|
 马国梁 （emgl@sohu.com） 2007.05
第九章、单程光速的测量方法
单程光速的测量意义非常重大。迄今为止，除去罗默的实验结果外，还未有其它权威性的实验事实能够使我们得出最后的结论。对单程光速的测量有诸多困难。具体有：
①如采用单钟计时则是不可能测准单程时间的。因为时钟记录光束到达终点的时刻必须有从终点传来的信息，而任何信息的传递都是物质的运动过程，所需的时间不可能是零，这样就使终点记录时刻延迟了。如将信息传递的过程也考虑在内，可是在空间中没有一种信息媒介的单程传播速度我们可以充分认定在各个方向上都相等，其速度大小的测量我们也没有办法将之提到足够高的精度；如采用光来传递信息——这实际上已不是单程光路，它不符合我们的要求。
②如采用双钟计时则只能测出光的标准值，而不可能测出其变化值。这是因为这种方法牵涉到两钟的运行速率必须相同和异地的同时性问题。在同一地点对准的两时钟要分开就必须相对运动，这即改变了它们的速率，从而使指示时刻不再相同。其差值与位
移在惯性系绝对运动方向上的分量有关。当位移方向与绝对运动方向一致时，终点钟比起点钟滞后的时间是
d t′= t1′— t2′= us / cc
在有惯性系绝对运动影响的情况下，光传播的时间是
Δt′= s /（c — u ）
再减去终点钟先前滞后的时间，所以该钟实际显示的光传播时间是
Δt = Δt′— dt′= s /（c — u ）— us / cc = s /
c
可见，两钟实际测出的光传播时间恒定不变，所以算出的光速值自然也不会有什么变化。
③如果采用“观测时钟与脉冲光源距离相对固定”的方法也不可能测出在不同方向的单程光速。这是因为脉冲光仍相当于一个时钟，这种方法虽不要求两者同时、同步，但对周期稳定的脉冲，观测时钟也仍然反映不出脉冲周期的变化。
两者及连线在空间中沿绝对运动方向做平动的情况如②所述，在此不再赘述。而当它们在空间中做匀速转动时，虽然光的传播方向在不断改变，但观测周期仍没有变化。这是因为当它们转动时，连线在惯性系绝对运动方向上的投影变化所引起的时间差与由相对光速变化引起的时间差恰好相互抵消。
时钟在终点收到光脉冲比光源发出该脉冲所延后的时间是
Δt′= s /（c — u sinωt ） （ ωs << c )
与此同时，终点钟由于位移s 在u 方向上的投影所引起的滞后时间是
dt′= u s sinωt /
cc
所以时钟在终点收到光脉冲时实际指示的延后时间是
Δt = Δt′— dt′
= s /（c — u sinωt ）— u s sinωt / cc = s /
c
可见为一恒定值。就是说不论时钟在什么位置，所收到的光脉冲时刻都比光源发出该脉冲的时刻延后相同的时间。所以说如果光源发出的光脉冲周期是稳定的，那么时钟所收到的光脉冲周期也将是稳定的。
不论在一年四季中的每日正午对日光周期的观测，还是在地球表面东西方向上一端对另一端光源所发出的激光周期的昼夜观测，都属于这种情况。
④当观测时钟与脉冲光源有相对距离变化时，所测出的周期（频率）变化只能反映它们的相对运动速度，而不能反映任何一处的绝对运动情况，也测不出由于自身在空间中的绝对运动而产生的相对光速。罗默的天文方法测光速及对遥远恒星光的周期（频率）测量即属于这种情况。公式为
Δu / c = ΔT /
T
用光行差法测出的夹角所反映的也仍然只是地球相对光源的运动速度变化，其绝对运动速度还是反映不出来。
α= 2 Δu /
c
由此看来，对单程光速的测量也就只有采用如下唯一的方法了。
⑤测量光的波长变化，并依此推出光源的绝对运动速度。每种光都有一定的波长。当光源在空间中做绝对运动时，其各个方向的波长都要发生变化。对于一定的观测者来说，只能测到所接收到的光的波长。且测量结果与观测者自身的绝对运动方向无关。当光源和观测者都做低速运动时，“频率变慢”和“尺缩效应”均可忽略不计，故波长测量结果与观测者的运动速度也无关。这样所测出的波长变化即反映了光源的绝对运动速度在观测方向上的分量。即
λ′= T（ c — v cosβ）= λ（ 1— v cosβ/ c ）
现行的“宇宙大爆炸”理论就是一些人根据遥远星光的波长变长而推测出的。
若要知道观测者自身的绝对运动速度，观测者可通过测量同体光源的波长变化来推知。如在每日的正午都进行日光波长的测定，看一年四季中如何变化；或在地球表面的东西方向安装一固定朝向的激光光源，昼夜不停地测定光的波长变化。此时可在顺光方向的另一端安装一固定屏幕，通过观测光的干涉或衍射条纹的移动情况，就可推出我们在太空中的绝对运动速度分量
u cosβ/ c = Δλ/ λ。= Δx / x。
过去我们在做此项实验时并没有注意也没有发现条纹位置在一昼夜中有多大变化，所以估计地球的绝对运动速度分量一定远远小于光速。
 继续浏览
|
评论
