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动体电磁理论9.光速不变假设并非被实验所证实

肖军 （xj5107@163.com）　上传2007.12 访问132

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我们总要投身到未知的沉渊里去，向它探索新奇，不管是地狱，还是天堂 。

---- 波德莱尔

自从爱因斯坦提出狭义光速不变假设以来，为检测光源运动能否影响光波在空间中传播速度已做过各种实验，尽管实验都能证实波前沿光源运动方向上的传播速度与光源运动速度无关，但这不能说明光速不变假设已被实验所证实。在非光源运动方向上，迈克尔逊——莫雷干涉实验和下面将要讨论的实验都能给出与光速不变假设相反的结论。

1 、天体的超光速运动现象

天文学家在观测河外天体的时候，曾发现有许多双源结构天体其横向分离视运动速度有超光速现象，这种超光速视运动现象实际是一种假象，它是由于天体辐射的光波其波前在空间中传播速度与天体运动状态有关导致的一种视运动速度失真现象。若用 表示运动天体辐射的光波其波前在空间中的传播速度，用 、 分别表示天体视运动速度和真实运动速度，并假设 与天体真实运动速度 有关。通过考虑运动天体在两不同时刻辐射的光波到达观测者时的传播时间差，则可证得 和 间有关系式

（1）

* 发表于《中国学校教育与科研》，中国农业科技出版社， 2003，3

式中 是视线方向与天体真实运动速度 间的夹角 ;是天体到观

测者间的距离 ;.很明显，天体的视运动速度 和真实运动

速度 间存在有表 1类似透镜关系的结果。从下表易看出，只要及，在 远小于光速 情形，天体的视运动速度 就会远远大于光速 。


 真实运动速度
视运动速度

 与间方 向
 值













相反
相反
相反

相同
 *




相同
 *

若要大于，其 就不能恒为零，这意味着光速 是与光源运动速度 有关，但其关系并非满足伽利略速度合成公式：

（2）

以速度运动光源辐射的光波其波前沿单位矢量 方向上在空间中的传播速度与源速 间的关系可以这样导出， 设光源相对静系静止时辐射 个波数所需时间为 ，则在 时间内波前离开光源的矢距是 ，并有

（3）

式中;；和 分别是静止光源辐射电磁波的波矢和波前沿 方向上在空间中的传播速度。

如果光源相对静系以速度 运动时辐射 个波数所需时间是 的 倍，在 时间内波前离开运动光源的矢距则是 ，并满足

(4)

其中

(5)

，和 分别是运动光源辐射电磁波的波矢和波前沿 方向上在空间中的传播速度。很明显， 是波前相对静系传播 距离所需时间。若令 ，(5)式也可写成形式为

（6）

根据电磁波波动方程的形式与光源运动速度无关假设， (5)、(6)两式应满足

(7)

也就是应满足

（8）

把(5)、(6)两式代人 (8)式，则知

（9） 从 (9)式看出，如果，仅有在 时，才能得到

(10 ）

若要在其它情形下也能得到(10)式结果，就必须有

(11)

成立。

将(11)式代人(1) 式易证得，只要天体是做变速运动，即使天体的真实运动速度 远小于光速 ，天体也可以有超光速视运动现象产生。相反，若是 ，就不可能合理解释天体的超光速视运动现象。因此，天体的超光速视运动现象应看做是否定光速不变假设成立的一个证据。

2 、特鲁顿——诺贝电磁实验

在1903年，特鲁顿 ——诺贝利用一个可自由转动的定向充电平板电容器做过检测地球相对以太空间绝对运动速度的实验。人们普遍认为，如果地球有相对 “以太”的运动，带有异号电荷两极板电容器就应有趋向于平行运动方向上的转动。其实，这种认识不仅与实验不符，也与理论不能相容。从能量守恒角度来考虑，特鲁顿实验的零结果应看做是证实电容器两极板间电磁场总的能量与极板相对以太运动速度无关，由此结论也能够导出（ 11）式结果。

当电容器相对以太空间静止时，两极板间仅有电场 ，其能量密度 为

(12)

当电容器相对以太空间以速度运动时，两极板间存在的电磁场分别是 和 ，因此，运动电容器的极板间总的电磁场能量密度 应为

(13) 显然，特鲁顿实验的零结果若能在绝对时空理论框架内得到解释，并与能量守恒定律相容，其 就一定满足 ，也就是有

（ 14）

依据(14)式，运动光源辐射的与波矢 垂直的横向电场应是 ，而不是 。对于横向电场 ，因其能够激发横向磁场 ，并满足

(15)

其中;。所以由 (15)式可导出

(16)

而不是，否则将会得到的错误结果。可见，特鲁顿 ——诺贝电磁实验零结果也应视为否定光速不变假设的实验证据。

3 、光子的静止质量

我们知道，能量为的光子具有动质量 ，其中 是静止光源辐射的电磁波其波前在真空中的传播速度。如果光子在空间中的传播速度 小于 ，光子将具有静止质量 为

(17)

把(11)式代入(17)式，则可得到运动光源辐射光子具有的静止质量为

(18)

式中是空间媒介折射率。很明显，仅有运动光源辐射的光子或光子在非真空中传播时，才能形成具有静止质量的光粒子。目前发现的数百种具有静止质量的激发态粒子都应该视为支持 (3)式成立的证据。

4 、氢极隧射线实验

实验是把以速度 运动的氢离子做为运动光源，通过观测运动氢离子沿与 成 角方向和沿角方向上辐射电磁波的波长，则可知道这两背向传播电磁波波长的乘积与观测角之间的关系，实验若证实两波长的乘积与观测角 变化有关，则可肯定光速不变假设成立。相反，若实验证实两波长的乘积是与观测角 的改变无关，实验结果就应看做是支持(11) 式成立的证据。

1938年，Ires—Stuwell 所做的氢极隧射线实验与上述实验有区别，他是把沿 角方向传播的光线用反射镜反射 后，在同一侧同时观测两电磁波的波长，从而可得到两波长的平均值 ，如果光速不变假设成立，观测到的 值应符合下式

（ 19）

其中 是氢离子静止时辐射电磁波的波长。如果 (11)式成立，观测到的 值就应符合

（20）

Ires—Stllwdl所做的实验是观测角 约为 时的结果，对于此角度而言，实验结果也并非与 (20)式相矛盾。实验若能测出（19 ）和（20）两式的差异，就必须在 一定时验证与 之间的关系，而不是在较小时验证 与之间的关系。否则，就不能说光速不变假设已被实验所证实。在观测角或 较大时，有迹象表明，实验结果与(19)式结果存在有明显差异 ，这种差异能否由(20)式的第三项来解释，还要等待实验证实。

在1957年 1月于北加罗立纳大学（University of North Carolina）召开的“万有引力在物理中的任务”会议上所提出的一篇报告中，威登（ L.Witten）注意到在高速时，伊荷司和司蒂尔威尔的多普勒移动的实验结果和相对论计算之间存在明显差异。

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2010.01.12　大地震与特殊人体感应 8.16KB