光速不变问题

姜让荣

狭义相对论是在光速不变原理和光速不变实验的基础上建立起来的。光速不变原理认为：光在真空中总是以确定的速度c传播，这个速度的大小同发射体的运动状态无关。光速不变的实验可以分成几个方面，如光速与光源的运动速度无关，不同频率光波的真空中传播速度相同，光速各向同性等。具体的实验有很多，如迈克尔逊－莫雷干涉仪实验，迴路干涉仪实验，两梅塞实验，转动圆盘实验，天文观测实验，运动介质实验等等。但所有这些实验，都是在任意一个参考系中，观测到的光速不变，并不是在不同的惯性系中观测到的同一个光束在同一个运动过程中的速度相同。这两个光速不变的概念是并不相同的。

狭义相对论认为，在两个惯性系K和K’中，观测到的光速相同，因此建立了

dr / dt=dr’ / dt’       （1）

式中，r和t分别为K系中的空间坐标和时间坐标；r’ 和t’分别为K’系中的空间坐标和时间坐标。从而得出两惯性系之间的空间坐标和时间坐标的变换关系，自然也就产生了惯性系内的时间不同步、时间膨胀、长度收缩等一系列问题。

    很显然，根据式(1)可以知道，狭义相对论中的光速不变，应该是在两个惯性系中观测同一个光束在同一个运动过程中的速度不变，而不只是观测各自参考系中的光速不变。以后的探讨可以证明，这两个光速不变概念是完全不同的，在两个惯性系中观测同一个光束在同一个运动过程中的速度应该是不同的。这就意味着公式(1)是不能成立的；当然，惯性系内的时间不同步、时间膨胀、长度收缩等一系列问题也是不存在的。如果时间膨胀的实验结果确实存在，也应该去寻求其真实的物理原因，不应该再归结为狭义相对论的时间膨胀效应。