|
波反射的一般规律和光点漂移实验技术研究 羊歌乐 0、物体和周围引力气体是怎样一种牵连关系？ 引力气体不是新的东西，它不过是以太的一种新说法，之所以采用这个说法，只是我觉得这个说法在这里更能够说明面前的问题。我们只能采用物象学的方法来初步思考物体和周围引力气体的相互影响问题。首先是根据各种光速实验来推测以太运动图象。Michelson 实验表明，光能够被地球带动，不过根据环球原子钟实验来看，地球附近的以太可能不能被地面带动，因为如果地球附近的以太着跟地球公转飞奔又跟着地球自旋，那么环球原子钟航行实验中，东西方向的时钟应该以近乎相同的程度走快或走慢。地面不能拖动光波，火车飞机更加没有这个力量。因此可以得到一个合理的猜测，火车飞机上应该有以太风存在。不过可能是由于思路的低级，Michelson 实验的灵敏度很差，火车飞机上的 Michelson 实验无法显示理论上存在的效果，当然这个时代更不会有人帮助我们到卫星上进行 Michelson 实验。猜测以太的运动图像，光纤陀螺实验结果，我们也有必要考虑，地面附近的以太即使跟着地面运动，这个拖动速度也会是随着远离地面而减少。大家在这里可能有一个问题，同是地球，既然地球公转能够带动光波，而自转又为什么又不能呢？这个问题可以这样理解，如果是一个理想光滑的乒乓球，放在水面上，乒乓球的平动能够影响水的流动，乒乓球的旋转则不能影响水的旋转。你也许认为，地球并不理想光滑，但是在这里引力场可以理解为是理想光滑的物质。你也许觉得引力场既然理想光滑，那么地球应该不能带动地球的引力场，但是万有引力定律不允许我们这样理解，地球的引力场和地球应该是一个整体。理论上的事情也许仅仅在理论上永远说不清楚，所以科学需要实验。因此，不管光波能不能被地面带动，如果不能被火车飞机带动，理论上可以在火车飞机上观测到引力风。本书的第六篇《运动世界的真实图像》也做过理论上的分析，像飞机这样的运动系上可以检测引力风。 1、简单光点漂移实验理论问题和改进思路 现在就作者所知，已经有好多学者试图设计检测引力风的实验，其中提到较多的是运动系光点漂移实验。最初让我发现持有这一思路设想的是哈尔滨阿城继电器有限公司的 刘西元 高级工程师。后来发现昆明的 杨红新 先生非常兴趣于这方面的实验操作，光点漂移实验的说法也是 杨红新 先生的说法。但是这一实验几年前飞机上进行的初步实验结果是失败的。我相信 杨红新 先生没有隐瞒实验结果，所以努力寻找实验失败的原因。记得 杨红新 先生跟我说过，医用气体激光器很容易买到。我猜测他的实验采用的激光器可能是气体激光器。根据实验的结果来看，我觉得 杨红新 先生简单的激光漂移实验思路存在原理上的缺陷。 为了把事理能够说明白，先说说激光这种光源的特点。激光的物理原理说起来有点麻烦，不过我们可以把激光器简单地理解为光波放大器。由于共振腔两端反射镜的选择性，不平行于激光器轴向的光容易离开激光器，不容易被放大，沿着轴向的光能够得到多次反射，从而被多次放大。 根据这一道理，我们应该可以理解，不管激光器内部有没有引力风，激光器内部的激光总是那个轴向方向的光受到最大程度的放大。也就是说，引力风并不影响激光器的内部工作。如果是固体激光器，激光器内部以太风速慢，外面以太风速快，射出的激光会产生漂移。如果是气体激光器，气体减少以太风速的效果很微小，激光通过出口端平板玻璃，仍然保持原有的方向。在这里希望大家明白一个道理，光在速度均匀的引力风中还是直线传播，平板玻璃两边的以太风速如果相同，光波通过平板玻璃还是能够保持原来的方向。以上就是我几年前为 杨红新 先生简单的光点漂移实验失败所作的思考。但是不能说 杨红新 先生的实验没有意义，我一直来认为，简单的光点漂移实验，证明了气体激光器内部有同样的引力风速存在，激光器对于引力风有如鱼网对于空气，通常的原子材料是一种引力稀疏性质的材料。 后来想到改进简单光点漂移实验的基本思路是，实现激光器内外的以太风速差，实现激光器内外的以太风速差有两个办法：1、采用固体激光器；2、采用气体激光器，在激光器外面通过玻璃来降低以太风速从而获得玻璃媒质中光线另一方向的漂移。 2、波动进入介质层流是否会产生传播方向漂移？ 后来 刘志波 先生提醒我，即使实现激光器内外有以太风速差，可能还是不会产生激光束漂移。由于先生曾经对于光波传播现象有过专门的研究，他的提醒引起我对于波动传播行为的继续思考。波动进入介质层流是否会产生光线方向漂移？能帮助我们思考这个问题的唯一间接的物象资料是光行差现象，所谓光行差现象就是星象动视差异，站在运动的地球上观察北极星座有视觉位置偏移。通俗的说法就是下雨天我们坐在运动的车里看到车窗外面的‘斜雨’现象。那么这个光行差现象与波动进入介质层流是否会产生光线方向漂移有什么关系呢？大家是否记得人们对与光行差现象的解释，根本没有提到地球局部以太风对于星光传播方向的影响。这个问题我也早有注意，但是总是没有来得及把光行差现象与光点漂移实验相联系。有时候想天想地，却想不到把经常思考的问题想到一起，所以应该感谢 刘志波 先生的提醒。 通常人们对于光行差现象的解释是基于地球没有拖动附近的以太。地球不能拖动地球附近的以太，这有点不合情理。但是地球如果能够拖动地球附近的以太，那么这个事情相当于，我们坐在一个足够大的汽车里，尽管外面是‘斜雨’，天窗掉下的雨最后还是应该垂直落下，也就是说光行差现象不应该存在，可是我们又非常相信，天文学家没有必要弄个无中生有的光行差现象来欺骗我们。据说一百年前天文学家们自己也是难解此谜。当然专家的谜和科迷的谜，尽管是同样的谜，他们的谜是高级的，我们的谜是低级的。同样的谜还有高级低级之分？是的，百姓和政府官员同时支持一种政策，对于政策理解的程度和方式肯定是不同的。我们总是凭直觉理解层流中的波动传播问题，专家们可能是根据 Huigens 波动理论来处理这个问题，认为波动遇到介质层流会改变传播方向，只是光行差现象不支持这个结论。也许这个问题一直来没有解决，也许后来的很多人们陶醉于上帝造人的神话故事，觉得没有问题存在。 Fizeau 流水光波实验表明水能够部分拖动光波，于是有天文学家将望远镜灌满水，希望看到更弱的光行差现象，但是减弱的光行差现象并没有看到。失望的结果似乎支持最初的解释，地球附近的以太早已经被地球拖动，不再需要水再来拖动。但是事情很奇怪，地球能够拖动以太，而以太能够拖动光波，以太却又好像没有影响光波的方向。如果我们坐在飞驰的车里，向车窗外面扔一个乒乓球，乒乓球会很快随风飘去，并偏离原来的运动方向，也许这就是我们认为波动进入介质层流会产生光线方向漂移的观念来源，所谓观念，就是直觉意识。那么声音离开运动的汽车不会像乒乓球那样被迅速的抛在后面，还是波动遇上层流依然会直线前进？为了选择问题的答案，再次考虑雨和车的情景。下雨天我们坐在运动的车里，可以看到车窗外面的‘斜雨’，我们打开天窗，雨也是斜着从天窗飘进来。但是我们也不难想象，如果我们的汽车足够大，车内的雨最后会让车里的人觉得‘垂直’落下，但是某些星星总是在偏离的位置上出现，‘雨从天窗斜着飘进来，却一直斜着飘下去’。当然，雨景不能用来完全用来说明光景，那么如果汽车天窗传进超声波声音，是不是躲在后面座位上的蝙蝠才有听到声音的感觉？ 3、利用反射镜改进光点漂移实验研究 针对 杨红新 先生的实验，本人曾经提出另一种改进思路，通过反射镜将激光器转向 90 度，但是得到的回答是‘这个实验难度较大’。激光器顺着引力风方向，使之不受引力风的影响，反射后的激光束横着引力风方向使之在引力风的影响下发生方向偏移。后来在西安物理学创新协会的网页上看到 张操 教授的思路，用运动系反射镜实验来验证反射定律，其实与本人理解的激光束漂移实验增加反射镜的思路想到了一块。根据 张操 教授的简单说法，运动系上的反射定律并不总是成立。以太风会不会有比较明显的光学类实验结果？从理论上理解这个问题总是引起我的兴趣。2005 年底，继续思考光点漂移实验问题。当然关键的理论问题还是，以太风中光线反射定律是否总是成立？ 一般而言，相对性原理方面的实验都需要上卫星进行实验，相比而言光点漂移这一实验在飞机上就可以进行，要求较低，只要有航空公司支持，业余条件下可以完成，是为数不多的业余条件下可以完成的光速实验。当然实验结果怎么样则是另外一回事情，也许出现我们预期的结果，多了一个对于相对论不利的实验。也许我们的实验思路有问题导致实验不成功，需要再一次改进。如果光波能够与声波类似，运动系光波反射定律并不总是成立是可能的。当然运动系的光波反射的一般规律需要进一步研究。思考这方面的问题耗费了作者多年的时间，由于实验还没有完成，这一实验思路至今还是一个理论预言。我们寄很大的希望于这一实验能够为百年以太争论画上一个圆满的句号。预测该实验失败的心态，有时让我觉得很悲哀…… 4、波反射的一般规律理解 对于波反射的一般规律的理解，应该感谢 陈建国 先生翻译的俄国物理著作《物理学不相信悖论》一书。由于该书理论性很强，阅读理解起来困难，其实结论很简单。为了大家能够轻松地明白波反射的一般规律，我做些通俗的说明。我在该书中发现，著者认为，运动反射镜波反射定律依然成立。也就是说，反射镜的运动，并不影响反射定律的成立，运动反射镜相当于静止反射镜。也许有人会说，运动反射镜和静止反射镜一样效果，反射定律总是成立，问题很简单。说明一下，有人可能忘记了一个细节，运动反射镜情况，从相对运动角度和反射镜角度而言，反射定律这个时候是不成立的。也就是说，反射定律成立的条件是，局部介质系。当然我们这里是基于朴素时空方法思考问题。飞机火车没有力量拖动地球的以太海洋，运动的飞机火车上，根据 Galileo 变换，反射定律不成立。如果采用 Galileo 变换，通过介质系中的反射规律，可以求出运动反射镜参考系上反射线的漂移角度。当然根据基于真空论的相对论，反射定律依然应该成立。通过检测飞机火车上反射现象偏离反射定律的程度，可以得到飞机火车的速度，以此可以直接检测以太新的效应，并直接验证到底是 Galileo 变换正确还是 Lorentz 变换正确。如果火车上的反射定律并不总是成立，我们如何认识 Galileo 的大船领悟？我觉得，坐在船里不知船的运动，只能是说明 Galileo 和 Einstein 都是真空论者，当然 Newton 也是真空论者。也请记住，相对性原理以真空的存在为前提。 5、光点漂移实验技术研究 通常汽车的速度 30 达，高速列车速度 70 达，飞机 250 达，那么在哪里做运动系实验比较好呢？显然飞机上效果明显，但是费用开支可能不是业余学者担当得起，因为我们不能期望实验一次就能够成功。汽车的速度太小，技术分析表明在普通汽车上直接观测光线漂移很困难。另外如果想在汽车上进行实验，我们需要考虑如何避免急刹车可能会导致实验装置伤及人身安全。也许可以在飞机上实验，缺点是不能总是请其他学者都到飞机上看实验演示。如果试图进行演示性的实验，可能的话应该首先选择在高速火车上进行，技术方面的问题想其它办法解决。既然提高运动系速度来增加实验效果有某种困难，我们可能会想到采用反射镜通过延长光程来增加效果。后来想到，实验主要是成像角度清晰度问题，光程不是主要技术参数。由于光速太高，高速列车上进行实验，实验装置旋转 180 度，光波总的角度偏移只有 0.1" ，每米距离偏离 0.5 μm 。考虑到 5 μm 的光点，偏移 0.5 μm 我们可以通过显微镜直观地分辨出来，所以直接观察光线漂移，要求聚焦镜成像角度清晰度接近于 1" 。 那么，透镜能够达到这个清晰度吗？能够在 1 m 之外的屏幕上形成 5 μm 级花纹吗？我们过去可能没有意识到这个成像清晰度要求之苛刻，即在 100 米远的屏幕上显示毫米刻度。通常的光学仪器远不需要如此苛刻的角度分辨度，比如通常电影机只要求在十几米远的屏幕上显示毫米刻度。当然天文台的望远镜能够达到很高的图象分辨度，能够在 20 公里之外分辨出硬币大小的物体，即 0.2" 。理论上一个物点通过透镜可以形成一个像点，实际上透镜成像存在像散问题。光学通常说的像散，是玻璃不同方向折射率不一致、透镜形状不理想等多种原因导致的。当然折射像散是可以解决的，用凹面反射镜来聚焦，这个问题就不存在。反射成像比折射成像有很多优点，且由于加工面少易于制造，重量也轻，由于这些原因，口径大的天文望远镜通常采用反射原理成像。但是即使使用反射镜来聚焦，也存在反射镜表面的光滑程度以及衍射现象造成的像散问题。减少衍射像散的途径是通过加大反射镜尺寸，所以好的天文望远镜通常是大口径望远镜。 由于衍射像散，实际上让反射镜成像角度清晰度接近于 1" ，并不容易。提高透镜的成像清晰度，理论上首先需要加大反射镜尺寸，计算表明反射镜口径至少需要 200 mm 。大口径的镜片对于镜面形状和镜面抛光会有更高的要求。1" 这个要求在过去是很高的，只是现在天文爱好者的增多，反射式望远镜在中国也有了专业生产工厂，很多个人望远镜能够达到这个清晰度。 过去考虑实验技术的主要难题可能在于如何制作光斑图象、背景图象和聚焦镜片。后来想到光斑图象和背景图象可以用 CD 光盘，那里有现成的 μm 级花纹图案。光斑和背景图象问题解决以后，实验的关键技术问题剩下 200 mm 规格的反射镜的成像清晰度和制作难度。严格的聚焦反射镜，理论上要求是抛物线或者椭圆反射面。不过考虑工艺方面的原因，光学仪器厂做透镜镜片和反射镜镜片，通常是普通的圆球球面，普通镜片的像差较大，不过可以通过多个球面镜片的组合消除像差。制作好的望远镜，普通镜片的聚焦性能不是很理想，所以大望远镜的抛物面聚焦镜片通常是手工磨制，今天仍然有天文爱好者通过磨制镜片来制造望远镜。如果真的要需要磨制这样一块精密反射镜，学习这方面的制作经验以及制作反射镜将会需要很多的时间。回想起来，过去总是觉得这个实验好像并不困难，现在总算明白，光点漂移实验，技术上的困难可能是制作精密反射镜的难度。不过也有分析结论，如果反射镜曲面小于 8 度，用圆弧代替也可以达到秒级成像精度。但是反射镜曲面度数小，像距物距长，必须通过平面镜折叠光路，才可以使缩小实验装置的尺度，而且图像清晰度可能有所降低。 对于本实验而言，圆柱面反射镜也可以凑合着用，只是制造圆柱面反射镜，也不是一件简单的事情。过去曾经想过一个办法，将玻璃板条进一步抛光弯曲作为聚焦反射镜。不过如何形成椭圆柱曲面形状？这不是一个简单的问题。加热弯曲，形状不好控制；施力弯曲变形有限，反射镜焦距长导致物距像距较长，需要较大尺度的实验装置配合。如果可以用现成的弯曲玻璃板通过施力变形来制作大曲度的椭圆柱面反射镜，或者采用长条形金属片弯曲做反射镜，那么我们仍然有希望采用小巧的实验装置。不过也担心对反射镜施力弯曲可能会影响反射镜面的光滑程度。 后来想到一种更好的技术思路，用球面反射镜做正反射成像，像距和物距参数相同。然后用平面镜让反射光线偏转 90 度。多一次反射，像散可能增加一些，不过加工球面反射镜制作难度比制作椭圆曲面的难度大大降低，普通球面反射镜可以从光学仪器厂买到。市场可以买到的 203 的球面反射镜可以勉强符合实验要求，只是焦距有点偏长，是 800 mm ，焦距更短的球面反射镜在国内需要定做。如果采用现成规格的球面反射镜，平面反射镜的使用可能无法避免，这样成像清晰度可能有所降低。 想到这里，实验的关键技术理论问题已经得到解决，不过作为演示实验，如何将光斑漂移图象投影屏幕也需要考虑。当然勉强地也可以通过显微镜来观察，显微镜观察是一种暗箱观赏，这是一个缺陷。显微图象通常是在暗室里观察，因为亮点线度放大一千倍，面积放大百万倍，亮度减弱百万倍，即使图象清晰的投影在屏幕上我们也看不见，所以显微镜望远镜通常都采用暗室观察方式。不过，显微镜光路中如何插入背景图象也是一个问题。解决这些问题，有一个办法是采用柱面透镜投影成像，仅仅将图象条纹拉宽，尽可能拯救投影像的亮度，不过定做专用的柱面透镜可能会有昂贵的费用，也是一个困难问题。 6、波反射的一般规律——摘自《物理学不相信悖论》、格奥尔基．依万诺维奇．苏霍鲁柯夫 等著 陈建国 译 波的反射与折射定律是根据实验确立的。它们在理论上用惠更斯原理来解释。这些是在研究平面波中得到的。上述定律仅仅在下列场合成立：反射波和折射波发生在相互间静止的两种介质的界面上。但是对于大多数需要解决的问题是，波可以从运动镜面反射，并扩散在不均匀的或者运动着的介质中。在这一章借助于包络方法和惠更斯原理，导出适用于一般场合的波的反射和折射定律公式。 解决与波在不均匀介质内传播有关的问题时产生了很大的困难。今天，这些困难是用近似计算的方法克服的。在文献①中，给出了计算在平面不均匀介质中传播的声波线轨迹的精确公式。该文献中还解决了适用于球面不均匀介质中的类似任务，并给出了计算大气折射差的新方法。 接收器所接收到的波的周期，取决于波源运动速度和接收器相对于波的传播介质的运动速度。这一事实首先是由多普勒确定的，但是到目前为止还没有一个精确的公式，用于计算在波源和波的接收器之间随机运动时的多普勒效应。在声学文献中，多普勒效应公式不能一般地或者充分地推导出来，或者没有计算V/C的二次方值。在光学中，应用的多普勒效应公式是根据相对论的一些假设推导出来的。由于假设存在明显缺陷，这些公式不能保证计算结果有高精确度。在这本书中可得到适用一般场合的计算多普勒效应的精确公式。公式描述一些角度，即或在波发射的一瞬间，或在波与接收器相遇的一瞬间，波源运动方向和从观测线到接收器的方向间形成的夹角。无论在声学中还是在光学中，现在采用的公式给出的这些角本质上都是不精确的。 ⒈⒈ 静止镜面的波的反射定律 由此 tg α = - tgβ，所以 α = - β。（译注：x = 0，y = 2S ） ⒈⒉ 波的折射定律 ⒈⒊ 前进运动镜面的波反射定律 因为波对于运动镜面的反射相似于对不运动镜面的反射，这种不运动镜面在波与运动镜面相遇点的几何位置可用方程式来描述。也就是说此处得到的关系式和在点波源情况下一样。 ⒈⒋ 镜面旋转时波的反射定律 ⒈⒌ 波反射和折射的一般规律 可以指出，上面所列举的所有的波的反射和折射规律，只是个别情况下的一般规律。在桑雅克实验中，镜面是围绕半径R旋转的。 ⒈⒍ 前进运动镜面波的相对论性定律 光波从运动平面镜反射的规律用下面的方式表示。让镜子相对于观测者和光源沿着自身的法线运动。在镜子处于静止态的S坐标系中看来，反射遵循一般规律，也就是说入射角 α 等于反射角 β 。在观测者所处的 S / 坐标系中，这个等式被破坏了。 在观测者和光源所处的坐标系中入射角和反射角之间的关系，与根据经典力学所做出的、与不牵引以太的坐标系一样。在前一种场合，镜面相对于观测者的运动速度是V，而在后一种场合，它相对于不受牵引的以太运动速度是V。 如果采用镜子相对于以太运动的坐标系，那我们将看到下列图景（图⒈10）。在波反射的瞬间，镜面离开光源的距离为S。 我们导出 tg α 1 = tg β 1 。 这样一来，根据以太不受牵引的理论，在运动镜面坐标系中，对于波的入射和反射来说，存在着入射角 α1 和反射角 β1 相等的情况。它们表明了波相对以太传播的真正方向。由这些路径与镜面法线间所形成的角度 α 和 β 的关系，由公式描述。根据相对论性定律，在运动镜面坐标系中，入射角与反射角相等的结论是没有办法证明的。 在镜面坐标系中，入射角和反射角的值，可以通过以太坐标系中相应的角度值，我们就得到在以太坐标系中，波从前进运动镜面反射规律的新的表达式。 正如我们所看到的，根据相对论和根据以太不受牵引的理论，波从前进运动镜面反射的规律表述为相似的公式。但是，根据相对论，波的反射过程或者是在观测者所在的坐标系中观察，或者是在运动镜面的坐标系中观察；而根据以太不受牵引的理论，这些过程或者是在不受牵引的以太坐标系中观察，或者是在镜子坐标系中观察。在第一种场合，从一个坐标系向另一坐标系过渡的时候，入射角和反射角的值发生改变，它们在第二种场合从一个坐标系过渡到另一坐标系时也将变化，可以根据公式进行计算。由相对论得到的公式和由以太不受牵引和理论得到的公式不一样。 进行比较我们就发现，根据相对论和根据以太理论所得到的角的绝对值是不等的。这是相对论中一系列错误假设造成的结果。 附《物理学不相信悖论》全书目录： 译序 序言 第一章 声学和光学基本定律 1.1.静止镜面的波的反射定律 1.2.波的折射定律 1.3.前进运动镜面的波的反射定律 1.4.镜面旋转时波的反射定律 1.5.波反射和折射的一般规律 1.6.前进运动镜面波的相对论性定律 1.7.波在不均匀介质中传播的规律 1.8.多普勒效应 第二章 迷人的以太 2.1斐索实验 2.2迈克尔逊实验 2.3.桑雅克实验 2.4.大气色差 2.5.大气折光度 2.6.宇宙介质模型—以太 第三章 相互作用物体的运动规律 3.1.质量极小物体的轨道运动 3.2.两个相互作用物体的轨道运动 3.3.静止和运动状态带电物体的相互作用 3.4.利用运动效应测算相互作用物体的轨道参数 第四章 宏观宇宙的量子现象 4.1.提高确定天文常数值的精确度 4.2.宇宙系统和原子系统的共同规律 第五章 原子结构和原子光谱 5.1.新理论鉴定 5.2.氢原子 5.3.氦原子 5.4.锂原子 5.5.氢光谱—和类氦原子光谱 5.6.原子中的磁效应 5.7.多电子原子 第六章 原子核和带电粒子 6.1.原子核的相对论性理论 6.2.原子核的经典理论 6.3.带电粒子 参考文献（共118件，其中英语1件，俄语117件，译著中选用一部分，附于各章后） ※※※※※※ ‘形象的世界’讨论些什么东西？这是一个讨论自然哲学、基础物理的地方。 http://thales.bbs.xilu.com/ 。 |