过年前的一个总结:关于光速不变
(1) 把电磁波看作介质波,一个孤立的迈克尔逊-莫雷实验的确无法完全把以太驱除出去,也无法完全证明“光速不变”。迈-莫实验也可以说证明了100%拖曳以太。但我存疑:既然地球能100%拖曳地表的以太,那么地球就要受到来自以太的摩擦力,地球在46亿年的生涯会损失动量,从而可能早已跌落进太阳。当然,这个计算由于缺乏可靠的数据难做计算,因此我存疑。
(2) 把电磁波看作物质波,电磁波的发射就好比机关枪发射子弹。子弹相对地面观察者的速度除了固有的速度(由机关枪发射能力决定),还依赖于机关枪相对地面观察者的速度。“两个惯性参考系观察同一个光波”实验有难度,因此无法直接验证“光速不变”,但是在一个惯性系内观察两个一模一样的原子(只是具有不同运动速度)发射的光波速度,是可以办到的,这样也可以来比较光速,这就是我所说的“超新星爆发”观察(再次附录于后)。这也可以来证明“光速不变”。如果我们在一个惯性系内观察两把一模一样的机关枪(只是具有不同运动速度)发射的子弹,子弹的速度必然不等,但光波的速度却是相等(这可以用Doppler效应来推理)。所以,光速不变是可以凭间接实验来证明的。
(3) 黄新卫说“因为狭义相对论可以解释高能电子质量增大、高能介子寿命延长等等现象,所以物理学界把它们作为狭义相对论的实验证据。然而,洛伦兹的理论同样可以解释这些现象”。的确存在很多这样的理论,但这样的理论无一不是假设过多或过于牵强(一个理论内牵强次数过多)。
(4) 一定意义下,迈克尔逊-莫雷实验(以及其他一些实验)无法完全证明“光速不变”,这并没有什么。有人还在说1900年普朗克的黑体辐射理论可以不用量子概念也能导出,还有人在说薛定谔方程可以从经典理论导出,这都是些有趣的探讨,但这不能说明太多的东西。
(5) 整个量子场论是Lorentz不变的。对于解释高能电子质量增大、高能介子寿命延长等等现象,只有相对论才提供了最经济、最不累赘的解释。
(6) 以上谈的都是实验,我更看重理论上的理由:“光速不变原理”其实多余,它是一条推论。我们不用光波,我们用普通物质波代替光波(作为量测工具),利用三个参考系之间的变换(要求它们数学结构一样),就会得到一个变换和一个结论:必然存在一个不变速度,它在该坐标变换下不变。这在1910年之后多次被人提出(我也提出过)。
(7) Lorentz变换满足一个群,因此它是自洽的。所以,任何找相对论的非自洽性,都是徒劳的。(虽然满足群论的理论,不一定具有物质承担者,但它是自洽的)。
沈建其 2011-1-31
-------“超新星爆发”观察—---------证明“光速不变”------
有一个天文实验证明了“光速不变”,就是超新星爆发(所谓的“客星”产生)。超新星爆发时,大量星体粒子以很大的速度向四周发射。我们选取两个粒子来考察:A粒子的速度朝向地球而来(速度为v),B粒子的速度垂直于A粒子速度,因此B粒子没有朝向地球而来的速度分量。这两个粒子在逃离超新星核时,又都发射了光波,发射的光波都朝向地球(因此我们才能观察到这两类粒子)。按照伽利略速度合成,A粒子发射的光波速度为c+v, B粒子发射的光波速度为c。于是两种光子到达地球的时间有延迟。根据超新星爆发的能量,可以估算出A粒子速度v的量级,由此计算这两种光子到达时间的延迟,这是一个很大的数值(因为超新星离地球很远),大约为上百万年。也就是说,只要超新星爆发,那么地球在上百万年时间内都能观察到这个爆发的现象(因为不断有各种延迟的光波射来)。但是实际上,超新星爆发(所谓的“客星”产生)往往只维持几十天(如中国宋朝观察到的那颗现在被称为“蟹状星云”遗迹的“客星”只亮了20多天)。这就说明,至少对于光速合成,伽利略变换是完全不满足的。光速要是可变,其变化的游离范围是非常非常微小的(20多天与上百万年的比值是10^(-7),即光速变化量上限只有10^(-7)),即无论发射源的速度是多大,被发射的光子几乎都是在同时到达地球的,即光速与源速无关,这其实就是“光速不变”了。该实验也有中微子的版本,也测量过。
沈建其 2011-1-31
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