光速不变原理理论的另一种推导

狭义相对论提成两个假设，相对性原理与光速不变假设。后来我们把光速不变假设称作光速不变原理。

对于光速不变原理，我们认为是由迈克尔逊莫雷实验验证，麦克斯韦方程组联解可得出的。我们认为光速绝对不变。那么麦克斯韦方程推出的光速不变是光速不变原理吗？

首先，从理论上说，光速不变可以由两个不同的原理得出，1是麦克斯韦方程组联解得出光速不变，即c^2=1/(εμ)，光波的速度由真空介电常数与磁导率决定；2是相对性原理的成立说明光速不变。如果两个光速不变是一个光速不变的不同解释，那么光速不变就是绝对的不变。

那么这两个光速不变是同一个光速不变吗？

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。如果只说到这里，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都是一回事。但是，‘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'这句话怎么理解？虽然描述是一样的，但有时候描述一样的话表达的意思是不同的。例如，在惯性系中，一切总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力改变这种运动状态为止。这是与惯性定律描述一模一样的话，但这不是惯性定律。因为，这里的不受外力是相对于惯性系的不受外力，例如地球惯性系，保持匀速直线运动状态或静止状态是相对于惯性系的匀速直线运动状态或静止状态，也是一种相对运动状态。就是说参考系包括惯性系描述的都是相对运动，而惯性定律中的不受外力是绝对的不受外力，运动状态也是绝对的运动状态。参考系中的与惯性定律描述一样的类似惯性定律不是惯性定律。运动分为自身运动和相对运动。自身运动是自身的性质，由物体自己决定，相对运动是两个物体的共同决定的。与此对应的是力是物体自身运动发生改变的原因，力与惯性力是相对运动状态发生改变的原因。惯性是物体自身的性质，惯性系中的惯性是物体与参考系共同的性质。哦，让我们回到正题。麦克斯韦方程组得出的光速不变与相对性原理得出的光速不变中‘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'这句话怎么理解？我们可以从实验中得到验证。验证光速的实验有，双星现象，光行差现象，裴索实验，艾里实验，迈克尔逊莫雷实验等。对于双星现象我们说‘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'指的是麦克斯韦方程组得出的光速不变；而迈克尔逊莫雷实验也能得出‘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'，而这里却是说的却是相对性原理得出的光速不变。

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，光是运动的。‘光是运动的'不是说光波的传播速度C，而是说，光波是随着介质一起运动的，这个运动，是相对于光上振动变化的电磁场来说的。光波的传播只是变化的电磁场在周围空间产生变化的电磁场，而变化的电磁场并没有传播，空间上任一点‘变化的电磁场'只是在空间原来的地方电磁场强度发生变化，并没有运动。

因此，虽然，麦克斯韦方程组得出的光速不变与相对性原理得出光速不变都是说‘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'，但不是一回事。麦克斯韦方程组得出的光速不变说的光源的运动不能带动光一起运动，光源的运动对光速没有影响；相对性原理得出光速不变说的是光源的运动能够带动光一起运动，光源的运动对光速没有影响。两者是不同的，是相反的。所以，两者不能合并，得出光速绝对不变。

从理论上我们能够从相对性原理与麦克斯韦方程组得出光速不变，但这描述的是两种不同的光速不变，各有对应的物理现象，是不同的物理现象，是不能并在一起，组成光速绝对不变的。这个我们可以从下面的实验中得到证明。

同时的相对性与迈克尔逊莫雷实验对光速不变的认识

同时的相对性中火车上的观察者得出光速不变用的是相对性原理中的光速不变。迈克尔逊莫雷实验得出光速不变用的也是相对性原理中的光速不变。与迈克尔逊莫雷实验对比，火车就相当于地球，车上的观察者就是地球上的观察者，因此，地球上的观察者会得出，光速不变，不会产生干涉现象。而我们通常认为这个不会产生干涉现象与观察者的位置无关，与观察者是否运动无关，例如在月球上的观察者也会得出光速不变，不会产生干涉现象。假设这个结论正确，那么我们用同时的相对性的观点，我们会得出什么？根据同时的相对性的观点，那么月球上的观察者就相当与同时相对性实验中地面上的观察者，那么在月球上的观察者看来，光就不是同时到达的，就会产生干涉现象。那么如果在月球上的观察者得出产生干涉现象，是不是说迈克尔逊莫雷实验就验证了光速是可变的？我们之所以得出这样的结论是因为，月球上的观察者用的是麦克斯韦方程组得出光速不变。就是说相对性原理现象说明的光速不变，对于所有的观察者来说都是根据相对性原理得出光速不变，而不是不同的观察者对于相对性原理得出的光速不变可以变成是根据麦克斯韦方程组得出光速不变现象。就是说在同时的相对性中，地面上的观察者看来，光速符合相对性原理，光速是符合相对性原理的光速不变，光是同时到达火车前后壁的。

参考文献：【1】《狭义相对论讲义之同时的相对性》【2】《相对运动使用的是牛顿运动定律的类似定律>》【3】《物理学中量的计算与相对论的关系>》【4】《同时的相对性与摆的等时性的分析>》【5】《真空中的光速对任何观察者来说都是相同的如何理解》【6】《狭义相对论讲义之光速不变》吴兴广【7】《狭义相对论讲义之时间的相对性》【8】《歪解光速不变原理》吴兴广【9】《伽利略大船类比地球有多大的类比度>》【10】《同时的相对性与迈-莫实验 》天涯博客小马吃鱼

2013年11月23日6:08:28吴兴广

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