相对性原理和爱因斯坦的光速不变原理是其狭义相对论的出发点,由此可以推理出相对论的时空观和相对论力学。作为基本原理,其内容最好是能直接和实验相对照的,特别是很具体的光的速度问题。光速=空间两点的距离除以两点处的钟所给出的时间差,当然两点处的钟应该是事先校准好的。但如何校准好两点处的钟呢?这是一个更基本的问题。
测量单向光速必须涉及空间两点的距离和两点处的钟所给出的时间差.设空间A、B两点的间距为lAB,当A处的时钟值为tA时,由A向B处发出一束光,设B点收到光信号时B处的时针值为tB.若A、B两只钟是事先校准的,则可测得光传播距离lAB所需的时间为tAB=tB-tA,进而得到A、B两点间单向传播的光速为lAB/tAB。可见,测量两点间光速的前提是A、B两只钟绝对校准。或者说,校钟问题是直接测量单向光速的关键。在未获得理想校钟方法的情况下,两点间单向传播的光速事实上是无法直接测得的[1][2]。但如果使光从一点出发,经一路径又回到该点,形成一闭合回路,由于在测量光沿回路传播所需时间的过程中,用的是同一只钟,所以光沿回路传播的速度(平均光速)是可以直接测量的。
考察各种对光速进行测量的光学实验,本质上都是对回路光速进行的测量。实验事实告诉我们,光在真空中沿任意闭合路径传播的平均速度恒为c.这可称为回路光速不变原理,它与单向的光速不变原理只是其中一个特例。依据上述讨论的思路,若用回路光速不变原理替代狭义相对论中的单程光速不变原理,并以此来“校准”各地的时钟的话,将可进一步研究得到满足回路光速不变原理的坐标变换形式,已有文献证明[3][4],这个坐标变换式与洛仑兹坐标变换式,两者的区别目前在实验上还无法甄别。
对于熟知的光信号校钟法,是在已设定光速恒定为c不变的前提下,依据A、B两时钟的关系来校准钟的.用这样的两时钟再来测量单向光速当然恒定为c 了。
参考文献:
[1].张元仲《狭义相对论实验基础》1994年科学出版社p.15。
[2].G.Cavalleri and G.S pinelli, Found Phys.13(1983)1221。
[3].张元仲《狭义相对论实验基础》1994年科学出版社p.18-19。
[4].J.A.Winnie, Phil. Sci, 37(1970)81,37(1970)223。
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