On the Invariance of Light Frequency
摘要（Abstract）
本文提出并论证了“光的频率不变原则”：光的时间频率由源决定，在传播过程中不会因引力势、路径长度或介质折射率的变化而改变。我们基于相位守恒原理，从波动方程出发，重新解释了引力红移、飞行钟实验、GPS 授时、干涉实验等一系列传统上归因于“频率变化”的现象。本文指出，实验中测得的所谓“频差”，本质上是路径相位积累差的反映，而非频率本体的变化。该解释与所有现有实验结果相容，同时更贴近波动物理的本质，对当前相对论的“时间膨胀”语言提出了根本性修正。
1. 引言（Introduction）
自广义相对论提出以来，“频率变化”成为解释引力红移、飞行钟实验、GPS 校时等现象的核心语言：高势场钟走得快，低势场钟走得慢。然而，这种解释方式在逻辑上将本属于空间频率变化与传播路径效应的现象，全部投射到了“时间频率变化”上，从而掩盖了波动本身的基本规律。
另一方面，波动理论一直遵循一个基本事实：波的时间频率由源决定，在传播过程中保持不变。例如声波在不同介质中传播时，频率不变而波长改变；电磁波在介质中传播时，时间频率同样保持恒定。若将这一原则扩展到引力场与空间频率场中，就会得到对现象更直接、更符合物理本质的解释框架。
2. 光频率不变原则（Principle of Frequency Invariance）
原则：
光的时间频率 (ω) 是由源确定的。在无源、稳定的传播过程中，无论路径经过何种势场或介质，(ω) 保持不变。
这一原则可类比于声波频率的介质独立性。若源在时刻 (t0) 发出波动，则任意时刻 (t) 上的相位演化满足：
Φ(t) = Φ(t0) + ω (t - t0).
3. 相位守恒原理（Phase Conservation Principle）
波动传播满足相位守恒：
∫t0t ω dt' = ∫path k(r) ds ,
其中 k( r) 是局域空间频率，依赖于空间的势场分布或折射率分布。
对每一条路径，相位守恒强制时间相位积累与路径空间相位积累严格对应。这意味着：
时间频率固定；
空间频率随环境变化；
不同路径 → 不同空间积分 → 相位差；
相位差 ÷ 时间 → 实验上观测到的“等效频差”。
4. 实验现象的重新解释（Reinterpretation of Key Experiments）
4.1 引力红移（Pound–Rebka 实验）
传统解释：高低势区频率不同。相位解释：频率不变，光在不同势区的空间频率场不同，传播过程相位积分不同 → 接收端与本地钟的相位出现差异 → 表现为“频移”。
4.2 飞行钟实验（Hafele–Keating）
传统解释：飞行钟频率变慢。相位解释：飞机路径与地面路径空间相位积分不同，返回后相位不再一致 → 表现为“频差”。
4.3 GPS 授时
传统解释：卫星频率与地面不同，需预调。相位解释：卫星信号在复杂势场与大气路径中传播，相位积分差导致接收端与地面钟的相位偏移 → 通过模型补偿实现授时。
4.4 干涉与 Shapiro 延迟
传统解释：光速变化或时空弯曲。相位解释：路径空间频率场改变，积分增大，相位积累变多 → 干涉条纹偏移或信号延迟。
5. 相对论语言的局限与替代框架
广义相对论的“时间频率变化”语言，本质上是把空间频率场的变化吸收到时空度量中，通过“时间膨胀”解释一切。这种处理在数学上自洽，但在物理上遮蔽了波动的直接机制。
本文提出的“频率不变 + 相位守恒”框架：
与现有实验完全等价；
逻辑链更短，无需假设“时间流速变化”；
能自然解释介质传播、势场传播和干涉效应；
为重新审视引力与波动关系提供了基础。
6. 结论（Conclusion）
“光的频率不变原则”是一条被工程语言与相对论叙述长期掩盖的基本物理规律。基于相位守恒，我们可以在不改变实验结果的前提下，建立更透明、更贴近波动本质的解释框架。这不仅在基础物理上具有重要意义，也可能为引力场与波动传播的统一描述提供新的途径。
参考文献（References）
[1] Pound, R. V., & Rebka, G. A. (1959). Apparent weight of photons.
[2] Hafele, J. C., & Keating, R. E. (1972). Around-the-World Atomic Clocks: Predicted Relativistic Time Gains.
[3] Einstein, A. (1916). The Foundation of the General Theory of Relativity.
[4] GPS ICD Documents.
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