歪解光速不变原理

双星现象与迈克尔逊莫雷实验都说明光速与光源的速度无关，光速不会随着光源的运动而改变。双星现象与迈克尔逊莫雷实验现象都说明光速不变，那么双星现象与迈克尔逊莫雷实验现象的本质是相同的吗？是一类现象吗？

光行差现象中，地球不能带着光与地球一起运动；在迈克尔逊莫雷实验中，地球带着光一起运动，这是相互矛盾的吗？

根据光速不变原理，双星现象中光速是不变的，光行差现象中光速是不变的，迈克尔逊莫雷实验中光速是不变的，而在双星现象与光行差现象中地球不能带着光与地球一起运动，在迈克尔逊莫雷实验中，地球带着光一起运动，因此我们暂时把双星现象与光行差现象中的光速不变叫做麦克斯韦方程组光速不变，即c^2=1/(εμ)，光波的速度由真空介电常数与磁导率决定；把迈克尔逊莫雷实验中光速的不变叫做相对性原理中的光速不变。

就是说原来对于双星现象，光行差现象，迈克尔逊莫雷实验现象都可以用光速不变原理解释，但是在双星现象与光行差现象中地球不能带着光与地球一起运动，在双星现象与光行差现象中，地球带着光一起运动，因此，双星现象，光行差现象与迈克尔逊莫雷实验现象又是有些不同的。那么，上面的‘麦克斯韦方程组光速不变'与‘相对性原理中的光速不变'是一回事吗？

根据麦克斯韦方程组得出的光速不变，指的是光源的运动对光速没有影响，光向各个方向传播的速度依然是C。相对性原理得出的光速不变，指的是光源的运动对光速没有影响，光向各个方向传播的速度依然是C。如果只写到这里，我们或许认为这说的完全就是一回事，理论上我们从麦克斯韦方程组和相对性原理都能得出光速不变，两个不同的原理得出的光速不变是一回事。那么是这样吗？

双星现象说的是光源运动的时候，光还是在闪光的地点发出的，光源的运动不能带动介质与光源一起运动，光源的运动不能带动光与光源一起运动；迈克尔逊莫雷实验现象说的是地球的运动对光速没有影响，不能用光速实验验证地球是运动的，就像伽利略大船的运动是船上的物体所共有的一样，地球的运动是地球上的物体都共有的，光源是运动的，光传播的介质是运动的，光上的电磁场是运动的。

所以麦克斯韦方程组得出的光速不变，指的是光源的运动对光速没有影响，光向各个方向传播的速度依然是C。这里光源的运动对光速没有影响指的是，光源的运动不能带动光与光源一起运动。光是从闪光的地点发出的，向各个方向的速度是C。相对性原理得出的光速不变，指的是光源的运动对光速没有影响，光向各个方向传播的速度依然是C。这里光源的运动对光速没有影响指的是，惯性系的运动是惯性系中所有物体所共有的，光源与惯性系一起运动，光与惯性系一起运动，或许可以这样说，光源的运动能够带动光与光源一起运动。光是从光源发出的，向各个方向的速度是C.

光是一种波，光速是波的速度，是在介质（包括真空）中的传播速度。我们把光波在介质中的传播速度叫做光波自身的速度。而光与观察者或者光源的速度是光波自身的速度与观察者或者光源的速度的比较，是光波自身的速度与其他物体的相对速度。与此同时还有光波自身的频率和相对频率。就像力是物体自身的运动的运动状态发生改变的原因，力与惯性力是物体相对运动的运动状态发生改变的原因一样，光波自身的速度由光自身的性质磁导率与介电常数决定，而光波自身的速度与其他物体的相对速度由光波自身的速度与其他物体的自身速度共同决定。

就是说光的相对运动是变化的。

光波具有波速，波速说的是变化的电磁场在周围空间产生变化的电磁场，这种在周围空间产生变化的电磁场传播的速度，不是说变化的电磁场是运动的。一般，变化的电磁场是不动的，即光上变化的电磁场与观察者是相对静止的。而光向着观察者或者远离观察者的传播速度是C。一般情况下，光上变化的电磁场与观察者是相互静止的，例如双星现象中，虽然光源是运动，但光源不能带动光一起运动，光上变化的电磁场与观察者还相互静止的，光速不变是相对于观察者说的。而不是相对于光源说的。光源已经离开原来闪光的地点，即变化的电磁场的地点，光与变化的电磁场的空间间隔是变化的，变化的电磁场可以选光上的任一点。光源与变化的电磁场的相对空间发生变化，相对速度发生变化。光与光源的相对速度中，光源的运动不是改变光传播的介质的磁导率与介电常数，不是改变根据麦克斯韦方程得出的光速，而是改变光源与变化的电磁场的相对空间，从而改变这个不变的波速与光源的相对速度。我们说光源与光的相对速度也是这个意思，不是光源改变光波的速度，而是改变光源与变化的电磁场的速度。光上变化的电磁场与观察者也可以是相互运动的，这个分为两类，一类是观察者的运动造成的，一类是变化的电磁场的运动造成的。观察者的运动造成的，例如光行差现象，就是观察者的运动造成的，从而该变观察者与变化的电磁场的相对空间间隔。变化的电磁场的运动造成的，例如同时的相对性中所举的火车的例子，运动的火车符合相对性原理，变化的电磁场与车上的观察者与介质是相对不动的，光在车上的观察者看来各个方向都是C.变化的电磁场与车下的观察者是相对运动的，在车下的观察者看来，介质与变化的电磁场是相对不动的，介质与变化的电磁场同时相对于车下观察者来说是运动的，不论哪个方向传播的光，光上的电磁场都是远离观察者的。虽然光相对于介质的速度不变，但由于光上的电磁场都是远离观察者的是相对运动，那么波速与观察者的相对速度就是由波速与光上的电磁场与观察者的相对速度共同决定，从而与速度C不同。就是说相对运动中，两个物体的相对速度是由两者的速度共同决定的，包括光与其他物体的相对速度。

在"同时"的相对性中，假设一列很长的火车在沿平直轨道飞快地匀速行驶.车厢中央有一个光源发出了一个闪光，闪光照到了车厢的前壁和后壁，这是两个事件.车上的观察者认为两个事件是同时的.在他看来这很好解释，因为车厢是个惯性系，光向前、后传播的速度相同，光源又在车厢的中央，闪光当然会同时到达前后两壁（图甲）.车下的观察者则不以为然.他观测到，闪光先到达后壁，后到达前壁.在这里不论车上的观察者还是车下的观察者看到的现象都是发生在火车中的事件。如果前后壁是透光的，那么光传播出火车后，在车下的观察者看到的光现象是怎么样？光速是什么？在车上的观察者看到的又是什么样？

光传播出火车后，光是在与车下的观察者相互静止的介质中传播，在车下的观察者看来，光向各个方向传播的速度都是C; 在车上的观察者看来，光在车外的介质中各个方向传播的速度也都是C。不过由于火车是运动的，那么就会造成火车上的观察者与光上电磁场的相对运动，从而向前边与后边传播的光与观察者的相对速度是不同的。这里火车是向前运动的，所以这个时候是向前传播的光相对与车上的观察者的速度变小，而另一方向的光速变大。对于没有传播出火车的光，在火车上与车下的观察者看来都是光在介质中传播的速度不变，而在车下的观察者看来火车向前运动，介质与火车一起运动，光上的电磁场与介质一起运动，即相对性原理，光在介质中的传播与介质的运动无关。那么光与车下的观察者的相对速度就会发生变化，向前传播的光变大，向后传播的光相对速度变小。

光上的电磁场与观察者之间的空间间隔

在光传播的过程中，一般情况下，光上变化的电磁场与观察者是相互静止的，例如双星现象中，此时光上变化的电磁场与观察者之间的相对空间间隔是不变，光以波速C的传播不改变光上变化的电磁场与观察者之间的相对空间间隔。有时候，光上变化的电磁场与观察者之间的空间间隔是变化的，例如光行差现象中，由于观察者的运动造成光上变化的电磁场与观察者之间的空间间隔发生变化；迈克尔逊莫雷实验中，在观察者看来是由于光上变化的电磁场随着介质随着地球参考系一起运动造成的。

同时相对性中的光传出火车后

对于光一直在火车上传播的时候，光是同时到达前后壁的，光向各个方向传播的速度相同，我们说火车的运动带动着光一起运动，即带动着光上的电磁场一起运动。如果我们把火车看成一个光源来考虑，那么在光没有透过前后壁的时候，即在光没有在火车外的空间传播的时候，光是随着火车一起运动的（此时光属于相对性原理光速不变），即光随着光源运动；与地球的运动带动光即迈克尔逊莫雷实验相同。当光透过前后壁，在火车外空间传播的时候，光在火车外的传播与火车的运动无关，即与光源无关，产生光源的运动不改变光在火车外的空间的传播，不改变光速（此时属于麦克斯韦方程组光速不变）。与双星现象相同。

当相对性原理不成立即光源与火车静止，火车是敞篷运动的时候，火车不能带动光随着火车一起运动，火车的运动对光速没有影响，与双星现象相同，此时光源的运动与光速无关。光不会同时到达火车的前后壁。一边先到达，一边后到达。

就是说，‘光速与光源的速度无关，光速不会随着光源的运动而改变'分为两种情形，一种是相对性原理成立的情形，此时属于相对性原理中的光速不变，例如迈克尔逊莫雷实验现象，同时相对性中的火车；另一种情形是相对性原理不成立的情形，此时属于麦克斯韦方程组光速不变，例如双星现象，光行差现象。虽然都叫做光速不变，但这是两种不同的现象。这两种不同的现象，放在一起就会更好的进行区别，例如上面，同时的相对性中的火车，光穿过前后壁到达火车外的空间的传播，到达火车外的空间的两个点，这两个点是相对于车下的观察者是中点的两个点，两点间隔比火车长。这种现象是在火车上的传播属于相对性原理光速不变，火车带动光一起运动；在火车外的传播属于相对性原理不成立的光速不变，火车不带动光一起运动。这种现象与完全属于相对性原理不成立的光速不变现象，例如火车敞篷中，是不同的。火车敞篷中，光会同时到达以车下的观察者为中点的，火车外的两个点。而火车是封闭的，带动光一起运动的现象中，只有光在火车外的空间传播的时候，才不会被带动，所以光不会同时到达以车下的观察者为中点的，火车外的两个点。必是一边先到达，另一边后到达。

火车的运动对光速没有影响，光是同时到达前后壁的，这与观察者无关。观察者不改变光在介质（包括真空）中的传播，不改变光速，不改变光同时到达前后壁的现象。在车上的观察者看来光是同时到达前后壁的，在车下的观察者看来也是同时到达前后壁的。就是说光在一种介质中的传播，速度是不变的。

同时的相对性的火车中，在车上与车下的观察者看来光都是在火车上的介质中传播的，介质不变，光速不变。在车下的观察者看来，光也不是在其他介质中传播的。车上的介质是随着火车一起运动的。

如果火车上没有介质，光是在火车上的真空传播的，那么在车下的光在看来光也是在火车上的真空传播的，不是在火车外的真空传播的。这与光传出前后壁在火车外的真空传播是不同的。就是说如果光在真空的传播符合相对性原理，那么真空就分为火车上的真空与火车外的真空，火车上的真空与火车外的真空是相对运动。我们会得出真空是可以相对运动这样不可思议的结论。

如果光在真空的传播不符合相对性原理，那么火车的运动对光速没有影响，此时的没有影响指的是在火车外的观察者看到光从闪光的地点发出，光不是同时到达火车前后壁的；在车上的观察者看来也是如此，光不是同时到达火车前后壁的。火车的运动不能带动光一起运动。

如果真空不是真正的虚空的话，那么对于光在真空的传播速度符合相对性原理就会好理解。如果真空就是真正的虚空，那么我更倾向于光在真空的传播速度不符合相对性原理。或许实验能给我们答案。运动的真空例如介质中的真空，例如真空管，的真空磁导率与介电常数发不发生变化，就能判断符不符合相对性原理。如果在运动的真空中测得磁导率与介电常数不变，那么就符合相对性原理。

参考文献：【1】《狭义相对论讲义之同时的相对性》【2】《狭义相对论讲义之时间的相对性》【3】《物理学中量的计算与相对论的关系》【4】《狭义相对论讲义之光速不变》【5】《相对运动使用的是牛顿运动定律的类似定律>》【6】《惯性系与非惯性系的对应关系式>》【7】《力与惯性力是物体相对运动的运动状态发生改变的原因 》【8】《正确评价牛顿对惯性定律的贡献A简介>》【9】《惯性2013最新认识>》

2013年11月22日6:44:19吴兴广

摘自新浪博客小马吃鱼