| 流水中玻璃棒光速实验方案及光速实验的努力方向 （从《物质作用论挑战相对论》中摘录，图帖不出，见谅！） （一）流水中玻璃棒光速实验方案 针对光介子假说的特点，笔者设计了一种新的光速实验方案，我们称之为“流水中玻璃棒光速实验”，该实验有可能让我们在光速不变假设和光介子假说之间做出选择。 我们已经知道，运动物质可以拖动内部的光介子部分地随之运动，斐索流水实验已经证实了这一点。由于流水对内部光介子的拖动作用，从而使穿过流水的光部分地具备了流水的速度。现在要讨论的是，如果流水中还有玻璃棒的话，当光线穿过玻璃棒时，其速度会发生怎样的变化呢？ 此时，玻璃棒内的光介子和玻璃棒外流水中的光介子是连成一遍的。由于光介子非常小，流水中的光介子将由于扩散运动透过玻璃棒表层来到玻璃棒内部。由于水的流动对光介子的牵引作用，流水中的光介子层具有一定的整体运动速度，当它们来到玻璃棒内时，也将使玻璃棒内的光介子层具备一定的整体运动速度。只不过由于玻璃分子的阻碍，玻璃棒内的光介子层的整体运动速度要比流水中的光介子层的整体运动速度慢些罢了。 也可以这样来解释：既然玻璃棒置身在流水内部的光介子层中，光介子层相对于玻璃棒在运动，也可以看作是玻璃棒运动而光介子层不动。玻璃棒的运动必然会拖动内部的光介子层使之部分地随玻璃棒运动。这种运动速度方向与流水中光介子层原来的运动速度方向正好相反，故玻璃棒内部光介子层的运动速度等于流水内部的光介子层的运动速度减去玻璃棒的反向牵引速度。 由此可见，如果在流水中放置玻璃棒，玻璃棒内的光介子层也将部分地具有流水的运动速度从而形成“光介子风”，只不过这种“光介子风”的运动速度要比流水中的光介子层的运动速度小些罢了。此时，如果有光线穿越玻璃棒，玻璃棒内的这种“光介子风”必然会对其速度产生影响。我们相信，这种影响可以通过实验加以测定。这就是流水中玻璃棒光速实验的基本思想。 斐索流水实验原理图如图1.7所示，新设计的流水中玻璃棒光速实验原理示意图如图4.4所示。 对比流水中玻璃棒光速实验原理示意图和斐索流水实验原理示意图可以看出，两者十分相像，唯一的不同是流水中玻璃棒光速实验在流水中多放置了两根玻璃棒（也可以是中空细长管或光导纤维，下同）。 在流水中玻璃棒光速实验中，光源S发出的光经半透明镜分成两束光，以相反方向在干涉仪回路中传播。与斐索流水实验相比，光线并不是直接穿过流水，而是从流水中的玻璃棒中穿过。当光线穿过流水中玻璃棒时，其速度是否与水静止时相同，现有理论不能告诉我们。但若依据光介子假设，流水中具有一定运动速度的光介子钻到玻璃棒中，会对穿越玻璃棒的光的速度产生影响，从而造成干涉条纹的移动。 玻璃棒 入水口 v v v 光源S A 出水口 玻璃棒 干涉条纹 图4.4 流水中玻璃棒光速实验 具体数学推导如下： 通常，光在介质中的传播速度为： u＝c/n±fv （4-4） f＝1-1/n2 其中：u为光在介质中的传播速度； c 为光在真空中的传播速度； n 为介质的折射率； f 为运动介质的菲涅耳牵引系数； v 为介质的运动速度。 设流水相对于地面的速度为v ，水的折射率为n1 ，牵引系数为f1 ；玻璃棒相对于地面静止，其折射率为n2，牵引系数为f2； 若把流水的牵引视为正向牵引，则玻璃棒对内部光介子的作用就为反向牵引，总的牵引系数为： f ＝f1 (1 - f2) （4-5） 两束光在玻璃棒中的传播速度为： u± ＝c/n2±f v （4-6） 两束光汇合时的时间差为： △t = 2L/u- － 2ｌ/u+ = 2L［1/(c/n2－fv)－1/(c/n2＋fv)］ （L为玻璃棒长度） （4-7） 根据式（4-7），适当选择玻璃棒长度和流水速度，就能观察到干涉条纹的移动。对于这种牵引效应，相对论是预见不到的。因此，如果该实验能够得以实施，将有助于人们在光介子假说和光速不变假设之间做出选择。 需要说明的是，具体实施该实验时，玻璃棒两端不得延伸到流水外面，要让玻璃棒完全浸没在流水中，目的是为了让玻璃棒完全置身在流水中的光介子层中。如果玻璃棒两端延伸到了流水外面，也就延伸到了流水外面的光介子层中，这样就和实验室空间中的光介子层相通了，玻璃棒内只有在表皮附近非常薄的一层光介子能部分具备流水速度，而中间的大部分光介子实际上和外界的光介子层没有多少区别，并不具备整体运动速度。这样，当光线通过玻璃棒时，由于没有光介子风，其速度自然也就不会发生变化。由此可见，只有当玻璃棒完全浸没在流水中时，才能在玻璃棒内形成光介子风，才能对穿越其中的光速产生影响。但此时，由于玻璃棒两端还有流水，实验时既要考虑玻璃棒对光速的牵引作用，还要考虑玻璃棒两端的流水对光速的牵引作用，理论上的计算要复杂一些。 （二）光速实验的努力方向 光速不变原理主要包括两方面的内容，一个是指光速与光源的运动无关，另一个是指光速与观察者的运动无关。通过运用光介子假说对各种光速实验的分析表明，光速是否不变并不象相对论所说的那样已成定论。 首先，光速与光源的运动无关的结论没有真正得到实验的检验。因为这类实验都受到了光介子的影响，即使最初光速与光源的运动有关，光一旦离开光源就要受到光介子的影响，最终也会表现出光速与光源运动无关的假象； 其次，光速与观察者的运动速度无关的结论更没有从实验中得到检验。人们精心设计过各种运动光源实验，但从未有人专门设计过观察者运动的光速实验。迈克尔逊-莫雷实验等表面上看来是观察者运动的光速实验，实质上并不是真正的运动观察者实验。光介子假说告诉我们，光速相对于光介子层是各向同性的，如果观察者相对光介子层是静止，他在各个方向测得的光速都是相等的。如果要检验光速是否与观察者的运动有关，必须让观察者相对于光介子层运动。这就是说，在光速实验中，只有观察者相对于传播光的光介子层有运动速度时，才真正称得上是运动观察者实验。而迈克尔逊-莫雷实验，所谓观察者运动实际上是指地球相对于太阳系（或者说绝对空间）的运动。由于地球运动时带着周围的光介子层在一起运动，地球上的观察者相对于光介子层来说仍是静止的，这个实验算不得是真正意义上的运动观察者光速实验。 因此，光速是否与光源的运动有关以及光速是否与观察者的运动有关都是值得进一步研究和探讨的问题。为了进一步弄清光速的本质，可考虑做如下一些实验研究。 １.新的运动光源（或次光源）实验 过去所做的运动光源实验都受到了光介子的影响，并没有真正对光速是否与光源的运动有关作出检验。只有排除了光介子对光速的影响，才有可能真正作出检验。 要排除光介子对光速的影响，一种可能的办法是象抽真空一样将光介子抽干。可惜，光介子非常小，它能轻易穿透任何物质。在目前的认识水平上，还不可能找到一种方法将某一区域内的光介子抽干。因此，采用抽干光介子的办法来做运动光源实验看来是不可能的。 排除光介子影响的另一种办法是到无光介子或光介子稀少的区域去做运动光源实验。地球上到处充满着光介子，不可能找到这样一个区域。唯一可供选择的地方是太空，只有在太空中，光介子才可能极为稀薄。当光介子稀薄到光速在其中的平均自由程大于实验所需的光程时，就可以做运动光源的光速实验了。此时，光介子层对光速的影响不明显，光速将保留与光源速度有关的速度特性，这样，就可以根据干涉条纹是否移动来确定光速是否与光源的运动有关。 但要光介子稀薄到这种程度，很可能要到比相对于大气层而言的太空还要更高更远的空中，这需要很先进的宇航技术及较高的花费。目前看来，这类实验还难于办到。但随着宇航技术的进一步发展，这种实验还是有可能得以实施的。 2．观察者运动的光速实验 前面的分析已经表明，光速是否与观察者的运动无关并没有真正从实验中得到检验，只有让观察者相对于光介子层运动，才有可能真正检验这一点。在地球上做这种实验，就是要观察者相对于地球运动。 理论上讲，做这种实验很简单，比如我们只要把迈克尔逊-莫雷实验搬到运动的平台上来做就可以检验出光速是否与平台的运动有关。但具体实施这种实验却非常困难，因为我们很难找到一种速度很高而又非常平稳的运动平台。如果平台不稳定，我们就无法进行干涉实验。如果有人能设计一种高速平稳运动的平台，相信这种实验也是可以做的。到时，将对光速是否与观察者的运动有关作出真正检验。 3．光介子拖曳光速实验 前面介绍的流水中玻璃棒光速实验就是这样一种类型的实验。做这种实验的目的不是对光速是否可变作出直接检验，而是对光介子假说作进一步验证。如果这些实验的结果和光介子假说的预期相符，就是对光介子假说的有力支持。 光介子假说是支持光速可变的，如果证明了光介子假说的正确，实际上也就证明了光速不变原理是错误的。 流水中玻璃棒光速实验是根据光介子假说的特点设计的，但它只是一种较易实现的实验方案。根据光介子假说的特点，人们还可以设计其它的实验方案，这也是今后光速实验的一个可能的突破方向。 |