新设计的单向光速测量方案：

一、基本观点：

虽然狭义相对论是目前物理学牢固的理论之一，而且奇迹般地被无数事实所证实，但对它还是不要下定论。因为只要它的两个逻辑前提——相对性原理和光速不变原理——未有确凿的实验证据，它们就仍然带有假设成分和“先验”性质。

我们知道，单向光速不变不是经验总结，而是科学的假设。倘若能找到更为基本的对钟手段，那么单向光速不变不是理论思辨的问题，而是有待于科学实验进一步发展来解答的问题。

相对性原理认为一切惯性系彼此等价，没有任何实验能确定那个更为优越。可惜的是，已有的力学和电磁学实验只是说明运动物体上所做的动体实验准确到一级（β=v/c量级）时不存在优越静止系的实验判据，至于我们是否可以从实验的二级效应（β^²量级）中找到优越静止系的判据？本文对此问题作了更进一步的分析，指出纵是我们摒弃这个子原理，新理论同样能以逻辑自洽的形式地建立起来，不仅与当前其它科学概念有着协调性以及与实验结果的一致性，而且还有更多的预言，从而证明了这个子原理未有确凿的实验证据。为了验证这一论断，我们提出了一种新的实验方案，该方案可以对二级效应是否也找不到优越静止系的实验判据做出明确的判断。

二、基本公设：

第一公设：静质能方程各系成立（以此取代光速成不变原理）

第二公设：相对性原理集合中的子原理——“二级效应中也找到优越静止系的判据”用相反的公设取代，即认为二级效应中可也找到优越静止系的判据，从而组成新的相对性原理集合。

三、逻辑结果：

从S惯性系看，若S'系相对于S以速度V匀速直线运动，则S'系中沿x'轴(场梯度线)放置的刚杆会以1：1/K的倍数收缩；时钟会以1：K的倍数变慢，质点的质量会以1：K倍数增大。

与相对论不同的是：狭义相对论把K记用K=K（V），而本文中的K应记作K=（V、v’）

v’为参考系相对于力学优越静止系的速度，可由实验确定。

若C＞＞V或v’时，K≈1+VV/2CC +V v’/CC             (1)

若v’≡0,则新理论还原为狭义相对论。这就表明，新理论只是充分缩小了相对论的有效范围。

值得一提的是，光速不变原理与本文第二公设结合也可逻辑自洽谈地得出上述的结果，只不过这个模型受到已有的实验（snyder和hall（1975年）所做的运动原子对激光的饱和吸收实验）所否定了。

对相对论实验的解释

狭义相对论的验证实验分为四大类：一是光学现象；二是高能粒子；三是同地对钟；四是异地对钟。

相对于加速器、宇宙线的高能粒子来说，地球是个近似的优越静止系（绝对运动速度V₀在实验精确度内可以不计），地面观察者所观测的这些现象与相对论是计算值是一致的。就是说，试图从这类实验中找否定优越静止系的判据是不可能的（在实验精确度内）。

同地对钟实验主要有：转动圆盘穆斯保尔效应实验、原子钟环球航行实验、萨克奈克效应等。Hafele（1971年）所原子钟环球航行实验中，从地心上看，由于地球的自转，向东环球航行的铯原子钟要大于一圈才能到原地；向西航行的铯原子钟小于一圈就可到达原地。经过一番计算后却发现，在这个实验中，(1)“V₀”恰好被抵消，因此采用（1）式的预算值与相对论的预算值保持一致。显然，这个实验与新理论相容。

此外，旋转体的穆斯保尔共振横向多普勒效应实验、萨克奈克效应中，在计算中V₀项都被抵消，使得本文理论预言值与相对论的计算值相同。时由此可见，同地对钟的实验无法判别新理论与相对论谁是正确的。

异地对钟对钟实验主要有：Lves-Stilwell的氢的极隧射线光谱实验、两梅塞实验、snyder和hall运动氖原子对激光的饱和吸收实验等。

由于做横向的时间膨胀测量十分困难，测量方向稍有偏离垂直方向就会引入偏角的一级效应而使实验难以观测二级效应。因此，Lves-Stilwell和snyder的两个实验都不是在垂直方向上，而是在原子束的前后两个相反方向上观测，其中一个方向上放有一块平面反射镜，把光线反射到另一个方向上一同来观测。

现在我们应用本文的理论来分析Lves-Stilwell的实验来分析：

设，在矢线n上传播的光速为C_n，反向传播的光速为C_-n，矢线n与氖原子运动速度v的夹角为β。我们根据波数不变的定理以及（1）式可以得出新理论的多普勒效应公式为：

λ_n=λ₀(1+vcosβ/C_n)K                                 （7-1）

λ_-n=λ₀(1-vcosβ/C_-n)K                                 （7-2）

式中K为本文的时间膨胀因子，由微分方程（1）确定，即：

K≈1+v²/2C²+v₀v cosθ/C²              （7-3）

已有的实验证明了平均回路光速不变，我们引入参数x，则有：

Cn=C/（1+x）  C-n= C/（1-x）                            （7-4）

现把（7-1）与（7-2）相加，并结合式（7-3）、（7-4）得：

λ_n+λ_-n=2λ₀K（1-xvcosβ/C）

   ≈2λ₀(1+v²/2C²)+2(v₀v cosθ/C² –xvcosβ/C)               （7-5）

(略去更高级小量)

Lves-Stilwell实验观测了原子所发光速沿n与-n两方向的光谱，根据相对论有：

λn+λ-n =2λ₀K相≈2λ₀（1+V²/2C²）                            (7-6)

Lves-Stilwell和snyder的两个实验验证了式（7-6）中的左边等于右边，其snyder于75年所做的实验精确度达到0.5%。对比式（7-5）、（7-6）得： 

2(v₀v cosθ/C² –xvcosβ/C) =0

故有：x = v₀cosθ/C cosβ

考虑到snyder 实验中采用的β很小（β＜7度)，可以不计(即在实验精确度内cosβ≈1），故上式简化为：

x = v₀cosθ/C

即有：     Cn=C/（1+ v₀cosθ/C）≈C - v₀cosθ

这样，正如我们以太论所预计的那样，在飘移以太中传播的光速约为C±v₀cosθ。虽然snyder和hall做实验的目的是为了证明相对论时间膨胀，现在，我们有理由把它看成是检测单向光速有效而精确的实验。

由此可见，在Lves-Stilwell以及snyder（1975）所做的实验中，绝对运动对时间膨胀的影响恰好为以太的飘移所抵消。很明显，试图从这类实验中寻找相对性原理正确性的证据是无意义的。

运动物体上做力学实验以便确定该物体绝对运动

我们在snyder和hall（1975年）氖原子的激光的饱和吸收实验基础上来设计实验方案。

实验方案1

当β=90⁰时，根据本文的多普勒效应公式（2），简化为：

λ_n=λ₀K≈λ₀（1+V²/2c² + VV₀cosθ/c²）

因此，我们可以通过横向多普勒效应来确定K的大小。接下来，我们不断改变发光原子的运动方向来重做实验，对比所有K的实验测量值，那么K为最大值所对应的运动原子方向则与V₀同向（θ=0）。这样，我们就可测定出了V₀的大小和方向。

然而，实验的难度在于稍有偏角（不垂直）就被一级效应所掩盖。在实际操作中，我们可以采用下面设计的方案克服这一困难。

实验方案2

在方程（7-5）中，只要我们把β的值选取于85⁰—95⁰之间，那么在实验精确度范围内可以近似地认为cosβ≈0，因此方程（7-5）可简化为：

λ_n+λ_-n≈2λ₀(1+v²/2C²)+2v₀v cosθ/C²   

接下来，我们旋转整个实验装置来重做实验，对比所有的λ_n+λ_-n实验测量值。λ_n+λ_-n最大值所对应的运动原子方向则与V₀同向（θ=0）。这样，我们就可测定出了V₀的大小和方向。

实验方案3

  我们认为，Snyder实验的最大贡献——证明了矢线n方向上的光速为

Cn=C/（1+v₀cosα/C）

α为矢线n与v₀的夹角。因此有α=θ+β。式（7-5）应记作：

λ_n+λ_-n≈2λ₀(1+v²/2C²)+2[v₀v cosθ/C² –v v₀cos（θ+β）cosβ/C)]

改变β的取值（如β=45⁰和β=60⁰），则可以得出只含未知数v₀和θ的两方程组。解这个方程组，则可以求出v₀和θ的值。

实验（2）和（3）已有的条件是完全可以实现的。如果物理实验学者能利用目前的条件来做检测实验，那是最好不过了。 全文可点击：qiji.cn/eprint/abs/2711.html