光速不变

基本粒子、光子、物质

Elementary particle、photon、matter

光速不变性

赵丰军

当说到光速不变性的时候，一定有人发现一个矛盾，在本书中的有些文章中说到光速是可以改变的，在光子能量密度大的地方，和光子能量密度小的地方，光速不同，这一点人们能够理解，因为在生活中存在类似的现象，特别是光在真空中的光速是，而在水中约是，由于这些事例，容易让人们理解光速是可以改变的，就是说光速在不同的物质中，速度值是不同的，有大有小，原因是光子运行过程中，在不同的光子能量密度中，与其它物质作用的时间不同，单位时间内光子作用的次数不同，宏观表现为光速不同，就是在真空中，由于不同的区域光子能量密度不同，表现出的光速也会略有不同，只是差别不会太大；但是如果不同的区域光子能量密度相差太远，光速的大小会存在很大的差别性。本篇文章中说到的光速不变性，是真对爱因斯坦所说的光速不变性，是在同一个光子能量密度区域，光速的大小与光源的运动速度无关，也可以说是与测量者运动速度无关。

我们知道爱因斯坦是20世纪中最伟大的科学之一，他的科学理论是完全正确的，后人只能发扬光大，不能完全否认，因为科学家也是一代英豪，他们的思维是在当时物质科学原理下分析总结出来的结果，如果后人是完全否认了前人的理论，等于是完全否认了一段科学史，否认了一段科学史的人，就是否认了一段科学事实，否认了当时已经发生的事实，否认事实的理论是肯定存在漏洞的理论。爱因斯坦是20世纪中最伟大的科学之一，尽管他获得科学大奖的科学论文是对光电效应的科学解释，但是人们真正理解承认爱因斯坦的科学思想是他的相对论，在相对论的理论中，最为直接的基础是光速不变性，就是说在真空中，光速永远是不变的，和发光体的运行速度无关，和测量者运动的速度、以及和测量光速的物体装置的运动速度无关。当然这也说明在宇宙中，这个区域存在一个最大的信息传递速度问题，它就是光速，就是说任何物体在传递信息时，无论采用何种方式，传递信息的速度不可能大于，自然界存在一个最大速度的问题，是一个极限速度。爱因斯坦在进行相对论的研究中，是假设了这个光速不变；为什么光速度不变，爱因斯坦并没有解释光速不变的原因，只是对当时科学研究测量中认识到这一点；在光速不变的前提下，存在了很多人们不可想象的现象，爱因斯坦发现了人类不能想象的事，走在了人类的前面，因此爱因斯坦被人类尊称为是20世纪最伟大的科学家之一，他看到了人类没有看到的内容，其中重要的是对空间、时间、物质的再认识问题，特别是发现了与当时人们看到的自然现象中，所不同的现象，测定时间不同，测定空间弯曲等事实。

爱因斯坦假设了这个光速不变，事实上在20世纪初，科学家们经过研究发现，在地球运行的速度方向上测量光速，还是在地球运行速度反方向上测量光速，没有发现光速的增大或减少，这就给爱因斯坦一个提示，假设了这个光速不变性，在自然界中存在一个传递信息的最大速度，在这个速度支配下，物体或观察者以很大的速度运动，我们的空间、时间、物质内容会发生很大的变化，特别是在发光物体，或者是要测量的物体进行高速运动时，会发生我们低速运动时不可想象的物理现象，经过研究，爱因斯坦得到这样几个人们不可想象的结论，空间尺度会变短，时间时钟会变长，物质质量会变大，特别是爱因斯坦对空间的研究，由于物体高速运动，在其它物体观察中发现，在物体运动这一方向上，物体的测量长度和相对物体静止时的测量长度相比会变短，这是任何人也不相信的内容，可是爱因斯坦经过思维研究，得出结论，这一结论是在光速不变性的前提下得到的，是我们在测量物体长度时，要有信息的传达，这个信息的传达速度存在一个极限速度值， ,由于对物体长度的测量，需要对各种信息的反馈，在信息反馈中被测量的物体正在进行高速运动，对运动物体长度测量与静止物体的长度测量间会存在一定的差别，这个差别用数学公式表达就。在这个基础上，对物质时间进行测量存在同样的差别，只是物质的时间尺度会变长，用通俗的话讲物质的寿命会加长，用数学公式表达就是：。在此基础上，对物质质量的研究得出结论，物质的质量也会随着物质的运动速度的增大而增加，这个也能够理解，因为物质的运动速度越大，物质的能量越大，物质的质量也应该越大，为此爱因斯坦也写出了数学表达式：。这些数学公式的建立足以让人们敬佩，特别敬佩爱因斯坦的伟大思维，能够抓住某一种思想，应用这种思想，对其它物质现象进行分析总结得出常规中，低速运动中不能得到的结论，这正是伟大物理学家的伟大之处，也是与众不同的思维之处，正是我们要学习的地方之一。

目前人们对爱因斯坦的光速不变性的假设，具有不同的理解方法，有从理论上完全推导出来的，有用自己的见解给予认识的，有不同的描述，我们这里，是用光子信息的理论，从物质发光，传递信息的方法，来说明物质的光速不变之原理，当然这里的光速不变仍然是在光子能量密度不变的区域中讨论的结果。

在光子信息的理论中，光子信息是物质的一种代表形式，光子的传播也不是独立进行的，如果仅仅是一个光子，没有其它光子信息将这个光子的吸收与发出，这个光子是无法向前传播的，光子只有进入光子信息的集合里，才具有物理意义，才能在光子信息的传播过程中进行下去，光子才有意义。光子信息是物质的代表形式，物质在空间存在的时候，要不断地吸收其它区域中的光子信息，同时发出自己的光子信息，所有物质都是这样，所以我们在进行测量光子速度这项工作时，并不能直接测量出运动物体发光的真正光子的光速，能够测量到的是测量仪器附近的光子速度，就是说我们在测量太阳光速的时候，无论是顺着地球公转速度方向上测量，还是逆着地球公转速度方向上测量太阳光的速度，都是无法测量到真正从太阳上发出光子的光速，因为太阳上发出的光子早已经在传播过程中被其它光子信息吸收和利用了，真正到达地球表面上的光子，是地球周围物质吸收发出光子信息的结果。所以能够测量到的光速，都是在地球表面上，测量仪器附近的物质发出的光子速度，因此，无论是从哪个方向测量太阳光的速度值都应该是相同的，没有什么差异。这就是说物体发光时的光速，无论发光体怎样运动，就是到达观察者的运动速度真的不一样大，我们也是无法测量出其真正差别，因为我们所测量的不再是发光体真正发出的光子速度，而是发光体发出的光子信息，传递到我们跟前以后，又被其它物质吸收之后，再一次发出的光子信息，是相对观察者静止的物质发出的光子信息，所以无论在怎样的方向上测量，无论发光体是以怎样的速度运动，发光体发出的光子的速度，无论是相对观察者以怎样的速度运动，它到达观察者后的光速是不变的，都是观察者眼前的物质在吸收光子信息时发出的光子，都是相对观察者静止时，对应物质发出的光子的运行速度。就是测量者进行高速运动，或者是边运动边测量，结果也会是一样的。这就是爱因斯坦提出光速不变的道理所在，这个假设是成立的，只是爱因斯坦没有找到光速不变的原因。

在光速不变的理论依据中，主要是光子信息理论中新观点，是对物质新认识的一个体现，物质的质量并不是一个固定不变的物理量，而是物质在自然界中存在时，物质与环境作用光子信息表现出来的物理量，在单位时间内，物质与环境作用的光子信息能量大，物质表现出的质量就大，相反在单位时间内作用的光子信息能量小，物质表现出的物质质量就小。我们在测量物质发光的光速时，也是要进行物质与环境进行光子的吸收和发出这个工作环节，这样，测量工作环节就要求测量仪器只能测量环境周围的光子信息，不可能测量发光体的光子信息，从而出现光速不变性，也就产生了自然界传递信息的最大速度是，但是这个速度，一定是在对应光子信息能量密度下存在的物理量，光子信息的能量密度改变了，光速这个数值是要改变的。

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