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[建议，要点，优先权] 匀速运动下单向光速的直接物理实验测量

真空： vacuum

光速不变原理： postulate of constant speed of light

狭义相对论验证： special relativity verification

杨正瓴

天津大学 电气自动化与信息工程学院

2025-01-12

下述实体的物理实验，最好在高性能的电磁屏蔽、真空等条件下进行。

单向光速直接测量的意义^[1-4]，以及可能的原理与初步的技术，请看[5,6]。下面给出“匀速运动”下采用“电光效应”的单向光速测量物理实验方案。

核心：产生高精度的两个不同方向的匀速运动速度矢量v₁、v₂，要求两个速度矢量的模（速率）严格相等。

一、产生两个速率严格相等，但方向不同的速度矢量

参见图1。

其中的圆形的“旋转柱体”采用高强度、高刚度材料制作，表面为“镜面”效果。其下部连接大机械转动惯量的刚性旋转体，用于保证高速旋转时角速度ω的稳定性；采用数码盘等高精度的转速测量。“旋转柱体”与其驱动电动机之间采用皮带传动，以期减少电动机震动等的不利影响。

可以采用变频调速的三相异步电动机驱动“旋转柱体”，以便于改变转速，以及改变正反转的转向。

“光源”可以采用连续的激光。经过“半反射镜”、“全反射镜”形成两束合适的光线，分别照射到“旋转柱体”的两侧，并且具有上下对称的夹角θ。两个观测者“观测1”、“观测2”及其附属的三棱镜，对“旋转柱体”等严格对称。当“旋转柱体”匀速转动时，其镜面反射出的两束光线，对光源具有严格相等的“匀速运动速率”，至少其“平均值”严格相等。但它们的矢量方向v₁、v₂ 是不同的，等效于分别朝向和离开光源。

图1  产生两个速率严格相等，但方向不同的速度矢量实验的示意图

两个观测者“观测1”、“观测2”，根据他们附属三棱镜的光谱，可以直接验证狭义相对论等的光多普勒效应公式的精度。细节等从略。

二、不同方向匀速运动下单向光速的直接实验测量

参见图2。

参照《采用“电光效应”的单向光速测量物理实验方案》^[6]，加入三个“电光效应元件”，即可。

各种细节从略。

图2  不同方向匀速运动下单向光速的直接实验测量方案的示意图

说明：三个“电光效应元件”的控制电信号，由同一信号源采用三组接线得到。在一批次实验里，除了“旋转柱体”之外，其余装置保持不动。否则会引起加在三个“电光效应元件”上的电压的额外相位差，以及轻微的波形变化等。所以只能改变控制“电光效应元件”的电信号周期。可采用高频数字信号^[7]，经过数字计数器分频，得到较为稳定且具有严格周期差值的电信号。

如果能保持“旋转柱体”做固定的角加速度运动，还可以进行加速运动的参照系里 “光速不变原理”的判定。

参考文献 REFERENCES：

[1] 2022-06-09，光速不变原理/postulate of constant speed of light/张元仲，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=59586&Type=bkzyb&SubID=62037

[2] 2023-09-08，狭义相对论验证/special relativity verification/张元仲，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=438956&Type=bkzyb&SubID=198015

[3] 2024-05-16，光速/velocity of light/沈乃澂，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=156845&Type=bkzyb&SubID=95643

[4] 2022-01-20，坐标时和固有时/coordinate time and proper time/张元仲，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=59593&Type=bkzyb&SubID=62038

[5] 中国科学院科学智慧火花，杨正瓴，2024-09-27，斐索齿轮法与脉冲光：单向光速测量的可能性[EB/OL]

https://idea.cas.cn/zhhh/sxwlhxytw/wlx/info/2024/551076.html

[6] 中国科学院科学智慧火花，杨正瓴，2024-12-22，采用“电光效应”的单向光速测量物理实验方案[EB/OL]

https://idea.cas.cn/zhhh/sxwlhxytw/wlx/info/2024/551623.html

[7] 2022-01-20，时间频率测量/time and frequency measurements/毛瑞达，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=94515&Type=bkzyb&SubID=100498

相关链接：

[1] 2025-1-10，[转载] 杨正瓴，2024-12-22：采用“电光效应”的单向光速测量物理实验方案

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1468263.html

[2] 2024-12-21，[转载] 杨正瓴，2024-09-27：斐索齿轮法与脉冲光：单向光速测量的可能性

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1465321.html

[3] 2024-12-10 22:49，[打听，单向，光速] 结实的高性能“平行光”信号光源，都有哪些？

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1463752.html

[4] 2024-12-09 22:50，[打听，资料] “光电效应 photoelectric effect”的响应速度

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1463602.html

[5] 2024-12-07 22:49，[打听] “泡克耳斯效应 Pockels effect”及其响应时间

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1463366.html

[6] 2024-11-29 22:49，[小资料，科普] 地球的运动速度  （自转，太阳，银心，本星系群，穿越星际空间）

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1462314.html

[7] 2024-10-18 22:35，[电磁，单向，光速] 感谢《科学智慧火花》给贴出：“斐索齿轮法与脉冲光：单向光速测量的可能性”

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1455972.html

[8] 2024-08-08 22:48，[请教，讨论] 双齿轮：“真空中单向光速”的直接测量（二）

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1445670.html

[9] 2024-08-07 22:32，[请教，讨论] 电磁学的实验再检验（18）：“真空中单向光速”的直接测量（一）

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1445525.html

[10] 2024-08-05 22:49，[请教，讨论] 电磁学的实验再检验（17）：“真空中单向光速不变”可以直接测量吗？

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1445222.html

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