我们根据光的很多现象推测光是介质波。这种观点现在虽然并非主导,但是还是拥有很多的支持者。我总是相信有办法让某种无形态物质的运动影响光的速度,比如磁场应该能够影响光速。但是很遗憾,很多事情导致这个话题一直来被本人忽略。近来,感觉要让科学转移注意力需要做些实验来推动,尽管实验机会有限而艰难。不过,感觉光纤陀螺的发展提供了磁场影响光速实验某种程度条件。于是近来就磁场影响光速实验考虑了很多问题。草稿发表于百度理论物理论坛,现整理与西陆的朋友们进一步交流。 实验不能完全凭感觉来思考。所以首先需要计算,运动磁场能够多大程度上影响介质运动,因为首先需要从理论上知道实验的可行性以及是否容易实现。简易条件的运动磁场能够产生多大的介质转动速度和光纤陀螺的灵敏度。光纤陀螺的灵敏度容易调查,网络调查结果普通光纤陀螺的灵敏度是 1°/小时。接下来是如何计算磁场对于介质运动的影响份量。 我认为,磁场影响介质的影响力因素是能量密度比例。电场的能量和磁场的能量如何计算,普通物理都有介绍。可以类比得到引力场能量计算方法。由此计算地球附近的引力场能量密度大约是工业磁场能量密度的一万多倍。普通三相电机可以产生每分钟 3000 转的旋转磁场,也就是 180000 转/小时。估计旋转磁场空间里物质传导转速 10 转/小时,相当于 3600°/小时。普通光纤陀螺的灵敏度 1°/小时。结论是实验可行,而且可以达到很高的实验精度。由于光纤陀螺的灵敏度很高,估计初步试验,手动条形磁铁都可能观察到光纤陀螺产生反应。光纤陀螺有一个问题,它即便能够灵敏感觉运动磁场,显示的是磁场对于分子材料中光速的影响。并没有显示运动磁场对于纯粹引力场空间里光速的影响。 本人以前不知道有光纤陀螺,试图用高频电流和铁氧体来产生高速旋转磁场,用 Fizeau 实验的光路来检测。由于精力没有转到物理实验方面,也担心技术方面会有种种困难,这方面的实验一直来没有付诸实施。后来知道有一种光纤陀螺仪,能够感知微弱的转动,当然我想也应该能够感知旋转磁场。当然相信这种仪器对于普通百姓来说肯定很贵重,所以至今也没有实验计划。当然,还有一个原因,不是很清楚地记得不止一次听说,强磁场能够影响光速的说法。所以,有可能,即使进行了实验,可能是重复劳动。但又无从考证历史上是否有类似的实验。 大约一个世纪以前的科学家进行过类似的实验似乎技术上不可能,可能是对于 Faraday 发现的磁致介质旋光效应简述引起的误解。但是,今天,光纤陀螺实验有很多专业实验室在进行着实验,也进入了工业应用。也许很多人无意之中发现了电机对于光纤陀螺的干扰。只是大家从光是介质波动角度来理解,并不觉得惊奇,仅此而已。 光纤陀螺的研制过程中需要考虑磁致旋光效应的干扰,肯定会有特意设计的磁场接触。这个过程可能要接触运动磁体。当然磁场干扰试验可能采用的是通电线圈来产生磁场。所以,也可能光纤陀螺试验过程没有机会接触运动磁体。很多实验室会有要求磁场屏蔽,也不允许磁铁随意带进实验室都是可能的。不过,即便生产试验等过程没有接触运动磁场的机会,工业应用中偶然接触运动磁场的情况应该会有的。事情可能像前说过的,只是很多工程人员并不为此觉得这是一个重大的实验发现。 由于光纤本身容易被磁场的磁致旋光效应干扰,所以,现在的光纤陀螺具有保偏功能,以此保证光纤陀螺能够在外界磁场的干扰下工作。也许保偏性能不是绝对的。不过如果运动磁体影响光速效应的存在,转动磁体应该能够让光纤陀螺产生不同于磁体平动产生的感应,那么也将会给介质波动理论增添一个支持证据。附带说明一下,如果电机的旋转磁场能够使光纤陀螺产生感应,说明旋转磁场真的是旋转的。 刚才有一个低级疏忽,成品光纤陀螺仪外壳应该是电磁屏蔽材料做成的。工业应用中碰到运动磁体,感应可能会被屏蔽掉,除非碰到强大的运动磁体,这样的机会可能很少。简单地找一个光纤陀螺仪来测试运动磁体的影响,看来会失败。一种办法,是拆掉陀螺仪的外壳,或者拜访陀螺仪生产厂家,用还没有用电磁屏蔽材料封装的陀螺仪测试一下。 今天,光纤陀螺为我们提供了验证磁场影响光速一种可能的手段。也许有人为磁场影响光速这类实验如果成功感到很有价值。我觉得可能未必,比如 Sagnac 实验处境就很冷门。基于古老方法进行的成功实验,总是不会让人们感到很意外,所以也就不会被很多人关注。我们设计实验,或者有人接着做实验,我想都是出于好奇心,而不是为了获得科学喝彩。 有人提供了过去一些科学家此类的实验资料。据说有人做过电场对光速是否有影响的实验。就是把光从电子管的阴极射入,在从阳极射出,然后从阴极发射电子,看运动的电子对光速是否有影响。实验结论是运动的电场对光速没有影响。磁场对光速的影响也有人做过。在干涉光路上加上运动的磁场,干涉图形没有发生变化。无论是静电磁场还是动电磁场对光的影响,都有很多人做过。电磁场对光速的影响即使有也很难被实验发现。 当然,我还是相信电磁场是能够拖动光速的,这不是凭空猜测,也不是纯粹理性推论,我觉得 Fizeau 实验就是水分子中原子核的电磁场和电子电磁场拖动了光速。那么,过去的实验为什么没有直接观测到宏观磁场对于光速的拖动呢?过去的实验明显是在没有严密理论分析的情况下做一下顺便的测试。由于没有严密的理论分析,把问题想得简单了,没有考虑引力场的阻滞,所以试验没有成功。我早年就有此类实验的改进版,不过确实不知道过去的科学家有此类实验的初级失败版本。至于电子束没有驱动光速,我认为,那个实验有一个细节错误,就是用稳定的电子束而不是用脉冲电子束。稳定的电子束不能带动空间里的电场,作为稀薄气体带动光速的作用又过于微弱,从而不能达到驱动光速的目的。我早年就想到,这方面的实验至少需要由高频信号来产生很高转速的旋转磁场,以提高拖动效果。由于此类实验需要同时学习光学实验知识和电子电路知识,一直来没有这个时间精力。这方面的实验一直来心有余而力不足。今天时代进步了,技术进步了,有了光纤陀螺这种灵敏度很高的仪器,可以检测运动磁场对于光速的影响。但也更希望有兴趣的朋友去完成此类实验。 光纤陀螺检测运动磁场即使获得我们期望的满意结果,我相信有很多人会提出疑问,是不是运动磁场也有旋光效应,没有完全消偏导致感应产生?运动磁场产生的电场效果会不会影响了石英中的光速?对于前一个疑问,实验需要检查光偏振。对于第二个疑问,我们的想法是,材料光速性能的变化应该是双向的,即使变化,也不影响效果。 没有身份的人,即使做出实验来,也没有人会感兴趣的,没有人会相信的,更没有人会检查的。论文投稿,会被认为实验效果是某种干扰因素引起的。所以,我希望有物理身份的学者,如果有兴趣进行此类实验。即使不会得到什么,如果成功,至少可以发表一篇论文,晋升一级职称应该是可以做到的。 没有认真计算,只是重新估计了一下,脉冲电子束有可能因为能流密度太低,拖动不了光速。补充说明一下,阴极射线管中的静电场,对于电子束拖动光速也是一种阻碍。即使脉冲电子束经过理论分析能够拖动光速,也应该在将电子束引出阴极射线管之外进行实验。 产生脉冲电子束,说一下是容易的,实现起来就不容易了。电子的速度接近光速运动,脉冲频率需要高到 1GHz,属于微波波段,需要高频开关电路。还有,电子束需要强度,离开阴极射线管,还能够产生很强的电场。可能现有实验室中的普通阴极射线管不能满足要求。现在我设想有一种更好的办法,不是电子束这类办法,如果三相电机中的旋转磁场确实是旋转的,那么同轴电缆信号线中的电场磁场也应该是运动的,而且是以光的速度运动的。在同轴电缆传递强大的射频信号,测试一下这一强大的能流是否可以产生大浪推小浪的效果,即射频强电磁波推动更短波长的光波。这方面实验新的理论基础就是,通过能量流推动"气流",这个"气流"就是引力场气体流场,让引力场气体流场推动光速。过去的实验,由于没有理论上的推动模型,推动力量太小,导致实验失败。根据同样的道理,我们不必用射频电磁波来推动光波,这里应该可以得到一个推论,不过我暂时不知道这个推论是否正确,也不知道是否可以验证,就是,高能激光束有更快的光速。 经计算分析,不管是脉冲电子束推动,微波推动,还是电机旋转磁场推动,都很难驱动干涉光路产生反应。就是高能激光束,自推动的效应也太弱,无法观测。所以,一直来,我相信过去没有光纤陀螺的时代,显示磁场推动光速的实验条件基本上是不具备的。要显示磁场对于光速的影响,经济可行的方案里,光纤陀螺似乎还是唯一的途径。当然,如果在验证了运动磁场能够让光纤陀螺反应以后,专业实验还是有办法进一步验证运动磁场对于光速的影响。增加磁铁长度和运动速度,或者长距离直线型交流电机,利用长光程积累影响,最后总可以达到能够观测的效果。或者在卫星上进行实验,以减少地面引力场的阻滞作用。月球轨道上,引力场已经变成太阳引力场为主,这个太阳系空间引力场能量密度减弱为地面引力场能量密度的 1 / 4000000 。这种条件下,磁铁能够几乎同步带动光速。 相同的装置尺寸,长条形的 Sagnac 型光路由于能够影响正反光路,灵敏度 比 Fizeau 型光路提高一倍。长距离直线型电机,做起来就麻烦了。有一种思路可能更好,就是用中短波在同心铜管中传播,内管外面布置 C 型铁氧体。 LC 振荡电路,电能和磁能数量是相同的,电磁波驱动更短波长的光波,既是电场驱动也是磁场驱动。软磁铁氧体不会增加磁场能量,增加软磁的目的可以增加导波管阻抗,同样磁能密度下减少电流,增加电压。运动永磁方案除外,其他方案需要强大的能流,包括高能激光脉冲自驱动。查了一下,YAG 激光器脉冲激光峰值功率几十兆瓦,远远不够。中短波驱动,强大的中波如何获得,这是一个问题。有一种办法,就是用静电起电机获得百万伏的高压并用金属球储能,放电冲击导波管。当然,实施起来,有很多技术细节需要处理。估计不是个人能够完成的实验。 科学走到贵族实验时代和专业实验时代,科学留下的实验机会确实不是很多。也因为这一点,我们很珍惜不多的潜在实验机会。我也知道,很多主流学者对于这方面的努力不看好。是有很多原因导致我们对于这个实验感兴趣,也花很多时间研究如何获得强大的电磁场能流去影响纯粹引力场区域中的光速。行星绕着太阳转事实上已经能够说明万有引力的存在,但是 Cavendish 先生却努力演示几个铅球之间的万有引力。也许是科学需要更多的实验去说服不相信科学结论的人们。水中的光速较小而且可以被水拖动,在我们看来也说明了光速的可变和原子中的电场磁场对于光速的影响。即使光纤陀螺显示静止的磁铁和运动的磁铁对于光纤陀螺影响的不同,说明磁场对于分子材料中光速影响的存在。进一步的实验也还是需要的。科学需要完整的系列实验,即使大家都相信已有的实验已经能够说明了问题。
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