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系统证明光速不变原理
光速不变原理是狭义相对论的理论基础，是学习研究相对论的基础。 爱因斯坦创立的狭义相对论所依据的‘光速不变’指：在任意惯性系中，光速都恒为常数c不变；其实是光速相对观测者恒为常数c不变，即光速决定于观测者，与光源无关。 事实证明：光速在任意参照系中都恒为常数c不变，并不局限于惯性系，所以爱因斯坦的‘光速不变假设’是正确的。 由于各种不同检测光速方法的精度不同，所以分别检测的光速数值略有不同，为方便探讨，假设：所有方法检测的光速数值都相同，都为299792.458公里/秒。 计算时取光速c＝300000公里/秒。 本文选择了能够精确证明光速不变的四项事实。 1） 恒星光行差。 2） 恒星都是一个一个的小圆点。 3） 恒星都静止。 4） 太阳光迈克尔逊——莫雷实验。 任意恒星光行差都长期保持不变，证明：光行差不随时间变化，所以光速也不随时间变化。所有恒星的光行差都为20.5″角距，证明：所有恒星的光速都相同。 《系统分析恒星光行差》中已经详细论证了“光速不变”，所以不再重复。 恒星都是一个一个的小圆点，证明：任意一个恒星的所有的光线的光速都相同，即没有不同光速的光线。 因为没有任何光速‘变化’的现象，所以只有采用‘反证法’。 设：某恒星发来两种光速的光线；光速为c的光线，用c表示；光速为C的光线，用C表示；光速c＞C 因为c和C都是连续的，所以观测者能够同时接收到c和C；但观测者同时接收到的c和C，必然不是同时从恒星发出的。 因此设：c发出的时刻为零；C发出的时刻为t；恒星零时刻的位置为A；t时刻的位置为B；因恒星周日视运动角速度ω＝15.0411″/秒，所以A、B之间的角距φ＝ωt 再设：φ＝10′（太阳直径的1/3）；恒星距离L＝30光年。 则：t＝φ／ω＝10×60÷15.0411≈40（秒） c传播的时间T1＝L/c＝30（年）≈86400×365＝946080000（秒） C传播的时间T2＝L/C 据题意知：T2＝T1＋t＝L/c＋t＝946080000＋40＝946080040（秒） 所以：C＝L/T2＝946080000c/946080040≈0.9999999577c≈299999.987（公里/秒） 即：如果φ＝10′，则c－C＝300000－299999.987＝0.013（公里/秒）＝13（米/秒） 也就是说：如果两条光线的光速差为13米/秒，则这颗距离为30光年的恒星，就同时在角距为10′的A和B两个位置上。 光速连续比间断变化的可能性大得多，如果恒星光速是在C和c的范围内连续变化的，则看起来，该恒星应该是：长度为10′角距的线段。 因为从未看到过：恒星具有多个位置和任何拉长的现象，所以结论正确。 恒星都静止，证明：所有恒星的光速都不随时间变化，都始终恒为常数c不变。这是因为如果光速不断变化，则看起来恒星必然是运动的。证明方法与上述类似，不再重复。 太阳光迈克尔逊——莫雷实验证明：太阳光的光速不变。 迈克尔逊——莫雷实验的依据是：光速＝波长×频率 光波长和频率都是根据光干涉条纹确定的。根据‘杨氏双缝干涉实验’干涉条纹之间的间距，能够独立推算出‘光波长’，自然可确定‘光频率’。 这样推算确定的光波长和频率的乘积为常数，即不同颜色光的波长和频率的乘积相等；而且乘积数值等于检测的‘光速值’；从而充分证明：‘光速＝波长×频率’成立。 迈克尔逊和莫雷通过长期多次分别检测，来自不同方向的阳光的光速，充分证明：阳光的光速不变。 以上四种事实充分证明：光速相对观测者不变，与地球（观测者）和恒星（光源）之间的相对运动无关。 |