光速能不能看成是矢量？

作者张祥前交流微信zhxq1105974776

相对论中核心是光速不变，光速能不能看成矢量，相对论中没有深入讨论，按照相对论看法，光速与光源的运动速度无关，与观测者的选择无关，与时间无关，与空间位置无关，纯粹一个常数，所以，相对论倾向与认为光速不能够看成矢量，换句话，讨论光速的矢量性是没有意义的。

统一场论【百度统一场论6版可以搜到】认为光速在某些情况下可以表现为矢量，矢量光速方向可以变化，并且和光源的运动速度有函数关系。

统一场论为了区分，把矢量光速叫光速度，用粗字体C【本文大写字母为矢量，下同】表示，C方向可以变化。光速速率叫光速率，用小写字母c表示，c不变。沿坐标的光速度叫光速，可以看成是矢量光速在三个坐标系上其中两个坐标为零的矢量。

统一场论这种对光速的看法，本质上不是和相对论相矛盾的，应该是相对论对光速的认识有缺陷。

下面我们来论证统一场论对光速这些新认识和相对论本质是一回事情，并求出矢量光速度C和光源速度V之间的函数关系。

在下图中，二维惯性参考系xyo和x’y’o’相互以匀速度v沿x轴正方向直线运动，

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在t = 0时刻，o点和o’点重合，一束光从光源（静止于o’点）出发。

按照相对论的看法，x’y’o’系的观测者认为，这一束光沿y’轴方向，速度为矢量光速C’。

在x,y,o系的观测者认为，这一束光沿y’轴方向的速度为√（C²- v²）。

统一场论的看法是，在x,y,o系的观测者认为，这一束光相对于光源运动的行进路线偏离y’轴一个角度b, 方向沿o’p。

沿o’p方向的这一束光的速度看成矢量光速度C【x,y,o系的观测者认为是C，x’y’o’系的观测者认为是C’】，C在y’轴上投影为√（c²- v²）

统一场论认为，矢量光速度C的方向是可以变化的（模c不变），随光源的运动速度V的变化而变化，如果二者满足于以下关系：

sinb = v /c 【v是矢量V的数量】。

则能够和光速不变吻合。

由以上关系，我们很容易知道，光速度C和光源速度V【标量是v】以及它们之间的夹角a满足以下关系：

cos a = v /c

由上式可以导出sin a = √（1- v²/c²）这个实际上是相对论因子产生的原因。

我们 把光速扩展到矢量，使我们认识到矢量光速和光源速度之间的函数关系。

利用矢量光速概念，我们还可以用矢量光速C来简洁的描述电磁波方程：B = C×E/c²

上式中B是加速运动电荷产生的加速磁场，E是加速运动电荷产生的加速电场，C是矢量光速，c是标量光速。

    矢量光速概念，还可以加深我们对相对论中光速不变的深入了解。

很多人学习相对论，得出一个印象，相对论中光速是一个常数，就是光每秒走30万公里，称之为光速。并且，当光源相对于我们观察者以速度V（V大于0）运动的时候，光仍然是每秒走30万公里，这个就是著名的相对论光速不变。

其实，相对论中光速在某些情况下可以小于每秒30万公里，某些情况下可以大于每秒30万公里，某些情况下可以为无穷大。

相对论中严格的讲，光速为一个常数，是在以下情况下：

1，当光源相对于我们静止的时候，光从光源出发，以每秒30万公里向周围空间运动，这个光速是恒定的常数。

2，当光源相对于我们观察者以速度V运动的时候，光从光源出发，相对于我们观察者以每秒30万公里向周围空间运动，这个光速也是恒定的，是一个常数。

当光源相对于我们观察者以速度V运动的时候，沿速度V方向的光速相对于我们观察者来说仍然是每秒30万公里。

但是，沿速度V方向的光速相对于光源是每秒30万公里减去V，反方向是30万公里加V。

沿速度V垂直方向的光速【无论是相对于我们观察者或者相对于光源】是√【每秒30万公里的平方减去V的平方】，也就是√（c²- v²）。

相对于我们观察者，两个外星飞碟以光速相对飞行，对于我们观察者来说，两个外星飞碟相对之间的速度是每秒60万公里。

设想一个外星飞碟相对于我们观察者以光速运动，飞碟内部的外星人打开一个手电，发出的光在外星人看来是每秒30万公里。但是，在我们观察者看来，这个外星人手电发出的光速度可以是零，或者趋向于零。也可以说趋向无穷大。

无穷大，严格的讲是可以趋向无穷大，无穷大和趋向无穷大是有区别的。

在物理上，零和趋向于零也是有区别的，比如，我们在地球上上抛一个石头，由于地球重力的作用，石头的速度逐渐的减少，最后变成了零，然后又开始以自由落体的形式下落。这个过程中石头的加速度一直是恒定的。

从数学上讲，速度为零，我们将速度对时间求导数，得到的加速度也是零，这里似乎出现了矛盾，但是，我们把速度为零改为速度趋向于零，这个矛盾就可以消除。

上面说到的外星人飞碟以光速相对于我们运动的时候，外星人飞碟内部光的速度为什么相对于我们观察者可以趋向于无穷大？因为，外星人飞碟一旦相对于我们观察者以光速运动，飞碟内部的沿运动方向的空间长度相对于我们观察者为零。

无论什么东西，以一个恒定的速度从a点向b点运动，a,b两点之间的距离越小，所需要的时间就越短，当a,b之间的距离趋向于零，运动就是不需要时间了，一旦运动不需要时间，我们也可以认为这个东西的运动速度趋向于无穷大。

什么情况下的速度是无穷大

外星人飞碟以光速相对于我们运动，在我们观察者看来，飞碟内部沿运动方向的空间长度趋向于零，飞碟内部的一束光和飞碟的运动方向一致，这一束光的速度在我们观察者看来可以趋向于无穷大。

当然也可以说这个光速趋于零或者是不确定，因为外星人飞碟以光速相对于我们运动，在我们观察者看来，飞碟内部经历的时间为无穷大，从a点运动到b点，经过了无穷大的时间，我们可以说没有运动，是静止的。