如何在地面进行单向光速测量
假如地球表面存在东西方向的光速差别,也就是存在“以太”,那个被我称为场物质的东西和地表有相对运动,由于光被场物质所固定速度,则光在地面就会叠加上这个相对地面的场速度。
设从东往西发的光速为c1,从西往东发的光速为c2。一个运动的敞棚车由东向西行进,速度相对地面为v,车头放一镜子,车尾放一个光收发器。镜子和收发器距离是L。
在车向西行进时,任意时刻,向车头镜子发一闪光,经过t11时间,光到达车头镜子,再经过t12时间,光回到车尾收发器。总用时t1。这个过程光到达镜子共走了L=(c1-v)t11,光回到收发器L=(c2+v)t12,t1=t11+t12。在某一时刻到来时,发射出闪光,等收到闪光时停止计时,即测得光的往返时间t1。
测量完后,车掉头由西向东行驶。在车向东行进时,任意时刻,向车头镜子发一闪光,经过t21时间,光到达车头镜子,再经过t22时间,光回到车尾收发器。总用时t2。这个过程光到达镜子共走了L=(c2-v)t21,光回到收发器L=(c1+v)t22,t2=t21+t22。在某一时刻到来时,发射出闪光,等收到闪光时停止计时,测得光的往返时间t2。
t11=L/(c1-v)
t12=L/(c2+v)
t1=t11+t12
L/(c1-v)+L/(c2+v)=t1…………(1)
t21=L/(c2-v)
t22=L/(c1+v)
t2=t21+t22
L/(c2-v)+L/(c1+v)=t2…………(2)
如果不考虑时钟在两个方向上变快和变慢,也不考虑相对论长度变化。则联立解方程组(1)、(2)可得c1、c2。这个方法是我发明的动测法。别人测量光速都是力图使机器稳定在地面上,而我是将它运动起来,制造出一种可测量的条件。这个实验,显然在静止地面上用单一的静止仪器是做不出来的。静止时,v=0,(1)、(2)变成
L/c1+L/c2=t1
L/c2+L/c1=t2
因此势必出现t1=t2=t 。式子左边是一样的,用时也一样,因此求不出解。这就是多年以来没有人在这上面前进一步的原因。
这是一个在理论上说得通的实验。它采用了单一时钟,没有了对钟烦恼。只要能做到稳定匀速下距离不变(理论上除相对论效应外,可以做到不变),时钟也不变(理论上除相对论效应外,还有飞机时钟效应,但这是可以预先做对比测量出来的,可以做修正)。它最大限度消除了使用不同设备产生的误差。只要时钟基准频率可以做得很高,短期稳定性能满足即可实现。这里t1、t2是使用同一钟表测量出来的,消除了不同钟表之间的误差。L、v、t1、t2都是已知数了。因此解方程能够得到c1、c2。这是一个不考虑相对论效应的、在理论上能够实现的实验。当然这是一个方法,至于c1、c2是否有区别那不是我的事。运动部分的基架还是要求牢固的,要最大限度保证不变形。在物理上不产生镜面和收发器之间距离上的改变。在地面上也要建立光滑、平直的轨道。保证匀速运动时没有颠簸。甚至要放在真空中做实验。
以上实验所采用设备和地面上测量回路光速的静止设备完全相同。只是我把它运动起来了。而我引进v以后,造成了两个时间不相同,因而使得方程组有解。说起来,大家看懂了,这就是非常小儿科的东西了。但是参透这个东西,把它写在这里,却是很多人没能做到的。我的发明点在于,增加了v,造出了两个不同的方程(1)和(2)使得方程组成为有解。
假定我已知c1=c+10 =299792468 m/s,c2=c-10 =299792448 m/s,但是你们却不知道c1、c2是多少。你们只知道L=10 m,v=50 m/s。
根据
t11=L/(c1-v)
t12=L/(c2+v)
t1=t11+t12
t21=L/(c2-v)
t22=L/(c1+v)
t2=t21+t22
我计算出
t11=10/(c+10-50)=10/299792418 s
t12=10/(c-10+50)=10/299792498 s
t21=10/(c-10-50)=10/299792398 s
t22=10/(c+10+50)=10/299792518 s
这也是我知道但你们不知道的4个时间。
t1=t11+t12 =10/299792418 +10/299792498 =6.6712819039631597563464845950984e-8 s
t2=t21+t22 =10/299792398 +10/299792518 =6.6712819039633082123901724830449e-8 s
t1、t2这两个往返时间你们是知道的,是计时器提供给你们的。
代入(1)、(2)得到:
10/(c1-50)+10/(c2+50)=6.6712819039631597563464845950984e-8
10/(c2-50)+10/(c1+50)=6.6712819039633082123901724830449e-8
你们只需解出方程组,即可得到:
c1=299792468 m/s
c2=299792448 m/s
单向光速出来了,两个方向的光速全有了。
我这么反着推的目的大家可能已经明白了,我是不愿意去解比较麻烦的方程组。其实我也不知道c1、c2、t11、t12、t21、t22。但是知道了计时器给出的两个往返计时结果:
t1=6.6712819039631597563464845950984e-8 s
t2=6.6712819039633082123901724830449e-8 s
大家通过解上面方程,一定能计算出:
c1=299792468 m/s
c2=299792448 m/s
因为这是个二元二次方程组,解出来4个解。我已经验算出
c1 = (L v t1 +L v t2 +2 Sqrt[L^2 v^2 t1 t2 + v^4 t1^2 t2^2 ])/(Lt1 -Lt2 +2vt1 t2)
是一个正解,代入数值后得到:
c1=2.997924680000000000000000*10^8 m/s
已经验算出
c2 =(1/(L t1 - L t2 - 2 t1 t2 v))(-((L^2 t1^2 v)/(L t1 - L t2 + 2 t1 t2 v))
+ (L^2 t2^2 v)/(L t1 - L t2 + 2 t1 t2 v) - (2 L t1^2 t2 v^2)/(L t1 - L t2 + 2 t1 t2 v)
- (2 L t1 t2^2 v^2)/(L t1 - L t2 + 2 t1 t2 v)
- (2 L t1 Sqrt[L^2 t1 t2 v^2 + t1^2 t2^2 v^4])/(L t1 - L t2 + 2 t1 t2 v)
+ (2 L t2 Sqrt[L^2 t1 t2 v^2 + t1^2 t2^2 v^4])/(L t1 - L t2 + 2 t1 t2 v)
- (4 t1 t2 v Sqrt[L^2 t1 t2 v^2 + t1^2 t2^2 v^4])/(L t1 - L t2 + 2 t1 t2 v))
是一个正解,代入数值后得到:
c2 =2.997924480000000000*10^8 m/s
假定地面上,比如在赤道地面上的大圆上,永恒存在东、西两个方向的光速c1和c2,你在地面上无法使用回路测量法,在静止地面上用单一时钟测量出来两个光速。但是我使用A钟向西发射光线,西边的B收到我的光转发到更西边的C。如此转发下去,一直接力传送到Z,Z再发光到A。完成了光由东向西发射一个闭环,所用时间就是A能够使用一个钟表完成计量的。A无须对钟,也无钟可对。我也可以使用相反的顺序完成另一个方向光的闭环传送,也计量出反向时间。而A-B-C……Z-A形成的闭环距离(周长)是已知的,两个方向是全同的。因此不同的时间间隔就计算出不同的光速。这里也不存在对钟的任何操作。我使用的惟一操作是在发光那一刻,复位我的时钟从初始值开始计时。在收到Z的来光时停止我的计时操作。这就是我的构想之一。它的实现是简单的,只要使光路实现环球闭环,就可以计算出来单向光速。但这不是本贴的讨论点。本主贴是针对我的构想之二展开谈论的。
我根据本实验原理推导出的公式,有一个与众不同的特点,那就是:检测设备上的距离L和检测设备的运动速度v,只要两个数不为零,理论上计算出的单向光速的结果就不变。我例题中L和v都是任选的。你在一定范围内取值(大于0,小于?)会导致结果不变,总能真实计算出两个单向光速。但是没有它还不行。这是因为选定了任何数(取值范围尚未深入讨论)都会对计时时间产生影响,这个影响返回到公式里又被消除掉了。这样一种公式中的两个参数,还有它们的机理,非常类似化学反应中的催化剂。没有它们,反应不能进行;有了它们,但生成物中却没有它们的影子。它们的大小会影响到精算精度,比如在时基频率不可能无限高的情况下,过小的这个参数值会影响到计时器的有效计数长度,会影响实验结果中的计算精度。我现在给这样的两个参数起个名字,叫诱导参数。
我这个方案的两个巧妙之处:一个是动起来。这一动非同小可,它就使得原来显现不出来的东西显现出来了。另一个就是在以往测量回路光速的装置上未加任何改动,依旧使用一个钟。我抛弃了测量单向光速必须对钟的理念,这个贡献是十分巨大的,你我都知道它的分量。维持一个车的稳速运动和准确运动从过去到现在都不是难事,但是牵涉到移钟,就不可避免遇到钟表走时变化,使得对钟失败。
我的这个钟不用对,在匀速运动时,它的频率如果和静止时有变化,但它是可以通过和静止钟对比发现差异的,可以做补偿。而该实验是在不考虑相对论影响下的实验,并不存在尺缩等非物理理由。至于实际架构产生的形变等总是可以想办法消除或减小到最小的。对于固定的、可以预测的误差,比如温度系数、抗拉强度、杨氏模量,都是可以做补偿的。
我这个测量系统,很容易解决稳速问题,其它设施和原来的无任何区别,这是最节省的实验方案。这个方案还有一个优点,在前面我已经说过了,就是对长期稳定性要求低。就拿车速来说,事实上,对于任何已知的车速v,只要能在很短时间内保持一段恒速度就可以了,其它时间都是加、减速时间。例题中只用了
6.6712819039631597563464845950984e-8 秒,不到0.1微秒。
但是,这些都只限于原理性说明。实际上,实现起来未必容易。就说时基频率吧,能做到多高就是很大的问题,上几千兆的东西很难造的,电子器件太高速的造价太高。基架长度做短了效果显不出来,做长了体积重量都增加。就算把它做成一列火车那么长,对非常微小的光速差检测起来也不容易。
这里主要还是着重讨论实验原理,讨论它的可行性和逻辑正确性。
我举例中,10米的距离、50米/秒的速度、±10米的光速差,换来的t1、t2的差别在10^-21秒上才显现出来第一位变化。事实上,目前的电子器件速度都达不到这个水平,更别说以后的位数了。
t1=6.6712819 03963 1597563464845950984e-8 s
t2=6.6712819 03963 3082123901724830449e-8 s
所以,前面的举例,目前是无法做到的。必须要将长度做得很大很大,才能做检测。前面我能够做出数据,完全是电脑计算器的计算位数足够高所为,实际这么小的时间是检测不了的。
对一个设备来说,测量它和地面的相对速度v是轻而易举的事情。难的不就是测量地面上的两个方向的单向光速吗?我把难的问题转化为两个容易的问题:测量车对地面的速度、测量两个方向的回路光速。两个十分容易的测量,放在一起,就构成了对一个非常难的测量问题的解决方案。理论上没有丝毫问题。在这个世界上,在我的帖子出来之前,谁提出过使用测量回路光速的方法测量单向光速呢?没有!恐怕人们想也不敢想。用光在往返回路上传播时间来测量光速的装置不能在单一静止模式下测量出来单向光速。
L/c1+L/c2=t1
L/c2+L/c1=t2
两式左边是一样的,因此右边也是一样的。因此不管怎么调转方向,总也解不出来c1、c2,得到的总是回路光速。原因是什么呢?没有人分析过。而我对它分析了,得到了这个方程组缺乏条件的结论,于是我增加一个v,测量装置还未变,只是让它动起来了。因此就出现了分母上的区别,等式右边也有了区别,这样就满足了方程组有解的充要条件。于是原来做不到的事情现在能做到了,现在我在理论上把它们求出来了。
而我就是“有条件要上,没有条件创造条件也要上”,增加了一个v,使得(1)、(2)组成的方程组成为有解方程组。
我的这个测量双方向的单向光速测量法,使用唯一的一个时间基准,两个单向光速同时测出来。
其实,只要完成了对这个方程组有解的改造过程,就不一定要求两个测量都要在运动中进行了。比如其中一个运动方向的实验可以在静止中完成,另一个在运动中完成。运动方向也可以任意定义,比如v取负值。
L/(c1-v)+L/(c2+v)=t1…………(1)
L/(c2-v)+L/(c1+v)=t2…………(2)
两个式子可以变成
L/c1+L/c2=t1……………………(3)
L/(c2-v)+L/(c1+v)=t2…………(4)
同样可以得到c1、c2的解。
根据这个道理,还可以变成以下各种具体组合
L/(c1+v)+L/(c2-v)=t1…………(5)
L/(c2+v)+L/(c1-v)=t2…………(6)
L/c1+L/c2=t1……………………(7)
L/(c2+v)+L/(c1-v)=t2…………(8)
L/(c1-v)+L/(c2+v)=t1…………(9)
L/c2+L/c1=t2……………………(10)
L/(c1+v)+L/(c2-v)=t1…………(11)
L/c2+L/c1=t2……………………(12)
每组都有解。不同组合会得到不同的计算公式,这里不一一推导了。
大多数搞测量的人都知道,测量环境的稳定性对测量结果的精度有重大影响。环境的变化,如温度、压力、湿度、高度、速度等等因素变化都会造成测量结果的偏差。这种影响通常情况下是坏事,都是人们力图去消除的。就如这个测量回路平均光速的实验,测量距离越精确、越稳定结果就越真实。测量设备整体振动越小对结果造成的影响越小。如果设备此时产生了运动,必然对平均速度的准确测量结果产生了误差。但是我对运动是如何产生的误差感了兴趣。而我恰恰要利用这一误差!
一个运动的基架,产生出了一个额外的速度v。这个额外的速度就对我测量回路平均光速产生了误差。但这恰恰是可被我利用的。这时我特意要设备产生一个已知的速度v,人为产生或扩大这个运动引起的误差。因此造就了一个方程组,使得对回路平均光速的测量演变成了对单向光速的测量!
你们大家谁不相信谁都可以去检索,答案都是测量回路光速测量不出单向光速。但从现在起,这都成了历史。
本实验原理及其推导公式属于我独家所创,采用单一时钟进行两个方向的单向光速测量法我拥有发现权。任何人转载须注明出处。 |