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怎样用改造后的迈克尔逊-莫雷实验装置测出光速的变化?

(2011-01-03 23:49:17)
标签:

迈克尔逊-莫雷

光速不变

相对论

三维空间

教育

分类: 探索宇宙

怎样用改造后的迈克尔逊-莫雷实验装置测出光速的变化?

马海飞

(http://blog.sina.com.cn/gfis 201113)

著名的迈克尔逊-莫雷实验是为了证明以太的存在而设计进行的[1]。但是,得到的结果却是负的。最后不但没有证明以太的存在,相反给人们提供了否定以太存在的有力证据。然而,这个实验结果造成的影响并没有到此为止,人们还从这个结果中得出了一个“光速不变”的结论。这个结论在今天甚至几乎已经被当成了定论。可是,本人认为“光速不变”的结论是违背自然规律的。这样认为当然是有理由的。速度是一种动态现象。在自然世界中,只要是动态的现象,都不可能是永恒不变的。光速也不应该例外。而且,光线在空气中,水中和不同透明体的介质中的传播速度的确不同。这就说明光速是可以改变的。那么,为什么迈克尔逊-莫雷的实验却测不出光速的变化呢?简单分析一下原因就可以知道,事情并不是那么单纯。

迈克尔逊-莫雷实验是根据“船在河流中因为运行方向与水流方向或风向的不同而到达目的地所需要的时间不同”的原理设计的。因此,迈克尔逊-莫雷的实验装置主要是由两个水平方向交叉的长“臂”组成。这两个臂实际上是两个长度完全相等的光线通道。同一束光线从同一点出发被分成两束,各自经过这两个方向不同的通道,光线在通道末端被镜子反射回来又回到出发点,这样就可以测量光线在二条光路长度完全相同但方向不同的通道中的传播时间上是否有差别,以此来判断二者之间的光速是否不同。观测结果表明,无论光路的方向与地球的运转方向是平行还是垂直,在这样两个方向上的光速总是相同。他们的实验设计目的是为了找出光速与以太之间的关系,所以,只考虑了光速与地球运动方向上的平行和垂直关系,因此,测试装置的两条臂的摆放方向都与地球表面平行。

我认为,虽然迈克尔逊-莫雷的实验结果可以被用来否定以太的存在。但是,用这个结果作出“光速不变”的结论却非常不妥当。理由很简单,空间是三维的。迈克尔逊-莫雷的实验只能证明光速在二维的水平面上是不变的,但它并不表示光速在与地球表面垂直的方向的第三维上也不变。用二维的结果来解释三维的现象是一种“以点代面”的哲学方法,而不是严谨的科学方法。在下“光速不变”的结论之前,我们必须在这第三维的垂直方向上对光速也进行类似的测试。这个实验很简单,只要把迈克尔逊-莫雷的实验装置稍微改造一下,把它从十字形改成L形,让一个臂与地面平行,另外一个臂与地面垂直,然后再重复迈克尔逊-莫雷实验就可以了。我确信一定会得到光速可变的结果。

我之所以如此确信是有根据的。其实,重力红移现象的发现已经证明了光速在地球垂直的方向上是在发生变化的。著名的Pound-Rebka实验[2]结果实际上已经确凿地证明了光速的变化。只不过,人们为了迎合相对论,对这个结果的解读与本人不同而已。不要忘记,在相对论中,时间是可以变化的。所以,任何在自然世界中观察到的光速变化现象在相对论中都可以用“时间的变化”把它修正成为“光速不变”的结论。另一方面,从质量场的理论来看,只有当光穿越质量场不同密度层的时候才会出现速度上的变化。质量场的密度分布是球形的。密度层与地面是平行的,所以,在同一个密度层的质量场内,无论光线的传播是什么方向,都不会有差别。这就是迈克尔逊-莫雷的实验结果。只有让光线同时穿越不同密度的质量场,才有可能得到光速不同的实验结果。让实验装置的一个臂与地面平行,光线将在同一个质量场密度层内传播。另一个臂与地面垂直,光线将在不同的质量场密度层中穿行。这样才有可能测量出光线传播速度在不同方向上的不同。

按照这个设计重复迈克尔逊-莫雷实验并不难。如果这个实验得到了光速可变的结果,那么就是对推翻相对论最有力和最直接的证据。不过我也担心,在得到“光速可变”的实验结果后,也有可能也会象Pound-Rebka实验结果一样被相对论修正成“光速不变”的结论。尽管如此,我认为这个实验还是非常有意义的,非常值得做。在中国,对相对论的质疑非常普遍,所以,如果这个实验在中国做,那么对它的结果一定会有一个比较公正的解释。

参考文献:

[1] http://zh.wikipedia.org/zh/迈克耳孙-莫雷实验

[2] http://en.wikipedia.org/wiki/Pound–Rebka_experiment

 

 本文参考地址:http://blog.sina.com.cn/s/blog_63a266370100o7a4.html

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