光速可变及其地面判别实验

通过对历史上验证光速不变实验的分析,表明这些实验并未证实光速与接受者的速度无关.因此,光速不变至今仍然是一个假设.近年来通过对"微波背景辐射"及遥远射电星系发出的射电波的观测表明,它们存在一与地球运动相关的各向异性.这些天文学实验证明电磁波波速(即光速)是与接受者速度有关的,因此光速是可变的.笔者提出了一个猜想:由于光的某种未知的波动特性所产生的补偿效应,使得人们在地面无法用干涉法测出光速是否可变.因此要在地面上验证光速不变假设是否正确,必须找出一种精密测量光运行时间微小变化的新方法.笔者提出用高频激光脉冲技术可以实现这一测量,并在此基础上设计了一个关于光速不变假设的新的地面实验室判别实验.同时还对实验的前景和狭义相对论的有关问题作了一些预测.     

近年来国外的超光速实验

近10年来,多国科学家进行了微波及光脉冲的超光速传播实验,其中不少实验是利用所谓量子隧穿效应而实现超光速的,而意大利科学家则在微波和开放自由空间条件下在短距离上完成了超光速实验.2001年8月,J.Webb等人报告了对精细结构常数α的变化的研究结果,该研究是根据对类星体的观测,所分析的光是宇宙早期时天体发出的光;分析发现那时的α较小(故c较大)等等.笔者对超光速实验作了较详尽报道.还讨论了关于超光速相速实验方面的一些新情况.     

观测与相对论:光速在爱因斯坦狭义相对论中为什么不变?

1905年,爱因斯坦依据迈克尔逊-莫雷实验,提出光速不变性(invariance of light speed,ILS)假设,从而在理论上导出洛伦兹变换,建立狭义相对论(special relativity,SR),揭示了时空和物质运动的相对论性。然而,直到今天,我们仍然并不确切知道光在爱因斯坦理论中担任什么角色,并不完全理解迈克尔逊-莫雷实验中光速为什么不变;并且,也不真地理解时空和物质运动为什么会呈现相对论性。基于物理世界的局域性(locality),建立观测局域性原理(principle of observational locality,POL),提出观测极限假设(hypothesis of observational limit,HOL);以其为前提,从逻辑上导出观测媒介速度不变性(invariance of observation medium speeds,IOMS),从理论上阐明,迈克尔逊-莫雷实验并不真地意味着光速不变,而是向我们展示一个极为重要的物理观测现象:观测媒介传递被观测对象之时空信息的速度具有观测上的不变性。事实上,ILS只是IOMS的一个特例,只在光作为观测媒介时成立;光速并非真地不变或不可超越。根据IOMS,从逻辑上和理论上导出广义洛伦兹变换(general Lorentz transformation,GLT),概括并统一了伽利略变换和洛伦兹变换,并且,在波尔对应原理下,既与伽利略变换严格对应,又与洛伦兹变换严格对应。在GLT的基础上,因循爱因斯坦SR逻辑,建立起观测相对论(theory of observational relativity,OR),概括了爱因斯坦SR. OR理论阐明了相对论性的本质和根源:所有相对论性现象都是观测效应,源于观测局域性,而非真实的自然现象或物理现实。或许,本文的观点和结论能给予我们关于时空和物质运动之相对论性现象以及爱因斯坦相对论新的认识或新的见解。     

超光速现象理论基础探讨

从可压缩连续介质角度探讨超光速波动现象的理论基础.给出一种可以在空间二级精度上兼容相对论然而又允许超光速介质运动存在的数学描述,它可以解释A.Sommerfeld提出的粒子在超过光速后减小能量反而加速,吸取能量反而减速的现象.证明了无粘不可压缩流动的Navier-stokes方程可以改写成和电磁场方程相同的表达形式,并把这种关系延拓到非牛顿流体.借助用数学推理系统,证明洛仑兹(Lorentz)时空变换就是一种波速为无穷的波动方程到波速为有限值的中间变换.洛伦兹时空加不可压缩的方程组就等于伽里略时空里面的可压缩方程组.并给出可压缩流动的广义相对论线元,这样就可以合理解释中微子非零质量的实验结果     

超光速运动和狭义相对论的局限性

近年来,实验和观测已发现了多种超光速现象,这是科学研究中的一个新的前沿.笔者对超光速理论作了简单的回顾,指出洛仑兹变换中的时间定义不是物理学的唯一时间定义,还可以用一种推广的Galilean变换(GGT)定义另一种物理学时间.当描述超光速粒子(快子)运动时,GGT的时间箭头总是正向的,不会出现时间倒演问题.GGT变换是洛仑兹变换的一种非标准形式,也是洛仑兹物理思想的继承和发展.物理学家已普遍承认:真空不空.如果把真空称之为"以太场",这仅仅是一个术语问题.以太场具有复杂的量子特性,它与超光速运动之间可能存在某种内在的联系.近年来各国对中微子质量平方作了精确测量,全球实验的平均结果为负值,由此可以推测中微子可能就是超光速粒子.介绍了中微子作为自旋为1/2的超光速粒子的一种Dirac型方程及其量子性质,为弱相互作用中宇称不守恒的事实作出了新解释.     

洛伦兹变换与超光速变换

洛伦兹变换被认为是两个作相对运动的惯性系,其合成速度总是小于光速.若惯性系中一个或两个的速度都等于光速,则合成速度也等于光速.导出了超光速变换式,得到一些新的结论.     

量子力学与超光速运动

在量子力学创立时,理论上受到两个物理上的基本限制:一是普朗克常数h(或h),它常以能量子ε=hv(或ε=hω)的形式出现;另一个就是狭义相对论,它除了能量和动量关系不同于牛顿的表达式外,更主要的是加上了光速不可逾越的限制.而量子力学的各种概念几乎都涉及到超光速运动,因此,量子力学的建立和发展过程就是一个回避超光速运动描述的过程.而物理事实表明,超光速运动或许是亚原子内部运动的基本特征.因此有必要用新的观点来重新审视量子力学.     

关于超光速粒子的加速器测量

相对论本来就含有一种超光速变换的描述,在不违反其数学描述精度基础上,利用非线性修正把原来的基本方程进行调整,可以得到和于闵克夫斯基空间表述高阶相融的平直空间映象.研究和求解此映象的性质,期望得出超光速情况下粒子运行的两条规律:第一是减小能量反而增大速度,第二是在超光速情况下解的不连续性.利用这两条原则指导加速器中的测量,得到对于加速器存在的非线性混沌运动的新认识.特别是利用减小能量和加强解的间断性得到的调控手段,使得强流电子束产生的复杂的束晕混沌现象得以加强并由此产生分布的变化,然后对此规律进行数学拟合.此结果都可以作为超光速粒子行为的间接证据.     

光在运动镜面上的反射规律

根据相对论时空坐标变换及光速不变原理 ,推出了光在运动镜面上反射时遵从的规律。     

光在运动镜面上的反射规律

根据相对论时空坐标变换及光速不变原理，推出了光在运动镜面上反射时遵从的规律。     

狭义相对论的前提与全速域狭义相对论理论模型的构建原则

基于笔者提出的弥聚子论的基本概念及其中对于主要反映超高速领域物质运动与时空之间关系的爱因斯坦狭义相对论(或称"高速狭义相对论")的尝试性拓展--预言了有可能显著存在于超低速领域的低速狭义相对论效应乃至有可能显著存在于超高速和超低速领域、同时涉及介于两者之间的常速领域的全速域狭义相对论效应,对爱因斯坦狭义相对论的前提进行了评述、质疑与修正,其要点包括:第一,指出了爱因斯坦在"以狭义相对性原理为前提"的名义下所做推导的前提超出了纯粹意义上的狭义相对性原理,它实际上隐含了独立且具有潜在局限性的"伽利略极限契合原理"和"线性时空变换假设";第二,指出了依据对电磁波运动的考察和狭义相对性原理而得出的光速不变原理在其意义和作用方面存在一定的局限性,而通过对实物体运动的考察则有可能获得等价于光速不变原理或较之更具普遍意义的能够作为狭义相对论前提的原理,从而有可能更深刻、更充分地反映狭义相对论效应的物理本质乃至引发狭义相对论的变革;第三,区分了光速不变原理与"固有常数光速个例性原理",指出了狭义相对性原理不仅寓于相关时空变换表达式的高度对称性之中,还必寓于其他与物理过程相关的原理之中;第四,依据前期研究成果对狭义相对论的前提进行了更新,即扬弃了光速不变原理并代之以先前提出的实物体运动存在速度上限和下限的"双极限速原理"及与之孪生的"双极限速质量-速度关联原理",并指出了在笔者所期待的狭义相对论的变革中恰当运用"伽利略极限契合原理"或将其推广为"洛仑兹极限契合原理"乃至推广为扬弃具体极限情形的"一般性极限契合原理"以及放弃"线性时空变换假设"转而依循"时空变换数学形式的开放性原则"的必要性. 在此基础上,通过在上限速单极近似下引入质量-速度关联原理,重新推导出了爱因斯坦狭义相对论中的洛仑兹变换关系式,明确了以质量-速度关联原理取代光速不变原理的推演步骤,并使得"光速不变"(或"上限速度不变")在爱因斯坦狭义相对论中由前提蜕变为推论. 继之,分别给出了上限速单极近似和下限速单极近似下质量-速度关系的唯象推导过程,并明确了低速狭义相对论和全速域狭义相对论时空变换关系式的构建原则. 这一工作使得全速域狭义相对论完备理论模型的建立又向前推进了一步.     

负能量体系的相对论性量子方程

对著名的EPR思维实验检验的结果揭示了量子力学中存在非定域作用，这与相对论以光速为自然界最大速度的结论构成了深刻矛盾．多年来，这个矛盾的协调问题一直没有得到解决，因此本文认为这两个理论过去的结合所产生的相对论性量子力学、量子场论等理论可能有不和谐的地方，只是有没有揭示出来以及如何提出解决这些问题的方法．本文试图通过对负能量的研究来初步探讨这些问题．研究表明负能量已经不仅仅是数学计算的手段，而是有实实在在的物理内容，本文把狭义相对论思想推广到负能量体系，提出新的设想，得出时空变换的新形式，该形式可以从理论上在不破坏因果律的情况下解释非定域作用现象．文中将负能量体系的理论与量子力学理论结合并导出有关方程．     

论狭义相对论的实验基础

就狭义相对论有无实验基础，能否用实验来证实狭义相对论，时问膨胀、空间收缩的相对性是否存在，洛伦兹变换是相对的还是绝对的等一系列问题进行了分析和讨论，并得出了这样的结论：目前在文献中所能查到的实验没有一个符合爱因斯坦所提出的要求．这些实验只能证实时间膨胀是存在的并且具有绝对性，但不能证实相对论的正确性．     

如果自然界存在负能量粒子——略论负能量粒子的质量问题和时空关系问题

自狭义相对论问世以来,探寻异于经典相对论形式的时空变换是理论界一直感兴趣的问题.相对论已经经受了严格的实践检验,有坚实的基础,为了在相对论思想框架内探索新的时空变换形式,本文从负能量入手,概述了负能量概念从作为物理的辅助计算手段到成为有实在的物理概念的发展过程.通过理论分析,发现若按一般所认识的负能量粒子的质量是“负”的,则将出现违反牛顿第二定律等基本物理定律的现象.用思辨方法推导出负能量粒子的质量是正的,有不同于普通物质的时空变换关系,并发现正、负能量粒子发生相互作用时会发生能量辐射.     

相对静止论

由太阳系主要特征 ,及亚里士多德思想 ,牛顿力学和相对论基本观点 ,综合出 :“物体的自然状态是相对静止 ,在自然状态的要保持 ,不在自然状态的要恢复之”的论点 ,它与自然界更和谐 .并推理出 :卫星的轨道面向行星自转的赤道面演化 ;公转角速度比行星自转快的卫星 ,其轨道半径逐渐减小 ,万有阻力及感应引力等结论 ,与天文现象吻合