|
对黄德民先生一封短信的看法（关于"光速不变"的实验验证）
黄德民先生近来说："通过此轮讨论，目的已基本达到，建其已同意，到目前为止，光速不变假设并没有得到任何一个实验的真正支持，这就够了！能说服沈建其，意味着也能说服绝大多数相对论者，这有利于为我们进一步探索光速问题打开言路和空间。" 我知道，黄德民先生有一个爱好，就是爱用简单的断语"是"或"不是"下结论，然后在这个粗暴结论下做他的自由演绎。实际上这种方法是非常偏颇的，就如"到目前为止，光速不变假设并没有得到任何一个实验的真正支持"这句20来字的断语，其成立前提却有200来字。不提这个成立前提，实际是误导人的。完整的说法应该是：1）以迈-莫实验为代表的实验对"光速不变"的验证并不像传统所认为的那样过硬；2）认为光是纯粹的粒子，那么以超新星爆发为代表的实验现象其实证明了光速不变。 一些分析如下： 我有如下四个命题： （1）"介质波波速不随波源速度而变"不算"光速不变"； （2）"对同一光波，不同速度的观察者观察到同一速度c"，才算"光速不变"； （3）"光子速度不随波源速度而变"才算"光速不变"； （4）"对同一光子，不同速度的观察者观察到同一速度c"，才算"光速不变"。 命题（3）与（4）是等价的。 由于二十世纪物理学已经否定光波是介质波，所以命题（1）不再有必要列入，代替命题（1）的是命题（3）。 "不同速度的观察者"是难以在实验上实现的，所以（2）（4）命题不具有可操作性，于是只剩下（3）。我们知道，超新星爆发时几乎所有光子、电子、质子几乎同时达到地球，就是属于命题（3）所指的实验现象。因此，从这个角度讲，光速不变是有实验证据的。 尽管在现代物理看来光波不再是介质波，但是光波的确有一些介质波的残留特性（或者说可以与介质波类比），如介质波的波速是弹性系数与介质密度比值的平方根，光波波速是介电系数\epsilon与磁导率倒数\mu的比值的平方根。十九世纪的物理学把光波看作介质波。因此我们提出第（5）个命题： （5）"在纯开放的惯性系中，对沿着各方向传播的同一种介质波（光波），观察者都观察到同一速度c"，算"光速不变"。 在（惯性系）迈-莫实验中，惯性系是开放的（好比在空气介质中前进的无壁无盖"车厢"），光波一旦从光源中出来，它就属于宇宙真空介质内的波（因为"车厢"是开放的），如果光波无论向东向西还是向南向北传播，速度都是同一个数值，这其实就是"光速不变"（即伽利略速度叠加关系不再成立）。迈-莫实验就是这样一个现象。因此，从这个角度讲，迈-莫实验证明了光速不变。但利用光子说（发射说），无论迈-莫实验装置是否开放，都只能算证明了由光源发射的"子弹"（光子）的固有速度是c罢了，不是在证明"光速不变"。又由于"光波是介质波"也早已属于陈旧体系的知识，故而我说在今天看来，"以迈-莫实验为代表的实验对"光速不变"的验证并不像传统所认为的那样过硬。" 但是，迈-莫实验的历史意义（起了"催产婆"的作用）不能抹煞。因为在十九世纪，"光波是介质波"是当时的主流认知，迈-莫实验结合"光波是介质波"（外加"参考系纯开放"），的确可以得到"光速不变"。这导致两个结论：光波不是机械意义上的介质波，以太概念要放弃；需要将伽利略相对性原理上升为狭义相对性原理。自此后，随着相对论和量子论的建立，"光波是介质波"逐渐被放弃。由于主流认知"光波是介质波"已经不再存在，基于此基础上来解释迈-莫实验的思路也就不再有根基，"催产婆"悲情离场。 迈-莫实验结合"光波是介质波"得到了"光速不变"，这"光速不变"又因违反以太特性，扫除了以太，从而 "光波是介质波"也因连坐而被剔除。这是我们地球上的认识过程，或许在其他星球上的文明没有经历这个认识过程。 物理学中有很多"催产婆"。如德布罗意提出了物质波的概念，推广了"波粒二象性"、薛定谔提出了量子力学基本形式，但是他们对"波粒二象性"的认识都是错误的，且也误导了不少物理学家，但是他们的这些错误观念却又是必须的（在理论提出之初，甚至是不可避免的），没有这些错误观念，他们也就不可能建立他们的理论形式。 总之，从学术角度讲，迈-莫实验不再算"光速不变"的实验验证，但站在历史的认识的角度看，把迈-莫实验解释为"光速不变"的实验验证，是当时的主流认知的唯一出路。 （说明：以上讲的是"惯性系内的迈-莫实验"。实际由于地球在自转和公转，迈-莫实验是在非惯性系内的实验，因此讨论还要复杂。不再赘述。） 沈建其，2011-5-17 |
