| 标题 | 《超光速现象观测》的实验设计 |
| 范文 | 范海坤 摘 要：本实验设计以麦克斯韦方程组的正确解读和光线在传播过程中遇到原子的微观描述为基础，得出速度超越c（真空中的光速）的光线可以有的结论，并给出“超速”光线的观测方案。预测的观测结果将证伪爱因斯坦相对论的理论基础假设：光速不变原理。 关键词：超光速；观测；实验设计 1 实验原理 1.1 对麦克斯韦方程组的正确解读——光速相对不变原理 通过电动力学我们知道，电场与磁场相对运动会产生电磁波，并向外辐射。电磁波的速度与电场或磁场的运动速度无关。与其它物体的运动速度无关。然而电磁波之所以会产生，电场与磁场缺一不可，亦即电场与磁场此时应当作为一个系统或说一个物体对待，其“静止”参考系坐标原点是电场与磁场交变的中心。则，对于麦克斯韦方程组的正确解读——光速相对不变原理：光线以固定的速率c离开“静止”物体。即真空中光线相对于光源的速率为c。 1.2 光线传播的微观描述 光子在前行的途中遇到物体表面的原子发生反射，或遇到介质中的原子发生折射的过程分为：①不完全受激吸收。②不完全自发辐射。描述如下： ①不完全受激吸收。 光子遇到原子时，以原子为静止参考系原点，入射光子的速度作矢量修正。原子吸收光子的能量，跃迁到“准”高能级。称为不完全受激吸收。准高能级不稳定，迅速进入不完全自发辐射过程。此过程的时间间隔在宏观上表现为光线在介质中的传播速度小于c。 ②不完全自发辐射。 准高能级原子跃回原来的能级，辐射出相对于自己速率为c的光子。此过程中原来的“快”光子的动能损失被原子获得，宏观表现为光压。“慢”光子的动能则靠降低光子的频率来补充，表现为红移。原子“吸收-辐射”光子成为“新”光源，并表现出宏观上的反射、折射规律。 1.3 光速相对不变原理的宏观描述 真空中，“静止”光源以速率c发射光线，相对于光源运动的观测者将观测到不同的光速。相对于光源运动的物体或介质，反射或折射后的光线红移，速率相对于物体或介质为c。 光线在“静止的”介质中都是以确定的速度运动，无论这道光线是由静止的还是运动的物体发射出来的。不同速率的光线在接触介质时迅速被“同化”。相对于介质运动的观测者将观测到不同的光速。 “相对于介质运动的观测者将观测到不同的光速。”这句话反过来以观测者为静止，则表现为运动的介质具有“携光”效应。已在1859年斐索的流水实验被验证。 2 实验设计 上述实验原理可知，要想捕捉“超速”光线，必须要在其被介质“同化”之前方有可能。所以实验要在真空的环境里进行。以下为实验设计及结果预测： ①真空室中垂直方向旋转的旋臂两端距旋臂中心等距离放置两个光源向对面墙壁垂直发射光线。 ②转动旋臂，两个光源发射的光线在墙壁上绘出重叠的圆形。 ③靠近旋臂垂直放置一块玻璃，使绘制左半圆的光线穿过玻璃。 ④旋臂缓慢转动时，左右两个半圆的半径相同。 ⑤加快旋臂的转动，透过玻璃的光线绘制的左半圆半径不变，直接投射在墙上的光线绘制的右半圆半径增大。 3 预测结果的分析 绘制右半圆的光线矢量叠加了光源的线速度，为“快光”。所以随着光源线速度的增大，右半圆的半径增大。绘制左半圆的光线在透过玻璃后，光速恢复正常。所以左半圆的半径不随光源速度变化而发生改变。 4 系统误差及有效观测 旋臂旋转产生的形变差异会使两个光源光线的轨迹形成一条圆形的光带。由于左右半圆均由两个光源共同绘制，所以形变差异可以不计。 在墙壁上放置感光底片，从旋臂静止到旋转至最大速度对两个光源的光线感光。 若旋臂全长32cm，光源最大线速度为200m/s，底片距旋臂30m。底片感光的右半圆光带将比左半圆光带要宽0.000013mm。 光源线速度越大，底片距旋臂越远，左右两半圆的光带宽度差异越大。 5 思辨解析 在终于完善了各项细节，完整了这个理论，我觉得——她很美。尽管尚未被实验验证，但是我的物理直觉——她，是真实的。 她完美地解决了麦克斯韦方程组在伽利略变换下不具协变性的矛盾，换一个角度才发现：原来，“绝对静止”不是在外面，不在宇宙的某一处，而是在自己。 如果非要给她起个名字，我愿称她为“还原论”。 5.1 绝对参考系——“以太” 如本文开头所述，把电磁场交变的中心为静止参考系原点，得出光速相对不变原理。 现在我们退回一步，由联立求解麦克斯韦方程组得到：无论相对于磁场还是电场，所产生的电磁波的速度是相同的。可是磁场和电场又是相互运动的，如果以磁场为原点随电磁波运动，这时在中心点观察电磁波的运动是怎样的呢？ 可以这样理解，电磁波是一种波，本身存在相变。以磁场为原点随电磁波运动，在中心点看到的是随着电磁波运动同时在此方向上下波动。反之，以电场为原点的运动亦然，只是相位相反。 所以这个结论本身并不矛盾，完整的描述应该是：无论相对于磁场还是电磁，所产生的电磁波相应的“相位”速度是相同的。相位速度相对于交变中心做超光速曲线运动，在电磁波传播方向上的速度投影等于光速。 人们一开始忽视了相位运动，认为麦克斯韦方程组只能对一个绝对参考系——“以太”成立，引入了“以太”这个概念。此时违背了奥卡姆剃刀“如无必要，勿增实体”的原则。光速相对不变原理剃掉了第一个不必要的概念——以太。 5.2 洛伦兹变换 有绝对参考系就有绝对速度，人们开始测量地球的绝对速度，太阳光迈克尔逊——莫雷实验由此诞生。 可是无论怎么测，地球的绝对速度始终为0。 洛伦兹对此现象进行解释，认为物体在运动方向尺寸变短，而我们本身随地球运动，所以无法测得变短的量。 这个解释产生了洛伦兹变换。这其实是一种不讲理的自证，科学家有时候也会不讲理。 由“还原论”可知，无论入射光线的速度为何，在经过分光镜反射、透射后都会被同化为一个速度，事实上太阳光线在入射之前就已经被地球大气同化了。 锋利的奥卡姆剃刀剃掉了第二个无用的公式——洛伦兹变换。 5.3 “尺短钟慢” 洛伦兹变换是用以补偿不存在的地球绝对速度而产生的，其中有一个时间改动没有合理的解释。 爱因斯坦思考运动系统中光程的变化，以对麦克斯韦方程错误的解读为基础，引入“运动的时钟变慢”为这个改动找到合理的解释。 仔细研究真空中运动系统中的光程变化会发现，垂直于运动方向的光程变长，平行于运动方向的往返光程不变，而返回的单程更是会变短，有悖（自我矛盾）。 这样一个“时钟变慢”的补丁引发诸多矛盾。 由还原论可知，真空中，光线矢量叠加光源的速度；介质中，与车厢共同运动的空气具有携光作用。这些推理只需要对光线传播的微观过程详加考察就可以得出，不需要引入任何的假设。 寒光一闪，第三个。 5.4 同时性在不同参考系中的非同时效应 单单说着都拗口。可是为了平息时钟变慢引起的动乱，这个必须有。 相对论的补丁就这样一个接着一个越来越多。 非同时效应立马引发另一个问题——因果律悖论。 “非同时性不会改变因果律！”科学家又开始不讲理了。 手起刀落，第四个。 5.5 光速不变 似乎有些累了，我们暂时放下手中宝刀。 证明光速不变的四项事实中的太阳光迈克尔逊——莫雷实验已经分析过，我们来看其他三个： ①恒星光行差都长期保持不变。 ②恒星都是一个一个的小圆点。 ③恒星都静止。 这三个事实其实是一回事儿：宇宙空间中稀薄的原子让恒星发出的光很快被同化。 看来还要动刀，第五个。 5.6 空间弯曲 “小空啊，轮到你了。” 空间说：“我招谁惹谁了？” 惠能说：“本来无一物，何处惹尘埃？” 我说：“我有宝刀在手！” 你说：“莫急动刀，先看看咋回事。” ……好吧，就让我们来看看爱因斯坦与空间不得不说的那些事儿。 在洛伦兹变换时，在运动方向上物体的尺寸变短就已暗含空间弯曲。匀速圆周运动、匀加速直线运动及有引力存在的静止参考系等效。匀速圆周运动的瞬时与垂直于引力方向的匀速直线运动等效。所以物体的尺寸在垂直于引力的方向上变短，光线在引力方向上发生红移，这种现象称为空间弯曲。 可是，首先我们无法理解什么都没有的空间是如何被弯曲的。其次，垂直引力方向的空间弯曲，那平行于引力方向的空间怎么办？ 三维空间只能在四维空间里弯曲。”四维空间？什么东西？ 至于引力红移，还原论认为真空中光线的速度相对光源不变，而运动的光有质量，必然要受到引力的作用。速度不能改变，只能靠减小频率来抵偿在引力场中势能的改变。 相对论和还原论就好比地心说和日心说。地心说能够正确地描述绝大多数星体的运行，偏就那么几颗行星调皮捣蛋不听话，只好鼓捣出各种补丁。日心说就非常简洁，但是普适，所有的星体都在一个理论下该干啥干啥。 相对论认为光是第一性的。光程变长，时间就要变慢。光拐弯了，那空间就得弯曲。这涉及物理的哲学理念。 还原论认为信息是宇宙的第一要素，比如说“无”，啥都没有，没有时间、空间。但它是一种状态，是信息，可以独立于其他要素单独存在，而其他要素却不能够脱离信息而存在。然后是时间、空间、能量、物质依次向下。光作为能量存在于时空当中，“级别”要低于时空。不能因为光程变长就改时间，光拐弯就弯曲空间，空间不是你想弯，想弯就能弯。 关于这些个宇宙要素之间的那些事儿，就是另外一个故事了。 那说爱因斯坦他咋就恁执着呢？究其根源在于对麦克斯韦方程的错误解读。 马云说：“一个游戏让你感到痛苦，说明你的玩法错了。”同样的道理，一个有效、正确的理论，它是真实的，它的计算结果是不会错的。基于这个结果得出的推论存在诸多矛盾，最后必须要靠硬性的定义来强加规制，那只能说明一件事：你对这个计算结果理解错了。 你默默地松开我的手…… 5.7 极限速度和质能方程 物体相对于自己永远是静止的，所以宇宙间没有极限速度。 物体的质量表现只能依靠万有引力来测定。 物体向外放出能量而自身内能不变的话，质量是要有亏损的。运动可以减肥大概就是这个道理。 爱因斯坦质能方程E=mc2在核物理实验被证实存在质量亏损，成为相对论正确的又一佐证。 真实情况是这样吗？ 先来看看用还原论是否能够推导出质能方程。 光是能量，静止时表现为物体内部原子的热运动，即内能。物体的质量与温度无关，所以静止的光没有质量。 在宇宙空间中以平均速率c运动的光的能量即其动能Ec=（Mc2）/2，M为光的运动质量。 设空间内有两个绝对零度静止物体A、B，质量均为M+m，此时每个物体的总能量就是自身质量具有的核能E'=HM+Hm，并设E=Hm。 A损失质量m后使自身获得c的速度改变，相对原参照系总能量Ea=HM+（Mc2）/2即物体质量核能与动能之和。 速度改变需要力，A与B相互作用改变自己速度的同时也改变了B的运动状态。则B相对于原参照系的总能量Eb=HM+E+（M+m）v2/2，并E=（M+m）v2/2+（Mc2）/2，即A损失的质量m转变成A与B的动能。 设其间没有内能改变，即动量守恒。则有Mc2=（M+m）v2。 物体A的质量与光的运动质量相同都为M，意味着绝对零度质量为M+m的静止物体损失质量M可使自身内能增加Ec，总能量E'=E+Ec即物体质量核能与内能之和。 这里需要提到一个假说：还原论认为光作为能量只有运动质量，与万有引力的作用是单向的。即光虽有运动质量但是不会产生万有引力，万有引力是具有静止质量的“物质”存在之后产生的。 追加势能补偿后总能量E'=E+2Ec，含义为携带内能运动不会产生更多的动能。 联立以上方程得到：E=mc2 5.8 红移错觉及宇宙的“可视半径” 光线在宇宙空间传播，被不同运动方向的分子不断地“加速”和“减速”，其能量不断衰减，表现在频率不断变小。 这种现象在宏观上产生红移的错觉，并且越远的天体红移越大。宇宙天体虽然在加速远离我们，但其速度远比我们估计的要小很多。 恒星发出的光最终衰减成色温为3K的宇宙背景辐射，此时恒星不再能被观测。 |
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