对光的认识

李天尚

摘 要：在光速测量工作中，人们普遍的观点是光源只发出一种速度的光，而人眼睛可以看到各种速度的光。这导致狭义相对论的诞生。而另一种被长期忽略的情形是光源发出各种速度的光，而人眼睛只能看到一种速度的光。用这种观点解释了，对建立狭义相对论至关重要的双星观测结果。

关键词：光速；光源；眼睛；相对论

1、关于光速

光是既普通又神秘，既熟习又陌生的自然现象。

一个陌生的对象，要测量其速度，我们首先必须要做一些假设（无论有意识的或无意识的）。

假设1 对于发光方，假定只发射一种速度，用A表示；发射多种速度，用A’表示。

假设2 对于接受方（人眼睛），假定只接受一种速度的光，用B表示；可接受多种速度，用B’表示。

如果我们进行光速测量，就会出现4种情形：AB，AB’，A’B，A’B’。我们分别探讨每种情形：

AB出现的可能性很小（小概率事件），可忽略。

A’B’出现的情形。这会测出多种光速。实测只测出一种光速，这种情形被排除。

AB’出现的情形。也就是光源只发出一种速度的光，人眼睛能看到多种速度的光。这是光速测量者们的观点，也是一种普遍的观点，（无论是齿轮法，旋转镜法，罗默法，布雷德利法，等等[1][2]）。而且众多实验都证实了这个速度是一个定值，用C表示。无论光源运动与否，这个值是不变的。这一点被爱因斯坦认为是一个基本原理（光速不变原理）；再加上一个相对性原理，爱因斯坦创造出了狭义相对论。

我们来看看另一种可能出现的情形，即A’B出现的情形。这是光源发出各种速度的光，而人眼睛只能看到一种速度。这种情形长期以来被忽略了，我们认为这也许恰恰是实际出现的情形。

用这个观点可以解释，对建立狭义相对论[3]有重要意义的双星观测结果。

2、双星观测

距地球遥远的两颗星，绕其中心做圆周（近似）运动，如图（双星示意图）[4]：

双星示意图

我们观测到的双星运动，是很有规律的，且遵守星球运动的开普勒定律。

可是，这却是经典理论解释不了的。我们来分析一下。假定光速用C表示，当s1星向着地球方向运动时（假定其线速度是v），对地球而言其发出的光速是C+v；，而s2星此时背向地球运动，其光速是C-v，这样的两颗星，其运动是毫无规律的[4]。也就是说，经典理论，无法解释双星观测结果。

狭义相对论认为，光速是一个常数，和光源运动无关。这就解释了双星观测结果。

下面用A’B的观点解释双星观测。

A’B认为，光源发出各钟速度的光。这是光源静止时，发出光的速度分布

…，C-2，C-1，C，C+1，C+2，…

我们看到的是以C速运动的光。

当光源以+v速度运动，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，…

当光源以--v速度运动时，光的速度分布是

…，C-3，C-2，C-1，C，C+1，…

也就是，无论光源怎样运动，我们看到的是以C速运动的光（这应叫做视光速不变），这就能解释了双星观测结果。

3、讨论

3.1AB’是目前科学界及大众承认的情形，并由此导致狭义相对论的诞生。

3.2光速不变，作为一个原理提出来，当初并没有排除各种可能情形，比如说，A’B的情形。

3.3A’B是被长期忽略的情形。我们认为，虽然没有新的证据证明这种情形就是观测结果，但这却是一个绝对不能忽略的情形。否则，人类建立的科学大厦就是不完美的，也是无法令人信服的。

參考文献

[1]近代光学[M].电子工业出版社，郑玉详 陈良尧，2011

[2]光学[M].高等教育出版社，母国光 战元龄，2009

[3]现代物理概论[M].中国计量出版社，夏兆阳，2004

[4]狭义相对论实验基础[M].科学出版社，张元仲，1979