关于光速不变的澄清

　　物理学的基本理论，总是基于一种理念，一些规则，一些基本的客观事实而推演出来的。理念与规则可能出错，但相对于理念与规则的出错，客观事实的出错犹甚。我们只要回顾一下物理学发展的历史，就可以很容易的得出上述结论。历史上亚里士多德曾经得出这样一个结论:速度越大受力越大。这种思想影响西方科学发展达千年之久，直到伽利略发现了惯性定律，才纠正了上述错误的思想。也正是惯性定律的发现，直接导致了后来牛顿运动三定律的出现。由此可见，正确的理念与原则，对于物理学发展的意义是多么的重要。直到今天，惯性定律仍然可以为我们解决许多的问题与疑惑。还有地心说的发展史，地心说不就是基于基本的观察事实么？但是我们错了。为什么？因为所谓的观测事实有时也欺骗我们。魔术师可以欺骗广大的观众，所谓想当然的客观事实对人们的欺骗比魔术师更甚，只不过我们平时不自知而已。
　　狭义相对论作为一个基础性的理论，仅仅是根据马赫原理，惯性系平权的原则，以及光速在真空中对于处于不同运动状态的观测者保持不变的客观事实，便构建了全新的自然观，并发展成为一种基础理论，这可以说是令人叹为观止的。在这里，我们撇开他的正确与否不说？作为一个描述自然的一个最基本的理论，我们务必需要保持一种谨慎的态度。因为这样一个理论，他关系到未来物理学研究与发展的方向与道路的问题，也关系到物理学研究的方式方法问题。事实上，我们现在对自然的理解，相对论的影响极其深刻与深远。做为后来研究者，我们不能对此等闲视之，采用一种批判与怀疑的态度是恰当的。
　　当今的物理学领域对爱因斯坦的狭义与广义相对论的推崇，可能是基于两个原因:一个是构成理论的前提与条件相对简单与朴素。其次就是爱因斯坦为我们构建了一种新的自然观与宇宙观。国内的一些反相者，大多数是从相对论的逻辑方面寻找破绽。这样的做法其实毫无意义。如果一定要反相对论，必须从理论存在的前提与条件中寻找答案。本文的讨论只限于狭义相对论。
　　首先，我们必须对光速不变有一个准确与全面的认识。什么是光速不变？它包含两层意思，一层意思是说:对于观察者而言，无论观测者的运动状态为何？他测量到的光速是不变的。第二层意思是相对于光源而言:即无论光源的运动状态为何？光的传播速度不变。人的眼睛是无法识别光速的。所谓的观察者，是指测量仪器而言。我们将上述陈述做一个简单的拓展:对于观测者而言，无论观测者的运动状态为何？观测者速度大小方向为何？甚至观察者处于加速状态，不特与光运动方向相同等，所测量到的光速都是不变的。同理，对于光源来说也是如此。这是客观事实！但是否需要一个洛伦兹变换呢？让我们先回顾一下经典的波动理论，再回到这个问题。
　　在经典的波动理论中，波动的传播速度取决于传播波动的介质的性质。请大家务必注意到这样一个客观的事实，波动传播的速度完全由介质的性质决定，波动传播的速度并不符合牛顿的运动定律。我们不知道波动的传播是如何获得这个速度的？只是知道波动传播速度由介质的本征性质决定的客观事实。假如介质是均匀的，波动的传播速度不变。假如介质是不均匀的，则波动的传播速度将发生改变。事实上，上述性质可以从基本的波动微分方程中得到。无论是横波或者是纵波都是如此。波动的速度由介质的切变模量与介质的质量密度决定，前提是介质是均匀且连续的。
　　我们仿照迈克尔逊莫雷实验的环境与条件，测量机械波的速度，我们就会发现，机械波传播的速度，与测量仪器的运动状态无关，同样的道理，它也于机械波振源的运动状态无关。比如我们试图测量飞机在空中飞行因振动而导致声音空气中传播的速度，此时无论飞机的速度有多快，我们测量到的声音的速度都是不变的。如果按照爱因斯坦的狭义相对论原理，我们难不成也弄一个x变换不成？事实上这是完全多余的。原因在于波动传播的速度取决于介质的性质。一句话，将所有的问题讲的清清楚楚。
　　回到主题，什么是相对于所有的观测者？光速不变？事实上，所谓的光速不变只是表象，真正的物理学事实是:我们周围空间的介质的性质不变。了解这一点，与狭义相对论相关的所有物理问题，都可以得到解释。
　　换一句话说:爱因斯坦狭义相对论立论的前提与基础是错误的，应当予以纠正，因为他将科学的探索导入了错误的轨道。
　　上述的观点或许许多人存有疑惑，归纳起来主要是对两个两个存在形式理解不到位或者认识模糊。这两个客观存在形式，一个是介质的本源问题。另一个是光（波动）的本源问题。
　　对于上述两个问题准确与全面的理解，他涉及到现代物理学理论的方方面面，需要专文介绍，这里不多赘言。在这里，我只是陈述一些客观事实，以佐证我上述观点的正确性。
　　首先真空有一个介电常数与磁极化常数，假如真空什么也没有，我的给出的两个常数的依据是什么？我们只所以可以给出上述两个常数，说明真空与普通的介质具有可比性，进而说明真空与普通的介质必然是客观存在的物理学实在，他的存在形式或者有别于我们通常所理解的物质（粒子）存在形式。我们无妨假设这样一种存在形式，正如我们古代人所说的:是一种无形的（非粒子）弥漫（连续）于空间的存在形式。以太的问题，在科学发展历程中不断的被提出并不奇怪，因为整个物理学理论需要这样一个东西。现代人所提出的所谓暗物质暗能量概念。本质上就是以太问题的翻版。回个头来看，当初的麦克尔逊与莫雷实验，否认了以太的存在，确实有些草率。其立论的前提与条件是错误的。因为不可能有一个相对于地球环境中以太的运动。如果有这样一种以态的存在，其密度应该极低，在地球乃至地月系的范围，地球带着他周围的空间一起做惯性运动。由于以太的密度极低，他不可能穿越地球惯性系的屏障，即便是地球惯性性以外很远的地方，地球对于以太的扰动也是难以观察与测量到的，有些人担心以太对地球运动的影响，也是大可不必，因为他太小了，完全可以忽略不计。如果确实有一个相对于地球运动的以太，不要说迈克尔逊莫雷实验能够测量到干涉的条纹，连引力场也未发生改变。事实上没有。
　　有一个事实很重要但不被注意，就是光速与物质的质量密度成反比，考虑到横波的传播速度与质量密度成反比，这与观察到的事实也相符合，在真空中很快，在原子核内很慢，考虑到真空中的光速，真空的质量密度何其小哉。
　　有一个物理学事实最能佐证光的传播速度取决于媒介的性质，当光从真空进入介质后，光速减少，再从介质出来后光速恢复。有些人认为光在介质中的传播速度也是光速？只不过光在介质中走的路径是折线？这实在是有点牵强附会。既如此介质运动对于光传播速度的影响当又作何解释呢？对于光速而言，不同的惯性系的转换只能相对于介质而言，他与观察者以及光源的运动状态都没有任何关系。即便是相对于介质的惯性系数转换，他们也遵循伽利略的惯性系转换规则，而不是洛伦兹变换。事实上，我们在技术上操作介质整体做惯性运动是非常困难的。以流动的水为例，毫无疑问介质的均匀性遭到了破坏，也正是因为这个原因，速度的转换并不严格符合伽利略变换，而是变小了。这也是拖曳系数的由来。
　　如果从光（波动）角度来考虑，光源的 运动状态，只影响光的诸如频率、振幅，相位，光的传播方向等。如光源运动方向与光传播方向一致，同向，蓝移；反向，红移。光源运动方向与光的传播方向垂直，则光的传播方向发生放变，不会对光的传播速度产生任何影响！其原因非常简单，因为无论光源的运动状态为何？他不可能影响光的传播介质的状态。事实上，当我们将光作为一个光量子看待，光的能量也与光速无关。只有当我们写光的状态方程时，才会涉及到光速。同样的道理，光速的大小，与观察者的运动状态无关。光的速度只取决于介质本身的性质，对于观测者而言，光的速度不变，对应与介质性质的不变。在这里不需要一个洛伦兹变换。
　　关于光速不变的其他细节性问题，限于篇幅，这里不多做陈述。相信随着对光的本原与介质的本源两者准确与完善的理解，一切疑惑都会烟消云散。
　　李邵明
　　二零零年九月十二日于湖南邵东