李天尚
摘 要:在光速測(cè)量工作中,人們普遍的觀點(diǎn)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(duì)論的誕生。而另一種被長(zhǎng)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(diǎn)解釋了,對(duì)建立狹義相對(duì)論至關(guān)重要的雙星觀測(cè)結(jié)果。
關(guān)鍵詞:光速;光源;眼睛;相對(duì)論
1、關(guān)于光速
光是既普通又神秘,既熟習(xí)又陌生的自然現(xiàn)象。
一個(gè)陌生的對(duì)象,要測(cè)量其速度,我們首先必須要做一些假設(shè)(無(wú)論有意識(shí)的或無(wú)意識(shí)的)。
假設(shè)1 對(duì)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(duì)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(jìn)行光速測(cè)量,就會(huì)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(huì)測(cè)出多種光速。實(shí)測(cè)只測(cè)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(cè)量者們的觀點(diǎn),也是一種普遍的觀點(diǎn),(無(wú)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(shí)驗(yàn)都證實(shí)了這個(gè)速度是一個(gè)定值,用C表示。無(wú)論光源運(yùn)動(dòng)與否,這個(gè)值是不變的。這一點(diǎn)被愛(ài)因斯坦認(rèn)為是一個(gè)基本原理(光速不變?cè)恚?;再加上一個(gè)相對(duì)性原理,愛(ài)因斯坦創(chuàng)造出了狹義相對(duì)論。
我們來(lái)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(zhǎng)期以來(lái)被忽略了,我們認(rèn)為這也許恰恰是實(shí)際出現(xiàn)的情形。
用這個(gè)觀點(diǎn)可以解釋,對(duì)建立狹義相對(duì)論[3]有重要意義的雙星觀測(cè)結(jié)果。
2、雙星觀測(cè)
距地球遙遠(yuǎn)的兩顆星,繞其中心做圓周(近似)運(yùn)動(dòng),如圖(雙星示意圖)[4]:
雙星示意圖
我們觀測(cè)到的雙星運(yùn)動(dòng),是很有規(guī)律的,且遵守星球運(yùn)動(dòng)的開普勒定律。
可是,這卻是經(jīng)典理論解釋不了的。我們來(lái)分析一下。假定光速用C表示,當(dāng)s1星向著地球方向運(yùn)動(dòng)時(shí)(假定其線速度是v),對(duì)地球而言其發(fā)出的光速是C+v;,而s2星此時(shí)背向地球運(yùn)動(dòng),其光速是C-v,這樣的兩顆星,其運(yùn)動(dòng)是毫無(wú)規(guī)律的[4]。也就是說(shuō),經(jīng)典理論,無(wú)法解釋雙星觀測(cè)結(jié)果。
狹義相對(duì)論認(rèn)為,光速是一個(gè)常數(shù),和光源運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)。這就解釋了雙星觀測(cè)結(jié)果。
下面用A’B的觀點(diǎn)解釋雙星觀測(cè)。
A’B認(rèn)為,光源發(fā)出各鐘速度的光。這是光源靜止時(shí),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(yùn)動(dòng)的光。
當(dāng)光源以+v速度運(yùn)動(dòng),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(dāng)光源以--v速度運(yùn)動(dòng)時(shí),光的速度分布是
…,C-3,C-2,C-1,C,C+1,…
也就是,無(wú)論光源怎樣運(yùn)動(dòng),我們看到的是以C速運(yùn)動(dòng)的光(這應(yīng)叫做視光速不變),這就能解釋了雙星觀測(cè)結(jié)果。
3、討論
3.1AB’是目前科學(xué)界及大眾承認(rèn)的情形,并由此導(dǎo)致狹義相對(duì)論的誕生。
3.2光速不變,作為一個(gè)原理提出來(lái),當(dāng)初并沒(méi)有排除各種可能情形,比如說(shuō),A’B的情形。
3.3A’B是被長(zhǎng)期忽略的情形。我們認(rèn)為,雖然沒(méi)有新的證據(jù)證明這種情形就是觀測(cè)結(jié)果,但這卻是一個(gè)絕對(duì)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(wú)法令人信服的。
參考文獻(xiàn)
[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(guó)光 戰(zhàn)元齡,2009
[3]現(xiàn)代物理概論[M].中國(guó)計(jì)量出版社,夏兆陽(yáng),2004
[4]狹義相對(duì)論實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)[M].科學(xué)出版社,張?jiān)伲?979