光速之迷及谜底

（第二稿）

王飞

摘要：Sagnac效应和迈-莫实验可以证明：地球表面光速并非相对论所认为的那样不变，但也不是我们想象的那样大。这一现象的原因是地球对光媒体的拖动，但这种拖动的方式不同于通常的理解。在纯粹的真空中，没有绝对惯性系，也没有与它相对的非惯性系，物质的存在状态决定了绝对惯性系的位置，这样，光媒体也就暴露了其场物质的本质。

关键词：光速，Sagnac效应，以太，光媒体，绝对惯性系，引力场，电常

尽管相对论存在一些与其基本假设相抵触的现象，由于牛顿的绝对空间也同样存在问题，这使理论研究陷入困境。运动要么是绝对的，要么是相对的，物理界不能接受全盘否定的状态，只有等待一个新的理论体系出现后，问题才可能真正解决。

相当数量的反相人士希望重新确立 “以太”的假说。但是，“以太”的质量非常微小，空气却不能够拖曳，非地球这样的重量级才行。“以太”若可拖动，说明“以太”与地球有力作用，对地球而言，这种力肯定是阻力，地球为此减速。因此，以太不可能是未知的任何物质。

如果不存在“以太”，加上不同的一般惯性系间天然的平等性，导致在任一惯性系中光速不变现象都可以在其它惯性系中同样成立，必然导致相对论的产生。

大多数反相者认为：“以太”是光媒体并被地球牵引，即“以太”相对地球静止（地球表面），这样可以很好地解释迈克耳孙-莫雷实验。现在光纤陀螺测量到地球转速，可见“以太”并非相对地球静止。有人因此提出地球只带动“以太”公转而不自转。但是，即便是这样，“以太”相对地球旋转，地球表面也存在几百米/每秒的“以太”风，就算迈-莫实验测量不到，其后的精密实验也该测到。况且地球可以完全带动“以太”公转，却没有一点能力带动“以太”自转，在逻辑上难以维系。可以说到目前为止的实验基本排除了这一可能，反相者陷入困境。

那么，主流的相对论可以解答吗？事实上Sagnac效应并不买它的帐。

1911年萨格纳克（Sagnac）发明了一种可以旋转的环形干涉仪。干涉仪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。这就是萨格纳克（Sagnac）效应。为了方便研究，我们采用方形的Sagnac干涉仪（图1）。

Vm ——光媒体由于地球自转，而可能相对地表的运动速度

Ve ——地球自转速度方向

方形干涉仪环面平行于地球自转平面，并与地球相对静止。方形环上下两线段平行地面，左右两线段垂直于地球转轴。可以看出左右两线段间光束正反运动时间相同，在后面的分析中将略去。我们已经知道Sagnac效应可以测地球自转，也就必须承认在方环内正反方向的光程不同。由于上部线段高于下部线段，地球自转加于它的Vm也就高于下部线段。顺时针光束右向运动发生在上部，逆时针光束右向运动时发生在下部，可以简单判断，顺时针光束右向运动时要较逆时针光束在右向运动时走更少的时间。同理，顺时针光左向运动时要较逆时针光左向运动走更少的时间。这说明，光束在地球表面不同高度的回路光速可以不同。至于等高线不同方向的回转光速的不同还要证明么？

但是，如此铁一样的事实为何不能被迈-莫实验及类似实验测量到？当然不能说所有的实验精度太低、都错了。Sagnac效应和迈-莫实验可以证明的是：地球表面光速并非相对论所认为的那样不变，但也不是我们想象的那样大（图２中Vm’）。下面的解释可能不正确，但图２中Vm’的大小及梯度分布的状态是有依据的事实。

我认为造成这一现象的原因是地球对光媒体的拖动（图２）。

Vm ——光媒体由于地球自转，而可能相对地表的运动速度

Vm’——光媒体相对地表的真实运动速度

Ve ——地球自转速度方向

Ve’——由于地球自转，地表光媒体被地球拖曳的速度

这种拖动的方式不同于通常的理解。在地表以下，由于地球物质的强势，使得光媒体的大部分被拖动。直到接近地表附近，地球物质的强势逐渐减弱，因此，并不因为高度的增加，而对光媒体的拖动同步增加，造成地球自转中心地表化。地表的Vm好象被统一切掉一部分，留下可以产生Sagnac效应却不易被迈-莫实验发现的较小Vm’（该线速是光媒体相对地表的真实运动速度）。

但是，地球自转对于地面的线速度不过几百米／秒，地球绕日公转速度大约为30Km/s，加上太阳绕着银心250Km/s的公转速度，地球的拖动又如何逃避迈-莫实验？我想地球还没这么大的能力，不过大家不要担心，太阳的自转（与地球公转同向），以及银河系的整体公转，避免了地球和宇宙冲击的巨大风险，却留给我们难以理解的秘密。

图2中，地表光媒体被地球拖曳的速度随着离开地球的距离逐渐减小，此图为示意，真实数据要等实验后。另外，地球公转的影响，会使实验结果与图2有一定偏离。

上述光媒体是指电场或引力场之一，这取决于光的本质是电磁波还是引力波。上述的光媒体被拖动，严格来说是宇宙一切相关场物质在该处的叠加（运动），最终影响该处光媒体的速度及方向。由于地球场物质对外界的叠加随着距离的增加，最终会趋近零，因此，在地球上空某处可能发现光纤陀螺仪测量的地球自转速度大于真实情况，反过来在地下则可以测到小于地球自转速度的数值（图3）。

Vm ——光媒体由于地球自转，而可能相对地表的运动速度

Vm’——光媒体相对地表的真实运动速度

Ve ——地球自转速度方向

Ve’——由于地球自转，地表光媒体被地球拖曳的速度

相对论声称运动是相对的，但是，相对论却承认有惯性系与非惯性系的区别，惯性系与非惯性系之间没有相对性，更谈不上什么平权。实际上，相对论隐含着在真空中有一绝对惯性系，相对该绝对惯性系旋转的坐标系均为非惯性系。相对论并没有彻底否定牛顿的绝对时空。

那么，是否在宇宙真空中存在这个绝对惯性系？我认为真空不可能具有左右物质运动的能力。无论真空围绕物质旋转，还是物质相对真空旋转，真空都不能因此给物质以力的作用。纯粹的真空具有各向同性的特点，如果真空能建立了一个绝对惯性系，理论上它必然同样可以在其它方位建立另一个绝对惯性系，并且两惯性系还可以相对旋转。因此可以知道，在纯粹的真空中，没有绝对惯性系，也没有与它相对应的非惯性系，纯粹的真空中直线运动与非直线运动没有区别，任何运动都是完全相对的。

否定这个绝对惯性系是否意味着相对性原理的进一步解放？事情恰好相反，由于真空不具备绝对惯性系的生成条件，现实中又存在与非惯性系对应的绝对惯性系，这只能有一个解释，那就是：物质的存在状态决定了绝对惯性系的位置，物质能够远距离控制的唯一途径就是物质的各种常因此，宇宙中各个天体的物质场在空间的叠加（含速度）形成了绝对惯性系，该惯性系在宇宙中并不统一，甚至空间每个点的绝对惯性系都不完全相同。

没有统一标准的世界是否会发生混乱？物理赖以立足的大地摇摇晃晃，理论又如何去指导实践？事实上没有我们想象的那么糟，虽然空间每个点的绝对惯性系都不同，但是，在一定空间内这种差异不大，不会对一般计算带来困难。这不是相对论所说的高速与低速的不同，差异始终存在，只是在精度要求不同时才会显露。绝对惯性系就象大海，没有完全平静的港湾，但是，她并不能阻止物理前进的风帆。

作为旁证，“牛顿桶”是一个很好的例子。马赫在19世纪对牛顿用水桶转动实验证明物质进行的运动是绝对运动提出了质疑。马赫认为：水桶中的水转动时水面出现凹陷，是因为水面相对于宇宙中无数的恒星和天体有转动而引起的结果。他认为物质的惯性并非自身的属性，它是宇宙中其它物质对该物质作用的总效应，脱离其它物质，物质的惯性将失去意义。在这里，“牛顿桶”相对宇宙中无数的恒星和天体转动，与宇宙中无数的恒星和天体相对“牛顿桶”转动，对“牛顿桶”效应来说是等价的。表面上的运动相对性却不能掩盖这样的事实：空间相对与“牛顿桶”旋转不可能产生“牛顿桶”效应，“牛顿桶”效应是物质的。“牛顿桶”效应只发生在“牛顿桶”上，而不会发生在宇宙中无数的恒星和天体上，在理论上是平等的，但是由于质量差距太大，就象踹地球一脚，地球没有发生可观察的运动一样。正因如此，运动效应只发生在质量相对小的物体上，运动效应显示了绝对静止系的存在。

在这里，绝对静止系不再是宇宙物质空间位移的绝对参考，而仅仅是由于运动而发生运动效应的原因。物质空间位移的绝对参考在宇宙中可以采用宇宙背静辐射，对地面上的运动则可采用地球作参考。同样，空间位移的绝对参考并不反映运动效应的原因。

无论“以太”是引力场还是电场，作为光媒体的场物质都是可信的。场物质不能被拖曳，只能跌加，避免了拖曳带来的阻力，还能说明钢盘不能拖曳“以太”的原因，毕竟钢盘跌加的场物质十分有限。前面使用“拖动”并不准确，只是为了合乎大家的理解方式。

光媒体并不完全代表着绝对静止参照系，由于光媒体仅仅是一种场物质的现象，只能对与其场相关的物质运动起作用。不同的场物质由于作用范围不同，参与的物质性质不同，每一种场物质都拥有自己的绝对静止参照系。

那么，光是引力波还是电场波？从丁一宁先生的《光非电磁波论７中，我感到光的本质认识存在重大疑问，光之所以被认为是电磁波，主要的原因是光速与电磁波速度相同。但是，我们现在已经知道，引力波的速度也与电磁波速度相同，如果历史的发现时间正好颠倒的话，可能我们就会坚定地相信光是引力波了。

丁一宁先生对光的非电磁波性进行了否定，可惜丁一宁先生并没有重塑光本质的金身。我们不但要做错误的破坏者，还要做一个真理的建设者。下面我要举两个例子，来感受光的引力波特性。

1）每个物质都在不同程度地向外辐射红外线，即使在降温过程中也是如此。是获得能量发生迁跃，还是基本热运动的引力波辐射？迁跃说法太牵强，温度不同，分子热运动的频率不同，与热辐射的频率变化对应得很好。

2）当光进入等边直角三棱镜后，发生与镜面反射完全相同的现象如何解释？入射角关系的解释没有真正的物理意义。当光波眼看就要离开三棱镜，是什么阻止了它？是三棱镜、还是空气？这与电磁波反射的情况完全不同，若用引力波解释就会显得简单。我们可以这样认为，透明物质吸收引力波后，可以马上把引力波能量完全发射出来，但发射角与入射角有一定关系，当这种能量传递到三棱镜的边缘时，面临两个出路，选择取决于能量传递通道的通畅程度，入射角关系在能量传递通道的通畅程度中起着重要的作用。

光媒体是否为引力场并不是假设，它是可以用实验来回答的。由于不同的场物质的作用范围不同，参与的物质性质不同，每一种场物质都拥有自己的绝对静止参照系，更重要的是不同场物质构成的绝对静止参照系间不一定同步，这就为光媒体的本质验证奠定的基矗从前面的分析可以知道，光媒体相对地球表面有一定速度，但是静电相对地球静止，相对光媒体运动却没有磁场现象，可见电场绝对静止参照系与光媒体的场物质绝对静止参照系不同步。当然，要彻底证明，还需要专业研究机构，以更为严格的实验来重复证明。

但一般认为引力波的强度很弱，而且，物质对引力波的吸收效率极低，直接探测引力波极为困难。我认为困难的原因是在寻找低频引力波时发生的，如：双星体系公转、中子星自转等。我们知道，频率越低，被吸收就越困难，反之亦反。

总之，光仅仅是波，而非粒子，其速度显然不表示物质的真实运动速度，其媒体是场物质，光速相对光媒体不变，性质与所有波没有本质区别。牛顿绝对静止惯性系并非完全错误，只是作用范围、运动情况以及来源没有真正解决，相对性原理不是普适的真理，相对论整个体系完全错误。

实验方法：

从萨格纳克（Sagnac）效应的分析可以发现，光束在地球表面不同高度的回路光速可以不同，这样，光束在地球表面同一高度不同方向的回路光速就不可能总是相同。这说明迈-莫实验在理论上可以测量图2中光媒体相对地表的真实运动速度Vm’。

如何检验图2中光媒体相对地表的真实运动速度？用迈-莫干涉仪实验肯定不行。当初采用迈-莫干涉仪，是因为在理论上认为地球绕日公转速度大约为30Km/s，“以太”与地表就有30Km/s的相对速度，在这个前提下，迈-莫干涉仪的精度是可以接受的，但是，由于场物质的叠加，“以太”与地表30Km/s的相对速度已不可能，就需要更为精密的实验设备。

光纤陀螺可以测量到地球转速，一方面是依赖地球表面不同高度光媒体相对地球存在速度梯度，另一方面依赖高精度的电子测量设备（而非眼睛），再者就是光纤陀螺的光束在旋转坐标系中为单程光，单程光效应要比回程光效应高近千倍。

因此，实验可以采用光纤陀螺的高精度电子分析系统，迈-莫实验中的两方向回程光，但光路采用光纤陀螺中多匝光纤的办法，在小范围轻松实现过千米的臂长。也即实验采用单一光源通过两个相互垂直的多匝光纤，最后回到光纤陀螺的高精度电子分析系统中。实验方法大致同迈-莫实验。只是实验时两个多匝光纤必须都与地球自转面互垂直，以避免萨格纳克（Sagnac）效应的影响。

实验部分：

（1） 实验设备相对地球静止，以测量地球表面不同高度的Vm’（ 光媒体相对地表的真实运动速度）。

（2） 实验设备相对地球上的运动车辆静止，以测量地球参考系与地球上的一般运动参考系的区别，直接证明光速不变假设的错误。

（3） 直接采用角度光纤陀螺测量高空及深井中地球的转速。

对于实验（1），为了减少回程光效应的缺陷（数值微小），可以增加光纤的匝数。现代高精度光纤陀螺的光纤长度已超过千米，如为抵消回程光效应的缺陷而仅仅增加光纤长度（千倍），其前景不乐观。只能配合在较高的地方（Vm’较大）进行实验，如山顶上、直升飞机上或同步卫星中。

对于实验（2），除可以增加光纤的匝数外，可以选择速度较高的交通工具进行实验。（该实验的可行性高，因高速的交通工具很容易获取）

当然，在具体实验前都要作相应的计算，以确定需要采用光纤的匝数等相关参数，最终可以达到实验分析设备精度范围内。

王汝涌教授认为：“光纤陀螺的干涉仪是 Sagnac 干涉仪，两相反光束走的是同一光路，故很稳定，可用很长的光路。若您想用 Michelson 或Mach-Zehnder 干涉仪 (两光束走不同光路)，您必須注意到光纤受温度影响很大，一千米长的光纤是极不稳定的。” 我认为要解决该问题也不是没有可能，我们的实验并非需要一千米长的（光纤）直线距离，光纤被环绕在很小的范围内，采用隔热材料，提高实验载体速度，以及减少两次实验（相垂直的两角度位置）的间隔时间等，都能减低温度因素的困扰。当然，采用两个相同长度及结构的光路光纤，可以把温度的影响减到最低。

总之，只有上述实验才能最直接地反映光速不变的错误，不管有多少困难，我们都必须进行！

参考文献：

《光非电磁波论７ 丁一宁

《传播光的以太会是万有引力场吗？》 丁一宁

《物质场与绝对静止系》 王飞

《光速之迷及谜底》 王飞