|
光速不变原理认为：观察者测得的光速与观察者和光源的相对运动无关，恒为c。 黄德民先生要求相对运动的两个观察者对同一束光进行观测，才算是验证了光速不变原理。 我们来看如何满足此要求以及历史上的实验是否满足此要求。 首先，考虑只有一个观察者时如何观测“同一束光”或其它运动的速度。 用速度的定义式来测速，必须在距离已知的两静止点间观测时差。但如果没有一种速度已知的物理传递过程作为信号，就没有办法用“信号法”同步异地时钟；此外，实验证明，将在同地同步的时钟分开后又重新会合，读数会不一样（飞行原子钟实验），因此也不能用“搬钟法”同步异地时钟。 我曾经想过用一种对称的机械装置将两个同步时钟分开得到异地同步时钟，但这种分开过程的对称性需要机械中的双向应力传递速度一样才能保证，但双向应力速度在没有测量的情况下谁知道会否一样呢？ 因此，测定一种单向速度的前提是已知一种单向速度，这就构成了逻辑循环，从而任何单向速度在逻辑上都是不可测的！ 怎么办呢？只有强制规定一种单向速度的数值！以此作为速度标尺衡量其它速度。正如强制规定一块金属的质量为1千克，用以衡量其它质量。爱因斯坦在其论文中实际上明确地指出了单程光速是一公设性对象。 规定哪种物质运动的速度为标准值比较好呢？这就需要一番考虑了。 作为速度标尺的那种运动，必须是受外部条件影响最少的运动，同时还要是速度最大的运动，这样，在两点间对钟时产生的误差最小。 受外部条件影响最小的运动，莫过于在真空中的运动了。其中就有光。但一块石头也能在真空中运动。然而，我们从实验中可以知道，石头的速度与抛掷有很大关系。而光速却不受光源运动的影响，这可从双星观测资料得到验证。 虽然单向速度在数值上不可测，但却可测出两个同向运动的速度大小关系。比如乌龟和兔子的速度值我们不知道，但从一点同时出发后兔子先到达另一点，因此可以放心地认为兔子比乌龟速度快。 这种比较的结果，发现光速是物质运动速度的极限，一度被认为是无穷大。还没有发现在真空中超过光速的物质移动（我用“物质移动”是为了区别于象光斑扩大那样的并非真实物质移动的物理现象）。 最后也是重要限制是，往返平均速度只涉及一个钟，因此是可以实测的。所以，规定为速度标尺的那种运动，在真空中往返的平均速度在任何时候测量都必须是不变的，才能与我们将其单向速度规定为标准值的公设保持一致。同时，只要往返平均光速不变，将单程光速公设为不变的平均光速在公理系统上是自洽的。 所幸的是，已有的光速测定实验都是测的双向平均光速，并且都证明真空中双向平均光速不变。 （待续） |