11]。既然物体的运动都是相对的，那么绝对静止的“以太”参考系也就不存在。因为，假如某物体相对于“以太”运动时，“以太”也在相对于这个物体运动。其实，认清光速c的实质后，“以太”假说不攻自破。 5)关于“斐佐实验”的问题 斐佐实验表明光在它所处的单一密闭惯性系——水中运动时，在地面参考系中所测到的光的绝对速度是不同的，会受到惯性系——水的运动的影响。 6）关于“麦克斯韦发出组不符合伽利略变换”的问题 麦克斯韦方程组，只是从单一密闭惯性系内的实验总结出来，所以，它只对单一密闭惯性系成立，从中计算出来的真空光速也只是光相对于单一密闭惯性系的速度。麦克斯韦实验，只是改变了扰动源，没有改变了所选参考系。要想它符合伽利略变换，可以将其修正。 7）关于“光速不变原理”的问题 “光速不变原理”是爱因斯坦对光速c的误解结果，应将其修改为：相对于光所处的单一密闭惯性系，光在真空中各方向上的传播速度都是c。并不是光相对于任何惯性参考系在真空中的传播速度都是c。 8）关于“光速是目前人类已知的最大速度”的问题 这个问题与“光速不变原理”一样，也是对光速c错误解，应将其修改为：光速c是目前人类已知的，处于任何单一密闭惯性系内的物体，相对于这个惯性系的最大运动速度。 9）关于“狭义相对论中的速度合成公式”问题 相对论中的速度合成公式，是为了满足“光速不变原理”而人为设置的数学游戏，如果将其中物体的运动速度换成光速c来进行计算，无论物体所处惯性系的速度多大，则物体的绝对速度永远都是光速c。 10）于“同时性的相对性”的问题 “同时性的相对性”产生于“光速不变原理”。在得出这个结论的“爱因斯坦火车”中，爱因斯坦以为，相对于地面参考系，光在列车内各方向上的传播速度也仍然不变，于是得出与列车内观者的“同时”相反的“不同时”的结论。其实，稍微有一点生活经验和物理知识的人都知道，列车运动与否并不影响光在其中的相对运动，地面上的观者也会得出与列车内的观者一样的“同时”结论。 11）于“动钟变慢”问题 “动钟变慢”产生于“光速不变原理”。爱因斯坦用雷达钟解释这个问题时，认为处于动系的观者由于与钟始终处于相对静止状态，则他观测到的雷达信号的运动路程和速度都不变，所以时间间隔也不变，钟不会变慢；而处于静系的观者，会发现雷达信号所通过的路程是斜线，比原来静止时经过的路程长，可是光速又没有变，所以计算出时间间隔变大，则认为钟变慢。因此，“动钟变慢”错在用光的绝对运动路程（变大的路程）和相对运动速度（不变的速度）计算运动时间。既然静系观者观察到雷达信号通过的路程是斜线，是信号的相对运动和牵连运动的矢量合成，那么它的运动速度也应该是这两种速度的矢量合成，应该比原来的速度大一些，也就不能再用原来的速度进行计算。其实，根据上文所述物体的运动规律可知，雷达信号在水平方向上的牵连运动并不影响它在竖直方向上的相对运动，雷达信号在竖直方向上所要通过的路程和运动速度始终都不会变，则运动的时间间隔也不会变化，钟不会变慢。 12）于“动尺收缩”问题 “动尺收缩”与“动钟变慢”一样，也产生于“光速不变原理”，同时也违反了前文所述的“物体的牵引运动与相对运动互不影响”这一运动规律。 13）于“相对论的质量”问题 狭义相对论中的质量公式，是爱因斯坦为了保证“光速c是自然界中一切物体的极限速度”这个错误论点而主观制造出来的。根据上述第6个问题可知，光速c并不是自然界中一切物体的极限速度，而是目前人类已知的，在任何单一密闭惯性系内运动的物体相对于这个惯性系的最大运动速度。物体的质量仍然是经典力学中的不变量，并不会随物体运动速度的变化而变化。 3 结 论 1) 相对于光所处的任何单一密闭惯性系，光在真空中各方向上的传播速度都是c。它是目前人类已经测出的，在任何单一密闭惯性系内的物体，相对于这个惯性系的最大速度。 2) 麦克斯韦方程组只是在电磁场所处单一密闭惯性系内进行实验得来的，因此，它对电磁场所处的任何单一密闭惯性系都成立，从中计算得到的真空光速也是相对于电磁场所处的单一密闭惯性的速度。 3) 洛伦兹变换和狭义相对论都是谬论。 参考文献： [1] 刘辽，费保俊，张允中。狭义相对论[M]。第2版。北京：科学出版社，2008：14 [2] 刘辽，费保俊，张允中。狭义相对论[M]。第2版。北京：科学出版社，2008：12 [3] 李鉴增，赵峥。近代物理教程[M]。北京：北京师范大学出版社，1992：6 [4] 乔治．伽莫夫，罗素．斯坦纳德。吴伯泽。物理世界奇遇记[M]。北京：科学出版社，2008：13 [5] 乔治．伽莫夫，罗素．斯坦纳德。吴伯泽。物理世界奇遇记[M]。北京：科学出版社，2008：12 Discussed the true meaning of the speed of light c and resolve problems associated with this
Chen Chang-Yong Xiushan County Qingxi Town Middle School, Chongqing Xiushan 409911,China Abstract:： The substance of the speed of light c is light relative to its inertial system in which a single closed propagation velocity in a vacuum. It is currently known to man, in the inertial confined within any single object, the maximum relative velocity of the inertial system. The article discusses the real speed of light c, and its related problems, will cause major changes in physics, and to promote the healthy development of physics. Key words：The speed of light c; The actual nature of ;Single closed inertial system; Related issues;Solution
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