《光速》：第53章 论光速相对不变

------第53章 论光速相对不变------



“光速不变原理起源于一个叫做迈克尔逊-莫雷的实验。

试验仪器就不具体介绍了，只大概介绍过程：试验者从地球上的某一点发出一束单色光，这束单色光在经过一块半透镜后分成两束；其中一束光继续往前，在到达11米外的一块反光镜后被反射回半透镜，另一束光则被半透镜垂直反射90度，在到达左边11米外的一块反光镜后被反射回半透光镜；最后这两束光在半透镜中又重合，并被投射到右边的一个接收装置上。”

“迈克尔逊-莫雷实验源于经典力学，原本是想证明一种‘以太’的物质存在。

因为经典力学认为宇宙空间中充满着一种‘以太’的物质，这种物质无所不在，没有质量，绝对静止，并且能传播电磁波和光。如果那样，那么地球相对于以太作运动，这两者之间就应该有一个相对速度。”

“那么迈克尔逊-莫雷实验中的光就应该像是一艘船在河中行使，顺流逆流的速度应该是船相对于流水的速度再加减流水本身的速度，而船垂直于流水方向的速度又会不同。那么在迈克尔逊-莫雷实验中的光最后又在半透镜中重合，就会是两束不同速度光的重合了。”

“我们知道光的速度很快，以现在的科技手段不能测量出它的瞬间速度。但是光速=波长×频率，而波长则可以通过光谱仪进行分析。那么如果两种不同波长的光重合在一起，在光谱仪上就会显示出干涉条纹，而如果这两种不同波长的光又起变化，那么干涉条纹就会移动。只是在试验中不管重复多少次，不管把中间的那块半透镜怎么的转动，最后都没有发现干涉条纹，也没有发现干涉条纹移动的现象。”

“所以迈克尔逊和莫雷实验最后以失败告终，而以太这种物质到底存不存在就成了一个疑问。”

“但后来一位叫洛伦兹的科学家却认为：以太还是存在的，只是观察者相对于‘以太’以一定速度运动时，‘以太’的长度会在运动方向上发生收缩，因此抵消了不同方向上光速的差异，这样迈克耳孙-莫雷实验就会出现零结果。并且洛伦兹还为此建立了一个洛伦兹变换公式，而因这个公式又提出了在光速下会存在着钟慢尺缩现象。”

“但爱因斯坦的想法却不一样，他认为如果人们抛弃‘以太’这种物质，而认可光速不变，那么很多其它问题也可迎刃而解。于是爱因斯坦认为光本身就是一种物质，它是由光子组成，而不管光还是光子都具有波粒两像性，它们不依赖任何物质而独自高速运动，并且在所有惯性系中光在真空中的传播速率都具有相同值C。最后，爱因斯坦又综合了迈克尔逊-莫雷实验和洛伦兹变换公式，建立起了他的光速不变原理，并也以此去解释钟慢尺缩现象。”

“而如果在不同的惯性系中，光在真空中的传播速率都具有相同的值C，那么根据一些数学公式去推，时间就不一定是均匀的了，空间距离也不一定是固定值了。于是在光速不变原理中，经典力学中的绝对时间和绝对空间不复存在，而经典力学中的时空参照系、以及相对性原理就算一字不变的照搬，也可看做是修改。”

“于是参照系不再是单纯的时空参照系或相对性原理了，而变成了狭义相对论。只是这种的理论推算到现在还没完善，于是人们就无法凭简单想象去理解了，就算那些尖端科学家们也没几个人能弄得明白。”

“不过明不明白也许不重要，但正不正确却一定重要。于是我们不去讨论狭义相对论，而只去验证迈克尔逊-莫雷实验是否正确。”

“其一：迈克尔逊-莫雷实验是在地球上进行的，它最大的距离也就11米，而在近地范围内以太是否跟随着地球一起运动？当初以太永远静止的提法是否错误？如果是这样，那么光就不应该像是一艘船在河中行使，而更像船内一个人相对船内静止的空气在运动。”

“其二：接收器精度的问题，仪器装置的问题，环境例如空气介质问题，实验原理的问题等，到现在还存在很多不同意见。”

“其三：就算光在真空中速度是一个常数C，怎么突然就变成了在所有惯性系中都是常数C了呢？这中间没有做过任何的实验或论证。”

“其四：经典力学者认为有‘以太’，并且以太没有质量；相对论者认为光速不变、并且光和光子都没有质量；这些都是认为的。而我也可以全部否决，而另外假设一种。”

“以上种种只要有一种不成立，那么整个迈克尔逊-莫雷实验得出的结果就是一个未知数，而洛伦兹变换公式也是建立在一个未知数上的未知数了。所以爱因斯坦的相对论只能去看其中的相对两字，其它内容因为都基于一个凭空想象，则没必要仔细研究，而接下来就只谈光。”

“光到底是能量在以太中的传递？还是光子独自运动的结果？用现在的科技手段没有办法观测出，所以就让我们做一个简单的实验。”

“实验的过程不须讲了，结果是：自然界里光分很多种，其中的可见光有紫、蓝、青、绿、黄、橙、红七种，每一种颜色的光波长范围都不相同，就是同一种颜色的光波长也不一定相同。此外可见光之外还有红外线、紫外线等，这些光的波长会更长或更短，用人眼观测不出，只能借助仪器或一些特如测量手段才能去观测或发现。”

“那么光就不止一种了，而是无数种的集合；而且这种的集合在通过不同介质中时速度会不一样，就算在同一种介质中各种波长光的速度也会不一样。只是在真空中，在绝对的真空中，科学家们认为不管哪种颜色、哪种波长、哪种频率光的速度都是不变的，也就是光速=波长×频率=常数C。”

“再个，现在的科学界也有认为光不但由光子组成，并且也是一种电磁波，而声音则被认为是一种机械波。”

“光子？电磁波？机械波？且不去讨论，可声音也具有和光很多相同的性质啊！即声波也可以分为不同波长、不同频率的声波、超声波、次声波等，它们在通过不同介质时的传播速度也会不一样。但有两点不同，其一，那就是在同一种介质中所有不同波长、不同频率声波的速度都一样，也就是说声速=波长×频率=常数V(在空气中是340米/秒)；其二，在真空中就不存在声波了。”

“为什么会出现两点不同呢？难道是它们的本质不同？还是科学实验中的微小误差所引起？还是色散、声不散现象引起？这对于测量工具还不是最先进的我们就只能暂时不去讨论了，而且现在所有的数学公式都是在一个最基本的认为上建立起来的，那么我们就只去讨论光速在真空、或声速空气中为什么会是一个常数？”

“所有科学家们都没法具体解释这个原因，而只有一些近似的实验好像证明了应该是这样的。那么我也可以说光在真空中速度的恒定，不同声音在同一介质中速度的恒定，只不过是一种现象。”

“而现象是一种什么东西？是不依人们意志转移的东西？还是本来就应该存在的东西？还就是一种物质？”

“声波超过一定范围会听不见，光波超过一定范围会看不见，但在一定的范围内它们的速度却又是一个定值，这到底是光本身的原因？还是因为人的原因？现实世界中有些动物只能看到红外线、紫外线，有些动物只能听到次声波、超声波，这又因为什么？”

“难道是光或声音的属性和人体感觉或探测产生了作用的结果？”

“就像你坐在一辆接近声速的车上，你就感觉不到车外后面传来的并微微超过你车速的声音。而车内的声音或车本身的马达声虽然能听到，但在那一瞬间相对于地面上的人来说，其速度也不是那个恒定的常数；而在久了之后，就只能听到马达声了，而车内人的声音不管久了还是不久都听不到。”

“所以我认为音和光只是相对于人类的现象，是一种运动形式，是一种运动共效的形式。因为只有音速或光达到了一个相对数值后人们才能够感觉得到，而超过了这个相对范围那就不是人们所感觉到的声音或光了。”

“至于感觉又是怎么引起的？我想就是共效，是人眼睛系统作出了一种光或声音运动形式的趋势或运动。而这种的共效在自然界中肯定有很多种，不过只有最强的那种才最先觉察出来。”

“所以光不是一种物质，而是一种共效运动形式，而光子、或某些粒子只是参与了其中而已。至于光或光子都具有波粒两象性，这在自然界多了去，如水波、声波、电磁波等。而至于光速为什么会那么快，我想在原子中原子核的质量占了99。95％以上，核外电子的质量占了0。05％以下，如果还有其它未知粒子的话，那么其质量凭现在的手段根本探测不出来，又因为其质量近似无穷的少，那么受到来自电子或原子核的作用，其速度就可以想象。”

“只是，如果这样，那么我们人类觉察或探测到的光现象之外，是否还有速度更快的现象呢？而在地球之外，或在一种完全不同环境的世界中，那里的光现象或其它现象的速度又是怎样的？”

“所以爱因斯坦的光速不变原理要改一改，要加上相对两个字：在所有的惯性系中，光在真空中的相对传播速率都具有相同的值C。而且其它的一些现象比如声音等，也应该同样近似的适用这个原理；再而且如果在以后科技手段再发展的情况下，这个原理中的真空或常数值C也许也要改。”

说到这里后，赵一沣停了下来，并转了一个身，看着院长大人，然后才说：“院长大人，对于光速的实验、对于光本质的研究现在也许还达不到条件；但我想请求您能先做一次音速的相对和绝对实验，而这两个实验我想我们亚盟学院应该有这个条件了。”
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------第54章 论状态守恒------

院长大人没有马上回答，而是先把眼睛望向了天空。天空中白云朵朵，冬日的一隙阳光正从云朵之间往下透射。

“赵一沣同学，这两个实验我们很久以前就做了，结果和你所说的一模一样。但是光呢？光速呢？难道真的是那样的吗？”院长大人陷入了思索，脸上渐渐的认真了起来。

“量子论、相对论，在我们亚盟学院其实早就已经抛弃，就是在其他学术界这两座大夏也是摇摇欲坠。但是，当一艘宇宙飞船接近光速时，飞船外的那些真空已不再是真空，而是变成了流体，那么我们又应该怎么办呢？”

院长大人额上出现了一丝皱纹，这一丝的皱纹以前从来就没出现过，而现在却出现在了她那已经变得一脸认真的脸上，这使得她的美丽并没有减掉半分，反而看起来仿佛如一尊女神。

而这时，院长大人却把眼睛从天空中收回，同时眼睛里是出现了希冀，是一脸希冀的看向了赵一沣：“赵一沣同学，你的胆子真的很大，大到我都无法去想象，不过你所说的这些内容我却认为正确；只是这还不够，远远不够啊！”

震撼，震惊了，没有了啊。下面所有人都看得呆，这次不是因赵一沣而发呆，而是他、她们自从进入到亚盟学院以来第一次对着院长大人发呆。

在所有人的印象当中，院长大人总是慈祥，眼睛里总是带着微笑，甚至只有小数一些人才在她的办公室中领受过她的严厉。这也许是她本性使然，更有可能是她已站上了人类科学巅峰的缘故。可此时此地，有人正在试图修改她的理论，并且还真的提出了一些全新的观念，为什么她的反应却只是在思考呢？

“难道这就是科研的态度？这就是发现的态度？”

“有些事说很容易，而真正做到者又有几个？难怪在这世上真正的科学家会这么的少。”所有人的心都开始在砰砰的在跳了，因为此时此景一些的感受好像已经蔓延到了他们身上，因为此时此地赵一沣所说的内容根本就不需要去复杂的论证。而以前……，自己……，有些人脑中闪过了以前，顿时两侧的太阳穴上流下了汗珠来。

而这时赵一沣又开始说话了：“院长大人，如果光只是一种现象，光速只是相对不变，那么我请求您能让我继续说下去。”赵一沣说完后是一脸殷切的看着院长大人。

院长大人突然笑了，而且不止是眼睛在笑；然后又马上表情平静了下来，只是看着赵一沣。不过任谁都看得出来，那意思就是赵一沣应该要继续说，而且不必请示。于是赵一沣对着院长大人露出了一个感激，是继续的往下讲了。

“在经典力学里，在量子论和相对论还没有出现以前，人类对物质世界的研究可分为二个方面。”

“第一、那时还没有出现宏观、微观之说，于是现实世界里物质规律可以忽略很多的东西；于是形态、质量、能量等可以认为是固有的，也就是物质都有着各自的属性。第二、那些可以变化的量如时间、距离、速度、加速度、力、动量、冲量、功、热量、动能、势能等，因为不是固有，那么就归入到物质的运动中。于是从物质属性的固有去推算物质相对的运动，这世界上的一切就都变得简单。”

“但在量子论和相对论出现之后，人类认识到形态、质量、能量也不一定恒定；不过如果没有一个恒定的东西作为基点，那么这世界就会乱套，也无从去推算。于是爱因斯坦等就去寻找另一些可能恒定的东西，而他们找出来的是质能守恒、光速不变、以及统一场。”

“质能守恒好像在原子核变中得到验证，用一个相对小的力使一些中子去撞击原子核，使得原子核内部发生链式反应，然后释放出巨大的能量；而这些能量从哪里来，这完全就不遵守能量守恒定律了。于是量子论者认为在这个释放的过程中会伴随着出现质量的亏损，是质量转换成了能量；但也有人认为，在原子核内部本身就存在着强力和弱力，是这些力的变化使之释放出了一部分能量。”

“晕了，晕了，质量的定义本身就含糊不清，又何来和能量的转换推算；而且力也不是物质，又何来存在，科学家们真的牛啊。而我却认为科学家们忽视了一个最重要的东西，那就是质子、中子位置发生了改变。”

“就像在地上搬动一张桌子到另一个位置，对周围空气产生的影响并不大，但在原子中占绝对质量的质子或中子的位置一改变，却会对其外界产生出巨大的影响。至于质量的亏损很可能是物质状态不一样了，那么所称量出的力也就不同；又或者是那些质子、中子、电子虽然没跑出来，但它们之间另一些东西却是跑了出来；更或者是实验的误差所致。所以质能守恒不能成立，但公式却好像近似的成立，因为它表示的只是物质质量和原子能的对应关系。”

“以上是对微观量子论的分析。而在宏观相对论里，光速应该是相对不变；而如果这样，那么宏观和微观就统一起来了。但我还是要再谈谈光的波粒两象性。”

“如果把波放大再放大，就像水波，就会发现水波不止是波，而是很多水分子一起运动以及它们之间的相互作用；所以波是集体行为，粒是个体行为，这两者是分不开的。只不过在经典力学里不需要研究粒子，就去掉粒性了；而爱因斯坦等则认为光是由光子组成，而且不但光具有波粒两象性，连光子也光具有波粒两象性，哎，已经自相矛盾了。”

“而且我们研究发现，光波其实是电磁波的一种，电磁波波长范围很广，从伽马射线（10的负10次方米左右）到无线电波（0。01~100米），其中可见光只占了很小一部分（400~770纳米）。”

“而且我们又知道光是离不开光源的，那就是说光最先的速度并不一定是光速，而应该是在光源里被一个质量远大于它的东西作用了；只是作用双方状态的相差比较固定，而外界介质的状态也比较固定，并且人类的身体状态也比较固定，所以在地球世界里的光、或电磁波的速度也比较固定了。而且如果说光是光子的集合，并具有固定属性，那么光是可以脱离光源而存在的，那么这宇宙世界中就会到处是光，而事实上却没有。”

“质量远大于它的东西到底是什么，这有可能是电子，也有可能是质子和中子，更有可能是原子内部整体状态的变化。而被作用的很可能是电子和原子核之间的东西，因为这中间如果没有物质，那么电子和原子核就不可能发生相互作用，就像是月球能被地球捕获并不是因为定义出来的引力、而是因为它们之间存在着和地球作同步运动的物质。”

“和地球作同步运动的物质很可能是尘埃、空气、分子、原子、电子、或比电子更小的物质，因为虽然这些物质的整体质量相对于地球、或月球来说可以忽略不计，但它们却可以传递着相互作用。可是和原子核作同步运动的物质又是什么呢？我想很可能不止一种，而且虽然它们的整体质量相对于原子核、或电子来说也可以忽略不计，但它们同样也能传递着相互作用。如果是这样，那么那些没有相互接触的物质之间所产生出来的力如引力、电力、磁力就很好理解了，而至于什么引力场、电场、磁场、统一场是一种特如的物质这种说法就一脚踢开吧。”

“讲到这里是解决了力、波等现象的空间传递问题，也否定了质能守恒、光速不变、统一场是固有属性的问题，是把宏观和微观互通了起来，可还是没有找到一种能被认为是固有的东西。”

“但没有固有的东西就不能推了吗？在宏观世界中没有发生相互作用的物质被认为没有产生力，可其包含的微观粒子内部却是在剧烈运动着的；微观粒子内部虽然在剧烈运动，可这种剧烈运动保持相对不变，那么也可以认为它们之间没有发生相互作用，但是在其更微观的粒子内部却又存在着另一种规则的运动；以此类推，往下是一级一级的类似情况。而这时一个突然的变化在某个层次中出现、甚至影响到其它层次，那么就会打破这种相对的平静，而对彼此的影响就不得不来回推。但是我们注意到没有，在这来回推的过程中任取一点都可以作为一个起点。”

“而且在化学里我们知道有些重元素例如铀、钍、钚等能够发生核裂变，有些轻元素例如氢的同位素氘、氚等能够发生核聚变，在发生核变的时会有新元素出现，也会产生出巨大的能量。科学家认定是核变的能量要大于结合出新元素所需的能量，所以核变是产生能量的；而铁等中间元素的结合能和核变能几乎相等，所以铁等中间元素的核性质很稳定。”

“先认定，然后得出了几乎正确的结论。但反过来推，元素的核变也不一定只遵循地球规律，也是会遵循整个宇宙规律；那么在另外一个天体系中，核原料还会不会是现在的元素吗？其种类是增加还是减少？甚至也许铁元素也有可能会发生核变，或者铁元素不存在，又或者在那些个地方光或电磁波的速度虽然是相对不变，但却不一定是常数C呢？”

“又晕了，因为推是可以推了，但这样子的来回推会使人类的思维跟不上，所以最好还是去找一个固有的东西比较好；而这个东西不会是上帝或奇点，因为上帝或奇点不是我们要研究的那些物质。但我想说其实这个东西一直是长期的被人类经常用到，那就是状态。”

“状态固有，相信所有的人都会笑话，但在状态后面加上守恒两字使之变成状态守恒，那你们还笑话得起来吗。”

“因为状态不等同于属性，它就是在绝对情况上也不包含固有的意思；而且状态不能只用形态、质量、能量去表示了，还应该加上物质层次、位置、速度、时间、方向、动量、作用、联系等许多的物理量。而这些的物理量虽然不永久恒定，有时候还可能会消失一些；但无数的现象、无数的实验却证明了它们是表现着物质状态的各个方面的，它们能够相互转换、相互关联、且在整体上守恒。”

“而且状态守恒它不是一个数学表达式，而是一个由物质层次、位置、速度、时间、方向、形态、质量、动量、能量等许多物理量去共同描述的东西；而只有在具体的范围、具体的物理量中，才会有具体的数学表达式、以及分支的守恒定律。”未完待续......欲知下回，请关注微信公众号： xiaoyida_com ，回复 xse46585 获取完整内容！
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本小说内容节选自：科幻小说 《光速》

作者：巍抡
最后更新于：2016年09月02日
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