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张元仲先生在《狭义相对论的实验基础》一书中指出：“钟的校准（同步）与校钟信号的单向速度是互为前提的......如果找不到更为理想的校钟手段，单向光速就是个不可观测量”。“如果象现在实验中所做的那样，选取光信号作为校钟信号，这在逻辑上是循环的，光速的单向性效应会因使用光本身校钟而被消除掉。” 我认为，这种观点不成立。在本坛回复正和的71199贴中，我指出：“张先生走入了两个误区。一、他认为，测单光速就必然要对钟；二、他潜意识地将对钟用的光信号和被测光始终设想为同一方向，这样才陷入逻辑循环。”正和回贴“我是赞同张元仲先生的观点的”，认为“测单程光速要么得对钟，要么得假定光速各向同性”。 撇开第二个误区先不谈，这里只谈第一个误区。即检验单向光速是否可变究竟是否一定要对钟。 要设计检验单向光速是否可变的实验，必然要事先分析、设想什么情况下光速可能变化。只有根据可能发生变化的情况针对性地设计实验方案，才有可能对光速是否可变做出检验。大家知道，有一种观点认为，当观察者相对于地球运动时，有可能观察到光速的变化。那好，我们就针对这一种情况，看能不能设计一种实验方案。事实上，不仅能，而且也根本不涉及到对钟。 设实验装置由激光器和接收屏组成。静止时，激光器发出一束光投射到对面屏上，如下图中OA所示。如果让整个实验装置向左运动，则在实验装置上看来，光线将向右倾斜，如图OA’所示。 A A’ l / l / l / l / l / l / O 如果用电子技术检测到实验装置运动前后光点确实有移动（即从A到A’），说明移动前后，在观察者看来，光速确实发生了变化。这就是YANGHX最早提出的“光点漂移实验”。大家看看，该实验中，是否用到了对钟。 当然，由于上述实验中涉及到了两个惯性系（静止系和运动系），或许在相对论的支持者看来，该实验还不能算作是对单向光速是否可变的检验。那么，我们可以继续以下的实验。 设想该实验装置处在向左运动的平台上，初始时光束朝右上方倾斜，如下图所示的OA方向。然后，让整个转过180度。如果光速真的各向同性，光束将沿OB方向，而不是OA’方向。但上文中提到的观点认为，光束将沿OA’方向而不是OB方向。如果实验证实了这一点，就表明光速是可变的。否则，无法说明“在同一惯性系中光速是各向同性的”。 大家看，该实验根本没有用到对钟，却有可能对单向光速是否可变做出检验。这充分否定了“单向光速是否可变是不可测”的观点。 欢迎正和先生提出反驳意见，也欢迎大家参与讨论。 A / / / / / / O / \ / \ / \ / \ / \ / \ B A’ 黄德民 2005-11-19 |
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干脆将有关第二个误区的质疑也贴出。此文曾直接寄给张元仲先生并与之讨论多次。 单向光速是否可变真的不能由实验检验吗？ 张元仲先生在《狭义相对论的实验基础》一书中明确指出：“钟的校准（同步）与校钟信号的单向速度是互为前提的......如果找不到更为理想的校钟手段，单向光速就是个不可观测量”。“如果象现在实验中所做的那样，选取光信号作为校钟信号，这在逻辑上是循环的，光速的单向性效应会因使用光本身校钟而被消除掉。”笔者认为，这种说法是不完全成立的，只有在“同一方向”上既用光信号校钟，又测量该方向上的光速时，才会陷入张先生所说的逻辑循环中。如果两者方向不一致，不会出现这种逻辑循环。 举个具体例子，如果按图-1 (a)所示的“光线漂移时间差法实验方案”进行实验，就不会出现这种情况。
△T=L/（Csinθ） （式中C为光速值） 假设光线受到某种作用的影响（比如历史上所谓的“以太风”），光线的传播方向将发生偏移，如图-1（b）所示（图中V代表“以太风”的速度）。 当光线传播方向与“以太风”方向相同时，光线从A到B所用的时间为： △T+=L/（Csinθ+V） 当光线传播方向与“以太风”方向相反时，光线从A到B所用的时间为： △T-=L/（Csinθ-V） 实验时，只需将上述装置沿不同方向（东西、西东、南北、北南）放置，测量光线从A到B所用的时间，并进行比较即可。 为方便起见，取一些具体数字估算一下数量级。若取θ=10-5弧度，L=0.3米，C≈3×108米/秒，V=300米/秒（暂取某一地区地球自转线速度，在赤道处最大，约为465米/秒），则： △T =10-4秒，△T+≈0.91×10-4秒，△T-≈1.11×10-4秒 由此可见，在相对于以太静止、顺风、逆风这三种不同情况下，光线从A到B所用的时间，其差值在10-5秒数量级。 下面再来分析一下对钟误差。为了让A、B两处的钟同步，可以在水平面直接从A向B发一光信号，B处接收到光信号时将钟同步。在相对于以太静止、顺风、及逆风情况下，对钟光信号从A到B所用的时间分别为： △T/=L/C △T+/=L/（C+V） △T-/=L/（C-V） 取与上面完全相同的数值，L=0.3米，C≈3×108米/秒，V=300米/秒，则： △ T/≈1×10-9秒 △ T+/≈（1-10-6）×10-9秒 △T-/≈（1+10-6）×10-9秒 由此可见，三种情况下因光速不同引起的对钟误差在10-15秒的数量级。 既然对钟误差在10-15秒的数量级，而光线从A到B所用的时间差在在10-5秒数量级，则对钟误差完全可以忽略不计，不会出现张先生所说的“光速的单向性效应会因使用光本身校钟而被消除掉”的情况。若该实验观察到实验装置沿不同方向放置时，光线从A到B所用的时间不同，则说明在地球表面，单向光速是不同的。  |
