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【原创】光速测试方法释疑 光速测定方法释疑 品智 本文通过两个牛顿理论的示例,采用现有光速的测量和计算方式,简单的分析了光速不变原理;但在此过程中发现由于检测装置的运动或光源的运动,导致原来的光波变成了另一种光波的现象,而采取常用的光速测量和计算方法,我们得到不同运动状态下光速相同。同一束光,由于运动状态不同而改变为另一频率的光,测试两者的速度又相同,这使我们对现有光速检测和计算方法产生了疑问。 关键词:相对论;光速;光速不变原理;光速测定方法 相对论指出“在任何惯性系中,光在真空中的传播速度都是一个常数,不随光源和观察者所在参考系的相对运动而改变”[1]。这个观点已经得到广泛的认同并在不同实验环境中得到证实且应用于生活实践中(如通信领域);但“光速不变原理”的机理或机制是什么,至今都没有一个很好的解释,以至于很多相关学者和爱好者都不能准确理解和解释“光速不变原理”[2]。因此,本文试图用简单的方法解释“光速不变原理”,同时对现有光速测定方法提出一些建议。 众所周知,光也是一种电磁波,其性质是由频率决定,其真空中的速度是由波长和频率决定。目前,光速的测量方法是波长乘以频率,经过众多科学家们的不断努力,我们能够准确的测定光波的波长和频率,其测量精细度也得到广泛认可。下面两个示例就是用波长乘以频率的方法在不同条件下测得光速不变。 示例1: 1、设定真空为静止空间,光束在此惯性系下的速度为C,频率为f,波长为λ,C=f×λ。 2、设定测试装置以0.5C速度与光在同一条直线上同向运动。 在上述环境状态下,测试装置测定的结果是,频率为原光束的0.5f,波长为2λ。因为测试装置以光速的一半在同一条直线上同向运行,在相同时间里测试装置只走了光束一半的路程,那么也只是检测到一半的光波,光波的多少代表光束的频率,所以检测装置检测的频率为0.5f;同时,由于运动检测装置检测一个波长需要原时间的2倍,这就无形之间将光束的波长变为原来的2倍,即2λ。按波长乘以频率等于光速计算,那么检测装置检测到的光速与原光速一样是C。用同样的方法,不论测试装置以何种速度正向或反向运动,检测装置检测到的光速都是C。 与检测装置处于静止状态(速度为0)比较,由于检测装置的运动,使其在接收光波时表现为两个波峰(或波谷)的延时,从现象上表现为波长增加一倍,频率减少一半。这样虽然光速没有发生改变,但是光波的频率和波长都发生了变化,表现为原来的光波变成了另一种波,而实质上两个波峰间距离和光波的频率并没有发生任何改变,只是一种表面现象,一种假象。虽然是假象但根据光速的计算方法,检测装置测得的光速还是C。 示例2: 设定真空为静止空间,将检测装置置于零点不动,光源沿x轴以2倍光速C远离零点,C=f×λ。 在上述条件下,由于光束以2C的速度在运行,光波的长度较原来(光源静置不动)增加了,为原来的2倍,即2λ;同时,由于检测装置在相同时间里只检测到了原有(光源静置不动)光波的一半,使得在此条件下光波的频率变为0.5f。按光速等于波长乘以频率算,在此条件下,光速仍为C。同理,无论光源按何种速度运动,检测装置均测得光速为C,只是光波的波长和频率发生了变化。如果按示例1和2推理下去,我们会发现:无论光源或检测装置处于何种状态,均能检测出光速为C。 在示例2中,当光源静止时,检测装置检测到的光波波长为λ、频率为f,而当光源以2C的速度运动时,检测装置检测到的光波波长为2λ、频率为0.5f,这又表现为另一种光波,虽然测得的光速还是C,但是同一光源在运动状态和静止状态发出的光对于静止的接收器不同。 结论与思考: 本文中两个示例虽然是牛顿理论,但是也能很好的解释光速不变理论,无论检测装置或光源处于何种状态,光速都不变。 由于检测装置的运动(示例1),检测结果是波长为实际的两倍,频率为实际的一半,虽然这只是一种假象,但充分反应出了现有检测光速的方法是不正确的。 示例2中,由于光源的运动,导致检测装置检测到的波长增加,频率减少,按光速等于波长乘以频率算光速不变。 由以上2例可以推断: 1、光在真空中为C速不变。 2、运动会使光波发生变化。 3、无论光源如何运动光的每一点速度为C(相对于静止的空间)。 4、不同的参照系,光的速度不衡定为C。 5、现在使用的测量光速的办法不准确。 参考文献: [1]李小牛、白新石、杜学舟. 光速不变原理的讨论[J],延安大学学报(自然科学版),2007、6,26(2):45—48. [2] 邱楚盛. 迈克尔逊实验未能证明光速不变原理[N],科技创新导报,2009、6:235。
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