邁-莫實驗結果也根本就不能證明光的絕對速度是不變的

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為什麽邁克爾遜-莫雷實驗得到的是零結果？

馬海飛

(http://blog.sina.com.cn/gfis2013年1月22日)

在物理學研究發展的曆史進程中有過一個非常著名的“邁克爾遜-莫雷實驗”（以下簡稱“邁-莫實驗”）。後人從對這個實驗結果的解讀中得出的三個重要結論是：1）以太不存在，2）光的傳播可以不需要介質；3）光速在任何情況下都不會變。這些結論、尤其是後兩個結論對後來物理學理論研究的發展方向產生了巨大的影響。以至於讓今天的人幾乎完全忘記了邁-莫實驗的本來目的是什麽，而把它當成了一個證明“光傳播不需要介質”和“光速不變”的實驗。其實，邁-莫實驗根本就不是為這兩個目的而設計的，其實驗結果也並不能成為得出這兩個結論的依據。

1.       在邁-莫實驗中使用的儀器是“邁克爾遜幹涉儀”。這個儀器的工作原理是：從光源射出的一束光線被分成兩條相互垂直但都與地麵平行的光線。這兩條光線在途中被反光鏡反射回到一個共同的終點。這兩條光線所經過的距離完全一樣。因為這兩條光線來自同一束光，因此在終點測量這兩條光線是否同時到達，就可以確認光線的速度是否在不同方向上出現了差別。需要注意的是：1）這是一個兩條光線之間“相對光速”的對比實驗裝置，與光的絕對（實際）速度沒有任何關係。所以，這個實驗裝置測量的不是“光的絕對速度”。2）兩條光線的光路都是與地球表麵平行的，而不是垂直的。

2.       邁-莫實驗是一個“以證明以太的存在為目的”而設計嚴謹和精度極高的物理實驗。這個實驗設計的前提是，設想：1）“以太”無所不在，充滿整個宇宙空間並能夠滲透到通常的物質之中；2）以太是一個絕對靜止的參考係；3）以太是光傳播的介質。在這些前提下，邁-莫實驗的原理就是“通過測量不同方向上的光速變化來證明地球與以太之間存在相對運動（即證明有“以太風”存在）”。換句話說，因為以太是光傳播的介質，因此，如果地球與以太之間存在相對運動（以太風）的話，那麽在地球運動不同方向上的光速就會不同，這樣就可以通過測量出不同方向上光速之間的相對不同來證明以太的存在。然而，實驗結果證明，不論地球運動的方向與光路的方向是否一致，兩條不同方向上的光線之間的相對速度都是相等的。這個結果說明，在宇宙空間中並不存在設想中的那個能夠與地球之間產生相對運動的“以太”。也就是說，這個實驗結果否定了以太的存在。而且，無論做多少次的重複實驗，結果都是一樣的。這種與預期結果完全相反的的結果被稱為“零結果”。由於這個實驗在理論上簡單易懂，方法上精確可靠，所以，實驗結果對以太存在的否定是毋庸置疑的。

3.       然而，邁-莫實驗的結果雖然證明了以太是不存在的，但並不等於它也證明了宇宙空間是什麽都不存在的絕對真空。宇宙空間是否絕對真空的問題並不是一個否定了“以太”存在的實驗結果就可以徹底解決的簡單問題。相反，在邁-莫實驗完成以後，隨著研究的不斷深入，越來越多的人發現，宇宙空間不可能是絕對真空的。人們可以明顯感覺到宇宙空間中一定充滿著什麽東西。就算那不是以太，也一定會有其他的什麽東西存在。否則，很多自然現象和理論問題就無法得到解決。例如引力紅移和引力透鏡等自然現象就很難解釋。實際上，就連否認以太存在的愛因斯坦也有同感。因為如果宇宙空間是沒有任何東西存在的“絕對真空”的話，他那個“彎曲時空”的彎曲形狀從何而來就是無法想象的了。可是，如果宇宙空間不是絕對真空的話，充滿宇宙空間的東西不是以太又是什麽呢？邁-莫實驗得到的零結果應該得到如何解釋才對呢？因此，針對邁-莫實驗結果的討論實際上並沒有終結。今天我們仍然有必要對為什麽邁克爾遜-莫雷實驗得到的是零結果這個問題做出進一步探討。

4.       類似的問題還有，用邁-莫實驗的零結果也不足以證明“光的傳播可以不需要任何介質”。如果在宇宙空間中的光傳播介質並不像以太那樣處於絕對靜止狀態，而是與天體一起運動的話，地球與光傳播介質之間就不存在相對運動了，用邁-莫實驗當然也就測不出地球運動方向與不同方向光的傳播速度之間有任何變化的關係了。這樣，得到零結果就是理所當然的事情，根本就不需要大驚小怪。所以，邁-莫實驗結果否定的是作為絕對靜止參考係的以太的存在，並沒有否定宇宙空間中有光傳播介質的存在。如果我們用反向思維來解釋邁-莫實驗的零結果的話，就可以這樣來理解：邁-莫實驗的結果證明：在宇宙空間中光的傳播介質是與天體一起運動的。因此，在有光傳播介質存在的情況下照樣可以得到同樣的結果。

5.       另外，邁-莫實驗結果也根本就不能證明光的絕對速度是不變的。在邁-莫實驗中使用的是比較相對光速的方法，並沒有測量每條光線絕對光速的大小。因此，這個實驗結果完全不能作為“光速不變”的依據使用。實際上，隻要沒有“以太風”存在，無論光傳播的絕對速度大小如何，邁-莫實驗得到的必定都是零結果。因此，如果把邁-莫的實驗結果解讀成“它證明光速在不同慣性係和不同方向上都是相同的，由此確定了光速不變原理”的話，這種解讀是完全錯誤的。如果這種解讀成立的話，前提就必然是“絕對靜止的以太參考係是存在的”，也就是說，隻有在地球與以太之間存在相對運動的情況下如果邁-莫實驗仍舊能夠得到零結果的話，那才可以說它證明光速在任何情況下都是不變的。然而，人們一方麵把邁-莫實驗的零結果解讀成“以太這個絕對靜止慣性係不存在”，另一方麵又解讀成“光速在不同慣性係和不同方向上都不變”。到底哪個才是對的呢？在我看來，前者（絕對靜止參考係的以太不存在）是對的，而後者（光速不變）顯然是錯的。

6.       其實，自然現象已經證明光速是可變的。例如引力紅移和引力透鏡都是因為絕對光速發生了變化而出現的現象。如果光速不變的話，是不可能出現光線發生彎曲和波長改變現象的。著名的Pound–Rebka實驗是一個證明“光具有引力紅移現象”的物理學實驗。這個實驗與邁-莫實驗不同，實驗中的光路是與地麵垂直的，而且，光的走向是單方向而不是往複的。也就是說，把光源放在地麵，在高處測一個結果。再把光源放在高處，在地麵測出另一個結果。這個實驗測量的不是“光速”而是“頻率”。對比光線在不同方向上的測量結果發現，同一束光靠近地麵的光頻率比遠離地麵的光頻率高。這說明，在光線從地麵向上空傳播的過程中，光的波長出現逐漸增加的現象。因為所有波長增加的現象都被稱為“紅移”，並且這個實驗中觀察到的現象被認為與引力有關，因此把它稱為“引力紅移”。眾所周知，波的一個特點就是，在頻率不變的情況下，波長與該波的傳播速度成正比。波長越長，波的傳播速度越快。光波也不應該例外。因此，紅移就意味著速度增加。所以，我們可以做出這樣的預測：同一束光在地球平麵和垂直這兩個方向上的速度肯定是不同的。

7.       實際上驗證光速可變的實驗並不難做。隻要把邁克爾遜幹涉儀稍加改造一下，讓兩條光路分別處於與地麵平行和與地麵垂直的位置上，然後再重複邁-莫實驗的話，一定可以得到與邁-莫預期的那種光速變化類似的結果。這麽簡單的實驗卻一直沒有人做，顯然是受到愛因斯坦光速不變原理毒害太深重的原因造成的。這實在讓人遺憾。但相信不久的將來一定會有人用這個實驗徹底推翻光速不變的謊言。隻要這個結果出來了，愛因斯坦的理論也就不攻自破了。其實，即使不做這個實驗，現有的其他實驗和觀察結果也已經間接證明了光速是可變的，隻不過人們從主觀上不願意相信而已。更多的人喜歡扮演《皇帝新衣》故事中的那種跟風族的角色，專家說什麽就跟著說什麽，而不尊重事實。對這些人而言，既然偉大的愛因斯坦已經說光速是不變的了，因此也就沒有必要再去做實驗去驗證了。不僅如此，就算某些實驗得到的結果是光速發生了變化（例如引力紅移實驗），他們也不會承認，而把光速的變化解釋成是時間的變化。如果有人能夠用這裏講的這個改造後的邁克爾遜幹涉儀重新去做邁-莫實驗的話，得到的結果就會讓人無話可說了。

8.       種種跡象都證明，宇宙空間中雖然不存在靜止不動的以太，但一定存在著一種什麽“東西”。這種東西：1）充滿宇宙空間，2）隨著天體一起運動；3）沒有質量；4）是光的傳播介質；5）其分布狀態是不均勻的。越靠近天體的地方分布密度越大、越遠離天體的地方分布密度越小。光線在密度大的區域中的傳播速度相對較慢，在密度小的區域中的傳播速度相對較快（表現為引力紅移等現象）。這個“東西”到底是什麽呢？從以上列出的這些特點來看，這個“東西”除了應該就是最近才發現不久的“質量場”以外，不太可能是任何其他的東西了。

9.       “質量場”是2009年才新發現的一個物質基本屬性。這就是說，隻要是物質就一定具有質量場屬性。天體是物質構成的，因此每個天體都有一個屬於它自己的質量場。而場在空間的延伸距離是沒有界限的，因此它充滿整個宇宙空間。因為它是物質的屬性，因此它包圍在每個物體的周圍，並與物體一起運動，所以它隨著天體一起運動。質量場是一種場，所以沒有質量。因為光的傳播形式與質量場密度的分布形式一致，因此可以推測質量場就是光傳播的介質。遺憾的是，人類永遠也找不到一個不存在質量場的實驗環境去直接證明質量場就是光的傳播介質。但缺少這個直接的實驗結果並不影響其他間接實驗結果對質量場就是光傳播介質的肯定。

10.     用質量場去解釋邁-莫實驗的零結果是非常簡單的：因為地球表麵存在質量場，而質量場的密度分布遵循D=M/4πr²。這說明在地球的同一個水平麵上的質量場密度是相同的。因此，在同一層質量場中的光速都是相同的。而且，地球的質量場與地球一起運動，不存在二者之間的相對運動。這就是為什麽邁-莫實驗得到零結果的原因。或者說，邁-莫實驗的零結果與質量場理論是一致的。另一方麵，在與地球表麵的垂直方向上，質量場密度D隨著與地心之間的距離r的變化而變化，因此會出現光波相應增加的紅移現象。

11.     質量場是一個球形場。“場”具有空間的性質。因此，隻有質量場的存在才使得“時空彎曲”成為可能。這裏所謂的“彎曲”也就是球麵上的一個局部區域的形狀而已。

總之，邁-莫實驗的零結果並沒有證明：1）宇宙空間是絕對真空的；2）光傳播是可以不需要介質的，和3）光速是絕對不變的。相反，邁-莫實驗的零結果與質量場理論是一致的。可以說，宇宙空間中不存在“以太”，但存在“質量場”。質量場就是光在宇宙空間中的傳播介質。質量場密度的變化可以導致光速的變化。

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所有跟帖： 

• 又一位無知者無畏的文章 -fourwaves- ♂ (68 bytes) () 03/22/2017 postreply 15:41:48

• 知道愛因斯坦與康德的關係嗎？別以為自己無所不知！ -北美老閑人- ♂ (0 bytes) () 03/22/2017 postreply 16:07:40

• 扯到哪裏去了？ -fourwaves- ♂ (0 bytes) () 03/22/2017 postreply 16:09:08

• 愛因斯坦一輩子都在跟康德對話，想繞過康德！ -北美老閑人- ♂ (0 bytes) () 03/22/2017 postreply 16:12:29

• 繞過康德的哲學，隻會是壞的哲學。霍金繞不過去就說：哲學已死。 -北美老閑人- ♂ (0 bytes) () 03/22/2017 postreply 17:01:18

• 我還真沒有研究過，你再開一欄談談 -fourwaves- ♂ (0 bytes) () 03/22/2017 postreply 17:06:19

• 萊布尼茲是數學家，更是一個哲學家。八卦易經更象是＂宙宇抽象代數學＂，遠比矩陣與張量更為高階，內涵外延更廣泛！ -北美老閑人- ♂ (0 bytes) () 03/22/2017 postreply 17:23:49

• 繞過康德的一定是壞哲學！ -北美老閑人- ♂ (843 bytes) () 03/23/2017 postreply 16:22:59

• 1. 邁克爾遜-莫雷實驗測出光速 -fourwaves- ♂ (0 bytes) () 03/22/2017 postreply 16:17:45

• 3. 引力紅移和引力透鏡廣義相對論可以解釋 -fourwaves- ♂ (0 bytes) () 03/22/2017 postreply 16:19:22

• 4. 這邏輯錯誤，作者沒有了解邁克爾遜-莫雷實驗 -fourwaves- ♂ (0 bytes) () 03/22/2017 postreply 16:22:15

• 5. 邏輯基於4所以也是錯誤 -fourwaves- ♂ (0 bytes) () 03/22/2017 postreply 16:24:54

• 6. 對於紅移的了解也是錯誤 -fourwaves- ♂ (0 bytes) () 03/22/2017 postreply 16:26:30

• 8. 邏輯錯誤也是因為4的錯誤 -fourwaves- ♂ (0 bytes) () 03/22/2017 postreply 16:28:15