回德民：

媒介的思想有它的优势，但是显然光有媒介的思想还不足解释全部现有的光速测量实验。不管在正式发表的文章，还是这个系列的贴子，我都是首先充分应用媒介的思想，只是在不得已时才放弃它。换句话，单独的媒介思想有它解释不了的问题，如果德民留心，应该已经注意到前面的例子。我这里再把例子稍微改造一下，你看看根据你的理论如何预测光速：

假定月球在半径为30万公里的正圆轨道绕着地球飞行；现在从地球上再发射一颗人造地球卫星，让它准确进入月球的绕地轨道，以便近距离跟随月球一前一后绕地飞行。在月球与人造卫星绕地飞行的过程中，有一刻它们正好，或大约，通过地球的饶日公转

轨道。进一步假定在这一刻从地球公转的方向看，月球与卫星正在地球的后方。请问，在问题提到的这一刻（或其近似），如果从固定在地球惯性系（ECI）内的一座天线发射一束光信号，假定这一信号既被月球接收到也被人造卫星接收到，那么

（1）月球与人造卫星接收到的光子的速度各是多少？

（2）试着给你的计算结果以物理解释。

这是第一个问题，每个人都可试着回答（后面还有更多）。如果问题不够清晰，可以要求无忧仙人进一步澄清。

另外，你说的回贴是指【185楼】吧？

~无忧仙人

回德民：

你可以试着用你的理论回答我在【211楼】提出的问题，如果您能给出一个合理而可信的解释，那就说明非局部原理不必要。

~无忧仙人

关于重力对光速影响的进一步澄清

完整的行星间测距实验的实验结果已被总结在行星间测距方程之中，这个方程（此处为一维，双程，隐式）为：

T_u=|R_B(t_R-T_d)-R_A(t_R-T_d-T_u)|/c+T_u（gps）+T_u（cor）+T_u（tropo）      （1a）

和

T_d=|R_A(t_R)-R­_B(t_R-T_d)|/c+ T_d（gps）+T_d（cor）+T_d（tropo）      （1b）

其中T_u，T_d分别为往程与返程的用时（星历时间ephemeris time），  t_R 为信号被地球上的

天线接收的时刻读数，R_A(.)，R_B(.)分别为天线与被探测的星球的反射点在相应时刻的位置坐标，c

为以太阳系质心惯性系（或其近似，太阳惯性系即SCI）为参照的真空媒介中的光速，或者等价地

说，以上测距方程所涉及的位置坐标以SCI为参照目标；其中三个修正项分别对应太阳的重力势、

日冕（太阳大气的最外层）以及地球大气。

以金星离地球最近时的雷达测距为例，跟据无忧仙人的计算结果，重力势的影响为969米，日冕的

影响可以忽略，地球大气的影响为2米至24米。所以以下着重探讨太阳重力势的影响，其计算公

式为

T（gps）=（1+gamma）GM/(c*c*c)*ln[(e+p+q)/(e+p-q)]

其中gamma=1，G为万有引力常数，M为太阳的质量，c为光的真空媒介速度，e为地球轨道半径，p为金星（或其它行星）轨道半径，q为测距时金星（或其它行星）与地球的距离。以上公式是把太阳重力势沿着光的行进路线积分所得。

由此可以看出：

• （1） 光速受重力势的影响不是由于重力势本身的存在，而是由于重力势的差别造成的；如果测距时两行星大致处于同一条等势线上，那么重力势对光速的影响便几乎为零。
• （2） 光信号相对于哪个参照系传播既非由太阳的重力场决定，也非由地球或金星的重力场决定（如前所述，是由观察者与光源的运动惯性与彼此关联的方式决定的）；重力势的作用只是在光传播的过程中使之延滞，而且起延滞作用的不是重力势本身，而是重力势之差。
• （3） 如果将测距方程的主项与修正项结合起来看，我们就发现根本不存在所谓的光信号先相对于地球以常数速度c传播，然后再相对于太阳系质心以常数速度c传播，最后再相对于金星以常数速度c传播的这样一个转换过程；有的只是因为重力势在光速行进路线上的高低差别对光速的障碍作用，而且这个障碍在当前所研究的情况下与观察者运动速度忽略时所引起的一阶的光速与测距误差相比，显然是次等的。所以，确定光的传播速度时首先忽略重力的作用按（不带修正项的）理想测距方程计算主项，然后再根据实际情况确定重力以及其它因素的次级影响。
• （4） 重力势影响公式中所用的是经典力学的重力势，把它称作广义相对论效应只是某些人为捍卫一个错误的理论而拉大旗作虎皮的一贯做法。
• （5） 行星间测距时，两个行星相对于太阳系质心的运动必需分别计算；如果只根据二者的相对运动来计算，可以最多导致30公里/秒的速度误差，以及导致多达6000公里至10000多公里的距离误差（金、地之间测距）。

~无忧仙人

但是牛东有没有意识到他的理论用到地球与太空中的宇宙飞船之间测距的情况呢？尤其是当飞船远离任何重力场而且以高速飞向或飞离地球，此时光速如何变呢？

~无忧仙人

再试试根据周宪先生的理论去解决【211楼】中的问题。这可是个测验他的理论的好机会（也是检验新以太理论的关键场合之一）。

~无忧仙人

那就请周先生做个观众，看看别人怎么上当：-）

~无忧仙人

嗯，是的，明白了便非常简单。

不过也有难以搞明白的地方，那就是在地、月之间光信号怎么变速、在地球与高轨道卫星之间的光速之间怎么变? 看看周先生是不准备回答了，一点点失望ing。

~无忧仙人

根据王汝涌先生要求，贴出如下内容：

============================

黄德民先生：请你把我这封新信发上去，並请发兩处：也说光速常数及说说相对性原理，理由在信中说了。麻烦你了。

致礼

王汝涌

本来想不再写的，但看到评审人这个小问题澄清了，但对我和无忧仙人的分歧却没有澄清，还引起误介，只能再写一奌，请黄德民先生放上去。

我们的分岐不是在光子似乎是“知悉”它们的目的地上，而是对相对性原理的理介及是否同意上。因还牵涉到相对性原理，故请发兩处：”也说光速常数”及” 说说相对性原理”。

由于无忧仙人上次一开始就写我们分岐是光子似乎是“知悉”它们的目的地，他那样一写，虽然我写了我对所谓的光子似乎是“知悉”它们的目的地的问题可以说我既没涉及，也不感兴趣，但显然还是没有把分岐点清楚，抱歉了。

我上次写了他文章很长，事实上我只看了他文章的前四节，在第二节中他说光速和光源运动无关、第三节中他引用我2000年关于 GPS 測距方程的说法说光速和接收器运动有关。但在第四节中谈光源和接收器一起运动时，变成光速仍是c，相对性原理是对的，GPS 測距方程对这又不能用了。我就看不下去了，和他通了十来个 emails 和一或二个电话，搞清了他对光速的看法就是上一封信中总结的：

a) 如果有两辆汽车相隔如10米一前一后在南北向的公路上以相同的速度 v开，一个有光源，一个有接收器（观测者），那么测出的光速是 c+v或 c-v, 视光传播方向和汽车速度方向相同或相反而定。

b) 现在如果这两辆汽车中间用弹簧相连，其它不变，那么测出的光速仍是c+v或 c-v。

c)) 如果这两辆汽车中间用一根铁棒及螺钉连接，其它不变，你说测出的光速仍是c+v或 c-v，或者你说不太确定会是怎样（我不太记得，是在电话中说的）。

d) 但现在如果这两辆汽车中间用一块长铁板把两车焊接起来，其它不变，你非常肯定地说测出的光速是c ，不再是c+v或 c-v。我们的讨论就集中在这个问题上。i我问你有什么实验依据，你说没有。我认为对这种没有实验依据的结论再讨论下去实在是浪费时间，何况我已经化了不少时间在和你讨论。

再扩充一奌就是如果我们用一块长铁板搭放在两车之间不焊接，他认为测的光速仍是c+v或 c-v; 如果这长铁板的一端和前面的车焊起来，另一端和后面的车只搭上而不焊接，那他认为光速还是c+v或 c-v; 但若铁板和后面的车也焊接起来，他认为这时光速就跃变成c，不再是c+v或 c-v（也就是说光源和接收器一起以相同的速度 v动，中间不是刚性连接的话是c+v或 c-v，全焊死是 c。）。我记得他是用惯性来介释的，而没有听到所谓的光子似乎是“知悉”它们的目的地的问题，所以我写了我对所谓的光子似乎是“知悉”它们的目的地的问题既没涉及，也不感兴趣，而且我现在也想不出焊接死跃变成c和所谓的光子似乎是“知悉”它们的目的地的问题有什么联系。

 我想无忧仙人应该会同意以上关于我们的分岐和通信的总结吧！

一些和我有过接触的人大概知道我是致力于做实验来证伪狭义相对论的两个原理的。而且我现在认为最好的判决实验是检验相对性原理的，也在作此努力。下面有兩节文字引自我的一篇文章，如不嫌长，可读一下。其中谈到一个可行的实验就是两辆放原子钟的汽车的实验。当然10 m太短了，要1 km，速度50m/s，这样两种情况的时间差是1 ps（或用高速火车，速度480 km/hr，距离为350m）。如果这实验真做了，并且结果是两车静止时和两车运动时，时间差不同，我想世界上99.99% 的人都会同意相对性原理错了，而且因为用到光速，光速不变原理也错了。但持无忧仙人观奌的人一定会说，且慢，要证伪相对性原理你必须用1 km的铁板把兩车焊接起来，或把高速火车各车厢连接紧紧焊死。当然这也不是做不到，因为真到那一步，全世界搞物理的人全会争着做实验，这点只是小菜一碟了。

王汝涌

推广的 Sagnac 效应已经证明光速不是不变的，GPS 也证明光速不是不变的，但我们看到在光速不变原理上争论出現的一些问题： （1）一些人明明用的是非相对论的或以太论的观点在谈光速，但他们却说这是狹义相对论的观点。如前指出，這是相当普遍的。（2） 一些人把光速不变原理变成是不能证伪的。有的是提出单向光速不可测量，有的是把同时性的相对性作为万能法宝而把光速不变原理变成公理一样，似乎是不要实验检验的。其实按照 Karl Popper 的观点，不能证伪的理论是 Pseudoscience。 （3）一个更普遍的情况是光速和观测者或接收器的运动无关這一命题被搞成是没有確切定义的。因为速度是一个导出量，而且当用“光速 = 光传播的距离/所化的时间”时，这二者都要仔细定义过，否则就无法做实验检验。上述的 GPS 实验恐怕做了以后也不会被认为是判决性的实验，因为有人会说他的定义不是那样的。那么他的定义又是怎样的呢，他大概不会拿出耒。鉴于以上这些问题，我们认为最没有争议的狹义相对论的判决实验是检验相对性原理的实验。如果我们在一个封闭的系统中做实验，发現在两个匀速直线运动状态下结果是不一样的，那就证伪了相对性原理（如果实验用到光速，那也同时证伪了光速不变原理）；反之，如果结果一样，那就证明了相对性原理。我们可以把这个項目叫速度计项目，因为相对性原理的另一种说法就是一个独立的速度计是不可能的。

运动的两个原子钟的实验。和二级Michelson-Morley 实验不同，用两个一起运动的原子钟做的实验是一个一级实验。当然用钟做光速实验，对钟的確是一个要解决的问题。因此这个实验需要有二个运动状态，譬如一个是两个钟都静止，一个是两个钟一起以 v 运动。我们也可以理解成一个运动状态是用来对钟的，隨后在另一个运动状态检验光速的变化。所以这实验既是检验光速不变原理的，又是检验相对性原理的。如果 v 是 50 m/s，两钟相距 1 km，予计的时间差是约 1 ps，这应该是可行的。

广军你好！

先澄清一点，我是粒子论者，认为光是粒子。我认为“类以太 ”是光速C成立的参考系，但不是其传播介质。

你的问题，用类以太假说很好解释。类以太假说认为，类以太是光速C成立的参考系，类以太层能被星体用引力拖曳随动。这样，地球周围的类以太层随地球一起公转，因而在该类以太层内传播的光，在ECI看来，其速度为C;远处的类以太层相对于SCI静止而相对于ECI运动，因而该以太层内的光速对ECI来说为C+V。同理，月球周围的类以太层随月球一起运动（月球除了绕地公转外还与地球一起绕日公转），因而在该类以太层内的光，在MCI看来，光速为C;卫星引力小，几乎不拖动周围的类以太，与地球绕太阳公转轨道相遇时，它能感受到类以太风，因而在它看来，周围的光速为C+V。当然类以太层的密度变化是个渐变过程，就象大气层逐渐稀薄一样，相应的类以太层的速度变化也是一个渐变过程，上述说法只是一个简单说法。

具体回答你的问题，为简单起见，只考虑绕日公转轨道方向的光速变化，不考虑月球、卫星穿越绕日轨道时由月球绕地公转这一垂直方向的光速变化，且假设卫星不在月球类以太层内而在之外！！从地球发出的光，主要经历地球周围类以太层、中间类以太层和月球周围的类以太层三个过程，这三个过对应的不同观察者看到的瞬时速度分别如下表所示：

                             地球周围                中间                月球周围

地球系看该光速                  C                     C+V                    C

月球系看该光速                  C                     C+V                    C

卫星系看该光速                  C                     C+V                    C+V

 这样，月球在最后测得的“瞬时光速”仍为C，卫星测得的“瞬时光速”为C+V；

但对整个过程来说，星类以太层相对于中间长度来说很小，月球和卫星测得的整个过程的“平均速度”都为C+V；

也向广军提个问题：

广军129楼说：“在被不同观察者接收到的光子似乎是能够辨知它们的目的地的，而且这种‘辨知’显然在它们离开光源的一刹那便已具有”。现在设想有一光源S相对于ECI静止，一观察者O起初相对于ECI静止，当光源发出光线后，O开始运动。请广军回答，该光子在“离开光源的一刹那”如何确定它的运动速度？是C还是C+V？

首先澄清一下，说光速是多少多少时一定是相对于源自于哪个参照系内的哪个观察者。此其一。另外一个极其关键的问题就是，根据无忧仙人的分析，所测光速不只是跟相对运动有关，还跟观察者与光源的物理关联方式有关。

有了以上澄清，就可以把你的问题先落实一下，那就是你所说的光源都是源自于ECI并且在光源发光之前是固定于ECI的，然后在发光的一刹那，观察者相对于ECI以速度v开始运动（迎着光源）。这时观察者最终所测的速度为c+v。

再强调一遍，根据无忧仙人的观察，决定光速的不只是相对运动，还有别的因素，前面都已经说清楚了。

我知道德民下面要说什么——请讲吧。

~无忧仙人

再问广军一个问题：

请问你所说的ECI和SCI的分限线在哪里？依据是什么？比如，相对于ECI静止的观察者距地面100米算不算是ECI内的观察者，1000米呢？10000米呢？100000米呢？100000米呢？1000000米呢？如果没有明确的分限线，那么请问认为一个观察者是处在ECI还是SCI具体的判别标准是什么？依据是什么？

在忽略了大气、重力场、日冕的影响之后，无忧仙人的答案是：

卫星接收到的光子的速度为c，而月球接收到的光子的速度为c+v。

另外，月球与卫星在测光速的一刹那其速度均垂直于地球的公转轨道，也就是它们的速度在地球公转运动方向上的投影为零，所以它们的速度对所测光速的影响可以忽略不计。（问题故意设计如此，以便简化计算。）

估计德民对我的答案要吃惊了：-）

 ~无忧仙人

我的答案不变，还是c+v。

德民问我，在前面所给定的情况下，光子是如何超距知悉观察者后来的运动状态的？回答：如果德民细心一点，就会发现我前面的结论不是这样的。我前面的结论是，光子能够探知观察者源自于哪个惯性系，但是当观察者相对于该惯性系运动时，光子是不能够即时探知的，也就是说，光子探知的是实验环境，是观察者与光源的内在联系，不是单纯的相对运动。

具体到当下的问题，我说的是光子知悉观察者以及它的运动源自于ECI这件事，但是我没有说光子可以探知观察者后来相对于ECI的运动速度。类似地，当有两个或多个参照系涉及时，如一个观察者源自于ECI而另一个源自于SCI，光子也可以感知这两件事的区别，但是我没有说光子能够感知两个观察者分别相对于它们所源自于的那个参照系后来的运动速度。

我把问题说清楚了吗？

~无忧仙人

回德民：

一个观察者是属于ECI还是SCI不是按它们相对于ECI或SCI的距离，也不是根据它们相对于ECI或SCI的相对运动状态，而是根据它们与ECI或SCI的内在联系，具体的说，就是它们与ECI或SCI的物理关联方式。比如，一个人造卫星从地面发射升空并绕着地球飞行，那么此时就说卫星源自于地球或ECI。反之，如果一个观察者站立在金星（Venus）上，那么就说他源自于VCI，或者如果把观察者与金星等同，就说他源自于SCI（因为金星本来如此）。推而广之。如果一个飞船从金星起飞，那么不管它是绕着金星飞行还是绕着地球飞行。都说它是源自于VCI（或SCI），而不说它源自于ECI。

所以，不是以距离也不是相对运动来论他们与ECI或SCI的关系，而是以物理关联方式。前两种思路都会遇到严峻的挑战，但是后一思路迄今为止没有。

~无忧仙人

估计德民对我的答案要吃惊了：

=========================

确实有些吃惊，愿闻其详！

1、你说“光子探知的是实验环境，是观察者与光源的内在联系，”，前一句可以理解，这与介质说是一致的！但后一句有问题，光一旦从光源出来后观察者再运动与“观察者与光源的内在联系有何关系”？

2、既然你说“但是我没有说光子能够感知两个观察者分别相对于它们所源自于的那个参照系后来的运动速度”，按你的“超知悉”说法你怎么得结论说是C+V？

• （A） 月球轨道的确定

所用理想方程为行星间测距方程，以SCI为背景，简化为（此处为一维，双程，隐式）：

Tu=|RB(tR-Td)-RA(tR-Td-Tu)|/c      （1a）

和

Td=|RA(tR)-R¬B(tR-Td)|/c      （1b）

其中Tu，Td分别为往程与返程的用时（星历时间ephemeris time），  tR 为信号被地球上的

天线接收的时刻读数，RA(.)，RB(.)分别为天线与被探测的星球的反射点在相应时刻的位置坐标，c

为以太阳系质心惯性系（或其近似，太阳惯性系即SCI）为参照的真空媒介中的光速，或者等价地

说，以上测距方程所涉及的位置坐标以SCI为参照目标。

由于月球与地球一道相对于SCI做大约v=30公里秒/公转运动，所以从地球上发出的光信号被月球接收时，相当于观察者与光源都相对于以SCI为背景的真空媒介以速度v运动，但是光源速度无法叠加于所测光速之上而观察者速度却能够，所以问题中月球接收到的光子的速度为c+v。

参考文献：

【1】E. Myles Standish and James G. Williams, ftp://ssd.jpl.nasa.gov/pub/eph/planets/ioms/ExplSupplChap8.pdf（第8.7.3至8.7.8

或者 P. Kenneth Seidelmann （编辑）， Explanatory Supplement to the Astronomical Almanac (United States Naval Observatory. Nautical Almanac Office, 1992)（第 5.32节）。

【2】Daniel Y. Gezari， LUNAR LASER RANGING TEST OF THE INVARIANCE OF c，http://arxiv.org/abs/arXiv:0912.3934 。

【3】美国国家航空航天局所属喷气动力研究所的星历表生成网站： http://ssd.jpl.nasa.gov/horizons.cgi>

• （B） 人造地球卫星轨道的确定

所用理想方程为GPS测距方程，以ECI为背景，简化为（此处为一维，单程，隐式）：

|Rr(tr)-Rs(ts)|=c*|tr-ts|

其中ts代表GPS信号发出时的时刻读数，tr代表信号被接收时的时刻读数，Rs(ts)代表信号发出时

信号源的位置，Rr(tr)代表信号被接收时接收器的位置，c为以ECI惯性系为参照的真空媒介中的光速，或者等价地说，以上测距方程中的位置坐标以ECI为参照目标。

由于人造地球卫星与地球相对于ECI无（向径方向的）运动，所以从地球上发出的光信号被人造地球卫星接收时，相当于观察者与光源都相对于以ECI为背景的真空媒介处与静止状态，所以问题中人造地球卫星接收到的光子的速度为c。

参考文献：

【4】N. Ashby, IEEE Trans. on Instrumentation and

Measurement,vol. 43, pp. 505-514, 1994.

【5】"Re-examine the Two Principles of Special Relativity and the Sagnac Effect Using GPS' Range Measurement Equation", Proceedings of IEEE 2000 Position Location and Navigation Symposium (IEEE Catalog Number: 00CH37062), March 13-16, 2000, 162.

【6】G. Cao, Relativity, nonlocality, and the newly revived theory of ether, Phys. Essays 24, 381 (2011) （第V节）。

~无忧仙人

周宪先生请看【236楼】的解释。

~无忧仙人

德民：

1、你说"光子探知的是实验环境，是观察者与光源的内在联系，"，前一句可以理解，这与介质说是一致的！但后一句有问题，光一旦从光源出来后观察者再运动与"观察者与光源的内在联系有何关系"？

无忧仙人：

内在联系是说观察者与光源最初源自于哪个共同的参照系，这是观察者与光源共同分享的惯性信息，它们以后相对于这个惯性系的运动（如果有的话）不在以上所说的内在联系之内。

~无忧仙人

贴中有个疏忽——原来括号内的“背着光源”已改为“迎着光源”。

~无忧仙人

德民： 

2、既然你说"但是我没有说光子能够感知两个观察者分别相对于它们所源自于的那个参照系后来的运动速度"，按你的"超知悉"说法你怎么得结论说是C+V？

无忧仙人：

超知悉感知的是它们所共同源自的惯性系，不是之后它们相对于该惯性系的运动信息。正因为不能感知后来的运动信息，所以它们的运动信息要以合适的方式叠加从而得到c+v的结论。

~无忧仙人