再谈“光速不变原理”及狹义相对论
2009-09-08 09:23:56
  • 0
  • 0
  • 0

作者 苟文俭

8月中旬,作者写了《真空中光速不变及其他》(以下称原文)的短文,受到了一些网友的热情关注。根据网友们的有议异的跟帖,作者特别做了归纳总结,并写成了该文,算是对网友们的交待,也以此向关注原文的网友们表示衷心感谢。

(一)

作者在原文中陈述的狭义相对论的“光速不变原理”包含了如下两个内容:(1)光在真空传播速度,与光源的运动状态无关;(2)光在真空中传播速度是不变的极限速度

对作者在原文中的上述陈述提出的异议,主要有如下四个观点。

1、认为光速不变原理,是指光在不同惯性系的速度不变,作者对光速不变原理的上述陈述是不准确的。

2、认为恒温均匀空气中声速不变,但声音传播仍与声源运动有关,因此,真空中光的传播速度虽然不变,但仍然会与光源运动有关。

3、认为“速度”是相对于位移的产物,它的含义本身就具有位移的相对性,因此说“光速不变”无任何意义。

4、认为“光速不变”无任何实验证明,因此根本就不是作者原文所述的经验真理。

对上述四个有异议的陈述,作者特别做如下说明:

1、第一个观点说光速不变指光在不同惯性系光速不变,这也就包含:(1)不同惯性系本身可以是不同速度,这与光速与光源的运动状态无关相一致;(2)光在真空中传播速度是不变。因此,上述第一个陈述,与作者对光速不变原理的理解是完全一致的。

2、声音在均匀空气中传播,与光在真空中传播,是性质根本不同的两个物理事件,它们的基本特性并不具有可类比的逻辑关联,第二个观点的逻辑不成立。

3、第三个观点混淆了“速度”与“位移”相对性的区别,其论证完全错误。

4、对“光速不变原理”是否是经验真理,可从以下两个方面理解:

(1)光速与光源的运动状态无关,这是实验反复证明的,无疑是经验真理。

(2)光在真空中以极限速度传播,有以下三个方面理论戓实验依据:①光在真空中传播速度是麦克斯韦理论的结果,直接用真空磁导率和电容率来计算;而真空磁导率和电容率总是不变的;②光的传播不可加速,因此就必然是最大的极限速度;③光的静止质量为零,只是一团能量,表明它一定处于极限运动,其速度也就必然最大。

由上述两个方面我们完全可以认定:“光速不变原理”是实实在在的经验真理。

(二)

由于光在真空中传播速度与光源的运动状态无关,因此在宇宙学范围,星系不论怎样运动,都不会影响从星系发出的光在宇宙空间的传播,即不会形成所谓“光的多普勒效应”。 因此。作者在原文中就指出:认为宇宙学红移是由于的星系都在后退,产生于星系运动影响了光传播,是光的多普勒效应,就直接与“光速不变原理相悖,是现代物理学所犯的一个显而易见的低级错误。

对原文中关于宇宙学红移的上述陈述,提出异议的主要是如下三个观点。

1、认为星系在每一时间单位发出的光,并不是同一个光,是不同的光相比较构成了红移,因此宇宙学红移证明宇宙正在不断膨胀,与真空中光速不变原理并不相悖。

对此作者特别指出:星系在每一时间单位发出确实可以不是同一个光,但任何光传播都不会受星系运动的影响,所以不同光相比较也就不会构成红移,即光也不能因为多普勒效应形成宇宙学红移。

2、认为实际声波在空气中传播速度不变,有多普勒效应,因此尽管光在真空中传播速度不变,但也仍然有多普勒效应发生。

对此作者特别指出:声在空气中传播与光在真空中传播,它们的基本特性并不具有可类比的逻辑关联。

3、认为广义相对论中,对红移不仅有构成原因的解释,也还有确切的公式推导,其结果也与观测一致。因此作者在原文中说“现有理论并不能给出光自身构成红移的原因”的陈述,是一个非常无知谬误。

对此作者特别指出:1)广义相对论认为宇宙红移构成于光的多普勒效应的解释,如上所述并不成立;(2)理论确实可以用公式推导出红移,但这只是理论的数学结果,并不表示理论认识了光构成宇宙红移的原因;(3)理论推导出红移的数学结果,可以与观测一致,但这些都是在用观察事实对理论计算不断修正的结果,而并非是理论的自身逻辑。

综上所述,对作者关于宇宙学红移陈述的异议,都是不成立的。,

(三)

把有物质的客观存在物,作者就称是客体。对光速不变原理的讨论,归根到底也就是对狹义相对论的讨论,对此作者也特别说明以下两个问题:

1、作者的研究结果是:对有静止质量客体相对于真空的运动,狭义相对论是完全有效的。因此,它的两个基本原理,就应当是相对于真空而言的。即狭义相对论的相对性原理中,它的惯性系就应当建立在真空的任意位置上,而光速不变原理,也可以用真空固有特性的不变性来替代。

作者认为,我们对狹义相对论的研究,不应当把着眼点只放在单纯考虑它的两个原理的对与错,而是从怎样与事实相符的物理内函上,去理解它的两个原理应该是什么,并在对这两个原理充分认识的基础上,去理解它所有逻辑结果的物理內函应当是什么。

2、有的网友还认为,只有弄懂了什么是“真空”,才有可能结束对光速不变原理及狹义相对论的爭论。

事际上,对现代物理学的基本问题,确实需要弄懂了什么是“真空”后才有能得到最后答案,但对光速不变原理及狹义相对论,却并不是这样,其理由是:

1、光在真空中的传播速度,可直接用真空磁导率和电容率来计算,因此,麦克斯韦理论对真空磁导率和电容率的认识本身,就已经得到了真空中光速不变的结果。

2、狹义相对论的描述对象,是有静止质量客体相对于真空的运动,这并不涉及真空是什么。

从研究什么是“真空”出发来研究狹义相对论,单纯考虑它的两个原理的与错一样,都是研究狹义相对论的误区。

完成于2009-9-7

最新文章
相关阅读