回复:对清华小猪光行差分析的批判
马青平在《相对论逻辑自洽性探疑》一书中,用光传播媒介(等效于大质量物体的局部优势引力场)随大质量物体平移而不随大质量物体旋转的性质来解释迈克尔孙-莫雷实验的结果,并且在伽利略经典物理体系内解释了光行差现象和斐索流水光速的实验结果。有时间的话,我将在这里陆续介绍该书中的主要观点和结论。今天我先根据该书的观点分析一下小猪的逻辑错误和前伽利略的过时观点。下面黑字是小猪的原文,红字是我的评注。
“黄德民先生对我的《光速不变原理探讨(二)》的反驳几乎是针对每一个主要论点逐点进行的。不得不承认,每一点反驳都很有份量。
看来这个探讨需要(三)(四)(五)(六)地进行了。本帖先针对光行差吧。
不仅黄先生认为光介子气被地球完全带动时照样有光行差,同时还有不少反相者认为地表以太被地球完全带动时也有光行差。这与“探讨(二)”中的观点是完全不同的。
公认“光行差是反对拖动论的”。下面我从惠更斯原理出发给出以太假说下对公认看法的证明。
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-------B'-----A------A'------------------
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上面示意图中,B'AA'为一假想界面,在界面上是静止以太,界面下是与地表同速(v,向右)运动的以太。1、2、3为入射光的平面波前,相邻波前距离为波长λ。在静止以太系看来入射光方向与界面的夹角为θ。1'、2'为光进入运动以太后的光波前,在运动以太看来,光在运动以太中的传播方向与界面夹角为θ'。
(小猪一上来就把图画错了!无论是从在太阳以太中静止的观察者的角度来看,还是从在地球以太中静止的观察者的角度来看,光路都必然是连续的。以太运动只能让光路产生折点,不能让光路出现断裂。一个出现断裂距离AA’的光路怎么会是光行差现象的正确解释呢?)
光线的传播方向垂直于波前,光速相对于以太恒为c。
A为静止以太系中的界面点,A'、B'为运动以太系中的界面点。设A'点遇到1号波前时与A重合,A'点遇到2号波前时B'点刚好遇到1号波前。
(做这类分析,首先要弄清楚自己是从谁的角度来做分析。如果把地球以太当成运动的,那么观察者就应该是在太阳以太中静止。对于在太阳以太中静止的观察者来说,光波在地球以太中如何折射应该是相对于静止以太中的界面点。有一点很重要,那就是光路必须是连续的,因此,对于在太阳以太中静止的观察者来说,光波是从界面上的固定点开始受运动以太的带动而偏转方向。分析在太阳以太中静止的观察者的观察结果,小猪应固定两个或多个点不动,例如可以让A和B’不动。)
A'点遇到两个波前的时间间隔Δt=λ/(c+v cosθ)。
在运动以太系看来,满足2号波前到达A'而1号波前刚好到达B'的A'B'距离d=λ/cosθ。
(如果是分析在地球以太中静止的观察者所见,就应该把太阳以太当成是运动以太。然后先分析一下对于太阳以太中静止的观察者来说垂直(或以角度θ)入射的光波,对于地球以太中静止的观察者是否还是垂直(或以角度θ)入射?算出对于地球以太中静止的观察者是以什么角度入射后,可以轻易地由折射定律得出太阳以太运动条件下的折射角,从而得出光行差。伽利略相对性原理的基本一条就是速度是相对的。不坚持伽利略的相对性原理是十九世纪物理学和相对论错误的根源。)
在运动以太中,B'遇到1号波前时(对于在太阳以太中静止的观察者来说,B'是固定的才有意义。对于在地球以太中静止的观察者来说,静止的是地球以太,应该分析的是入射角θ对在太阳以太中静止的观察者和在地球以太中静止的观察者来说有什么不同),A'发出的1号子波波前形成以A'为球心、半径r=cΔt的球面。运动以太中的1'号波前为通过B'点与该1'号球面子波波前相切的切面(该切面的法线方向即为运动以太中的光传播方向,与界面的夹角为θ')。因此
cosθ'=r/d=cΔt/d=cλ/(c+v cosθ)/(λ/cosθ)=cosθ/(1+v/c cosθ)
(小猪怎么忘了自己分析的是静止(的太阳)以太(中的观察者)看运动(的地球)以太中的光传播现象?惠更斯原理中光传播的方向应该是从界面上的固定入射点到子波形成的波前面法线,如果是光波是从A’到子波波前面,光传播对太阳以太中静止的观察者来说不就是不连续的了吗?如果称(固定的)B'点与该1'号球面子波波前相切的切点为C, 对于在太阳以太中静止的观察者来说,光路是从固定的A点到C点的连续线,不是断裂的和中间隔着距离AA’的两段线。角θ'应该是<BAC,而不是<BA’C.)
从上式可以看出,当θ=90度时,有θ'=90度,即没有光行差。θ=90度是公认说法的缺省条件。
(因为角θ'是<BAC,而不是<BA’C,所以,即使当θ=90度时, θ'也不等于90度,当然有光行差。用惠更斯原理几何作图分析运动媒介之间的折射现象是有点困难,光波传播的方向不再是静态分析时那么简单。小猪应该用费马的”最小时间原理”,对光源到运动媒介中某一点的路程求导,就不会产生小猪文中的错误了)
从上式还可以得出,当θ≠90度时,光行差是负的!即地面看来,恒星的视位置不是向运动方向的前方移动,而是向后方移动。而实际观测结果光行差始终是正的,即视位置总是向前方移动。
(以上分析是从太阳以太中静止的观察者的角度来做的,当然应该是负的光行差。对太阳以太中静止的观察者来说是负的光行差,那么对地球中静止的观察者就是正的光行差。马青平有专文讨论这个问题)
因此,光行差现象是反对以太拖动论的。部分的拖动就会导致光行差小于观测值,完全拖动时光行差就为零。而10亿分之一的滞后(不完全拖动)都会被迈克尔逊实验检测到!
也就是说光行差要求不拖动或拖动很小不易检出,而迈氏实验几乎要求完全拖动。两个实验加起来对以太论形成了致命打击。
(宣传“光行差反对以太拖动论”的人不懂伽利略的相对性原理,还生活在绝对速度的时代。光行差现象不但不反对光传播媒介随大质量物体平移,而且给它提供了有力的支持。)
至于黄德民先生的光介子论对光行差的解释,由于要从粒子角度处理;以及jiuguang先生认为sagnac效应形成的挑战,由于涉及旋转参照系,都是很重大的话题,且待下回分解。
(待续) |