一、请问这位先生能为自己的观点（关于林金教授的）提供具体证据吗？

二、我们随后准备深入探讨这一话题（重力势对时钟的潜在影响）。

~无忧仙人

三、GPS是证实了还是证伪了狭义相对论的同时性（中）

前面我们讲到，理论上，ECI内的坐标同时性，也就是经典力学中绝对的同时性，是通过设想构造相同的时钟处处固定于不考虑重力场影响的ECI内，然后对这些时钟以庞加莱对钟方法（【Poincare04】 Section 2.2）进行对时而实现的。此处我们所说的庞加莱对时方法也就是主流物理学界过去一百多年来所说的"爱因斯坦对时方法"，但是我们决定不采用后一说法，因为：一、庞加莱明显早于爱因斯坦提出以上思想（【Poincare00】Section 3，【Poincare04】Section 2.2，【Einstein05】Section 1），二、有证据显示爱因斯坦的对时方法不是原创，而对庞氏的继承，或者更准确地说，是抄袭（参见本书"相对论究竟有多少原创的东西？"一章）。但是另一方面，我们人类都生活在自转着的地球上，因而我们科研与生活中所用的时钟不仅相对于ECI有运动，而且这种运动显然不管是在经典力学还是电磁学的意义上都不是惯性的，于是一个自然的问题便是，我们究竟在现实中如何实现ECI内时钟的对时？答案是，GPS系统中的所有时钟--不管是卫星上的还是地面监控站的或者GPS用户的，都是与美国海军天文台（United States Naval Observatory，USNO）的由几十只铯原子钟与十多只氢原子钟共同构成的"主钟"（Master Clock）同步运作的。

但是需要说明的是，USNO的主钟并不可能与设想中的位于地心或无穷远处同一构造的原子钟同步运作，这是因为理论与实验似乎都证实（【Cocke66】，【B&L76】，【B&L77】），地球上的原子钟因为受到重力场与离心加速度的双重影响其运行节律会偏离设想中的地心或无穷远处的那只同类原子钟；事实上，在地球表面可以将重力加速度与离心加速度结合而定义一系列等势面，即以地心为中心且其上各点的切平面内法向与当地的铅垂线（即重力加速度与离心加速度矢量和的方向）重合的曲面，无风的海平面就是一个这样的等势面，叫大地水准面（geoid）。如果以φ表示当地的重力势，ω_E表示地球自转的角速度，ρ表示当地的地球自转半径，定义Φ=φ-½ω_E²ρ²，则Φ称为有效重力势；大地水准面就是一个有效重力势于其上为常数值的曲面，而可以证明（【Thomas75】，【Moyer81】），在这个曲面（以及所有的等势面）上构造相同的原子钟在其上各处都按照同一节律运行，这是GPS系统的运作与管理中一个非常重要的事实。然而尤其值得注意的是，由于在地心或无穷远处φ与ρ均为0，于是Φ自然为0，从而包括大地水准面在内的所有等势面上的时钟可以方便地按照ECI内绝对的同时性进行比较。

这样，虽然理论上ECI内的绝对同时性与绝对时间是按照处于地心或无穷远处的时钟进行定义的，但是在实际操作上却是以大地水准面上的时钟为参照标准来实现与运作的。于是为了达到理想的定位、导航以及授时精度，GPS卫星上的时钟以及GPS接收器所携带的时钟都要考虑重力与离心力对它们的综合影响，以便能够与USNO的"主钟"直接比较以便扣除这些影响。我们稍后将详细讨论这一问题。

现在再让我们回到地球表面上的对钟问题上。我们前面已经介绍了，如果使用光信号对钟，那么由于地球在相对于ECI转动，地球东西方向上对钟时将产生可以高达207.4纳秒的误差，于是一个自然问题便是，存不存在别的对钟方法可以避免这个问题呢？比如，可不可以通过事先把两只时钟对好，然后再把其中一只"缓慢地"运送到别处的方法实现二者的同步运行呢？我们将在一下贴回答这个问题。

下一贴：三、GPS是证实了还是证伪了狭义相对论的同时性？（下）

参考文献：

【Poincare00】Poincaré, H. (1900), "La théorie de Lorentz et le principe de réaction", Archives néerlandaises des sciences exactes et naturelles 5: 252-278. （英文版：http://www.physicsinsights.org/poincare-1900.pdf>）

【Poincare04】Poincaré, Henri (1904), "L'état actuel et l'avenir de la physique mathématique", Bulletin des sciences mathématiques 28 (2): 302-324。（英文版：Poincaré, Henri (1904), "The Principles of Mathematical Physics", The Foundations of Science (The Value of Science), New York: Science Press（1913）, pp. 297-320；http://en.wikisource.org/wiki/The_Principles_of_Mathematical_Physics#The_Principle_of_Relativity>）

【Einstein05】 A. Einstein, "Zur Elektrodynamik bewegter Körper," Annalen der Physik 17, PP. 891-921 (1905). （英文版：http://www.fourmilab.ch/etexts/einstein/specrel/www/>）

【Cocke66】 W. J. Cocke, "Relativistic corrections for terrestrial clock synchronization," Phys. Rev. Lett. 16, PP. 662-664 (1966).

【B&L76】L. Briatore and S. Leschiutta，Verifying the gravitational shift due to the Earth's rotation，Lettere Al Nuovo Cimento Series 2，Volume 17, Issue 9 (1976), 203-207。

【B&L77】L. Briatore and S. Leschiutta，Evidence for the Earth gravitational shift by direct atomic-time-scale comparison，Nuovo Cimento B，Volume 37, Number 2 (1977), 219-231。

【Thomas75】Thomas, J. B.(1975), Reformulation of the relativistic conversion of coordinate time and atomic time, Astron. J. 80, 405-411.

【Moyer81】Moyer, T. D.(1981), Transformation of proper time on Earth to coordinate time in solar system barycentric space-time frame of reference, Celest. Mech. 23, 33-68.

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~无忧仙人

三、GPS是证实了还是证伪了狭义相对论的同时性（下，I）

现在再让我们回到地球表面上的对钟问题上来。假定地球赤道上有三只等同的原子钟A、B、C，其中A、B位于同一处，而C在它们的东面且与之相隔大小为s₀的弧线距离，现在我们想确定按照以下两种对钟方案所获得的同时性是否等价：一、把B以相对于地面的线速度△v缓慢地运输到C处，二、直接由A发送电磁信号至C处。以R₀、ω_E、v₀、 c分别表示地球赤道的半径、地球自转的角速度、赤道上地球自转的线速度以及光的真空媒介速度，由于自A发送至C的电磁信号相对于自转的地球的传播速度不是c而是c-v₀，因而使用电磁信号对钟所造成的C相对于A的延误

△T₂=s₀/(c-v₀)-s₀/c=(s₀/c)[(v₀/c)/(1-v₀/c)]......（3a）

而另一方面，由于地球上的时钟其节律相对于无穷远处时钟的变化是由有效重力势Φ=φ-½ω²ρ²=φ-½v²决定的(【Cocke66】)，于是地球上两只时钟的节律差别为△T/T=(Φ₁-Φ₂)/c²=(φ₁-φ₂)/c²+½(v₂²-v₁²)/c²（【Fliegel96】），而赤道上的时钟A、B却总是对应于同一ρ值与同一φ值，但是其v值却不相同，分别为v₁=v₀、v₂=v₀+△v，而T=s₀/v，于是在把B运送至C的过程中B相对于A的延误

△T₁=(s₀/v)(Φ₁-Φ₂)/c²=(s₀/v)[½(v₀+△v)²-½v₀²]/c²=(s₀/c)[v₀/c+½△v/c]......（3b）

比较（3b）与（3a）可知，在"缓慢输送"B钟至C处即△v≈0以及忽略二阶乃至高阶误差的前提下，△T₂≈△T₁，即使用电磁信号对钟与使用缓慢输送方法对钟所获得的同时性等效。

值得注意的是，两种对钟方案中，前者的延误是由于Sagnac效应所引起，而后者的延误却是由二阶多普勒效应½(v²/c²)所引起，二者虽然性质完全不同但是却有相同的主项，而且均证明爱因斯坦相对的同时性在地球自转参照系内因不自洽而不可用。基于类似的推理，我们不难发现，在无重力、无自转的ECI内，使用电磁信号对钟与使用缓慢输送方法对钟不仅是等效的，而且均能获得ECI内绝对的同时性。如果能够获得实验证实，这应该是一个很有意义的结果。

所以，如果运动的时钟真的会变慢，那么它变慢的真正原因也是离心加速度引起的二阶多普勒效应而不是匀速直线运动；需要指出的是，现代铯原子钟的发明者Louis Essen既肯定了以上原子钟因运动而变慢的事实也澄清了它变慢的原因（【Essen71】）。考虑到Essen既是一个相对论的激烈批评者同时又是原子钟领域的顶尖权威这一事实，时钟由于离心加速运动而产生节奏产生这件事不该再是一个争论的话题了吧？不过如何合理或正确解释它发生的真正物理机制却另当别论，我们稍后将接着探索这一主题。当然，如果我们能证明地球的重力势可以影响原子钟的节奏变化，那么离心加速度对原子钟的任何可能影响也就完全可以理解的了，因为我们知道二者的本质都是力的作用。但是我们前面已经提到，重力势对原子钟的节律影响似乎是有理论与实验根据的，不仅如此，迄今为止的相关文献中都把它们统一起来处理，这反映在前面所定义的有效重力势Φ上。于是，原子钟在有效重力势的影响下其节奏是否改变这件事我们不准备再做怀疑，但是存在争议的应该是到底是这种节奏变化是原子钟内部跃迁或其它机制改变的结果，还是这种变化只是一种电磁信号交换时所引起的表观效应如红移或蓝移。原则上，地球上或ECI内的缓慢输送时钟的对时方法以及实验结果应该可以对此有个结论，所以我们接下来就介绍相关的实验。

下一贴：三、GPS是证实了还是证伪了狭义相对论的同时性（下，II）

参考文献：

【Cocke66】W. J. Cocke, "Relativistic corrections for terrestrial clock synchronization," Phys. Rev. Lett. 16, PP. 662-664 (1966).

【F&D96】H. F. Fliegel and R. S. DiEsposti, "GPS and Relativity: An Engineering Overview," http://tycho.usno.navy.mil/ptti/1996/Vol%2028_16.pdf（2012年10月21>日引用）.

【Essen71】Essen, L. (1971) The Special Theory of Relativity: A Critical Analysis, Oxford University Press (Oxford science research papers, 5).

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~无忧仙人

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~无忧仙人

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~无忧仙人

三、GPS是证实了还是证伪了狭义相对论的同时性（下，II）

目前作者能够搜集到的唯一一个将使用电磁信号对钟与使用缓慢运输方法对钟进行比较的实验是由Nelson等人于1992年发表的一个报告（【Nelson92】），但是遗憾的是，Nelson等人的结论不具有足够的说服力。我们稍后将对此作出解释。

Nelson等人的实验思路是，从位于美国马里兰州Greenbelt市的国家航空航天局（NASA）的Goddard光学研究所（GORF）里的一个与天文望远镜连接的激光发射装置上向位于华盛顿特区的美国海军天文台（USNO）发送激光脉冲信号，该信号再由可移反射镜经同一路径反射回来，其中信号发射与返回到原处的时刻由位于GORF的静止原子钟与事件计时器记录下来，而信号反射的时刻却由从GORF以卡车小心地运输到USNO的可移原子钟记录下来。这样一方面，激光信号在USNO的反射时刻可以由它的发送时刻、返回时刻以及已知的物理规律推出，另一方面这个时刻又由可移原子钟直接做了记录，于是从二者之差△T即可确定它们是否导致相互等价的对钟方案或同时性概念。

我们无法在一篇简短的文字中描述实验的太多技术细节，但是我们有必要指出该实验的一个核心假设。根据作者的说法，单向光速的各向同性要求△T的大小是独立于在哪个参照系对结果进行分析的，但是既然作者在地球参照系即ECEF内明确考虑了Sagnac效应，那么我们可以推知他所说的光速的各向同性是指在ECI内的。另外，作者声言他们的实验结果也可以解释为单向光速的非各向同性的一个度量，但是既然两种对钟方案都涉及了Sagnac效应，我们不清楚作者要验证的非各向同性究竟来自于何种物理机制，因为从目前我们对有关物理规律的理解上，理论上不存在Nelson实验中所出现的那个量级的光速非各向同性，除非有关结果来源于实验误差。我们先看Nelson等人的实验数据：

表3.1：Nelson等人的实验所测得的两种对钟方法的计时差别△T

那么实验证实了通过电磁信号对钟与通过运输原子钟对钟两种方法的的等价性了吗？客观地讲，没有，以下是主要理由：

首先我们注意到，不管是使用电磁信号对钟还是使用运输原子钟的方法对钟，在扣除了海拔高度的差别所造成的影响之后，它们所涉及的物理效应的主项都是Sagnac效应（参见前一小节的推导），对于给定的实验环境作者给出的这个数值为83.1皮秒。事实上，根据报告中的有关信息，我们对此也可以做个粗略的计算与核实。根据有关信息，GORF与USNO均在北纬39度附近，且它们之间东西方向的距离为20.7 km，从而在这一纬度上地球自转的v₀线速度为v₀=R₀*ω_E*cos(39º)=0.361 km/s。于是根据上一小节的推导思路，这一纬度上东西距离20.7 km所产生的Sagna效应为

T=(s₀/c)*(v₀/c)=(20.7/299792.458)*(0.361/299792.458)=8.31*10^-11=83.1皮秒

如果两种对钟方法是等价的，那么在忽略其它实验误差的前提下，这两种对钟方案对比的结果△T应该比83.1皮秒小一个数量级，但是从表3.1可以看出，△T的最大值却高达123.2皮秒，平均值也达到了近40.2皮秒，这表面上似乎证明了两种方案的不等价，但是存在多个别的因素严重削弱甚至否定了这一结论（见下）。

其次，从表3.1可以清楚地看出，所用的可移原子钟的稳定性不足以满足实验的目的。事实上，在一个往返行程的前后，该原子钟的节律变化最大可以达到3.7*10^-14，而根据报告，一个单程运输需要大约一小时，从而仅仅原子钟的不稳定性所造成的误差已经高达3600*3.7*10^-14=133.2皮秒，比主项为83.1皮秒的两种有待核实的物理效应都要高，更不要说与理论上应该小它们一个数量级的二者之差△T相比。退一步讲，即便我们不采用最差的稳定性数据，而是使用所有稳定性数据绝对值的平均即1.62，那么也可以算出由此导致的实验误差可以达到3600*1.62*10^-14=58.3皮秒，这也与待核实的物理效应83.1皮秒大小相当。这样，相对于预定的实验目的来说，因为可移原子钟的稳定性记录存在严重的问题而远远无法满足实验的精度要求。

但是以上所列举的显然不是Nelson等人实验的仅有的问题，事实上，作者在报告中还提到信号探测器的不理想的反应机制问题，比如因为信号强度的波动而引起的记录时间偏差就需要减小。此外，实验者还在几次行程还发现，原子钟的节律变化不是在平稳的运输过程发生的，而是在旅途中间的停顿中发生的；还有，甚至原子钟的方位改变都可能影响它的运行节律。当然还有别的问题，我们无法在此一一赘述。这些因素不仅暗示与强调了这类实验的操作难度，而且也都毫无疑问地削弱了它们的结论的可信性。

小结：

根据我们目前掌握的情况，针对在地球表面上使用电磁信号对钟与使用缓慢运输的方法对钟这二者是否等价的问题，暂时还没有一个可信的实验结果--虽然理论上讲此结论应该是肯定的。但是鉴于电磁信号的Sagnac效应已经得到完全可信的实验证实，所以以上问题的实质便归结为加速度与重力势是否影响以及如何影响原子钟运行节律的问题，我们稍后将对此做进一步的探讨，不过接下来先让我们再深入思考一下GPS中的Sagnac效应问题。

下一贴：四、Sagnac效应的本质是相对的同时性还是可变的光速？

参考文献：

【Nelson92】R.A. Nelson and others, Experimental Comparison of Time Synchronization Techniques by Means of Light Signals and Clock Transport on the Rotating Earth (Technical Report), University of Maryland, Department of Physics (December 1992); http://tycho.usno.navy.mil/ptti/1992/Vol%2024_10.pdf> （2012年10月23日引用）  

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~无忧仙人

屋里大师这个论证非常给力！

梅先生

我曾向你了解丘容老师现在的情况如何?你不是与他在福州大学吗?

另外,关于GPS的工作原理和钟的计时规律,我已经写有专门的电子书发表,你下栽来参考好了.

GPS跟老爱理论没半毛钱关系.

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~无忧仙人

四、Sagnac效应的本质是相对的同时性还是可变的光速？（上）

前面我们已经知道，在以地心为中心且其三个坐标轴都固定于地球上的参照系ECEF内，如果假定光速为常数并使用庞加莱对钟方法--亦即后人误称的爱因斯坦方法--对地球表面的原子钟进行同步调节，那么这种方法将导致不自洽以及误差可以多达二百纳秒的对钟结果；究其原因，乃是因为地球上的光信号不是相对于自转着的ECEF参照系而是相对于不自转的ECI惯性系以常数速度c传播的，也就是说，如果以光信号为探测手段，那么地球的自转会在地球参照系ECEF内产生可以探测的物理效应，我们把这个效应叫做GPS中的Sagnac效应。

GPS中的Sagnac效应这个名字让我们联想起了Sagnac 操作于1913年的实验（【Sagnac13a】，【Sagnac13b】）；事实上，学术界也真的是把二者归为一类的，认为它们都是非惯性运动--转动的结果。从这个意义上讲，Sagnac效应与狭义相对论表面上似乎并不矛盾；但是若对这一问题做更深入的思考，我们却会得出完全相反的结论。

回到GPS中的Sagnac效应上，该效应的实质乃是地球上的观察者与光源相对于ECI的运动（【Cao11】），也就是说，如果我们设想在地球上任一点处都有一个做平动的局部惯性系，它相对于ECI的运动速度跟该处地球自转的线速度完全一致（包括大小与方向），那么不难理解，这个系列局部惯性系针对光速测量所产生的运动学效果是与地球自转的效果完全等价的，这是因为，就这个系列惯性系来说，一方面，光源与观察者都在各自的局部惯性系相对于ECI做（拟）匀速直线运动，而另一方面，根据一个熟知的结果（【Maxwell65】），ECI内所测得的光速不能叠加于光源的运动速度之上，但是它却可以叠加于观察者的运动速度之上，因而地球上的观察者所测得的来自于地球上的光信号的速度不是由观察者与光源相对静止这一事实所决定的常数数值c，而是由观察者相对于光信号的媒介ECI有运动这一事实所决定的c±v，其中v为当地地球自转的线速度。

如果以上的理解是正确的，那么：一、GPS中的Sagnac效应的实质乃是地球上的光源与观察者相对于ECI的运动，它跟这种运动是转动还是平动没有关系；二、当经典的Sagnac实验做一改造以便在包括曲线光径的同时也包括直线光径时，该实验的结论仍然在整个回路上是成立的；三、在ECI参照系内应该存在一个有关光速传播规律的统一表述，它适用于ECI内的一切物体相对于该参照系的任何运动形式。

值得庆幸的是，以上几点都有了严格的理论与实验根据：大量的GPS定位与导航数据以及这些数据所总结成的定位与导航方程是（一）与（三）的最强有力的证据（【Cao12a】）；而推广的Sagnac实验又是（二）的明确无误的证据（【WZY04】）。

这样，表面上看来，GPS中的Sagnac效应发生乃是因为地球的自转运动即转动，然而其真正的原因却是由于地球上的光源与观察者相对于ECI的运动所导致的地球参照系ECEF内所测得的可变光速c±v，其中v为地球在当地自转的线速度。这就清楚地证明了Sagnac效应不是像Ashby等人所说的相对的同时性（【Ashby04】），而恰恰相反，是对狭义相对论以及建立在光速常数原理上的相对的同时性的完全否定，所以把Sagnac效应归因于相对的同时性是典型的颠倒黑白。其次，读者也千万不可因为看到了relativistic Sagnac effect这样的术语（【AWA85】）而误以为Sagnac效应就是相对论的解释范畴，因为那同样是一个极具掩饰与欺诈性的名字。这里再次强调，Ashby等人不是不懂以上的所有道理，而是对它们太清楚；那么为何会有人不惜以高级科研人员的诚信为代价而去而去掩饰狭义相对论中的根本错误呢？这只有一个解释，那就是Santilli先生所说的，是为了捍卫一个叫学术-金钱-族裔利益的东西（【Santilli84】）。

接下来让我们乘胜追击，在把围绕Sagnac效应的一些更微妙的话题或大众困惑也试着搞清楚。

下一贴：四、Sagnac效应的本质是相对的同时性还是可变的光速？（下）

参考文献：

【Sagnac13a】Sagnac, Georges (1913). "The demonstration of the luminiferous aether by an interferometer in uniform rotation". Comptes Rendus 157: 708-710；http://en.wikisource.org/wiki/The_Demonstration_of_the_Luminiferous_Aether> （2012年10月24日引用）.

【Sagnac13b】Sagnac, Georges (1913). "On the proof of the reality of the luminiferous aether by the experiment with a rotating interferometer". Comptes Rendus 157: 1410-1413；http://en.wikisource.org/wiki/On_the_Proof_of_the_Reality_of_the_Luminiferous_Aether> （2012年10月24日引用）.

【Cao11】 G. Cao, "Relativity, non-locality, and the newly revived theory of ether", Physics Essays 24, PP. 381-394 (2011)；http://physicsessays.org/doi/abs/10.4006/1.3608089

【Maxwell65】Maxwell, James Clerk (1865). A dynamical theory of the electromagnetic field. Philosophical Transactions of the Royal Society of London 155: 459-512；http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/19/A_Dynamical_Theory_of_the_Electromagnetic_Field.pdf> （2012年10月24日引用）

【Cao12a】G. Cao，"A new non-locality feature and some of its physical implications，"Proceedings of the NPA 19th Annual Conference，PP. 71-78；http://www.worldnpa.org/site/abstract/?abstractid=6575&subpage=pdf> （2012年10月24日引用）

【WZY04】RuyongWang, Yi Zheng, and Aiping Yao，Generalized Sagnac Effect，Physical Review Letters 93 (2004) 143901；http://arxiv.org/ftp/physics/papers/0609/0609235.pdf> （2012年10月24日引用）

【Ashby04】N. Ashby, "The Sagnac effect in the Global Positioning System", Relativity in Rotating Frames, pp. 1-19, G. Rizzi and M. L. Ruggiero, eds.，Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, the Netherland, 2004.

【AWA85】Allan, D.W., Weiss, M., and Ashby, N., "Around-the-World Relativistic Sagnac Experiment", Science, 228, 69-70, (1985).

【Santilli84】 R. M. Santilli，Il Grande Grido: Ethical Probe on Einstein's Followers in the U. S. A.- An Insider's View，Alpha Pub (October 1984)；http://www.scientificethics.org/ilgrandegridoedfig.pdf> （2012年10月24日引用）

四、Sagnac效应的本质是相对的同时性还是可变的光速？（中）

现在让我们试着回答与Sagnac效应有关的几个多少有点棘手的问题。

第一个问题：为什么在自转的地球上电磁信号会产生Sagnac效应而声波、水波却不会？

答：这是由于作为声波与水波媒介的空气与水在地球自转的同时也随地球一起转动，从而固定在地球上的观察者相对于声音或水波的媒介没有产生相对运动，于是声音或水波不会因为地球的自转而产生可以探测的物理效应；但是对于地球上的电磁信号来说，情况却完全不同，因为我们知道ECI即是它的传播媒介，而地球参照系也就是ECEF却是相对于这个媒介有运动的，因而产生了可以探测的物理效应。

但是需要特别指出的是，这个看似简单的解释其实还包含着更加深刻的道理，如果对此不予澄清便非常容易引起误解；这是因为，虽然以ECI为背景的电磁波媒介的说法轻松地解释了电磁波信号相对于ECI以常数速度c传播的事实，但是若不能明白此处所说的媒介的进一步的含义则几乎注定会在相关问题上陷入困境。事实上，我们此处所说的媒介即是真空本身，不是有别于真空的其它任何东西，而这一点之所以能够成立就是因为真空不仅有电常数，而且有磁常数，而真空的电、磁常数正是决定真空中光速的最本质也是仅有的要素，所以，真空作为光的媒介的条件与理由是充分的，我们似乎并不需要额外的要素。

但是另一方面，不需要太多的思考即能明白，真空自身无法界定物体的运动，因为任何运动最终还是无法离开物体与物体之间的时空关系而定义的，因而真空自然也就无法成为一个独立的参照系。既然如此，单说真空媒介是不够的，它一定总与某种物质存在相关联。当然，就当下的问题而言，那个物质存在是很清楚的，它就是地球；换句话说，就当下的讨论主题而言，我们不可能脱离地球而单独谈论真空。正因为这个道理，我们才从不单独提及真空媒介，而是总是说"以ECI为背景的真空媒介。"至此，其实读者应该清楚了，"真空媒介"与其说是一种真实的或物质的存在，毋宁说是一种理解问题的方式。

其实，如果读者再深入思考一下ECI的含义，便更会觉得我们以上的认识是有道理的。一个很有意思的问题便是：地球虽然是物质的，可是难道ECI也是一个真实的存在吗？如果你再回头审视一下我们对ECI的定义，那就会发现事实并非如此，因为我们曾经清清楚楚地说，ECI是设想中的只有公转运动而无自转的地球。于是，一方面，可悲的是：-），这样的东西根本不存在；而另一方面，ECI的概念又确确实实帮助我们理解与克服了众多的困难。一句话，原来ECI也是一种理解问题的方式。

有人值此可能抱怨：难道就不能把以ECI为背景的真空媒介说得更实在、更具体一些么？无忧仙人只能说，这确实是一个巨大的诱惑，但是千万不要忘记了：真理那怕是往前再迈进一小步，它都有可能变成谬误；坦白地说吧，因此而掉进阴沟的人已经不少了，有谁还愿意做下一个呢？所以，还是我们的老祖宗有智慧："战战兢兢，如临深渊，如履薄冰"；若是以此态度来做学问，其实一点都不过分--信不信由你。

下一贴：四、Sagnac效应的本质是相对的同时性还是可变的光速？（下）

~无忧仙人

引用屋里学大师：

“那么在地面高度相差1米的位置上每一天将产生15纳秒的计时误差。”

无忧仙人评：

不知道屋里学大师是如何得出上述结果的？

附：关于重力场对原子钟频率的影响，现在学术界通用的公式是deltT/T=g*h/(c*c)，将T=86400 s，g=9.81 m/（s*s），h=1 m，c=299792458 m/s代入上述公式可得，deltT=9.43*10^（-12）s即9.43皮秒，远小于精度为1/10^14的原子钟每天的正常误差864皮秒，也显著小于精度为1/10^15的原子钟每天的正常误差86.4皮秒，甚至比目前已知的最精确的原子钟（4比10^16；截止2011年8月）每天的误差34.6皮秒还要小。

其它问题稍后再说（如有必要）。

~无忧仙人

引用屋里学大师：

“代算错误”

无忧仙人问：

可以请你把正确的代算（计算）结果出示一下吗？

~无忧仙人

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~无忧仙人

四、Sagnac效应的本质是相对的同时性还是可变的光速？（下，I）

第二个问题：为什么地球上的光学实验能够通过Sagnac效应探测到地球的自转运动但是却无法通过类似的效应探测到地球的公转运动？

答：其实，地球自转的探测与公转的探测是性质完全不同的两个问题，前者属于跟转动有关的Sagnac效应，而后者属于跟匀速或拟匀速直线运动有关的相对性原理。于是问题归结为转动与（拟）匀速直线运动是否存在根本区别的问题，如果有，那么地球上的光学现象对它们的不同反应也就可以理解与解释的了。

但是这里有两个常见的认识误区必须首先予以澄清：一、"既然从局部来看，地球的自转与公转都是在一阶近似条件下的匀速直线运动即所谓的拟匀速直线运动，所以二者不存在根本区别。"其实，以上看法只是看到了两种运动的表面相似，但是却未看到更实质的东西，这是因为地球的自转所定义的是地球自身的各个部分的相互关系，而地球的公转所定义的却是地球与它的外部环境（比如太阳）的相互关系，因而我们有理由相信它们会产生不同的物理效应。二、"既然严格的匀速直线运动在这个世界上不存在，所以惯性系的说法都是欺人之谈。"其实，我们不要忘记了，物理或数学模型都是理想化的现实，或者说是对现实的逼近，所以问题的关键不是世界上存不存在严格的匀速直线运动的问题，而是我们的模型是否以及在何种条件下适用的问题。大量的事实证明，地球围绕太阳的轨道运动虽然不是严格的匀速直线运动，但是在众多的实验场合或条件下我们做这样的处理却是必要的，同时也是完全合适的。同理，我们也有理由相信在某些实验条件下月球围绕地球或者人造卫星围绕地球的运动也可以近似看做匀速直线运动；因而惯性系模型的存在的确有它的理论与实际价值。

回到正题。既然地球的自转与公转属于性质不同的两种运动，那么即便从单纯的逻辑角度出发，其中的一个可以被探测到而另外一个却不可以也就是可以理解的了。虽然如此，若不从具体的物理机制上给予二者以更清楚的解释与说明，我们的以上回答仍然不会让人满意。然而这又是一个微妙而又颇富挑战性的主题，因而需要我们慎重、理性而又睿智地去处理。

事实上，此前我们对Sagnac效应的解释思路同样也可以给我们解决当前的问题以非常有益的启示，因为在那里我们清楚地看到，所谓的地球自转实际上就是地球自身亦即ECEF相对于设想中的惯性系ECI的运动，而这个假想的ECI却是能够扮演各向同性的光媒介的角色的，但是相比之下，自转的地球却不能够扮演这个角色，这就有力地驳斥了相对论（包括狭义与广义两个理论）中所谓一切参照系都彼此等价的谬论。若是沿着这个思路再深入一步，我们便发现自转的地球所引发的只是光源与观察者相对于ECI光媒介的运动，而不是拖动这个设想的媒介随它一起自转；但是由于光源相对于媒介的运动与观察者相对于它的运动所导致的物理效应并不等价，所以Sagnac效应也就产生了。反之，如果自转的地球能够拖动设想中的光媒介，那么便不存在Sagnac效应；类似的，如果光源运动与观察者运动是等效的，那么Sagnac效应也不会存在。所以我们得出结论，Sagnac效应以及地球自转的实质便是地球自身相对于与它有直接关联的另一个设想中的参照系即ECI惯性系的相对运动。请注意，在这里我们刻意回避了对光的真空媒介的过多猜想与描述，这是因为：一、这样做没有必要，因为离了这样的猜想我们照样可以把问题说清楚（见上），二、过多的猜想或假设更可能不是真正地解决问题，而是制造更多的问题，如相对论以及经典的以太理论，三、除非我们对事物已有深刻的洞察，否则就事论事应该是一个更安全的研究策略；因为光明之中自然可以踏步向前，但是黑暗之中不是要倍加小心吗？

所以，有别于相对论以及其钟慢、尺缩假设，也有别于新、旧以太理论以及其有形或无形物质假设，我们把设想中的ECI光媒介界定为一种理解问题的方式，一种与地球的公转轨道运动相关的惯性信息，一种地球上的一切转动着的物质的不转动的共性。然而问题的核心却是，这个基于对Sagnac效应的解释所建立起来的理解问题的方式能够成功运用于其它问题吗，比如地球公转的不可探测性问题上？那么现在就让我们来尝试一下。

那么为何当光源与观察者都固定在地球上时地球的公转运动不可探测呢？首先，如果前面的理解正确，那么这种公转运动在地球上的不可探测性问题便自然简化为它在设想中的ECI惯性系内的不可探测性问题，或者等价地，简化为在只有公转而没有自转的地球上的不可探测性。其次，之所以在ECI内地球的公转运动不可探测，那是因为ECI所抽象出来的乃是其内一切物体共同的惯性运动信息；而尽管这个惯性信息在一个更大的时空范围内体现为ECI围绕太阳的轨道运动，但是由于在每一刹那这个惯性运动信息是为ECI内的观察者、光源甚至光信号本身所共享的，所以在光源与观察者之间发送的光信号无法探测出这个它们所共同拥有的信息。换句话说，地球的轨道运动使得地球上的一切物体在公转过程的每一刻都带上了某种惯性运动信息"成见（或偏见）"，然而由于ECI内的所有物体时时处处所体现的这种"成见"都大致相同，因而除非同地球之外的物体或环境进行比较，否则它们自己之间无法"发现"这种"成见"。这就是我们所熟知的相对性原理中的匀速直线运动的不可探测性。

如果以上的理解是正确的，那么迈克尔森-莫雷实验便有了一个合理而又简单的解释，那就是它的零结果乃是因为该实验的信号源、探测器甚至信号本身共同惯性运动信息"成见"所导致的，而它们之所以拥有这种共同的信息"成见"，乃是因为它们都一同固定在地球上。

如果以上的理解是正确的，那么迈克尔森-莫雷实验的零结果就是相对性原理成立的直接证据，因为它清楚地表明，当光源与观察者均固定或限制在ECI参照系内时，ECI的拟匀速直线运动即其公转是不可探测的。相比之下，这个零结果既不是单向光速常数原理的充分证据，也不是回路平均光速常数原理的充分证据。

如果以上的理解是正确的，那么我们还可以进一步得出结论，那就是迈克尔森-莫雷实验的"零"结果其实不是真正的零结果，它只是相对于当时的实验精度而言的；事实上，凭着今天的技术手段，使用同时固定于地球上的光源与观察者既可以探测出ECEF相对于ECI运动的单向Sagnac效应，也可以探测出回路平均的Sagnac效应。

最后，如果以上的理解是正确的，那么我们所生存于其中的客观世界不单是一个物质世界，同时还是一个信息的世界：物体之间的相互作用虽然体现为物质性，但是它们作用的后果却

可以体现为信息；但是遗憾的是，我们虽然习惯于身材与相貌相同或接近的两个人具有完全不同的思想，但是我们却很少会想到，更不用说习惯于，两个表面看来相同的物体却可能包含不同的惯性运动信息。

但是最令人吃惊的事情恐怕还在于，物体的惯性运动信息不仅可以自我保存，而且可以保存得无有限期。

一句话，这注定是一个远比相对论与爱因斯坦所相信与描述的微妙得多也复杂得多的世界--信不信由你：-）

下一贴：四、Sagnac效应的本质是相对的同时性还是可变的光速？（下，II）

~无忧仙人

回欧阳先生：

地球上的实验测不到地球的公转这件事既有理论根据又有实验证据，所以零结果是肯定的，问题只是在于如何解释。我前面的几个贴子的核心论点就是现存的理论比如以太说存在严重的缺陷，比如，如果你认为在地球公转的同时以太也随着地球一起运动，那么你又如何解释光行差现象？光行差现象源自于地球上的观察者相对于来自于恒星光线的横向运动，这是学界的共识，但是如果以太虽地球一起运动，那么在光线到达地球上的观察者之前已经不存在二者之间的横向相对运动，原因是所有以太论的根本出发点就是，以太是光的媒介，光信号相对于它总是沿着任何方向以常数速度c传播的，这样就排除了地球上的观察者相对于迎面而来的星光的任何横向运动的可能，若如此，光行差现象如何产生？当然，这只是新、旧以太说众多的问题中的一个，但是限于篇幅，我不可能一一指出这些问题。

~无忧仙人

问得好。

本人认为地球周围的以太（至于多大范围，本人没有精确概念）会和地球一起绕太阳公转，但不会和地球一起自转。所以本人现在确信光速在地表有东西方向差异。

回德民：

不错，看来大家在自转与公转的可探测与不可探测性问题上基本可以达成共识，这是一个好的起点。

~无忧仙人

回欧阳先生：

所以，一个问题引出了好几个假设，而每一个假设又都难以验证，这就是我前面说的现存理论包括以太说的问题，相对论也是因此走上了邪路的——一个以太假设没有解决，却引出了另一类更成问题的假设——尺缩与钟慢，可是两层错误等于一个正确吗？这个问题不用我回答。

~无忧仙人