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逆光源运动方向发射出光线的速度低于光速C，通过实验来证明这一结论

陈少华 2020-10-03 10:14:10

作者：陈少华

图片：水槽实验示意图

这个实验也可以用利半折射半透射镜片进行改进。实验使用了半折射半透射的镜片，光线在碰到这种镜片时，一半光线被透射，一半光线被折射。这使实验更容易进行。这样实验设备在安装时会方便一些。改进后的实验示意图如下：

图片：用半折射镜对水槽实验进行改进

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◎菲索水槽实验

1851年，菲索设计了一个实验来检测以太对于地球的相对运动。

他把一束光经过分光栅栏分成两束，分别通过两个水槽内的水（两水槽水流方向相反）。然后在光从水中折射出来处利用折射镜把两束光折射汇聚到同一光屏上产生干涉条纹，并且通过条纹测算两束光线速度差别。

实验示意图如下：

图片：菲索水槽实验示意图

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◎对于太空静止光源与飞船内光源所发光线被飞船内玻璃片减速时规律的探讨

对这个实验我有这样的疑惑：地球相当于是一个秒速30公里的大飞船。设公转方向是向着右方。在这个大飞船上做这个实验，光线的绝对速度是C，方向是指向右方。按理说，也应要求玻璃片的绝对速度是指向左方，才会对光线产生阻碍降速的效果。玻璃片向左方运动的速度至少应该在30公里每秒以上，这样才能形成向左的绝对速度。

但菲索实验并没有这方面的要求。水槽里的流水速度用不着太快，光线只要是逆流通过，就会被减速。

这说明，在做实验时并不需要玻璃片具有向左的绝对速度，只需要具有向左的相对速度。也就是在这个飞船里的人看来，玻璃片正在向左运动就可以了。

如果是使用一个来自太空的绝对静止光源发射过来的光线，尽管光线的绝对速度仍然是C，在射入飞船后，要想对这束光线起到减速效果，就要求玻璃片具有向左的绝对速度。那时玻璃片就需要在飞船内达到30公里每秒以上的指向左方的相对于飞船的速度。

之所以会如此，与光源是否在飞船内很有关系。光源在飞船内，就会受到飞船的加速，与飞船一起运动。光源发出的光线虽然相对于飞船的速度是C，但由于受到飞船速度的助力，应该会在力道上有所亏欠。玻璃片即时绝对速度是指向右方，但只要它在向左方运动，就是相对于光线来说在相互靠近。就会对光线起到减速作用。

从飞船外太空光源上射入飞船的一束光线，光源在飞船外，未受到飞船加速一起运动。虽然飞船内人员经过测量后发现这束光线的速度是C，确实与飞船内光源发出光线的速度一样；但这只是一种计算结果而已。两束光线仍然是有差异的。太空静止光源与飞船内随飞船一起高速飞行的光源，它们发出的光线会一样吗？并不会。飞船内的玻璃片只要在飞船内向左运动，就可以使飞船内光源发出的光线减速。但这个玻璃片就需要在飞船内运动速度超过30公里每秒，具有向左的绝对速度，才能让太空静止光源发出的光线减速。

这个机制很奇妙。只要这两束光线在同时同地发出，就确定会齐头并进，难分彼此。但飞船内玻璃片可以很容易使其中一束光线减速，却很难让另一束光线减速。

当然，这一切都还只是我的预测。还有待实验来证实。如果这都是真实的，那只有一个原因：受到飞船加速的光源发出的光线，与未受飞船加速的光源发出的光线，虽然它们在绝对速度上完全一样，但在某些性质上确实有区别。光源是否运动对其光线会否被玻璃片减速影响很大，证明玻璃片与光源之间的距离需要减小，是光线被减速的必要条件。

当光源在V1＝30千米/秒的高速飞船内静止时，只要玻璃片向着光源运动以V运动，玻璃片就能对光源发出光线进行减速。因为已经符合“光源与玻璃片之间距离在缩小”这个必要条件。光源发出光线射入玻璃片中时，光子首次撞击到玻璃分子，两者速度反向，这种迎面撞击会提升光子反射的速度数额2V，使光子反射速度达到C+2V。由于不能超光速，光子只能以C的速度反射。这就损失了光子能量。虽然光子再次被反射时，被提速为C，但能量已经损失无法挽回。导致光子最后穿透玻璃片时速度低为C－2V 。

同向当光源在飞船外太空中静止时，虽然玻璃片向着光源运动，但同光源的距离不但没有减小，反而因为飞船在高速运动而越来越远离光源。不符合“光源与玻璃片之间距离在缩小”这个必要条件。所以飞船内的玻璃片无法使太空静止光源发出的光线减速。光源发出的绝对速度为C的光子射入玻璃片时，首次撞击到玻璃片分子，两者速度同向，这种撞击使光子被玻璃分子反射后减速2V，速度变为C－2V；第二次反射又被提速2V至C。整个过程都没有损失能量。光子最后被射出玻璃片时速度仍然是C，没有被减速。

光源是否运动，虽然不会影响所发出光线的绝对速度，但会影响所发出光线的其它性质，这也是可以理解的。飞船内光源发出的光线，因为发射时受到飞船加速，比较省力，更轻松地达到C的绝对速度。光源虽然是以C的相对速度让光子飞离，但在一个太空静止观测员看来，实际上光源只需要让光子具有C－V的相对速度飞出去就可以了。所以这束光线的光子的结构松散了一点，在飞行时更容易受到迎面撞来的玻璃片影响而减速。而太空外静止光源发出的光线，是使出了全力发射光子的。在太空静止观测员看来，这束光子是以C的相对速度发射出去的。

显然，相对于光源来说，飞船内光子相对于光源的相对速度要低一些，结构要松散一些。因此飞船内玻璃片只需要具备向左的相对速度，就足以使这束光线体验到逆风飞行的滋味，从而被减速。而太空光源发出的光线，是光源用了全力射出来的，结构必然要精干得多。要想使这束光线减速，玻璃片就必须具备向左的绝对速度不可。这样才能让光线体验到逆流而上的阻力。

飞船内的光源生来就拥有高速度，顺着运动方向能更轻松地发射出光线。太空静止光源生来一穷二白，生来只拥有0速度，要想发射光线，没那么轻松。这两束光线虽然在速度上保持一致，大部分性质也一样。但在遇到玻璃片撞击时，就显出高下。飞船内光源发出的向右的光线，会被飞船内一个相对速度向左但绝对速度向右的玻璃片减速；太空静止光源发出的向右的光线则只会被绝对速度向左的玻璃片减速，显示出更强的实力。

这种描述是为了形象，更好理解。其实并不适当。因为本质上来说，光源都是以正常的力量在发射光子，其费力程度并不会因为光源从静止转为运动而有所改变。但光源在静止时，光子离开光源的相对速度是C；光源在运动时，光子离开光源的相对速度下降为C－V。这却的确是事实。说明，光源的省力程度不变，但光子相对于光源的速度却降低了，光线结构因此松散了。

这两束光线在性质上并没有大的区别。较明显的区别应该就是被减速的难易程度。