對光的認識

李天尚

摘 要：在光速測量工作中，人們普遍的觀點是光源只發出一種速度的光，而人眼睛可以看到各種速度的光。這導致狹義相對論的誕生。而另一種被長期忽略的情形是光源發出各種速度的光，而人眼睛只能看到一種速度的光。用這種觀點解釋了，對建立狹義相對論至關重要的雙星觀測結果。

關鍵詞：光速；光源；眼睛；相對論

1、關于光速

光是既普通又神秘，既熟習又陌生的自然現象。

一個陌生的對象，要測量其速度，我們首先必須要做一些假設（無論有意識的或無意識的）。

假設1 對于發光方，假定只發射一種速度，用A表示；發射多種速度，用A’表示。

假設2 對于接受方（人眼睛），假定只接受一種速度的光，用B表示；可接受多種速度，用B’表示。

如果我們進行光速測量，就會出現4種情形：AB，AB’，A’B，A’B’。我們分別探討每種情形：

AB出現的可能性很小（小概率事件），可忽略。

A’B’出現的情形。這會測出多種光速。實測只測出一種光速，這種情形被排除。

AB’出現的情形。也就是光源只發出一種速度的光，人眼睛能看到多種速度的光。這是光速測量者們的觀點，也是一種普遍的觀點，（無論是齒輪法，旋轉鏡法，羅默法，布雷德利法，等等[1][2]）。而且眾多實驗都證實了這個速度是一個定值，用C表示。無論光源運動與否，這個值是不變的。這一點被愛因斯坦認為是一個基本原理（光速不變原理）；再加上一個相對性原理，愛因斯坦創造出了狹義相對論。

我們來看看另一種可能出現的情形，即A’B出現的情形。這是光源發出各種速度的光，而人眼睛只能看到一種速度。這種情形長期以來被忽略了，我們認為這也許恰恰是實際出現的情形。

用這個觀點可以解釋，對建立狹義相對論[3]有重要意義的雙星觀測結果。

2、雙星觀測

距地球遙遠的兩顆星，繞其中心做圓周（近似）運動，如圖（雙星示意圖）[4]：

雙星示意圖

我們觀測到的雙星運動，是很有規律的，且遵守星球運動的開普勒定律。

可是，這卻是經典理論解釋不了的。我們來分析一下。假定光速用C表示，當s1星向著地球方向運動時（假定其線速度是v），對地球而言其發出的光速是C+v；，而s2星此時背向地球運動，其光速是C-v，這樣的兩顆星，其運動是毫無規律的[4]。也就是說，經典理論，無法解釋雙星觀測結果。

狹義相對論認為，光速是一個常數，和光源運動無關。這就解釋了雙星觀測結果。

下面用A’B的觀點解釋雙星觀測。

A’B認為，光源發出各鐘速度的光。這是光源靜止時，發出光的速度分布

…，C-2，C-1，C，C+1，C+2，…

我們看到的是以C速運動的光。

當光源以+v速度運動，不失一般性，假定V=1，光的速度分布是

…，C-1，C，C+1，C+2，C+3，…

當光源以--v速度運動時，光的速度分布是

…，C-3，C-2，C-1，C，C+1，…

也就是，無論光源怎樣運動，我們看到的是以C速運動的光（這應叫做視光速不變），這就能解釋了雙星觀測結果。

3、討論

3.1AB’是目前科學界及大眾承認的情形，并由此導致狹義相對論的誕生。

3.2光速不變，作為一個原理提出來，當初并沒有排除各種可能情形，比如說，A’B的情形。

3.3A’B是被長期忽略的情形。我們認為，雖然沒有新的證據證明這種情形就是觀測結果，但這卻是一個絕對不能忽略的情形。否則，人類建立的科學大廈就是不完美的，也是無法令人信服的。

參考文獻

[1]近代光學[M].電子工業出版社，鄭玉詳 陳良堯，2011

[2]光學[M].高等教育出版社，母國光 戰元齡，2009

[3]現代物理概論[M].中國計量出版社，夏兆陽，2004

[4]狹義相對論實驗基礎[M].科學出版社，張元仲，1979