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运动光学规律讲解之一的补充材料：对双星现象的分析——光的初始扰动的两重性原理的具体应用之一。 要彻底明了以光源为参考系时的情况，必须先彻底明了“双星现象” 众所周知，是“双星”之光告诉人们，“光在广袤无垠的宇宙空间的真空介质中的速度只能是恒值c，并且不管光源的运动状态如何”。这是人们对“双星现象”分析后得出的科学结论之一。这一句话用运动光学的规定符号表示就是：
（右下角角标是：o，表示以真空介质为参考系；右上角角标是：P或d，表示按波动光看待或按光子光看待；左下角角标是：go，表示光源在真空介质中静止；gs，表示光源顺于光波传播方向运动；gy，表示光源逆于光波传播方向运动。左上角角标是：jo，表示接收器在真空介质中静止。） 但是，在（1）式中所包含的六种情况，并不是一切情况。例如，波长λ，周期Т 的变化如何？即： 参考系时，光波作为能量场相对于光源的相对运动速度是什么？在以光源为参考系时,光波波前作为光波传播的载体，对于客观存在的光源的相对运动速度是多少？这两句话，可用下面三个算式表示，即：
（右下角角标是：1，表示以光源为参考系。） 既然（1）式并不是一切情况，也不能仅就（1）式就把“光速不变”作为原理来使 用。上面的一些算式，各有什么结果呢？让我们在下面具体分析一下“双星现象”，看一看会得到什么结果？ 为了能清楚地说明问题，不妨假设有三个点光源G1,G2,G3（G1 ,G3两个点光源，表示一对双星；G2是设想的静止点光源，作比较、参考用）在同一直线上运动，三个点光源用相同的波长λ，向同一方向发射光波。其中： G1点光源在真空介质中以速度+V1（︱V1︱＜c）逆于光波传播方向运动。 G2点光源在真空介质中静止。 G3点光源在真空介质中以速度-V1（︱V1︱＜ c ）顺于光波传播方向运动。 设三个点光源G1 ,G2 ,G3,在to时重合，并同时各自发出一个光波波前。（见图2a）
在t1时刻G1、G2、G3三个点光源，由于各自不同地运动速度而分离。（见图2b）
图中，G1 ,G3两个点光源，表示一对双星；G2是设想的静止点光源，作比较、参考用。 图2。光源运动时，对光波传播要素的影响的示意图。 在t1时，三个点光源，由于各自不同的运动速度而分离到O’，O，O”三点，并各自发出另一个光波波前（另一个光的初始扰动）。在t0时刻三个点光源重合时各自发出的光波波前，仍重合在x1点上。分离的距离分别是： G2点光源在0点原地未动。d2=0 G1点光源逆于光波传播方向运动，移动到0’，d1 =00’=(t1 –t0)V1=V1t G32=点光源顺于光波传播方向运动，移动到0”，d3 =00”=-(t1 -t0)V1=-V1t 原在t0时，三个点光源同时发出的光波波前，在t1时仍重合在x1处。但是，在t1时，三个点光源却移动了位置，并且各自发出了第二光波波前。G1在O’；G2在原位；G3在O”。我们如果以光源为参考系时，由t0到t1时，坐标系的原点由一个原点O,转变为三个原点O’、O、O”。此时， ［见图2（b）］: Ox1=D2=(t1-t0)c,当t1-t0=T(周期)时，D2=T·c=λ. O’x1=D1=D2+d1=(t1-t0)c+(t1-t0)V1=(t1-t0)(c+V1)——（光源逆于光波传播方向运动时） 当t1-t0=T时，则D1=T(c+V1)=(c+V1)λ/c.（红移） O”x1=D3=D2+d3=(t1-t0)c -(t1-t0)V1=(t1-t0)(c-V1)——（光源顺于光波传播方向运动时） 当t1-t0=T时，则D3=T(c-V1)=(c-V1)λ/c.（紫移） 上面根据现实中的“双星现象”进行分析，说明了光源运动时，对光波传播的影响。用运动光学规定的符号来表示时，以光源为参考系时，光速的变化如下：
从（3）、（4）两式可以看出运动光学规律与伽利略变换的不同，按光源顺于光波传播方向运动，按伽利略变换应该是c+v1按运动光学规律则是c-v1。按光源逆于光波传播方向运动，按伽利略变换应该是c-v；按运动光学规律则是c+v1。这是因为伽利略变换是力学的速度变换；而运动光学规律是光波要素的变化规律。两者都是对的，各有各的应用范围。 对于在以光源为参考系时，波长与周期的变化【参看图2，（b）】。如下：
对于静止光源来说，以光源为参考系和以真空介质为参考系，光波周期应是相同的。因此：
根据前面的（6）、（3）和（7）、（4）我们可得：
同理，根据前面（1）、（6）及（1）、（7）各式，我们也可得到：
上述十一个公式,包含24个运动光学关系式，覆盖了以真空介质为参考系和以光源为参考系时（除了以接收器为参考系以外）的各种关系式，通过上面的分析，可以看出如果仅就（1）式就把“光速不变”作为原理来使用。上面11个等式，至少有6个被埋没。能行吗？ 上面是运动光学，根据真空介质说，光的初始扰动具有两重性原理（即：光在真空介质中的传播原理）。结合“双星现象”的客观事实，运用推理得出的光波要素变化公式（不包括以接收器为参考系）。为便于查对，现列表于下：
现在顺便对“光的初始扰动具有两重性原理”即:：光在真空介质中的传播原理。作如下讲解： 十九世纪末，迈克尔逊-莫雷实验的“零效应”现象出现以来，没有人成功地用牛顿时空观合理地阐明这一现象的因果关系。 原因是当时的物理学尚缺少一条光学原理。在人们处于困惑的时候，爱因斯坦相对论，急切地提出一条“光速不变原理”，这条“原理”不是用来解释产生“零效应现象”的因果关系。而是先扬弃迈-莫实验的理论基础——绝对静止坐标系，这样，当然在解释迈-莫实验“零效应”的同时也把迈-莫实验本身给否定了，因而引来了时空观念上的混乱。那么，究竟经典物理学缺少什么样的光学原理，能够解释迈克尔逊-莫雷实验所以产生“零效应现象”的因果关系呢？根据笔者对迈克尔逊-莫雷实验多年的研究，知道经典物理学缺少的一条原理，就是：“光的初始扰动具有两重性原理”也可以叫 真空介质的定义如下： 真空是一种电介质，可以传播电磁波也包括光波，迈克尔逊时代认为：真空中有一种“以太”介质，可以传播光波。现在看来这是多余的，在本文中，直接用“真空”介质代替“以太”介质，称为：真空介质。 光在真空介质中的传播原理，由下面三条组成： 1、波的传播是由一个扰动引起另一个（或一些）扰动传播开来的，第一次的（引起 以后许多扰动的）扰动，即波源的扰动，叫做初始绕动，连续波波源发出连续的初始绕动，脉冲波波源发出脉冲的初始扰动。 2、光的初始扰动，在真空介质中出现的位置处于光源运动轨迹的相应点上。 3、光波在真空介质中，从初始扰动起就不再受光源运动的影响，而以速度c开始自 己独立的传播过程。 以上三条中，第1条是初始扰动的定义。第2条说明光的初始扰动随光源出现在光 源所在的位置上。第2条、第3条联系起来看，初始扰动它一身二任：既是受光源运动影响的结束，又是光波独立传播的起点。这就是光的初始扰动的两重性。它的两重性也是光在传播过程中表现的二象性的原理上的根据之一。其实，就原理的三条分开来看，没有那一条是新提出来的，而是早就由经典物理所承认的。只是没有把三条合并起来作为一条原理使用。因此，运动光学不是超越经典物理之外的一门新学问，运动光学理应是经典物理学基础之上的新发展。它完善了经典物理的原理系统。这就是“光的初始扰动具有两重性原理”。也叫“光在真空介质中的传播原理”。 这条原理，可以推出光速的变与不变是有条件的，不是无条件的。这条原理，可以 概括“光速不变原理”所处理的光的传播现象。而爱氏“光速不变原理”却概括不了，事实上光的传播的所有现象，要想勉强包括所有情况时，就必须使用洛伦兹变换。而这就带来了在客观现实中并不存在的时空转变关系。所以说，“光速不变原理”是与绝对静止坐标系格格不入的。而运动光学的“光的初始扰动具有两重性原理”。从原理的第3条，也可合理地设想出，静止点光源的绝对静止坐标系的理想模型。因篇幅所限，这里暂不详述。 运动光学为了解释光源与接收器（接收者）在运动或静止时光的传播情况。在这种复杂 的关系中，必须使用一些符号，以便在进行推导和计算中,不致引起混淆不清的情况，特规定以下符号。 对于光波传播要素，使用传统符号：光波波长λ，光波周期Τ，光波传播速度c。这是三个主要符号。 由于运动光学所研究的问题情况多样，在讨论分析过程中，必须将各种不同情况，区别 对待，而且为了保持在讨论和分析的全过程中的正确性，清晰性和逻辑的确定性、合理性。必须对三要素所处的情况分别表示清楚。因此，在三主要要素符号的四角，加注角标。关于符号及角标的写法规定，前面我们已经使用过，不再重复。 运动光学它发现了迈克尔逊-莫雷实验是选错检测方法的错误实验，这一发现从理论上拨开了，在科学历史上存在了一百多年的一朵乌云：迈-莫实验的“零结果”。原来壹百多年争论不休的问题，是因为实验者无意中选错了检测方法，实验者没有发现，局外人更难以发现。由此可见，测量工作者，物理实验工作者，身上肩负的责任多么重大。工作中出现一个其影响会有多么巨大。这个问题如能当时或及早发现，就不至于形成物理学壹百年的曲折发展。所谓：差之毫厘，谬以千里，就是这个意思。从逻辑学方面来讲，人们常常忽视“前后即因果”严重逻辑错误地危害性。从哲学方面来说，人们常常只看现象，不追求本质。这是人类社会意识，容易被愚弄的逻辑学和哲学方面的原因之一。 运动光学创始人：崔木培2005-5-27 |
