齐绩 （qiji8111@yahoo.com.cn）　2007.09

第四部分：无形态物质是光的传播媒质

了解了无形态物质，我们会对光以及其它物理基本规律有个深

刻认识.

光和其它的波动没有本质的区别. 它具有波的一切特征， 无形态物质是光的传播媒质.

在此基础上，原来经典物理中所有相互矛盾的实验、现象都会变

得非常自然、融洽！

4．1 无形态物质密度的计算

在剖析各种物理规律之前，我们先把物理学最基本的观念明确一下.

牛顿说：“绝对空间，它永不改变，永不移动. 此乃空间的本性. 它独立自我存在，不与身外事物相干. ”

“绝对的、真实的或数学的时间，它的本身，而且就其本质而言，总是于任何外界事物无关地均匀地流逝着. ”

……

时间、空间是人们认识世界的标准和尺度 ，是物理学不可动摇的基石 .

我的时空观与牛顿经典物理的时空观是一致的.

时间是客观存在的，总是与任何外界事物无关地均匀地流逝着.

数学空间在其本质上与外界任何事物都无关，永远保持其为等同的、恒定的.

速度遵循伽利略叠加原理，质量（引力质量）是守恒的，能量是守恒的，它们不能相互转化.

与牛顿经典物理唯一不同的是——我认为物体的一切运动规律不是依赖于绝对空间，而是依赖于它所处的总无形态物质空间.

前面我们打了个鱼在水中游的比方——物体好比是鱼，无形态物质好比是水，物体的一切运动规律依赖于它所处的总的无形态物质空间，而不是直接依赖于数学空间.

无形态物质是光的传播媒质，光相对于无形态物质空间的传播速度是衡定的.

由波动学规律可知

波的传播速度为： 或 或

其中，为固体的切变模量，为固体的弹性模量，为液体或气体的体积模量，为媒质的密度.

总之，不管波是在固体还是在液体中传播，波的传播速度都与媒质模量的二分之一次方成正比，都与媒质密度的二分之一次方成反比.

由于无形态物质是光的传播媒质，所以可以得出光速 与无形态物质密度的关系式为

(4.1)

其中， 为无形态物质的密度，为无形态物质的体积模量（）.

大家都清楚，光在玻璃、水等物质中的传播速度小于真空中的光速. 那么这些事实该如何理解呢？

我们从无形态物质的角度来理解就非常容易了.

在地表真空中，无形态物质的密度就是地表的无形态物质密度，在地表真空中的光速

（4.2）

在水中，无形态物质的总密度是地表真空中的无形态物质密度与水所对应的无形态物质密度的叠加，，水中的光速为

（4.3）

由于在玻璃、水等物质中，无形态物质的密度比地表真空中无形态物质的密度大了，光在玻璃、水等物质中的传播速度自然要小于真空中的光速.

当温度接近绝对零度，形成凝聚体时，形态物质几乎全转化成无形态物质，这时无形态物质密度较地表真空中无形态物质密度大很多，所以光在凝聚体中传播速度较小.

下面我们就以不同温度水的折射率、密度等这些基本常量来计算一下水中的无形态物质密度，以及初步推断地表的无形态物质密度。

由折射率和光速的关系可知

把（4.2）式、（4.3）式代入上式得

（4.4）

根据（1.6）式，我们可以得出不同温度下水对应的无形态物质密度和地表真空中无形态物质密度的比值。

表一、不同温度下水和冰的折射率

表二、不同温度下

从表二中可以看出，随着水温的升高，水所对应的无形态物质密度逐步降低.

需要注意的是，随着温度的变化，水本身的密度也在变化，我们还需知道不同温度下水的密度，根据公式 我们就可以计算一定质量的水或冰在不同温度下对应的无形态物质的质量.

表三、的水或冰所对应的无形态物质的质量 []

从表三中可以看出，随着温度的变化，一定质量的水或冰所对应的无形态物质的质量发生了变化.

随着温度的升高，一定质量的水或冰所对应的无形态物质的质量逐步降低.尤其是由冰转化成水的过程，无形态物质的减少量较大.

在第五章质能关系部分我们将推导证明并探讨：

无形态物质对应着一种能量态，无形态物质是低能态；是隐态.

形态物质对应着一种能量态，形态物质是高能态；是显态.

无形态物质对应着低能量态— 0 ，形态物质对应着高能量态— 1 .

无形态物质转化为形态物质时要吸收能量，物质由隐态变成显态.

——吸收的能量和转化的质量之间满足质能方程.

反过来，形态物质转化为无形态物质时要释放出能量，物质由显态变成隐态.

——释放出的能量和转化的质量之间满足质能方程.

能量是守恒的，质量是守恒的.

但是，物质状态的改变伴随着能量的吸收和释放.

从表三中可以看出，随着温度的升高，有一定量的无形态物质逐步转化成形态物质，这是温度升高需要吸收能量的一个原因；当然，随着温度升高，分子动能等也会增加，这也是吸收能量的一个原因.

而冰溶解为水的时候为什么需要较高的熔解热呢？这是因为由冰转化为水的时候，无形态物质转化为形态物质的量较多；我们如果忽略此过程分子动能等能量的改变量，就可以计算出地表无形态物质密度.

冰转化为水所对应的无形态物质转化为形态物质的质量

冰转化为水吸收的热量为

根据质能关系式

代入得

下面我们计算一下无形态物质的体积模量.

在地表真空中的光速

则

从实验规律可以看出，温度越低形态物质转化成无形态物质的量越多.

当温度接近绝对零度，能满足条件形成“玻色-爱因斯坦”凝聚体时，形态物质几乎全转化成无形态物质，这时无形态物质密度较地表真空中无形态物质密度大很多很多，所以光在凝聚体中传播速度较小.

4．2 《新物理》对著名物理实验的解释

经典物理非常自然、和谐，那么，为什么会产生相对论呢？

这是因为有一些实验和现象使经典物理非常困难，甚至是产生无可调和的矛盾了，才产生的相对论.

这些实验和现象主要有：双星现象、光行差现象、斐索实验、艾里实验、迈克尔逊-莫雷实验.

不管过去、现在和将来，这些实验和现象都非常珍贵和重要 ！

下面我们就从全新的角度来理解一下这些实验和现象.

4．2．1 斐 索 实 验

……

1851年，斐索做了一个非常巧妙的实验. 它反映出水可以带动光，然而不能完全带动光，而是以较慢的速度前进.

斐索实验测量出在水中传播的光相对于地球的速度是

n

（4.5）

式中“+”表示光顺着水流的情况，“-”表示光逆着水流的情况.

其中，是水的折射率，曳引系数 ，比1小.

……

如何理解斐索实验呢？为什么水可以带动光呢？

因为水带动了无形态物质，所以水可以带动光。

在地表真空中，总的无形态物质相对于地球没有运动，而且，总的无形态物质的密度是均匀的，我们用表示。

在水流内部，由于与水分子的距离十分小，水的无形态物质密度就不可忽略了，总无形态物质密度就等于地表无形态物质密度与水流无形态物质密度的叠加。

_（4.6）

地球无形态物质相对于地表的速度为0，水流无形态物质相对于地表的速度

为 ，总无形态物质相对于地表的速度为

，令 ，则

（4.7）

光在水中传播时相对于这个运动的总无形态物质空间的传播速度是，光相对于地表的速度为

_(4.8)

因为水带动了无形态物质运动，所以水带动了光. 这很好地解释了斐索实验中水对光的曳引现象。

下面我们定量地计算一下水的曳引系数。

当光在地表的真空中传播时，光速为

(4.9)

当光在水中传播时，光速为

(4.10)

把（4.9）式和(4.10)式两边平方然后相除得

由于 ，又 ， 代入后得

(4.11)

我们知道水的折射率 ，理论上我们来计算一下水的曳引系数。

实验中斐索测得的水的曳引系数 .

可见，理论值与实验值非常吻合。

4．2．2 迈克尔逊-莫雷实验

4.2.2.1 在 地 表

……

1876～1887年间，迈克尔逊和莫雷两人做了一个实验，用迈克尔

逊干涉仪想测量地表上的“以太风”速度.

结果地表上根本没有“以太风”.

也就是说，在地表，光是各向同性的.

……

这个实验如何理解呢？

无形态物质是光的传播媒质，光相对于无形态物质空间是各向同性的.

在地球的表面空间，总无形态物质相对于地表的速度为零，所以，在地表测量，光显然是各向同性的.

4. 2. 2. 2在威尔逊山上

……

1904年，密勒和莫雷在地表用更精密的仪器做迈克尔逊-莫雷实验，实验结果比1887年迈克尔逊和莫雷所得更接近于零.

后来，密勒超出了地表空间，得到了不同寻常的结果.

1921年密勒把实验装置安在威尔逊山上进行，所用方法和以前一样，但实验发现有的正效应，也就是说光相对于地球在以的速度做漂移运动.

可以说密勒实验对相对论是否定的.

……

那么，对这个实验事实该如何理解呢？

前面我们分析了，由于高度的影响，在高山上无形态物质已经不被地球完全带动了，也就是说在高山上无形态物质相对于地球已经有一定的速度了，所以在高山上做迈克尔逊-莫雷实验会发现干涉条纹有漂移.

威尔逊山1750多米高，可见地球对无形态物质的带动随高度增加而很快地减弱了.

2004年2月初，我到五台山的北台顶上测量了光速，北台顶海拔3058米，

测量结果显示，在高山上光的传播速度与地表没有差别.

人们在高空也测量过光速，测量值和地表是相等的.

这就是说，在高山上无形态物质相对于地表有漂移；但是，高山上无形态物质的密度与地表没有明显差别.

4. 2. 3 光 行 差 现 象

……

x

0

在地球上，用望远镜观测遥远的任意一颗恒星，发现在地球轨道的不同位置上，我们用以观测的望远镜方向在一年内有周期性的变化.

在实际观测中，这个最大的角约等于弧度.

物理学家们用“以太”的思想来解释光行差现象，得出的结论是地球相对于“以太”的海洋以 在运动，也就是说地表上有的“以太风” .

这和地表上的迈克尔逊—莫雷实验的零结果是完全矛盾的.

……

现在我们能很自然的理解光行差现象.

如图4. 1，假如恒星发出的光以

速度垂直于地球的轨道平面射来；

地球带动着它表面的无形态物质相对

于宇宙空间以速度运动. 

当光在远离地球的宇宙空间中传

播时，地球的运动对远处的总无形态

物质影响非常小，可以忽略. 恒星发

出的光在宇宙中将依然以速度垂直

于地球的轨道平面射来；由于地球相

对于宇宙空间以速度运动，在地球

上观察，光相对于地球有个反相的速度；所以，在地球上观察，光是从向前倾斜a角的方向射来的.

从图上可以看出，观测方向与原传播方向夹角a 的正切值为

把地球的轨道速度和光速带入，会得出这个最大a 角约等于 弧度.

以上解释与观察事实符合得很好.

4. 2. 4 艾 里 实 验

……

既然水可以带动光，那么把望远镜中灌满水，人们推断将会看到与无水时不同的光行差现象.

在1871年，艾里在望远镜中灌满了水，可是艾里仍然观察到与无水时一样的光行差现象.

在以太的框架下，艾里实验和光行差现象、斐索实验等又产生了矛盾！

……

现在我们能很自然的理解艾里实验.

如图4. 1，当把光行差实验的望远镜中灌满水后.

注意，因为水并没有相对地球运动，水的存在只是使望远镜中总无形态物质密度比无水时大了，总无形态物质相对于地球仍是静止的.

光进入地表附近的物质空间后，水的存在并不会影响它的传播方向. 所以仍能观测到与无水时相同的光行差现象.

4. 2. 5 双 星 现 象

……

前面我们介绍了双星现象，人们通过

对遥远的恒星进行观测，来判断光速是否

依赖于光源速度，发现双星系统都很正常，

从来没有看到过“魅星” ，进而判断出光

速与光源的速度无关.

……

我们说无形态物质是光的传播媒质，光速与光源速度无关.

下面我们来分析一下双星现象.

如图4. 2，在星球附近，总无形态物质会受到星球运动的带动；所以，当光在星球附近传播的时候，从a、b点发出的光相对于宇宙空间的速度是不同的，但是光在星球附近传播的时间很短.

在遥远的宇宙空间，总无形态物质不会受到星球运动的影响；当光在辽阔的宇宙空间中传播的时候，从a、b点发出的光相对于宇宙空间的速度是相同的.

所以我们观测的双星系统都很正常.

4. 2. 6 电 磁 波 的 延 迟

地球上的观察者使电磁波从离开太阳最近的表面（）往复传播，也使电磁波从离开太阳较远的空间（）往复传播，（发射到太阳系内的行星水星或金星上，然后反射回来. ）在地球上计量它们往返时间的时间差，发现在太阳附近传播的光在时间上会延迟.

……

为什么会这样呢？现在我们很好理解.

由于太阳附近的无形态物质密度较大，电磁波在太阳附近通过时速度较慢；

在离太阳较远的空间，无形态物质密度较小，电磁波的速度较快.

所以，在太阳附近传播的电磁波在时间上会延迟.

4. 2. 7 萨格纳克效应（sagnac效应）

1911年，Sagnac发明了一种可以旋转的环形干涉仪。实验原理如图4.3所示. 将同一光源发出的一束光分解为两束，让它们在同一个环路内沿相反方向循行一周后会合，然后在屏幕上产生干涉.

图 4.3

萨格纳克效应中条纹移动数与干涉仪的角速度和环路所围面积之积成正比。

下面我们对萨格纳克效应从一个全新的角度来理解一下。

如图4.4所示,为简单起见，我们不妨假定该环路是半径为 的圆，并假定干涉仪是作顺时针方向的定轴转动，角速度为. 由于干涉仪的运动不会影响地表总的无形态质的状态，总无形态物质相对于地表是静止的.

环路本身相对于地表的线速度为，顺时针转动；从干涉仪所在的转动的参考系中看，无形态物质相对于环路的线速度为，逆时针转动；顺时针方向和逆时针方向的两束光相对于环路本身的线速度分别为

环的周长为，因而两束光在环中运行的时间差为

略去二级微小量，得

（4.12）

光程差为

（4.13）

因而与上述的光程差对应的条纹移动数目是

（4.14）

可见，萨格纳克效应中条纹移动数与干涉仪的角速度和环路所围面积之积成正比.

萨格纳克效应已经得到广泛的应用，光纤陀螺已成功地用于航空、航天等领域，是近20年发展较快的一种陀螺仪。

对于光纤陀螺仪，光在介质中传播，其传播速率与介质的折射率有关，也与介质的切线速率有关. 这时我们如何理解萨格纳克效应并得到符合事实的公式呢？

如图4.5，设光纤线圈半径为R ，光源和探测器均置于A 处. 装置相对地表空间以角速度沿顺时针转动，环路本身的线速度为.

光纤会带动其内部的总无形态物质顺时针转动，根据对斐索实验探讨的相关公式可知，总无形态物质相对于地表的线速度为

从干涉仪所在的转动的参考系中看，光纤内总无形态物质是逆时针转动的，总无形态物质相对于干涉仪的线速度为

（4.15）

光相对于总无形态物质空间的传播速度是衡定的，所以顺时针方向和逆时针方向传播的两束光相对于环路本身的线速度分别为

两者的时间差为

略去二级微小量，得

（4.16）

可见，在介质中我们从理论上所得的结果也完全符合事实。

环路包围的面积是 ，因而上式可改写成

(4.17)

所得结果与真空中的表达式（4. 12）相同.

对应的相差

式中， 为激光波长， 为激光在介质中的波长，为激光在介质中的速度.

如果光纤圈绕有N匝，其相移变化为

因此，利用光的干涉原理测出后，即能求出转速 之值.

我们很好的理解了光纤陀螺仪的萨格纳克效应.

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