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光的红蓝移与光速恒定间的矛盾可充分证明相对论的基石不牢固

(2012-02-22 14:20:10)
标签:

杂谈

作者:彭晓韬
                              (2011.06.09)
  
  摘要:我们知道:与静止光源不同,运动光源发出的光会随着光源相对于观测者的运动方向发生红移或蓝移,而相对论的基石是光速恒定。本文就以实测结果表明的运动光源的光会发生红移或蓝移来探讨光速恒定假设的合理性及可能对相对论的影响。
  大量实测结果表明:运动光源所发出的光与静止光源比较,其光波频率会随着其运动方向的不同而发生红移(频率降低)或蓝移(频率增高),即当光源朝观测者运动时会发生蓝移,而远离观测者时会发生红移。也就是常说的多普勒效应。红移或蓝移量的大小又与其相对观测者的运动速度有关,速度越高、位移量越大(频率变化幅度越大)。正是由于多普勒发现:河外星系的光均为红移且离地球越远的星系其红移量越大,从而得出了宇宙是由137亿年前的一次大爆炸所生成的结论,即宇宙大爆炸理论。
  相对论的基石之一是:光速恒定假设,即无论光源是静止的还是运动的,其发出的光的速度均为C(真空中约为30万公里/秒)。
  那么为什么运动光源的光会发生红移或蓝移呢?红移或蓝移对光速恒定假设有何影响呢?
  我们知道:频率、波速、波长三者有着密切的联系。即:频率=波速/波长。上面已经说明了运动光源发出的光会红移或蓝移,也就是频率会增高或降低。那么,导致频率变化的原因无非有两种可能:要么是波速变化,要么是波长变化。
  从相对论光速恒定假设出发,波速是不发生变化的。那么只能是波长发生了变化。由于光源朝观测者运动时光发生蓝移,即频率增高,则在波速不变时要求波长缩短;而光源相对观测者远离时光发生红移,即频率降低,则在波速不变时要求波长变长。
  然而,无论是在运动的光源所在的参照系中,还是在观测者所在的参照系中,波长就像一把标准尺应该是不会随着相对观测者运动方向的变化而变化的。即两个参照系中的波长单位(尺)可以不同,但在同一参照系中的波长单位(尺)应该是相同的。更不能因为运动光源相对于观测者的运动方向不同而采用两种完全不同的波长体系(前者要求波长缩短、后者要求波长变长)。
  下面我们用一个假想的试验来进一步论述上述问题:
  假设有一列列车高速行驶在位于观测者旁的铁轨上,其上有只发着黄光(列车静止时)的灯。当列车从远方驶向观测者时,观测者发现灯发出的光有点偏蓝;而当列车驶过观测者所在位置瞬间,灯的光与其静止时相同,为黄色;随着列车的继续行驶,列车远离观测者,此时观测者发现灯发出的光有点偏红了。在此过程中,观测者所在的参照系中的波长单位并未发生变化(其波长单位也不可能因为列车相对于观测者所在位置的相对变化而变化)。同时,由于列车是在匀速运动中,其上的波长单位也不会发生变化。由此可见,光波频率的变化不可能是由于波长变化而导致的。因为无论你使用观测者参照系中的波长单位还是使用运动光源参照系中的波长单位,都不能解释红移或蓝移。那么按照上述频率、波速、波长三者关系,可得出结论:频率的变化只能是光源相对与观测者间的速度变化引起的。
  从以上叙述可以得出结论:运动光源发出的光的波速不仅不是恒定不变的,而且与运动方向与速度大小密切相关。我们绝对不能为了保持光速恒定而把本应不变的波长变来变去——只是因为你相对运动光源的靠近与远离而一会要求其变长,一会要求其缩短。
  另一方面,如果相对论是正确的,则由于运动光源所发出的光的速度与其运动速度、方向无关,任何情况下均恒等于C,从而运动的光波波长(把光波波长看成一把以光速C运动的标准尺)也恒定不变。那么,在光速与波长均不变化的情况下,频率也不应该发生变化,也就不应该出现红移或蓝移了。但不可否认的事实是:运动光源发出的光确实会发生红移或蓝移。那么我们必须在如下三者中作出选择:
  1、  光速不变、波长随光源的运动方向与运动速度大小变化;
  2、  波长不变、光速随光源的运动方向与运动速度大小变化;
  3、  波长和光速均随光源的运动方向与运动速度大小变化。
  以上那一种情况最为符合现实情况呢?在远低于光速的日常生活中,第二种情况更符合速度叠加原理!

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