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动体电磁理论16.‘以太’空间存在的理论依据及观测方法

肖军 （xj5107@163.com）　上传2007.12 访问145

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科学的宗旨就是提供宇宙的真实写真 。

--------列宁

在狭义相对论创立之前，根据麦克斯韦电磁理论及光波传播规律得知，在真空中应有一种做为光波传播载体的 “ 以太” 物质，光波只有相对以太的传播速度才是 。

为了观测地球相对以太的绝对运动速度，在 1887年，迈克尔逊——莫雷做了一项著名闭合光路干涉实验。按照理论推算，实验完全可以观测到地球的绝对运动速度。可是，出乎人们的预料 ,实验竟给出与理论不相符的零结果,对此矛盾应做何解释呢 ?

迈克尔逊 ——莫雷闭合光路干涉实验如图1所示。假若实验装置的绝对运动速度为 ， 、 两点间距为 ，

图l 闭合光路干涉实验 并用 表示矢量

的单位矢量，用表示光波在 、 间相对以太的传播速度。

* 发表于<中国学校教育与科研 >，中国农业科学技术出版社，2003． 2

依据经典绝对时空理论易导出，光波在、 间往返一次传播

时间是

(1)

不难看出，(1)式在保留至 项后，若能得到与实验零结果相一致的理论结果。也就是能够证明时间 与 的空间取向无关，则应有

(2)

而不是。把（2 ）式代入（1）即可证得

由此可见，实验的零结果与存在绝对静止以太空间并非矛盾，只要放弃光速不变假设，实验的零结果还是在经典绝对时空理论的预料之中。

以往在讨论电磁波的传播规律时，曾得到平面电磁波在空间中的传播速度与光源运动速度无关。并有如下特点：

1 ．是横波， 和 垂直于波矢 ，且 ；

2 ．电磁波能量是以能流密度 ()形式沿 方向传播，其传播速度 。

其实，上述特点仅适用于静止光源辐射的平面电磁波。对于运动光源辐射的平面电磁波，其 和 已不在垂直于波矢 ，因此将有 和 ，并且满足

(3)

很明显，对于和 均不为零情形，若设

(4)

其中是待定系数。由(3)式仍能得到具有平面电磁波解的波动方程

(5)

上式与由和 得到的波动方程形式相同，所不同的是其波前在空间中的传播速度 已不再恒为 ，而是多了一个因子 ，即有

(6)

表明在光源运动情形时,电磁波的能流密度 与波矢 不再是同一方向，涡旋电场 和涡旋磁场 均与能流密度 正交，涡旋电场 与波矢 不再正交，涡旋磁场 与波矢 正交，

图2

见图 2所示。因此，若用能流密度矢乘以

(7)

两边，则可得到

(8)

其中 ； ； 是能流密度 的单位方向矢量。由于 的方向恒与 同向，所以有

(9)

于是，由（9）式可知

(10)

可见，若取

理论上由式(10)就能得到 (2)式结果，这足以证明式(2)与麦克斯韦电磁理论相容。事实上，仅根据波动方程的形式与光源运动速度无关假设可以直接导出式 (2)结果。

同是根据迈克尔逊——莫雷干涉实验的零结果，爱因斯坦得出的结论与上述完全相反，他在假设光速不变的基础上，认为实验的零结果与存在绝对静止以太空间相矛盾。如果爱因斯坦结论正确。在解释图 1实验的零结果时，还得引人以下两个怪异假设：

1 ．光波在真空中相对观测者的传播速度恒为 ，与观测者及光源的运动状态无关。

2．相对观测者以速度运动的实验装置，在运动方向上按 比例发生收缩。

迄今为止，真正能够接受这两个怪异假设的人寥寥无几，除爱因斯坦本人之外，其他人都是因为找不到更合适的理论解释而被迫接受罢了。爱因斯坦的理论实际上是错误的理论，他仅依据闭合光路干涉实验的零结果就 做出客观上不存在绝对静止以太空间的结论不能成立。因为当用他的理论分析非闭合光路干涉实验时，无论如何也得不到与否定以太空间假设相容的零结果。

图2就是一个非闭合光路干涉实验示意图，其中两条相干光线必须是分别来自两个独立光源，假设这两条光线可以产生稳定的干涉条纹，当实验装置相对爱因斯坦以速度 运动时，爱因斯坦利用他的两个怪异假设和光速不变假设无论如何也不能证明干涉条纹移动量与实验装置的空间取向无关，这意味着爱因斯坦理论并不能否定存在绝对静止以太空间的假设。

爱因斯坦在创立广义相对论时就已经意识到，“ 没有以太的空间是不可思议的，因为在这样的空间里，不但光不能传播，而且标尺和时钟也不能存在。” (2) 式的导出意味着客观上存在绝对静止的以太空间。那么，如何观测地球相对以太空间的绝对运动速度呢 ?利用(2)式可证明，包括图1在内的任何闭合光路干涉实验都不能观测到地球的绝对运动速度，只有用类似于图 2非闭合光路干涉实验，才能观测到地球的绝对运动速度。但受光源发光机理的限制，在可见光波段内，图 2两个独立光源发出的光波还不能实现稳定的干涉，因此，也就谈不上观测条纹移动或绝对运动。不过。利用微波做非闭合光路干涉实验还是值得一试。

早在20世纪 40年代末和50年代初，人们根据光学干涉原理


华东师范大学马龙生教授带领的科研团队率先实现光场时 -频域的精密控制和光谱的超灵敏探测。在我国首先研制出飞秒激光光梳，证明了光学频率合成可达到 10的-19次方；在国际上首次将独立的两台飞秒激光实现位相锁定，首先观察到两台飞秒激光之间的干涉；首次演示了两个超短光脉冲可相干合成一个新的光脉冲 .

注：这为 两个独立光源发出的光波实现稳定的干涉实验带来希望。

已制成了多种类似于非闭合光路的射电干涉仪。其中最简单的一种是双天线射电干涉仪，它的原理是在地球东 西方向分别安置两个

天线，接收录制位于地球上的同一单频信号，然后把录制好的信号转换为中频信号和视频信号，再由处理机对两个“数据流”做相关处理。则可得到干涉条纹，通过观测干涉条

图2 非闭合光路干涉实验图 纹随地球周日运动的变化，就能知道地球的绝对运动速度。

地球绕太阳是以的速度公转，本身还有自转。地球在黄道面上投影类似一个转动平台，若在这个转动平台的边缘上，也就是沿东西方向在地球表面上安装两台接收天线和一个单频射电源，如图 3所示，并把地球绕太阳公转速度视为地球相对以太的绝对运动速度，当地球绕自转轴转动一周后，因两接收天线的空间取向相对 的 方向也转动一周，这可使两路信 图3 双天线射电干涉实验

号干涉条纹产生日移动量为

(11)

式中是两天线间的距离；是单频射电源辐射的射电波波长。若取 ， ，并把地球公转速度 和光速 代入 (11)式，理论预计实验应观测到的条纹日移动量为，这一理论结果期待实验予以证实。

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2010.01.12　大地震与特殊人体感应 8.16KB