建立牛顿绝对时空观的原理

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1、第 1 页 共 5 页建立牛顿绝对时空观的原理建立牛顿绝对时空观的原理周家军周家军(zhoujiajun)（家庭地址（家庭地址:广西广西陆陆川川县县良田良田镇冯镇冯杏村杏村 22 队队,邮编邮编:537717） ） （目前所在地（目前所在地:广西柳州市广西柳州市,电电子子邮邮箱箱:） ）摘要:从麦克斯韦电磁方程组里电磁波传播速度的计算公式里,可推论出光线传播速度所选取的对应参 照系问题及其两个重要性质,即光速不变原理和光速惯性原理.根据伽利略坐标变换,就可以建立牛顿绝对时 空观.以太是存在的,人们已经在一些实验中部分证明了.只要人们稍微改变一下思维方式,就可以在实验中 完完全全的证明出以太.通

2、过对几个著名的以太实验的剖析,能够使大家很清楚的认识到,为什么有的实验 相对于以太的运动可测,而有的实验相对于以太的运动不可测的原因. 关键词:电磁波传播速度计算公式; 传播介质;光速不变原理;光速惯性原理;光速度速度叠加原理;斐索 流水实验;霍克实验;“迈克尔逊莫雷”光干涉实验;时间测量.1.1.光线传播速度的相对参照系光线传播速度的相对参照系从麦克斯韦电磁方程组里可得出电磁波的速度 v=,光线是电磁波的一种,光线的传播速度是以哪1个物体为参照系呢？由这一式子里可看出,如果光线是在玻璃里,根据玻璃的磁导率 玻璃和电容率 玻璃, 可以得出玻璃里的电磁波的速度 c玻璃,它以玻璃为参照系;如果光线

3、是在水里,根据水的磁导率 水和电容 率 水,可以得出水里的电磁波的速度 c水,它以水为参照系;如果光线是在空气里,根据空气的磁导率 空气和电容率 空气,可以得出空气里的电磁波的速度 c空气,它以空气为参照系.如果光线是在真空时,根据真 空的磁导率 真空和电容率 真空,可以得出真空里的光传播速度 c真空,它就是以真空为参照系. 2.2.光线传播的重要性质光线传播的重要性质 从麦克斯韦电磁波方程组里,可得出光线传播速度的两个重要性质. 2. 1、光线传播重要性质之一、光线传播重要性质之一,光速不变原理光速不变原理. 光线在哪个介质里传播,光速度就是以哪个介质为参照系.在介质里的光线传播速度是一个恒

4、定值,是 由该介质的性质所决定的,它只与该介质的磁导率 、电容率 有关,与光源运动状态无关,与接收者的 运动状态也无关,这即是光速不变原理. 2. 2、光线传播重要性质之二、光线传播重要性质之二,光速惯性原理光速惯性原理. 从光线在介质里的传播速度是一个恒定值里可看出,光线传播没有惯性,与发射体（光源）运动状态无 关,不遵循惯性速度叠加原理.光线没有质量,所以光线传播不具有惯性. 3.3.光速度的速度叠加原理光速度的速度叠加原理 光速度的速度叠加原理和光速惯性原理并不相同.光速惯性原理是说光线传播没有惯性,不遵循惯性速 度叠加,是针对发射体（光源）而言.光速度的速度叠加原理用于伽利略坐标变换,

5、是针对接收者而言.光 线在介质里传播,随介质的运动而运动.当观察者和介质在相同惯性系时,观察者观测到的光速度为介质里 的光线传播速度.光线传播没有惯性,与发射体（光源）运动状态无关;当观察者和介质不在同一个惯性系 时,对于观察者来说,光线传播速度遵循伽利略坐标变换,测量的光速度呈现出速度叠加性,他测量到的光 速度为介质运动速度矢量和介质里的光速度矢量之和,即为速度叠加原理. 4.4.以太、绝对静止参照系的存在形式以太、绝对静止参照系的存在形式 讨论以太、绝对静止参照系的存在形式,需要建立一个简单的宇宙模型,即:宇宙无形,空间有形;宇宙 无边,空间有边;宇宙无限,空间有限. 宇宙是个无限大的体积

6、,没有形状,没有边界,也没有运动,宇宙就是绝对静止物,任何一点都可作为宇 宙的中心点. 空间的体积是有限的,有形状,有边界.质量物质的存在,是空间存在的表达形式.宇宙间没有任何质量第 2 页 共 5 页物质的地方即为真空,亦可说真空被我们称之为以太的物质所填充.真空即为绝对静止参照系,绝对静止参 照系即为真空.光线在真空里传播,光速度以真空为参照系,亦是以绝对静止参照系为参照物. 5.建立牛顿绝对时空观的四个原理建立牛顿绝对时空观的四个原理: 5.1、物理定律在任何惯性下都保持不变、物理定律在任何惯性下都保持不变; ; 5.25.2、伽利略坐标变换适用于任何惯性系、伽利略坐标变换适用于任何惯性

7、系; ; 5.35.3、光速不变原理及光速惯性原理、光速不变原理及光速惯性原理; ; 5.45.4、光速速度叠加原理、光速速度叠加原理. . 6.分析以太测量实验分析以太测量实验,解析牛顿绝对时空观原理解析牛顿绝对时空观原理. 在历史上,人们做了很多以太测量实验,有肯定以太的,也有否定以太的.通过对几个著名的以太实验的 剖析,能够使大家很清楚的认识到,为什么有的实验相对于以太的运动可测,而有的实验相对于以太的运动 不可测的原因,以及实现可测量以太存在的实验方法. 6.1 菲索流水实验菲索流水实验 在这个实验里,有两个惯性系:一是空气惯性系,即地面静止惯性系;二是流水惯性系.光线在空气里传 播,

8、观察者(仪器)是在空气惯性系里.因为空气是静止的,观察者(仪器)和光线传播介质（空气）在同一个 惯性系里,光线没有惯性,不呈现出速度叠加性.光线在流水里传播,流水相对于观察者(仪器)以速度 v 流 动,观察者(仪器)和光线传播介质（流水）不在同一个惯性系里,光线传播符合速度叠加原理,为流水速度 矢量和光线速度矢量之和. 假若光束 1 和流水方向相同,光束 2 和流水方向相反.光束 1、光束 2 的光程又分别由两部份组成,一 个是在空气里传播的光程,一个是在流水里传播的光程.若光线在空气传播的长度为 L空气,流水长度为 L水,光 束 1 在空气传播的时间为 t11,在流水传播的时间为 t12,光

9、束 2 在空气传播的时间为 t21,在流水传播的时间 为 t22,光线在空气里的速度为 c0,光线在静止水里的速度为 c水,流水速度为 v.那么可分别列出光束 1、光 束 2 的传播时间: 光束 1 在空气的传播时间为:t11=0cL空气光束 1 的流水相对光速度=c水+v=(是介质水的折射率,下同),在水流的传播时间为:vnc0nt12=vcL水水vncL0水光束 2 在空气的传播时间为:t21=0cL空气光束 2 的流水相对光速度=c水-v=,在水流的传播时间为:vnc0t22=vcL水水vncL0水流水相对光速度=c水+v=vnc0第 3 页 共 5 页光束 1、光束 2 的传播有时间差

10、,为:t=(t11+t12)- (t21+t22)=( +)-(+)=0cL空气vncL0水0cL空气vncL0水2 22 02vncvL水空气是静止的,光束 1、光束 2 在空气传播路径没有光程差.水是流动的,在流水传播路径有光程差,为:N=c水*t = *=nc02 22 02vncvL水222 002vncvcnL水由此可见,光的相干只和流水速度有关,与空气无关（因为空气是静止的）,与仪器的摆向也无关.当 流水速度为 v=0 时,两者光程差 N=0,没有产生干涉条纹;当流水速度为 v0 时,两者光程差 N0,就产生 了干涉条纹.水速 v 越大,光程差就越大,可观测的干涉条纹就越明显,亦即

11、说流水拖动了以太.这就很好的 解释了菲索流水实验和霍克实验. 若将流水换成其他介质,比如空气流或其他液体、气体流,同样会有相同的情况发生.特别是换成空气 流时,此时 n=1,干涉条纹就只与空气的流动速度有关.如果空气是静止的,以太不会被空气拖动,只有当空 气有流动时,空气才会拖动以太. 若将流水换为真空,则观测不出干涉条纹.这是因为两束反方向的光束在真空管里的传播时间相等,光 程差 N=0,所以不会出现干涉条纹.（证明略） 若要用菲索流水实验观察到以太风的存在,必须将其的一段水平管（上段或下段）取消,这样两束反 方向的光束在真空管里的传播时间才不相等,光程差 N0,才能有干涉条纹出现,这就是霍

12、克实验. 6.2 用用霍克实验测量以太风的方法霍克实验测量以太风的方法 将盛水的玻璃管改为真空的玻璃管,把玻璃管置于和地球运动速度方向平行的位置. 假若光束 1 在玻璃管内的传播方向和地球运动速度方向相同,光束 2 在玻璃管内的传播方向和地球运 动速度方向相反.光束 1、光束 2 的光程又分别由两部份组成,一个是在空气里传播的光程,一个是在真空 玻璃管里传播的光程.若光线在空气传播的长度为 L空气,真空玻璃管长度为 L管,光束 1 在空气传播的时间 为 t11,在真空玻璃管传播的时间为 t12,光束 2 在空气传播的时间为 t21,在真空玻璃管传播的时间为 t22,光 线在空气里的速度为 c0

13、,光线在真空管里的速度为 c,地球运动速度为 v.那么可分别列出光束 1、光束 2 的 传播时间: 光束 1 在空气的传播时间为:t11=0cL空气光束 1 在真空玻璃管的传播时间为:t12=vcL管光束 2 在空气的传播时间为:t21=0cL空气光束 2 在真空玻璃管的传播时间为:t22=vcL管光束 1、光束 2 的传播时间差为:第 4 页 共 5 页t=(t11+t12)- (t21+t22)=(+)-(+)=0cL空气vcL管0cL空气vcL管 222vcvL管空气是静止的,光束 1、光束 2 在空气传播路径没有光程差.地球是运动的,光束 1、光束 2 只在真空 传播路径有光程差,为:

14、N=c*t =c *=222vcvL管 222vccvL管6.36.3、 “迈克尔逊迈克尔逊莫雷莫雷”的光干涉实验的光干涉实验 在这个实验里,两束光线都是在静止空气里传播,仪器和空气都是在同一个惯性系下,光线传播速度遵 守光速不变原理,两束光线的行程都是相等的,不可能有行程差,干涉条纹没有产生,观测不到以太风,那是 必然的. 若要观测到以太风的存在,必须在地球地面的真空环境里,将仪器置于真空,使光线在真空里传播,两 束光线才产生行程差,干涉条纹才会出现. 假若光束 1 垂直于地球运动速度方向传播,光束 2 平行于地球运动速度方向传播,且与地球运动速度 方向 v 相反.光束 1 传播的时间为 t

15、1,光束 2 传播的时间为 t2,光臂长度为 s. 因为光线在真空（以太）中传播,相对绝对静止参照系运动.仪器在地球表面,跟随地球一起以速度 v 相对绝对静止参照系（以太）运动,也可以说绝对静止参照系（以太）以速度 v 相对仪器（地球）反方向 运动.仪器和以太不是在同一个惯性系里,光线传播速度符合速度叠加原理. 光束 1 因为垂直于地球运动速度方向,光线传播相对光速度=c+0=c,光束 1 传播的时间为:t1=cs2(因为地球运动速度的影响,光束 1 的发射光束和反射光束不在同一条直线上,不重归于一点,而是形 成一个等腰三角形.若要发射光束和反射光束重归于一点,光束 1 就要和地球运动速度方向

16、倾斜,如此一来,光 线传播相对光速度就要受到影响,这是一个很复杂的问题,在此忽略不考虑.) 光束 2 在发射段,光线传播相对光速度=c+v,在反射段,光线传播相对光速度=c-v,光束 2 传播的时间 为:t2=vcs vcs 222 vcsc 光束 1、光束 2 传播的时间差为:t=t1-t1=-= cs2222 vcsc )(2222vccsv 光束 1、光束 2 传播的光程差为:N=c*t=c*=)(2222vccsv 1222 vcs有一种可行的方法，就是在光束 2 路径设置一段长度为 L 的真空玻璃管，光程差只和玻璃管的长度 有关，光程差为:(推导略)N=)()(222 022 0 vccvcccLc 1222 vcL6.46.4 在地球地面在地球地面, ,利用高精度时钟测量光线在真空的传播时间利用高精度时钟测量光线在真空的传播时间. . 光线的传播时间测量,也就是