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回应李小文老师【学术打擂】,单向光速是可测的

已有 3796 次阅读 2014-4-27 15:44 |个人分类:物理|系统分类:科研笔记| 相对论, 光速不变原理, 单向光速, 对钟, 对称移动

有关单向光速的讨论425日出现了有趣的转折。黄秀清老师的老对手、相对论的坚定拥护者李铭老师与怀疑相对论的TZXDL达成了一定的共识:即在相对性原理成立的条件下,对称移动同地对准的时钟到异地可能保持异地对准,从而测量单向光速。李铭老师表示他还需要再考虑一下是否还有其他隐含假设,才能使对称移动在同地对准的时钟到异地保持对准。当然,李铭老师与TZXDL的相对共识也不是很意外,因为李铭老师一直不太相信相对论主流意见的定论:单向光速是不可测量的。我和TZXDL在对称移动在同地对准的时钟到异地保持对准上意见是一致的。我在《回应李小文老师之问,有关光速不变原理得问答》(http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=279604&do=blog&id=783984)中介绍了这一对钟方法,并与Physicism网友做了较多讨论,刘全慧老师也发表了一些意见。通过进一步讨论,我们很可能对单向光速是否可测形成科学网共识。为了更清楚地讨论单向光速测量问题,我们可以把单向光速测量问题表述的更严格一些。

一、单向光速可测量的条件(假设):

1.     空间各向同性;

2.     伽利略相对性原理是正确的;

3.     距离是可以准确测量的;

4.    带有时钟的物体走过确定的一段距离可以用自身所带的时钟测量自己认为的走过这段距离的速度,并控制这一速度(原文: 速度是可以测量并控制的,回应评论[3]);

5.     加速度是可以测量并控制的;

6.     时间单位和长度单位使用1983年之前的定义,即使用爱因斯坦时代的时间单位和长度单位定义;

7.     时钟可以在同一地点对准;

8.     对钟是两个或两个以上时钟选择共同零点(或共同起始点)的过程;

9.     在同一参照系静止的所有结构相同的时钟可以被调至计时速率相同

10. 相同的物理过程/操作对结构完全相同的两个时钟的影响是相同的。

如果上述条件满足,单向光速可测量。第6条是为了避免有些学者把长度单位以真空中光速来定义当作光速在任何惯性系都不需要再测量的理由。实际上,长度单位以真空中光速来定义使用的是由地球上静止测量者测量的真空双向光速,而不是任意参照系中的真空双向光速或单向光速(因为并没有这些测量值)。如果今后测到了相对局部优势引力场运动的惯性系中的双向光速可变或单向光速可变,长度单位以真空中光速来定义将会更明确地限定什么条件下的光速可以用来定义长度单位。第4条的速度测量,可以通过随运输工具移动的时钟的计时和起点到终点的距离决定。

二、单向光速测量方法:

在同一地点A对准 3000 个时钟,然后从A点向等距、相反方向的B点和C点以完全相同的方式各运去 1000 个时钟(AB=AC=L,BC=2L)。因为空间各向同性,运输方式完全对称,运输对BC两点的时钟影响完全相同,所以BC两点的时钟是对准的。通过测量从BC的光速和从CB的光速可以测量单向光速。通过测量从BA和从CA,以及从AB和从AC的光速和时钟比较,可以估测运输对时钟的影响。可以进一步把BC两地的时钟以同样方式再运回到A500个时钟来分析运输对时钟的影响。一旦BC两点的时钟确认是对准的,BC两点之间的单向光速就是可以测量的。(以上时钟数目只是随便举例,实际对钟需要使用多个时钟以便测算、控制时钟基线漂移)

三、用光干涉法或直接测量电磁波频率与波长的方法测量光速,被许多人认为是测量单向光速。孤立地看,这似乎是有道理的,但是,这类测量都离不开使用谐振腔计算波长或用光干涉法测量波长,用谐振腔计算波长或用光干涉法测量波长都有双向光波的因素,得到的波长不是单向光波的波长。另外,其频率的测量也离不开一个标准频率(reference frequency),而标准频率一般由谐振腔/器产生,并且频率的测量(例如外差测量法)也有双向光波(标准频率和待测频率)的因素,不被认为测量的是单向光波的频率。因此,用光干涉法或直接测量电磁波频率与波长的方法由于1)用谐振腔计算波长或用光干涉法测量波长,测量中有双向光波的因素;2)测量频率时有双向光波的因素;3) 发现谐振频率(有最大输出时)或最大干涉效应时需要有信息回馈;测量的也不是单向光速。目前,理论上可以测定单向光速的只有对称移动在同地对准的时钟。

以下是与刘全慧老师和Physicism的讨论:

[12]刘全慧 2014-4-11 18:20

(博主:利用缓慢移动同地对准时钟的方法在理论上是可行的,在实际应用中也常这样做。)
实际上是这样做的,但是理论上是不行的。理论上,需要如下假设:两个不同的缓慢是等价的,故而缓慢移动对钟的速率的影响为零。这是一个非常强的假设。

博主回复(2014-4-11 19:46)谢谢刘老师的评论!我对于您说的但是理论上是不行的有点不同意见。对称性地向对钟地相反两侧等距两点缓慢移动对准的时钟,不需要在理论上假设其对钟的速率的影响为零。只需要理论上要求向对钟地相反两侧等距两点缓慢移动时操作性对称,这一要求在理论上一点也不过分。因为操作上完全对称,缓慢移动对时钟的影响对称,所以两地时钟是对准的,即使它们与原对钟地的时钟不一样。缓慢移动对时钟的影响还可以通过把部分时钟再运回原对钟地的办法来确定。这一办法在理论上是可行的,在实际应用上可以通过估计测量误差来做可信性分析。

[23]physicism 2014-4-11 21:40

不对!
(
只需要理论上要求向对钟地相反两侧等距两点缓慢移动时操作性对称,这一要求在理论上一点也不过分。因为操作上完全对称,缓慢移动对时钟的影响对称,所以两地时钟是对准的,即使它们与原对钟地的时钟不一样。)
等距两点缓慢移动时操作性对称,就是等速率等步长移动。你假设了缓慢移动的步长和静止步长一样,就是没有尺缩效应。

博主回复(2014-4-11 22:00)谢谢您的评论!测量等距的相反两点应该没有问题;在狭义相对论的框架内对称性地各自向一侧缓慢移动到测量点好像应该不涉及移动步长和静止步长的关系(即使不一样也不影响时钟的对准)。

[26]physicism 2014-4-11 22:11

@在狭义相对论的框架内对称性地各自向一侧缓慢移动到测量点好像应该不涉及移动步长和静止步长的关系(即使不一样也不影响时钟的对准)。
缓慢移动到两个测量点,那么这两个测量点的距离是否要用尺子量度。而这个尺子是缓慢移动的,具有很小的速度。那么你是否假设了没有尺缩效应?
你不过是把时钟延缓效应为零换成了尺缩效应为零。这是问题的症结。

博主回复(2014-4-11 23:00)对称性移动的目的是让被移动的时钟的时钟延缓效应和/或尺缩效应相等,而不是为零。只要向两方向移动的时钟的时钟延缓效应和/或尺缩效应相等,他们之间将保持对准,虽然他们与留在原地的时钟不再对准。

 

[27]physicism 2014-4-11 23:11

异地对钟是要把全空间的钟对准。如果他们之间将保持对准,虽然他们与留在原地的时钟不再对准,还有意义吗?

博主回复(2014-4-11 23:19)有意义的,只要两地的时钟是对准的,就可以在他们之间测单向光速,单向光速就不再是不可测定的。

[29]physicism 2014-4-11 23:26

对准时钟的目的在于测量距离。也就是对准了时钟后,才可以测量距离。你在未知距离上如何测量单向光速?

博主回复(2014-4-11 23:32)先用量尺测好距离,再移动时钟。在A点对钟,先测好B,C两点与A点距离相等,方向相反。对准时钟的目的是测量单向光速。

[31]physicism 2014-4-11 23:42

先用量尺测好距离,就是要移动过去。你是否假设了缓慢移动过程尺缩效应为零?

博主回复(2014-4-11 23:50)没有假设了缓慢移动过程尺缩效应为零,只要求操作对称。可以把若干(1000个)量尺一字摆开,确定前一个量尺静止下来后再放下一个量尺。

[36]physicism 2014-4-12 08:09

你引入了同一空间点上摆尺,然后对钟!所以你的尺是零长度的。
@
只要求操作对称。可以把若干(1000个)量尺一字摆开,确定前一个量尺静止下来后再放下一个量尺。
那你的基本步骤如下:1,定向;2,摆好两根有限长度尺,停顿一下;3,重复。
2步,你不可能同一点摆尺,然后对钟!
博主要么进一步引进假设,要么不自觉引入了牛顿的绝对时空。就是那个样子了。

博主回复(2014-4-12 09:44)狭义相对论也是允许测量距离的。距离就严格按照狭义相对论的办法测量,这应该没有问题,尺也不会是零长度的。严格按照狭义相对论的办法测量两移动终点的距离,然后对称性地移动对好的时钟,这样做没有不自觉地引入牛顿的绝对时空。如果您不允许严格按照狭义相对论的办法测量距离,狭义相对论也不能存在了。

[38]physicism 2014-4-12 10:03

君记否? 原来一米的国际单位制定义就是用光速来进行的。也就是说,制作标准尺长等价于异地对种!
制造标准尺需要异地对准的钟;而对准的钟又需要标准尺,爱因斯坦知道这个逻辑循环,切断这个逻辑循环就是引入光速不变。
也就是,距离就严格按照狭义相对论的办法测量,是通过异地对准的钟进行的。换言之,如果你需要一个独立于狭义相对论的去标准尺。就是引入其他假设。
这是鉴别相对论是否入门的标准之一。

博主回复(2014-4-12 11:55)原来一米的国际单位制定义由国际计量局的标准原米尺的长度定义的,后来(1960年)定义为氪光谱中橙色谱线波长1650763.73倍。1983年才用真空中光速的1/299,792,458分之一来定义米,推动这一定义的学者之一Louis Essen就是反对相对论的。所有这些定义的基础就是国际计量局的标准原米尺,只不过标准原米尺受外界因素影响较大,把它转换为光谱波长或光速的倍数不再需要维护而已。不能说1983年之前,没有这个逻辑循环,之后就有了这个逻辑循环。爱因斯坦1954年去世,不可能知道您说的这个逻辑循环。这也不可能是鉴别相对论是否入门的标准之一。

 

以下是在李铭老师博客《二打黄秀清》博文后的讨论(博主为李铭老师)

 

[30]马青平 2014-4-23 22:40

[28]徐晓 2014-4-23 22:29 难道就没有人怀疑单向测光速就是个扯着好玩的游戏?我们总得搞出个可验证的结论吧?请问,抛开光,单向对钟如何对?不要讲缓慢移动,无穷慢,就意味着移动要无穷久.
-------------------------------------------------------------
其实测单向光速不需要缓慢移动时钟,只要从对钟地对称移动即可,快速移动也可以,两个钟所受影响相同,不影响此后测单向光速。关键是对称。

[44]tzxdl 2014-4-24 11:34

移种不要慢速,只要对称即可!
这可通过按预定程序运行实现。比如有两辆完全一车,招待完全相同的程序,从一点同时出发分别向东向西移送时钟。只要承认时空是对称的,由该移钟结果必然是对称的,两种始终同步。

[60]tzxdl 2014-4-25 10:00

tzxdl 2014-4-25 08:25
不知道李老师对对称移钟有何看法?您认为可行否?
博主回复(2014-4-25 09:51):我觉得不可行,因为有太多不确定因素
======================
不知道李老师说的太多不确定因素具体指什么内容?当然,我们现在讨论的是理论情况,是问理论上是否可行,不是谈实际操作(如果谈实际,则是另外一个问题,是个精度问题而已!)。

博主回复(2014-4-25 10:55)对。我讲的也是原理性问题,不是工艺问题。对称移动,如何保证对称?双向的光波难道不对称?这问题我相信没法说清楚。

[61]tzxdl 2014-4-25 11:06

李老师好!
我的设想可以用一个实例来说明,有2辆完全相同的用于移钟的车,车的运动完全由程序控制,2车有完全相同的程序,程序包含完全相同的加速、匀速、减速内容。同一时刻,让2车在同一地点同时启动按程序沿同一直线的不同方向(一东一西)运行,按预定的时间同时停止,分别到达AB点。请问这一过程,理论上,2钟有哪种不对称因素造成2钟不同步?

博主回复(2014-4-25 11:11)虽然小车的运动是对称的,但惯性系本身(小车出发点0)的运动,可能已经带来不对称。所以,你这个对称是一个假设,并不比光速不变的假设优越。

[62]tzxdl 2014-4-25 11:24

李老师好!
这里虽有小车的运动,并没有涉及到惯性系(即小车静止时所在的参考系)的运动!请问有哪能种理论认为惯性系本身不对称?或者说认为惯性系中的空间不对称?(即使将空间的各向同性看着是个假设,也比把光速看着各向同性更基础吧,而且现有理论都认为惯性系中空间是各向同性的。)

博主回复(2014-4-25 11:27)小车的运动本身当然是对称的,但是,你讲的对称可不仅仅是关于小车的运动,而是小车所携带的时钟的对称!这就很复杂了,小车的运动对称,怎么保证时钟零点对称?

[63]tzxdl 2014-4-25 11:39

李老师好!
小车的运动是对称的,意味着小车上的时钟运动也是对称的,这就排除了相对论性的运动带来的时钟变化效应。请问除了这以外,还有哪能些可能因素带来时钟运行的不对称?科学研究讲究的是合理质疑,如果谈不出影响其对称性的因素,理论上,凭什么认为其不对称?

博主回复(2014-4-25 11:42)第一句话意味着没根据,只是个想象。你不能问凭什么认为其不对称,你需要举证凭什么认为对称

[65]tzxdl 2014-4-25 12:10

李老师好!
这个意味着不是没根据,也不只是个想象。时钟固定在车上,车对称运动,其对称因素我已交待得很清楚:结构相同,位置对称、起始时刻对称、加(减)速度对称、速度对称、终点位置对称、终点位置入速度状态对称等。我已举证完毕。请您举证不对称情况!

博主回复(2014-4-25 13:07)你的证据里面有个漏洞。两个方向的小车速度相同,意思是相同的时间里走过相同的距离。相同的距离可以保证,而相同的时间陷入了循环论证,因为时间差的测量方案还有待确定。

博主回复(2014-4-25 12:18)你还差一步,你列举的这些对称,能推论出时钟零点同时。

[68]tzxdl 2014-4-25 14:15

李老师好!
相同的时间是通过程序设定的!您既然承认相同的距离可以保证,为何不相信怀疑相同的时间不能保证?请您阐述理由?
所有因素都对称或相同,两钟必然同时!除非您能合理说出其不同时的因素。顺便说一句,科学最重要的一个特征是具有可重复性。上述对称性是比普通重复性更强的重复性,您有什么理由怀疑其两钟不同步?

博主回复(2014-4-25 14:16)相同的速度这个对称需要对钟来保证。这是循环论证。

[70]tzxdl 2014-4-25 14:20

李老师好!
两个钟在出发前在同一点时已对好钟,此后各自按各自的速率运行,不必再对钟。运行速率是由钟的结构相同来保证的,这也是相对论惯常做法。

博主回复(2014-4-25 14:23)出发时刻对钟,目标是要保证离开之后的时钟零点对齐。对钟才完成。速率相同,这话已经涉及远离之后的零点对齐!

[72]tzxdl 2014-4-25 14:30

此后的对齐是由时钟结构相同保证的,或者说是由重复性保证的!除非你怀疑重复性或可预测性。而重复性和可预测性都是科学本身具有的特性。

博主回复(2014-4-25 14:46)我们之所以不相信光波对钟,是因为无法保证双向光速相同。在实现对钟之前,你的小车的速度相同也一样无法保证。

博主回复(2014-4-25 14:36)你只要这样就明白了,所谓速度相同是,两个小车完全对称地走过相同的距离,用了相同的时间,可是,怎么知道是相同的时间呢?零点问题还没解决了。这是用结论证明前提。

博主回复(2014-4-25 14:34)你这话缺乏物理原理的保证,逻辑链条也是断的。重复性,可预测性,这些话跟对钟哪里能挨得上边。

[73]tzxdl 2014-4-25 17:46

李老师好!
我们举2个例子说明这与重复性等的关系。
1
、给您一个钟,您让它走过1秒,在外界条件完全相同的条件下您让它再走过1秒,请问,这1秒与前1秒从理论上讲(不谈实际误差)是否相等。您如果认为不相等,请您说明理由。如果您认为相等,请问您根据什么认为后1秒跟后1秒相等。根据的是不是你相信其重复性?
2
、给您2个结构完全相同的时钟,您让其中走过1秒,在外界物质作用条件完全相同的条件下,您让另一个走过1秒,请问,这1秒与前面那个钟走过的1秒从理论上讲(不谈实际误差)是否相等。您如果认为不相等,请您说明理由。如果您认为相等,请问您根据什么认为这1秒跟那1秒相等。根据的是不是你相信其重复性?

事实上,科学讲究的就是重复性,如果没有重复性,就没有规律可言,没有规律就谈不上预测。

博主回复(2014-4-25 17:50)你讲了重复性跟对钟的关系吗?

75]tzxdl 2014-4-25 17:55

李老师好!
方案中选取的2小车有完全相同的结构(包括质量等)和驱动装置,由完全相同的程序控制,在同一地点对钟的零点,执行相同的控制力,请问您有什么理由认为2车速度不同?
李老师,我们讨论问题不能光质疑和提问,还要谈出相应的理由,这样的讨论才变得有意义,对不对?

博主回复(2014-4-25 18:00)相信两车速度相等,当然是更容易的。关键是,这是不是一个逻辑的必然。

[76]tzxdl 2014-4-25 18:01

李老师好!
1
、初始对钟已在出发前在同一地点进行,这一点您承不承认可以做到?
2
、根据重复性,此后,两钟走过的时间始终相同,您认不认同?比如将这个时间记为A
3
、两钟任何时刻对应的记时均为(0+A),是不是意味着两钟始终是对准的?
博主回复(2014-4-25 18:27)1. 承认;
2.
如果两钟静止,我认同;

[78]tzxdl 2014-4-25 18:34

李老师好!
您的言下之意是不是两钟运动您就不认同?那请您谈谈您为何认为两钟静止您就认同,两钟运动您就不认同?
或许按相对论,钟的运动对时钟走时速率有影响。但两钟的运动速率完全是一样的,对其影响也是相同的,因此两钟走时速率也是相同的。

博主回复(2014-4-25 19:43)我给你这样一个反例。在两个水平反向运动的小车上,都有一个激光脉冲发生器,脉冲垂直向上发射又在小车顶部的反射镜上反射回来。这是一个具有可重复性的物理过程。我们考虑这个过程的时间差。当小车静止的时候,两个时间差是相同的。但如果小车运动,时间差是不是一样呢?请特别注意:没有光速不变的前提。

博主回复(2014-4-25 19:33)时间不同好像也说不过去。这事我再想想。

博主回复(2014-4-25 19:22)没有对钟,无法确定相等的时间

[80]tzxdl 2014-4-25 19:48

如果小车是匀速运动的,且光线没有受到某种未知物质的作用影响,根据相对性原理(匀速运动不可测),这个时间差是一样的,否则就测量到了绝对速度。

博主回复(2014-4-25 19:53)可见,你的推论仍然依赖相对性原理。依据相对性原理,光速也必定是常数。所以,对称移钟和光速不变对钟都只能建立在物理假设基础上。

[84]tzxdl 2014-4-25 19:59

1、我不反对伽利略相对性原理!
2
、请您为依据相对性原理,光速也必定是常数。给出证明或证据。当然,这是另一个问题,可以另外开贴讨论,建议本贴还是讨论对钟问题。
3
、同意您说的对称移钟和光速不变对钟都只能建立在物理假设基础上,依据这种观点,请您说说有什么基础或假设得出了与我不同的结论?

博主回复(2014-4-25 20:04)在没有光速可以不同这个前提下,我刚才讲的这个反例,就能得到跟你的结论不同的结论。

[91]tzxdl 2014-4-25 20:24

您这个例子只是说明了两次实验光速相同,并不是通常意义下的光速不变含义,对不对?

博主回复(2014-4-25 20:32)是的。它是普遍的光速不变的表现。

[95]tzxdl 2014-4-25 20:42

您怎样证明它是普遍的光速不变的表现?该例只是证明了两个光事件分别在两外参考系中表现出了光速相同。而光速不变的最根本的含义是同一光事件,在不同的参考系(至少两个)看来,其速度是相同的。您这个例子达到这一目的了吗?

博主回复(2014-4-25 20:47)光速不变也不要求是同一个光事件。

[98]tzxdl 2014-4-25 20:53

光速不变的含义很丰富,其中包括同一光事件在不同的观察者看来速度相同这一内涵,而您所举的例子证明不了这一点。

博主回复(2014-4-25 20:58)我当然不能证明普遍的光速不变。难道谁能吗?万物不可穷尽。

[101]tzxdl 2014-4-25 21:25

李教授,建议您将光速不变光速相同这两个词区分一下,您的例子是重复性正例,说明两种情况下的光速相同,至于光速不变是另一种含义,您的例子对光速不变的含义来说既不是正例更不是反例(因为您的例子没有说明光速不变不成立。)。
现在不谈正例反例问题,也不谈光速是否变化,先谈对钟问题好吗?您现在是否承认我我说的对称移钟对钟可行?

博主回复(2014-4-25 21:35)我觉得,你的对钟可行性建立在某些假设基础上,比如相对性原理。

[104]tzxdl 2014-4-25 21:40

对呀,如果把相对性原理也看着是假设,那么任何理论和实验都必须建立在一定假设基础上!既然现有理论都承认相对性原理等,那看来您承认对称移钟对钟方案是正确和可行的罗?!

博主回复(2014-4-25 22:05)如果承认相对性原理,光速相对于波源也会因为各向同性而相等。这样,光波对钟也就可以实现了。目前质疑光速不变,就是对相对性原理的质疑。

[106]tzxdl 2014-4-25 22:13

李老师好!
问题需一个一个讨论,慢慢达成共识。我们先不谈相对性原理是否对错,假设我们都认同相对性原理,以此为基础和前提,您认为对称移钟对钟可不可行?再说,对称移钟对钟也不是为了反对相对论而提出的呀,可不可以看着是在认同相对论的前提下提出的一种有别于光信号对钟的新对钟方案呢?!

博主回复(2014-4-25 22:29)这里面是否还需要其他假设,我暂时还没想到。也许你是对的

 



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