时空本源探物

光速漂移原理与“同时”的绝对性定义 

引    言

    在历史上所有与光速相关的著名实验中，除了迈克尔逊-莫雷(Michelson -Morley)实验之外，无一例外地不是证明相对论的“光速不变”是错误的，例如从1851年斐索(Fizeau)开始的大量流水实验，1920年的塞曼(Zeeman) 运动玻璃棒实验，1925年的迈克尔逊-盖尔(Michelson-Gale)等，特别是最近几十年以来被广泛应用的光纤陀螺仪技术，和卫星双向时间比对的全球时钟同步技术。有人说一种理论在一百个实验中有九十九个证明它是对的，而另外有一个证明它是错的就足以否定这个理论，可是在我这所举的这六个例子中就有五个直接否定相对论的“光速不变”，为什么相对论却仍能“稳如泰山”呢？如果是说因为还没有一个更好的理论来取代，那么“光速漂移原理”就是“光速不变原理”的克星，而且给予牛顿时空观及其“同时”的绝对性概念以丰富的内涵。

一、光速漂移原理与引力场背景的关系

    什么叫漂移？人在河边走，船在水面游，只要稍加留意就会发现，无论船在水面怎么游都会随着水流向下游漂移，而这种漂移就是以河岸为参照物，以流动的河水为背景的一种观测结效应﹔而当观测者也与河水同步运动而失去河岸的参照物，那么这种漂移现象也就随之消失。所以漂移是一种观测效应。

    当然，光速的漂移与游船的漂移虽然原理相同，可是其实质就不是这么回事了。首先，船不是在水中而只能在水面游，光却可以在它的背景场中的任意方向肆意穿行﹔而与船的关键之别是在于光不是粒子而只是波，光的一切粒子属性都是由它的一种独特的孤立波性状决定的表现形式！

    毫无疑问，要把光定义为绝对的波，那就必然要有一种介质来传递这种波，西方人一直都把这种介质称之为“以太”，而东方人也可以说它是一种“元气”，但不管名称怎样反正都是这么回事，只是西方人曾经做了大量的实验去寻找以太似乎总是得出一些相互矛盾的结论。其实并非实验结果矛盾，而是他们对以太观念在认识上太机械了，怎么就不会有人想到这种以太会跟着引力场跑呢？就知道一个“曳引系数”，其实任何运动透明媒质都无法带动它所处的环境以太，所有相关的“曳引系数”都只能是零！

    如果非要用上“曳引系数”不可，那么只有引力场才具备这种曳引能力，所以在本文引言中所列六大事件唯一支持相对论“光速不变”的迈克尔逊-莫雷实验，也就可以用“引力场曳引”理论完美解释了。事实上，任何与光速相关的实验和应用技术都可用“引力场以太”来解释，以地球引力场为背景的光速各向同性，而以地面为参照系就会出现光速漂移现象。由于人们对客观世界的观测结果几乎都是在地面完成的，而在地面所有已知的光速观测结果中都普遍存在这种漂移现象，所以我们把这种现象称之为光速漂移原理。

    “引力场以太”就是传递光的波动行为的介质。其实，引力场充满着整个宇宙空间的所有物质能及之处，冲出地球引力场之后又进入更强大的太阳引力场，跨越太阳引力场又是银河系引力场等等，尽管在局部引力场中的“以太密度”会随着距离的增加而逐步减少，而且宇宙空间物质的分布也是聚合成团的，但就整个宇宙来说，离开引力物质成团足够远处的“以太密度”总会趋向于一个常数，所以我们也可以将这种“以太”直接用“场物质”的名称取代，这与传统的以太概念是有所不同了的。

 二、光速漂移原理中的几个重要公式及其应用

    本文在这里只给出几个公式的推导结果，具体推导过程和更广泛的应用领域，请参看我的另一篇重要论文《从菲涅尔效应到全球时钟同步技术---论引力场背景下的光速漂移原理与应用》。

1.在引力场中以速度 运动的观测者，与在引力场中以速度 传递的光信号速度矢量合成 的结果是﹕

    这里的n是与观测者一同运动的透明媒质折射率，当光源与观测者之间存在相对运动时，则要另行计算n的色散效应。略去根号中速度的二阶小量，再用伽利略相对原理变换到静止参考系，就是著名的菲涅尔效应公式！

    毫无疑问，以上公式只适应于观测者运动的速度矢量合成，而与光源的运动状态无关，这就是相对性原理的严重局限性，不过电磁力学规律的相对性被局限的原因则与此有所不同，那只是与磁场的起源有关。

2.在地面任意两点的光速漂移公式﹕

    这里的ω是地球的自转角速度，r是地面到地心的距离，L是观测者与地面光源之间的距离，θ₀与θ分别是光源与观测者所处的不同地理纬度，ψ则是光源与观测者所处不同地理位置的经度差。由于地面任意两点之间没有相对运动，尽管光速漂移显著也不存在可测的多普勒效应。

    这一公式最重要的应用就是对迈克尔逊-盖尔实验严格的数学证明，而且也是该实验完成八十多年以来首次证明，证明过程详见我的论文《从菲涅尔效应到全球时钟同步技术---论引力场背景下的光速漂移原理与应用》，有兴趣的朋友也可根据这一公式去自己证明。

3.地面观测站与地球同步轨道卫星之间的光速漂移公式﹕

    其实，前面的地面漂移公式是这一公式的特例（任意卫星的完整公式很复杂），而地球同步轨道卫星所处的地理纬度是在赤道上空，所以θ₀=0(实际上有偏离)，这里的θ是地面观测站所处的地理纬度，ψ是地面观测站所处地理位置经度与同步轨道卫星的经度差。由此，我们可以通过距离除以速度再减去光速的标准延时值，就得到的一个类似的Sagnac效应公式 ，这就是当今国际度量衡局推荐并组织实施的一项高精度卫星双向时间比对(TWSTT)时间传递和全球时钟同步技术的重要理论基础。下面，我们将此式直接应用于中日卫星双向时间比对的信号时间偏差值计算。

    地面站西安与日本东京的地理经度和纬度分别是﹕西安东经109.22°北纬34.37°、东京139.75°和35.60°，同步卫星的轨道定点位置是东经148°，轨道半径R = 42164 km，地面站高度(到地心)两地都按r = 6371km计算，由此可得到西安与卫星之间的信号时间偏差值为112.68 ns，东京与卫星之间的时间偏差值为25.43 ns，也就是说从西安发送的光信号经过卫星(向东转38.78°)传送到东京(返回8.25°)，将在标准光速延缓之外再延缓112.68 -25.43 = 87.25 ns，而从东京发送到西安则要少延缓87.25ns到达。或者说因为光速的以太漂移，经卫星从西安发送到东京的光信号，要比从东京发送到西安的信号时间多花174.50 ns。

4. 激光单向测距精确定位公式(光速往返双向漂移的推导结果)﹕

    在v和v₀远小于c时略去小量就可得到伽利略相对性原理下的光信号速度(c+v₀-v)，而(v₀-v)就是被测物体与观测点在同一引力场中相互远离的视向速度，这用多普勒速度仪就可以直接测出来，Δt是光信号从发出到返回过程所用的总时间，那么L就是被测物体返回信号时与观测点之间绝对同时性的距离值，测量过程相当简单。

5. 通过光信号传递进行跨参照系单向校钟﹕

即在一个运动参照系的校钟点向另一个运动体发出的第一列光信号返回时，再经过Δt₁的时间发出包含推迟势ΔT信息的校钟通信讯号进行校钟，通过这一光信号的推迟势就得到两个不同参照系之间时钟单向校钟的绝对性同步结果。

 三、同时的绝对性定义

    关于同时性的定义，在爱因斯坦《论动体电动力学》中说﹕只有我们通过定义，把光从A到B所需要的“时间”规定等于它从B到A所需要的“时间”，我们才能够定义A和B的公共“时间”。事实上，由于光速漂移现象的普遍存在，这种公共时间的定义方法是错误的！

    从以上的计算过程我们可以清楚地看到，西安、同步轨道卫星以及东京三个位点之间的距离总是固定不变的，可是光信号传播所需时间的实测值却是从西安发送到东京(经卫星)、要比从东京发送到西安的信号时间多花174.50 纳秒！可见人为地规定必须要考虑到它的背景条件，本来就不相等的事件怎么能 “规定等于”呢？

    时间，这一古老的名词概念其实也是随着人类的进化而进化的。远古的人们只有“今天”“明天”的概念，后来注意到月光出现的周期变化也就有了“月”的概念，随着农业生产的发展对气候条件要求越来越严，于是“季”和“年”的概念也就出现了。这一时间概念的进化过程都是人们为了自身的生存而自然形成的，后来随着人们的社会活动范围的不断扩展，逐步发现“我这里的中午怎么会与你那的中午时间不同”？于是一个“地方时”的概念就逐步形成了，相对论就是停留在这种“地方时”的认知层次上，真正向科学时间迈进的是天体力学与人造卫星时钟同步技术所采用的儒略日期计时系统的广泛应用。

    时间是什么？它是支配一切自然现象发生发展变化快慢必须共同服从的度量标识，因而它是超脱于所有物质存在方式的一种独立体系。这种标识体系既可以规定用具有代表性的时钟记录，也可用其他计时系统标明，但时钟不是时间，它既不以人们的意志为转移，也不受任何局部事物发展进程变化的影响，绝对均匀流逝，无始无终，远无止境。

    空间的定义﹕空间是一切事物存续的大容器，具体表现为所有物质及其场的相互作用过程范围大小，并且据此而具有无限广延性的一种度量标识。这种标识可以用长度标尺计量，也可以规定为在特定条件下已知信号速度的计时标准，但信号速度和标尺都不是空间，而只是对空间一种度量方式。按照空间标记的方位不同，描述物质的变化规律只能用三维度量，但由于场在空间的分布可以迭加，这样就自然形成了3n维的数理空间，而并不存在其他任何形式具有物理学意义的空间数理方程！

    时间、空间和物质运动的关系，是先定义时间和空间的绝对度量标识，再定义具体事物的变化速度，即物质在空间存续经过时间发生位置变化才表现为速度，光信号的传递过程同样服从这一规律，任何物质的运动速度和光信号的传递快慢都不影响空间和时间的固有性质，所以说时间和空间是绝对的，运动是相对的！

    有了时间与空间的定义，我们才能更好地理解什么是绝对性“同时”，在爱因斯坦的定义中把“公共时间”局限于两个不同地点之间光信号传递过程来往所需时间规定相等，现在我们要把这种“公共时间”扩展到一切自然现象，那么我们就可以不管它相不相等，都可以通过某种信号传递计算获得绝对性异地“同时性”事件信息。

    所谓一切自然现象的公共时间“同时性”问题，那就得首先要求这些“一切自然现象”都有一个同步的“时钟”。由于时间是绝对均匀流逝的，如果作为计时系统的这些“时钟”运行速度快慢不一，那么我们就得从中选择一些运行比较均匀一致的取其平均值作为标准时间频率，对于不符合这一标准的就定期“校钟”使之同时符合这一标准，无论你的“地方时间”如何快或如何慢都非得按这同一标准执行不可，即使你那事物发展进程太快或太慢而不符合事物发展的普遍规律，也得首先把时间按同一标准规定好，再去探讨你那的环境变量如何。

    尽管现代异地校钟的有效途径仍然离不开光信号的传递过程，但是同时性定义却再也不能停留在人为规定光速不变的基础之上，必须严格计算出不同方向光信号传递的速度差异所需时间不同而给出绝对同时性的“公共时间”，现在的这种公共时间就是儒略日期计时系统。

    因此，我们可以给出“同时”的绝对性定义﹕根据儒略日期计时系统的时间度量标准，规定所有事物的“地方时钟”都按照这同一标准实现绝对同步，当利用光信号获得异地事件信息时，必须利用物理学规律或其他途径确定其绝时同时性的异地距离，除以光信号实际速度所得时间推迟势，使异地信号还原为统一的儒略日期计时系统，并将各个不同异地事件加入这一系统进行比较所确定的时间发生先后次序，就是各个不同异地事件绝对性同时的计时基础。

    在全球卫星导航定位系统中，所有参与导航的卫星时钟全部同步，每相隔相等的时间同时向地面发布一次各自的坐标信息，这一个系统就是一个独立的绝对同时性子系统，美国GPS系统的时间与儒略日期计时系统只相隔十二小时。同时的绝对性定义在天体力学领域有着十分广泛的应用。