李天尚
摘 要:在光速測量工作中,人們普遍的觀點是光源只發(fā)出一種速度的光,而人眼睛可以看到各種速度的光。這導(dǎo)致狹義相對論的誕生。而另一種被長期忽略的情形是光源發(fā)出各種速度的光,而人眼睛只能看到一種速度的光。用這種觀點解釋了,對建立狹義相對論至關(guān)重要的雙星觀測結(jié)果。
關(guān)鍵詞:光速;光源;眼睛;相對論
1、關(guān)于光速
光是既普通又神秘,既熟習又陌生的自然現(xiàn)象。
一個陌生的對象,要測量其速度,我們首先必須要做一些假設(shè)(無論有意識的或無意識的)。
假設(shè)1 對于發(fā)光方,假定只發(fā)射一種速度,用A表示;發(fā)射多種速度,用A’表示。
假設(shè)2 對于接受方(人眼睛),假定只接受一種速度的光,用B表示;可接受多種速度,用B’表示。
如果我們進行光速測量,就會出現(xiàn)4種情形:AB,AB’,A’B,A’B’。我們分別探討每種情形:
AB出現(xiàn)的可能性很?。ㄐ「怕适录珊雎?。
A’B’出現(xiàn)的情形。這會測出多種光速。實測只測出一種光速,這種情形被排除。
AB’出現(xiàn)的情形。也就是光源只發(fā)出一種速度的光,人眼睛能看到多種速度的光。這是光速測量者們的觀點,也是一種普遍的觀點,(無論是齒輪法,旋轉(zhuǎn)鏡法,羅默法,布雷德利法,等等[1][2])。而且眾多實驗都證實了這個速度是一個定值,用C表示。無論光源運動與否,這個值是不變的。這一點被愛因斯坦認為是一個基本原理(光速不變原理);再加上一個相對性原理,愛因斯坦創(chuàng)造出了狹義相對論。
我們來看看另一種可能出現(xiàn)的情形,即A’B出現(xiàn)的情形。這是光源發(fā)出各種速度的光,而人眼睛只能看到一種速度。這種情形長期以來被忽略了,我們認為這也許恰恰是實際出現(xiàn)的情形。
用這個觀點可以解釋,對建立狹義相對論[3]有重要意義的雙星觀測結(jié)果。
2、雙星觀測
距地球遙遠的兩顆星,繞其中心做圓周(近似)運動,如圖(雙星示意圖)[4]:
雙星示意圖
我們觀測到的雙星運動,是很有規(guī)律的,且遵守星球運動的開普勒定律。
可是,這卻是經(jīng)典理論解釋不了的。我們來分析一下。假定光速用C表示,當s1星向著地球方向運動時(假定其線速度是v),對地球而言其發(fā)出的光速是C+v;,而s2星此時背向地球運動,其光速是C-v,這樣的兩顆星,其運動是毫無規(guī)律的[4]。也就是說,經(jīng)典理論,無法解釋雙星觀測結(jié)果。
狹義相對論認為,光速是一個常數(shù),和光源運動無關(guān)。這就解釋了雙星觀測結(jié)果。
下面用A’B的觀點解釋雙星觀測。
A’B認為,光源發(fā)出各鐘速度的光。這是光源靜止時,發(fā)出光的速度分布
…,C-2,C-1,C,C+1,C+2,…
我們看到的是以C速運動的光。
當光源以+v速度運動,不失一般性,假定V=1,光的速度分布是
…,C-1,C,C+1,C+2,C+3,…
當光源以--v速度運動時,光的速度分布是
…,C-3,C-2,C-1,C,C+1,…
也就是,無論光源怎樣運動,我們看到的是以C速運動的光(這應(yīng)叫做視光速不變),這就能解釋了雙星觀測結(jié)果。
3、討論
3.1AB’是目前科學(xué)界及大眾承認的情形,并由此導(dǎo)致狹義相對論的誕生。
3.2光速不變,作為一個原理提出來,當初并沒有排除各種可能情形,比如說,A’B的情形。
3.3A’B是被長期忽略的情形。我們認為,雖然沒有新的證據(jù)證明這種情形就是觀測結(jié)果,但這卻是一個絕對不能忽略的情形。否則,人類建立的科學(xué)大廈就是不完美的,也是無法令人信服的。
參考文獻
[1]近代光學(xué)[M].電子工業(yè)出版社,鄭玉詳 陳良堯,2011
[2]光學(xué)[M].高等教育出版社,母國光 戰(zhàn)元齡,2009
[3]現(xiàn)代物理概論[M].中國計量出版社,夏兆陽,2004
[4]狹義相對論實驗基礎(chǔ)[M].科學(xué)出版社,張元仲,1979