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1、1 双星光速浅绎方永林内容提要： 修正“惯性”的函义仅为“所受外力为零”。证明双星的光速相对地球是非匀速直线的，从而用非相对论力学解释了双星现象。关键词： 光速 双星 惯性 参照系双星是遥远太空中的天文现象,它为研究光的传播提供了材料.迈克尔逊莫雷实验否定了以太的存在，确认光速相对与光源为c,且各向同性 ;但人们在对双星的观察中,却得到了与“实验”相矛盾的结论.由此摧生了狭义相对论 . 人们在对双星的观察中作出了这的推绎:如果光速不依靠于媒质“以太”传播的话 ,双星的光速带有其轨道速度，双星中的某一颗星（如 A 星）发出的光相对于地球的速度为c+v(v 为 A 星在轨道某一点瞬时速度向地球方向
2、的分量)，那么当 A 星向地球而来时，发出的光快于离地球而去时（或双星中的另一颗星）发出的光，因此人们观察到双星的轨道会发生畸变；但实际上观察到双星的轨道是正常的，证明双星在其轨道的任一点向地球发出的光速都是一样的；从而又得到了光速与光源运动无关的结论。在“实验”与“天文观察”用经典力学无法统一的情况下, 爱因斯坦选择了光速不变原理。但值得注意的是 :A 星的光相对于地球的速度C+V是一个常量 , 即是匀速直线的, 这仅是一个假设 , 是否与客观实际相附合,还是需要进一步探讨的问题。2 在牛顿力学中 ,“惯性”被定义为物体“受外力为零, 保持静止或匀速直线运动”的性质. 但“静止或匀速直线运动
3、”仅是相对的, 并非任何惯性运动的物体之间都保持这种关系. 如地面上水平方向匀速直线运动的物体在其他天体上看, 是非匀速直线的 ; 在自由落体上看一个附近的抛物体是匀速直线的, 但在以地球为参照系的地面观察者看来, 它是非匀速直线的 . “匀速直线运动”只能在物体质量较小, 即万有引力效应不明显且距离较近的情况下近似地存在; 从普遍意义讲 ,这一定义是不成立的 . 因此,“惯性”的基本定义应是物体“所受外力为零”.( 这里所谓的“外力” ,应是除万有引力之外的其他力. 因为任何一个惯性运动的物体都无发否认, 它是在宇宙空间众多天体的引力之下做加速运动 ;) 由此, 可以认为在空间自由运行的物体
4、如天体、自由落体、自由粒子都是惯性系. 所以用“匀速直线运动”描述A星的光相对于地球的速度是没有道理的. 容易观察到 , 从一个自由落体上抛射出的另一物体与其母体保持匀速直线关系 , 这一性质与迈克尔逊莫雷实验相一致; 由此, 并根据以上讨论 , 可以认为 A星的光速相对于地球是可变的. 仅管 A星的光在通往地球的过程中受到空间天体的引力作用, 其速度相对于A 星会发生变化 , 但先后到达地球的光所经的路径是相同的, 所受的作用也是相同的 . 不会改变它相对于地球的原有规律. 下面可用极坐标对A 星的光速作具体分析 . 为了便于讨论， 设双星的质心相对于地球的速度为零，轨道平面与我们视线的夹角
5、为零， A星绕其质心作圆周运动， 其轨道速度为 V0；3 以双星的质心为坐标原点， 以我们通过质心的视线为极轴，方向指向地球。则 A星相对地球的纵向速度为V=V0sin t A星在其轨道某一点向地球发出的光相对地球的速度为c=c- V0sin （t+ ）此式表明 A星发出的光相对地球是周期性变化的。A星相对地球也在做周期性的横向运动，根据各项同性原理，A星发出的光相对地球也是非直线的。当 A星绕其质心旋转一周后（设周期为T） ，它发出的光向地球行进的距离为= T0cdt- V0tT (sin0+ ）dt =cT显然其平均速度仍为c。双星离地球非常遥远， 当 A星发出的光到达地球时， A 星已经
6、绕其质心转了很多圈（设圈数为n+ /T, n为正整数，0T） 。A 星在极角为 时发出的光到达地球所需的时间为nT+，则光相对地球的平均速度为C=dtVnTnT 00 )tsin(c1= ）（00)tcos(T2nVc当0 或T时，Cc。当=0分别与=，且=2T时，C有极值 c ）（ 210nV。T0dtc4 令 ）（0)tcos(T21n=k, 则 C=c+kv0 。由于 n 是一个很大的数，所以0k ）（ 211n1 可见, 双星在其轨道任一点发出的光相对地球的速度都基本为C,其最大差值远小于其轨道速度V0.;可以说 A星在任何时侯发出的光速都是一样的 , 我们看到双星的轨道应是正常的. 通过对某X 射线脉冲双星(这类天体距地球约6000光年以上 , 旋转周期 T约 5000.03 天) 蚀的观测, 得到 k210-9。以上讨论与实际观测的结果能够很好的符合，说明在非相对论力学的框架下，解释双星现象是可行的， 且具有明显的合理性。参考书目：(1)王正行近代物理学北京大学出版社 1995.1 (2)倪光炯李洪芳近代物理上海科学技术出版社 1979.8 (3)郭硕鸿电动力学高等教育出版社 1997.7 (4)李宗伟肖兴华天体物理学 2000.7
