11   光速测量值问题

雷达波延迟之争
    1964年，美国学者夏皮罗利用雷达波掠过太阳的边缘，到达对面的金星，经反射回到地球，实际多花时间205微秒，雷达回波延迟实验是支持广义相对论的实验之一。
    有人认为：因为光线经过太阳附近弯曲，所以雷达波不是沿直线行进的，而是要经过更多的路程。因为这个偏转角是已知的，可以算出多花时间仅为0.05微秒，路程增加的说法显然不能解释事实。
    对于雷达波延迟实验，一种观点认为：光速在引力场中要相对小，在足够远处观测天体半径r处的光速为：
  
    这种观点同时指出：由于引力场的钟和尺发生了变化，所以在重力场中测得的光速仍然为c。
    另一种观点认为光速并没有变小，例如，有学者说明：“回波的延迟并不能作为光在弯曲时空中传播速度变慢的证据，其原因是由于地球上观测用的尺和钟不完全等于在传播过程中所经过的每一时空点上的尺和钟”。
    显然，两种观点都不否认重力场中尺和钟变化的事实。前一种种观点是以足够远处的尺和钟作为标准的尺和钟，我们称为“异地测量”。后一种种观点是以雷达路径中的尺和钟作为标准的尺和钟，是在本地进行的测量，我们称为“本地测量”。

采用两种概念不可避免
    上述争论由来已久，有其复杂的历史原因，这一问题已成为当今理论发展的重大障碍，为什么广义相对论“用时间表示距离”，为什么重力场研究难于进展，等等问题，都与这有直接的关系，唯一的出路是采用两种测量概念。
     值得说明，上述“异地测量”的光速不一定是c，这并不违反狭义相对论，这是两种不同概念的结果。狭义相对论属于平直空间的理论体系，即“本地测量”范畴。
    随着时代的进步，我们应该完全摆脱历史的束缚，更没有必要谈虎色变，继续拒绝空间差异的事实，显然不利于理论的发展，不便于学术交流，也没有更好的办法可以解决这一问题。
    1.广义相对论用时间表示距离，是不得已之办法，由于时代的原因，当时认识到”本地测量“恒定就非常不容易，100多年后的今天，讨论这类问题尚且困难。但是，广义相对论采用不等间隔的坐标，依靠专门的数学体系，其理论十分复杂，难以理解和把握，不利于交流和发展。
    2. 空间弯曲是一种模糊的概念，不能简明地描述空间的性质。
    3. 本地测量没有可行性：在重力场中，不同高度的尺和钟不同，实际上不存在本地标准的尺和钟，除非尺的长度为0。另外，很多情况下是无法操作的，例如把尺和钟放在太阳表面。
    4. 本地测量不符合对速度的定义，在雷达波经历路线的各点，时率和尺标不一致，最终将无法合成速度值。
    5.本地测量的困难不仅在重力场中，在日常活动中也难以实现，众所周知，光在玻璃中的速度要小，是因为我们用真空中的尺和钟作为衡量标准，如果使用光路径（玻璃原子内部）的尺和钟，测量结果肯定是标准的c，但这种测量显然不实现，也没有必要。    
    我们测量得出光在玻璃中的速度小于c，是因为测量使用了玻璃之外的尺和钟；同样，光在重力场中的速度小于c，是因为测量使用了重力场之外的尺和钟。这种问题本来很简单，我们却把它搞复杂了。   
    图11.01a 表示了重力场“本地测量”概念，在足够小的范围内，测量用的尺和钟与光线处的尺和钟相同。图11.01b表示了“异地测量”的概念，测量用的尺和钟不同于光线所经之处的尺和钟。

图11.01   重力场中的“本地测量”和“异地测量”

关于狭义相对论
    本概念与“视觉现象”和“测量形象”问题无关。在狭义相对论中，运动的钟延缓，可是，如果时钟是沿观察者飞奔而来，观察到时钟不是慢了，而是快了，因为下一个钟信号需要传递的距离更少，关于这类问题，有的学者使用“测量形象”和“视觉形象”的概念来描述，然而，这并没有使得问题变得更加清楚。本质上，狭义相对论的变换公式，既不是测量形象，也不是视觉形象，而是一种逻辑变换关系，狭义相对论反应了两个系统的能量和动量相对性关系，如果不是这样，能量和动量便不再守恒。

                                         http://www.wlsyw.com   占礼葵 2007.6.18

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