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每一张星空照片都能证明光速不变,爱因斯坦的相对论是正确的

  爱因斯坦的相对论已经发表了100多年了,现在已经是科学界公认的现代物理学两大支柱之一,然而仍然有很多人质疑相对论的正确性,其中反相人士质疑最多的就是光速不变原理。本文,老郭利用光行差分析以反证法来证明真空中光速不变。
  之所以要用反证法,是因为目前测量光速的实验都是用光线往返双程的测量方法,这种方法为很多人所诟病。同时,利用反证法,只考虑光速变还是不变的问题,不考虑具体的光速是多少,怎么测量,交给别人去做好了。如果光速是变化的这个假设与我们观测到的现象相违背,这就证明光速是不变的。
  图一、光行差的物理解释什么是光行差
  如今,我们已经可以确定地球是太阳系的一颗行星,它同时拥有自转和围绕太阳的公转;太阳携带着地球和太阳系中的其它天体,位于银河系的分支悬臂猎户臂上,离银河系中心有2.61万光年,围绕银河系中心转动的速度约240㎞/s,2.26亿年转一圈。
  当我们站在地球上仰望星空,由于地球的自转、公转、及太阳携带着地球在银河系中的运动,会造成光行差现象。地球公转造成的光行差较大,最大可以达到20.5角秒;地球自转造成的光行差,比周年光行差小两个数量级,约为零点几角秒;太阳绕银心旋转造成的光行差,约为13角秒,但方向不变;太阳系绕银河系自转造成的光行差,约为100多角秒,但周期很长。
  本文以地球的公转造成的光行差现象来证明真空中光速不变。
  图二、深空摄影作品星空照片证明了所有恒星发出的光线速度相等
  不论是天文爱好者架设的天文望远镜,还是太空中的哈勃望远镜,拍下来的照片中,所有的恒星都是一个个的小圆点、其相对位置保持不变,这说明了,第一,所有恒星的发出来的所有光线速度都相同。第二,同一个恒星发出来的所有光线速度相同。
  先来看第一个问题:所有的恒星发出来的光线速度都相同。
  让我们假设有两颗距离地球10光年,角视距为10"的两颗恒星A和B,分别发出速度不同的两种光线,其速度分别为v和v",另v>v",由于我们看到的恒星,没有灭掉又迅速亮起来的情况,可以看出,光线都是连续不断的,所以,我们在望远镜中可以同时看到速度分别为v和v"的光线。
  设:恒星A发射出速度为v的光线,其发出时刻为0;恒星B发射出速度为v"的光线发出的时刻为t;恒星A在零时刻的位置为A;恒星B在t时刻的位置为B,这两个恒星的光线同时进入我们的望远镜当中。
  由于地球的公转,如果我们采用恒星年作地球公转周期的话,那么地球公转的平均角速度就是每年360°,也就是经过365.2564日地球公转360°,即每日约0.986°,,其角速度约为0.041"/s。
  所以,由于地球的公转带来的A、B之间的角距φ=ωt,
  t=φ/ω=10×60÷0.041≈14635秒
  v传播的时间T1=L/v=L/c=10(年)≈315 360 000(秒)
  v"的传播时间T2=L/v"
  T2=T1+t=L/c+t=315 360 000+14635=315 374 635
  v"=L/T2=0.999 954v(假设光线v的速度为300000Km/s)
  则,v-v"≈13.8(Km/s)
  前面这个分析过程我们可以看出,位于10光年处,相距10"的恒星A和恒星B,分别在0时刻和t时刻发出的光同时到达我们的望远镜,由于两颗恒星发出的光线有13.8Km/s的速度差,在地球的公转影响下,恒星在Δt时间间隔(地球观察者的时间)后发出的光线不能同时到达地球,将产生角视距变化。
  换句话说,就是恒星在天空中的相对位置会发生变化。这与我们在望远镜中观测到的事实不符,人类从来没有从望远镜中观测到由于地球公转导致的恒星位置变化。
  所以说,我们假设的命题"真空中光速可变"是错误的,因此,正命题"真空中光速不变"正确。
  图三、深空摄影作品
  再来看第二个问题:同一个恒星所发出来的光线的速度都相同
  其证明过程与前面类似,这里就不详细证明了。如果同一个恒星所发出来的光线的速度不同,则由于地球的公转影响,我们可以看到一个线段,而不是一个亮点。这与我们观测到的事实相违背,所以正命题,同一个恒星所发出来的光线的速度都相同。
  如果用地球自转数据,采用前面同样的方法,也能够得到同样的结果。光速不变的其它观测证据
  第一、天文学家的长期观测表明,任意恒星光行差都长期保持不变,光行差不随时间变化,所以光速也不随时间变化。所有恒星的光行差都为20.5〃角距,证明:所有恒星的光速都相同。
  第二、1887年,美国物理学家阿尔伯特.迈克尔逊(Albert Abrahan Michelson)和爱德华.莫雷(Edward Morley)利用迈克尔逊干涉仪做了一个著名的实验,即迈克尔逊-莫雷实验。这次实验的结果是,光速在不同惯性参考系以及不同的方向都是不变的。
  图四、迈克尔逊干涉仪的结构及光路结束语
  通过前面的分析我们可以看到,每一张星空照片,不论是专业的还是业余的天文人士拍摄的,也不论是地面上的,还是太空中的望远镜拍摄的的照片都能证明:同一颗恒星发出来的不同光线,以及所有的恒星发出来的光线,它们的速度都相同。
  由此可见,爱因斯坦根据观测到的现象,大胆地把光速不变上升为原理,从而解决了麦克斯韦方程组中光速需要为常数的问题,也解决了争论不休的以太问题,是多么的睿智。如无必要,务增实体,这就是爱因斯坦当年的基本思路。
  小伙伴们,你们看明白了吗?
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