无质量“物体”的运动规律研究

曾纪晴

（中国科学院华南植物园，广州510650）

摘要：牛顿力学研究的是有质量物体的运动规律。本文对无质量“物体”的一般运动规律进行了初步研究，发现无质量“物体”由且只有两种运动状态：绝对静止状态和匀速直线运动状态。通过分析质量“物体”运动速度的测量问题，证明了无质量“物体”和有质量物体的绝对运动速度不可测量。通过分析“列车实验”和“光子钟实验”两个思想实验，进一步阐明了无质量“物体”的一般运动规律。最后，本文对迈克耳逊-莫雷实验进行了分析，解释了实验“零结果”的含义及原因，指出了传统解释的错误。分析结果表明，迈克耳逊-莫雷实验的没有观察到干涉条纹移动的“零结果”恰恰证明了光与地球存在相对运动，即存在绝对静止参考系——“以太”参考系。

关键词：牛顿力学；无质量“物体”；以太；光子钟实验；迈克耳逊-莫雷实验

Study on the law of no-mass "object" movement

Jiqing Zeng

South China Botanical Garden, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510650

Abstract: Newtonian mechanics studies the laws of motion of a body with mass. In this paper, the general motion law of massless "object" is studied. It is found that there are only two kinds of motion states of massless "object": absolute rest state and uniform linear motion state. By analyzing the problem of measuring the velocity of a massless "object", it is proved that we can not measure the absolute velocity of a massless "object" or an object with mass. By analyzing the train experiment and the photon clock experiment, the general motion law of massless "object" is further clarified. Finally, this paper analyzes the Michelson Murray experiment, explains the meaning and reason of the "zero result" of the experiment, and points out the error of the traditional interpretation. The analysis results show that the "zero result" of Michelson Morey experiment that no interference fringes move is observed, which just proves that there is relative motion between light and earth, that is, there is absolute stationary reference frame - "Ether" reference frame.

Keywords: Newton mechanics; massless "object"; ether; photon clock experiment; Michelson Morey experiment

1 引言

我们通常所见的物体都是有质量、有大小和性状的物质实体。即便看不见的分子和原子甚至亚原子微粒如电子、质子和中子，它们同样是有质量的物质实体。有质量的物质实体均服从牛顿力学规律。

假如存在一种没有质量的“物体”，它是否服从牛顿力学规律呢？本文将对无质量“物体”的一般运动规律进行初步探讨。

2 无质量“物体”的一般运动规律

根据牛顿第一定律，任何物体都要保持匀速直线运动或静止状态，直到外力迫使它改变运动状态为止。该定律又被成为“惯性定律”。显然，无质量“物体”服从牛顿第一定律。物体在外力改变运动状态时，有质量物体服从牛顿第二定律，即物体加速度的大小与合外力成正比，与物体质量成反比，F=ma。由于无质量“物体”的质量m等于零，因此外力F为零，外力无法作用到无质量“物体”上，无质量“物体”不可能获得加速度。可见，无质量“物体”不适用牛顿第二定律。由于外力无法作用于无质量“物体”，显然无质量“物体”也就不存在反作用力，因此无质量“物体”也不适用牛顿第三定律。所以，在牛顿力学体系中，无质量“物体”只服从牛顿第一定律。

由于无质量“物体”只服从牛顿第一定律而不服从第二定律和第三定律，因此它表现出完全不同于有质量物体的运动规律。一个有质量的物体，不管它原有的状态是静止还是运动，都可以使用外力去改变它。而对于无质量“物体”，如果它原有的运动状态是静止的，由于外力无法作用到它，它将永远保持静止状态；如果它原有的状态是匀速直线运动，同样由于外力无法作用于它，它将永远维持匀速直线运动状态。可见，无质量“物体”的运动状态有且只有两种：绝对静止与绝对匀速直线运动。

因此，我们可以得出推论：静止的无质量“物体”就是绝对静止参考系，运动的无质量“物体”必定相对于绝对静止参考系作匀速直线运动。

3 无质量“物体”运动速度的测量

对于物体之间的相对运动，可以其中一个物体为相对静止参考系，测出另一个物体的相对运动速度。那么，我们是否能够测出无质量“物体”的绝对运动速度？

假设某无质量“物体”从 O点开始以速度v运动，经过时间Δt后到P点，观测者O’也从O点开始观测，观测者相对于O点以速度u作匀速直线运动。分别以O点与O’点为原点建立一个绝对静止坐标系S和一个相对静止坐标系S’。P点在S系和S’系的坐标分别为（x,y,z）和（x’,y’,z’）（图1）。

图1. 从惯性坐标系观测无质量“物体”的运动速度

无质量“物体”的绝对运动速度应为：

            （1）

但观测者随着S’惯性系运动，无法测出P点的绝对坐标（x,y），只能测出其在S’惯性系的相对坐标（x’,y’）：

   （2）

无质量“物体”在S’惯性系的相对运动速度为：

            （3）

由（3）式可知，由于P点在S’惯性系的坐标以及无质量“物体”的运动时间t可以测量，其在S’惯性系的相对运动速度v’可以测出。由（2）式可知，即便知道x’、y’和t的值，也无法求出x、y和u的值。

因此，观测者无法测出无质量“物体”的绝对运动速度v以及观测者所在惯性系的绝对运动速度u，测得的无质量“物体”的运动速度是相对于观察者所处惯性系的相对运动速度v’。

假设有两个观测者同时观测无质量“物体”的运动，且他们的运动方向相同而速度不同，其中一个观察者的绝对运动速度为u₁，另一个观测者的绝对运动速度为u₂。根据（2）式，他们观测到的P的坐标分别为：

      （4）

与

      （5）

由（4）（5）可知，Δx’=x₂’-x₁’=（u₁-u₂）t，Δy’=y₂’-y₁’=0。则两个观测者对同一个无质量“物体”的观测速度之间的误差为：

   （6）

可见，不同观测者对同一个无质量“物体”运动速度的测量误差Δv’等于他们的相对运动速度大小u₁-u₂。由（4）（5）（6）可知，不同观测者之间可测量相互之间的相对运动速度u₁-u₂，但无法测量对方的自己或对方的绝对运动速度u₁或u₂。

4 列车实验

假设静止的列车车厢里“放置”着一个静止的无质量“物体”。然后，列车启动开始向前行驶，该无质量“物体”能够搭乘列车一起运动吗？根据无质量“物体”的一般运动规律，静止的无质量“物体”将永远处于静止状态，因此它不会搭乘列车前进，而会继续保持其绝对静止状态。

假设列车以速度u做匀速直线运动，车厢里朝着列车前进方向释放一个同样速度u的无质量“物体”，它们处于相对静止状态。然后，列车刹车停止向前行驶，该无质量“物体”会跟列车一起停下来吗？根据无质量“物体”的一般运动规律，运动的无质量“物体”将永远做匀速直线运动，因此它不会跟列车一起停下来。

图2.无质量“物体”在车厢里向上运动

假设列车以速度u做匀速直线运动，当列车某一车厢经过地面A处（假设地面为绝对静止参考系）的瞬间，在该车厢中部垂直向上释放一个速度为v的无质量“物体”（图2），在车厢里观察该无质量“物体”，它将垂直向上运动到达车厢中部的车顶吗？如果是有质量物体，且不考虑空气阻力的话，根据惯性定律，该物体与列车与同样的速度向前运动，在水平方向的相对速度为零，因此该物体确实将垂直向上运动到达车厢中部的车顶。但该“物体”是无质量“物体”，它的运动是相对于绝对静止参考系的绝对运动，因此当它释放出来的一瞬间是相对于地面A处垂直向上运动，在地面A处的观察者看来该无质量“物体”是垂直向上运动，而列车由于向前运动，车厢内的观察者将看到该无质量“物体”将落到车厢后部的车顶上。

通过分析无质量“物体”的列车实验结果可以发现，无质量“物体”的运动始终相对于绝对静止参考系，与任何其它惯性系的运动无关。

5光子钟实验

光子钟实验是这样的：假设地面为绝对静止的参考系，设想地面上有一个光子钟，它由上下正面相对、距离为L的两面镜子组成，在镜子间发出一个光信号，光信号就会来回传送，当它往下跑时，每一次都会使这个钟“滴答”响一声，就像一个标准的“滴答”钟一样。假如把光子钟带上飞船，飞船相对地面以速度v匀速运动，那么飞船上的光子钟也能像在地面上一样运行吗？

光是一种电磁波，没有质量，在真空中以不变的速度c做匀速直线运动。因此，光是一种无质量“物体”。根据无质量“物体”的一般运动规律，运动的光子相对于绝对静止参考系做匀速直线运动，因此光子从下面的镜子反射之后将垂直向上运动，由于飞船以速度v水平运动，光子到达上面镜子时将落在光子钟的后部位置（参见“列车实验”图2的分析）。这样就与地面上（绝对静止参考系）的光子钟里光子的落点位置产生偏差，其偏差位移大小为：

     （7）

设光子钟上下两面镜子之间的距离L=0.3m，光速c取3×10⁸m/s，飞船相对地面的速度v为1000m/s，则光子在光子钟下面镜子反射到上面镜子所需的时间为10^-9s，Δd=1×10^-6m。即光子在光子钟来回反射一次所需的时间为2×10^-9s，造成的偏差为2Δd=2×10^-6m。如果光子钟运行1s，那么光子在光子钟来回反射5×10⁸次，偏差为1000m。显然，即便长度为1000m的光子钟最多也只能运行1秒钟。如果飞船速度慢一些，相对地面的速度v为100m/s，那么光子钟长度为100m最多也只能运行1秒钟。即便飞船的速度为1m/s，长度为1m的光子钟也最多只能运行1秒钟。

图3.光子钟实验

Fig.3 Photon clock experiment

如果光子钟能在飞船上运行1秒钟，那么光子就能在光子钟里来回反射5×10⁸次。显然，地面上的观察者看到光子在光子钟里垂直上下运动，速度为c。在飞船上看到光子的运动是倾斜发射逐渐往光子钟后面移动，1秒钟后光子已经不在光子钟镜面反射范围，光相对于飞船惯性系的运动速度为（图3A）。

由于人们对无质量“物体”的运动规律缺乏研究，许多人把光子当成是有质量的物体，认为在飞船上会看见光子在光子钟里作垂直上下反射运动，就像在列车上看到乒乓球做上下弹跳运动一样，而在地面上的人会看到飞船上光子钟里的光子作“之字形”上下运动（图3B），就像在地面上看到运行的列车里乒乓球作作“之字形”上下运动一样。

出于这种错误认识，人们认为飞船上看到光子在光子钟里是垂直反射的，反射一次所需的时间为

              （8）

从地面看飞船上光子钟里光子是“之字形”反射的，由于光相对于地面速度不变，因此垂直于光子钟镜面的速度为，那么光子反射一次所需的时间为

        （9）

由（8）（9）式得

      （10）

 被称为洛伦兹变换因子。可见，洛伦兹变换因子是由于人们对无质量“物体”的运动缺乏认识而产生错误认知的结果，因而是错误的。

6 迈克耳逊-莫雷实验

 19世纪科学界流行这一种“以太”假说，认为宇宙空间充满着叫做“以太”的物质，这种物质是传播光波的介质，没有质量但对光来说具有弹性，在宇宙中处于绝对静止状态，因此是一个绝对静止参考系。当时许多物理学家相信“以太”的存在, 试图用实验去验证它。如果存在“以太”，地球以30km/s的速度绕太阳运动，就必须会迎面吹来30km/s的“以太风”。迈克尔逊和莫雷做了一个著名的实验，目的就是要测量地球在“以太”中的运动速度，也就是“以太风”的速度。

迈克耳逊-莫雷实验使用了如图4所示的一种装置。它主要包括一个光源A，一块部分镀银的玻璃片B（具有半反半透功能），两面镜子C和D。所有这些装置都安装在牢固的底座上。两面镜子都安放在离B都等于L的地方。玻璃片B将射来的光分成相互垂直的两束光，分别向两面镜子射去，被镜子反射回到B。在返回B后，这两束光线有作为叠加分量E与F组合起来。如果光线从B到D一次来回的时间与光线从B到C一次来回的时间相同，那么所产生的两条光线E与F的相位相同，因而彼此加强。但是如果这两个时间稍有差异，那么两条光线就会有一点相位差，结果就将产生干涉现象。如果这个装置在“以太”中“静止”不动，那么这两个时间应该精确相等，但是如果它以速度v向右运动，那么这两个时间就不相同^[1]。也就是说，如果没有发现干涉条纹，就代表这个装置在“以太”中“静止”，也就是地球与“以太”不存在相对运动；如果发现了干涉条纹，就表明地球与“以太”之间存在相对运动。

图4. 迈克尔逊-莫雷实验

Fig.4 Michelson-Morley experiment

首先，我们先看迈克耳逊-莫雷实验的目的。该实验的目的就是要测出地球在“以太”中的运动速度或所谓“以太风”的速度，实际上就是要测量地球相对于绝对静止参考系的绝对运动速度。根据我们在第3节的分析，观测者不可能测出无质量“物体”以及有质量物体的绝对速度，迈克耳逊-莫雷实验不可能测出光的绝对速度以及地球的绝对速度。

其次，我们再来分析迈克耳逊-莫雷实验的具体设计。现在我们清楚，该实验的目的是不可能达到的，但当时的科学家对此并不清楚，普遍认为该实验的设计非常巧妙，其巧妙之处在于使用了一个分光镜B使得光线分成了相互垂直的两条光线。据报道，该实验设计依据的原理来自于麦克斯韦，他提出：“如果地球对于静止的以太运动着，那么沿地球运动方向发出一个光信号，到一定距离又反射回来, 它在整个路程上往返所花的时间，要稍微大于同样的信号沿垂直于地球运动方向在相等的距离上往返所需要的时间。”这一设计咋一看确实非常巧妙，但仔细分析一下就会发现问题。这一设计显然是默认地球运动的方向是东西方向，如果光从西向东射出，反射光一定时从东向西返回。但如果考虑到地球的运动速度大小与方向是相对于太阳惯性系的相对运动，而地球跟随太阳惯性系一起运动，显然不能把地球相对于太阳的运动速度v当作地球相对于“以太”的运动速度。而光的运动是绝对运动，除非地球的绝对运动方向与光的运动方向一致，否则它随时偏离光的运动方向。也就是说，从西向东射出的光线经镜面反射后不一定是原路返回，而很可能存在偏差。同理，垂直方向射出的光线也不一定原路返回，而可能存在偏差（图4B）。

迈克耳逊-莫雷实验的结果最终被认为是“零结果”。但是这个“零结果”的含义究竟是什么却众说纷纭。第一种说法是：迈克耳逊-莫雷实验的“零结果”指的是该实验结果没有发现“干涉条纹”，第二种说法是：“零结果”指的是开始发现了“干涉条纹”，装置旋转90度后没有发现干涉条纹的“移动”，或者干涉条纹的“移动”非常微小，不符合预期。尽管大家对“零结果”的含义理解不同，但都认为“零结果”证明了“以太风”不存在，绝对静止的“以太”是不存在的。

我们认为，两种“零结果”的含义必须加以厘清，毕竟它们显然是不相同的，为何却能得到相同的结论。根据实验设计的目的，实验最终就是想通过观察两条相互垂直的光线汇集在一起时是否出现干涉条纹，以此来判断光所走过的两条光路的时间是否相等，反推光的速度是否因“以太风”的影响而改变。如果两条光路的等长，结果没有看到干涉条纹，那就说明光速不因地球运动而发生相对速度的改变，证明“以太风”不存在。因为当时许多科学家都相信“以太”是存在的，期望这个实验证实“以太风”确实可以改变光的相对速度，也就是期待看到干涉条纹。实验“零结果”的第一种说法似乎是“切题”的，因为实验最后没有得到大家期待的结果，也就是没有看到“干涉条纹”。

我们再来分析“零结果的”第二种含义。出现干涉条纹存在三种可能：一是玻璃片B到两面镜子之间的距离（简称为臂长）相等，光的东西向往返速度受到了“以太风”的影响，相对速度发生了改变；二是臂长不相等，光的东西向往返速度受到了“以太风”的影响，相对速度发生了改变；三是臂长不相等，光的东西向往返速度不受“以太风”的影响而保持不变。显然，如果臂长不相等，无论光的东西向往返速度是否受到“以太风”的影响而有不同，均有机会看到干涉条纹。而如果臂长相等，只有光速存在相对运动速度时才会观察到干涉条纹。那么，如果臂长相等，旋转90度后光经过的两条光路依然相等，即跟没有旋转是一样的，干涉条纹不会有任何变化，自然不会有干涉条纹的“移动”（图4C）。也就是说，如果看到有干涉条纹，且旋转90度后干涉条纹没有发生移动，那么只可能是两臂等长且光速受“以太风”影响而发生了相对运动速度的改变。这不就是当时的科学家们想要的结果嘛！怎么又说是“零结果”呢？相反，如果实验结果看到了干涉条纹，装置旋转90度后也看到了干涉条纹的“移动”，只能说明两臂长不相等，而无法判断光的运动速度是否受到“以太”的影响而发生相对运动速度的改变。因此只有在臂长相等的情况下，观察是否出现干涉条纹才有意义。

为了消除臂长不等的影响，迈克尔逊曾设计了一个巨大的干涉仪，臂长达到61米。莫雷和密勒也制作了一个臂长达64米的干涉仪。由于当时迈克尔逊和莫雷精益求精，实验精度要求非常高，因此臂长的误差基本可以忽略不计。他们的实验结果显示，干涉仪臂长越长，实验装置精度越高，实验结果越趋近于“零结果”。显然，如果实验结果真的是看到了干涉条纹，只是在装置旋转90度后没有看到干涉条纹的“移动”，那么只能恰好证明光速相对于地球运动存在相对速度的改变，也就是证明了“以太”绝对静止参考系的存在。

持“零结果”是第一种含义看法的人包括著名的物理学家洛伦兹。“看不到干涉条纹”这种“零结果”意味着对“以太”的否定，但洛伦兹是坚定的“以太”存在论者，他对该实验“零结果”的解释是这样的：虽然由于地球与“以太”之间存在相对运动，光在东西方向运动的相对速度变化了，但臂长在垂直方向上的长度也会发生变化，将按一定比例收缩，以至于最终光经历两条光路所需的时间相同^[1]，因此实验结果就是看不到光的干涉条纹。洛伦兹的这个解释目前成了迈克耳逊-莫雷实验实验的“教科书”解释，即便持“零结果”是看不到干涉条纹“移动”看法的人也采用这个解释，这个解释也促使了爱因斯坦狭义相对论的诞生。

迈克耳逊-莫雷实验“零结果”第一种含义（即看不到干涉条纹）的一般解释是这样的：如图4A所示，设“以太”为绝对参考系，光线从A射入B后分出垂直向上运动的光在装置所在地球参考系看来是垂直向上运动，但在“以太”参考系看来会做倾斜运动，水平运动的光与装置所在的地球参考系同样做水平运动，因而计算得到光垂直运动和水平运动达到玻璃片B的时间分别为：

      （11）

        （12）

显然，若v≠0，T₁与T₂不相等，实验结果应该观察到干涉条纹，但现在实验是“零结果”（没有看到干涉条纹），推论T₁与T₂相等。若T₁=T₂，比较（11）和（12）式，则可得v=0。因此，该实验的“零结果”证明了地球相对于“以太”的速度v等于0，也就是否定了“以太”的存在。

但洛伦兹认为，如果物体运动时会在运动方向上且只在运动方向上发生收缩，即垂直方向上距离依然是L，而水平方向上距离从原先的L收缩为L’，这样就能使T₁与T₂相等，那就可以在v≠0的条件下解释该实验“不能得到干涉条纹”的“零结果”。将（12）式中的L变为L’，若T₁=T₂，比较（11）和（12）式，可得

    （13）

也就是说，如果水平方向运动的物体长度按比例收缩，就能在保留“以太”的情况下完美解释迈克耳逊-莫雷实验实验“零结果”。β后来被称为洛伦兹因子。人们也因此认为，迈克尔逊莫雷实验奠定了爱因斯坦狭义相对论的基础。这是很奇怪的说法，因为洛伦兹的解释恰恰是为了保住“以太”的存在才引入这个水平方向的运动会导致物体长度收缩的假设，从而得到洛伦兹因子，而爱因斯坦的狭义相对论恰恰是在否定“以太”存在的基础上得出所谓“光速不变原理”的。所谓的“光速不变原理”就是认为不存在光速与任何惯性系的相对运动。更为奇怪的是，爱因斯坦居然又在其狭义相对论中采用了洛伦兹因子作为其惯性坐标系变换的关键，即以洛伦兹变换建立起狭义相对论的理论体系。

根据无质量“物体”的一般运动规律以及第5节中关于光子钟实验的实例分析可知，目前关于迈克耳逊-莫雷实验实验“零结果”的一般解释以及洛伦兹的解释都是错误的。具体分析如下：

如果地球的运动速度v是相对于太阳惯性系的相对运动速度，那么它就不是相对于“以太”的绝对运动速度。因此，将地球相对于太阳的运动速度v当作相对于“以太”的绝对运动速度进行计算是错误的。因此，我们必须假设v为地球相对于“以太”的绝对运动速度。但地球的绝对运动速度v却是无法测量的，也就是说不可能知道它的运动方向和速度大小。因此，实验装置中光源A水平方向射入的光，是否真正与地球绝对运动方向相同是有疑问的。因此我们必须假设水平方向运动的光与地球绝对运动速度v方向相同。实际上，这两条假设都很难（几乎不可能，除非瞬间巧合）成立的，下面的分析是在假设成立的情况下进行的。

光射入B片后，分成垂直运动的光以及水平方向运动的两束光。根据无质量“物体”的一般运动规律（以及列车实验和光子实验的实例分析），我们来分别分析两束光的运动。垂直向上运动的光遇到镜子C后立即反射，原路返回。由于假设地球垂直运动方向速度为0，垂直方向上光的运动不存在相对运动，因此速度保持不变，那么光线垂直方向往返所需时间为

                   （14）

光穿过B片水平运动到镜子D立即反射，原路返回。由于假设地球水平方向的运动为绝对运动，光的运动与地球的运动正好方向相同或相反，因此光与地球之间存在相对运动，光射向镜子D的相对速度为c-v，原路返回的速度为c+v。那么，光线水平方向往返所需的时间为

    （15）

两束光返回到达B片的时间差为

    （16）

两束光线的相位差为：

         （17）

垂直运动的光原路返回B片时，由于地球的绝对运动B片已经在水平方向上发生位移，返回光线与B片的位移偏差为：

                  （18）

假设地球相对于“以太”的绝对运动速度v为30km/s，光速c约300000km/s，实验装置臂长L为61m，则两束光的相位差∆s为1.22×10^-6m，即1220nm，到达观测屏上的位移偏差∆d为0.0122m，即1.22cm。可见光的波长为390nm～760nm，即不到1μm。尽管两束光存在相位差，但由于垂直运动返回的光与水平运动返回的光存在1.22cm的位移，远远大于可见光波长范围，实际上就是两条不重合的光线，当然就无法形成干涉条纹（图4B）。

当然，实验过程中，如果观测屏上出现不重合的两条光线，人们不明白其原因，都会去调节反光镜角度，最后让两条光线重叠起来（图4D）。这样，两条光线存在相位差就会形成干涉条纹。我们假设调节镜子C，使得光线能够汇聚在O’，则光线返回的路程为。设L为61m，Δd为0.0122m，则d=61.00000122m。因此，由于Δd很小，当L很大时，L与d的误差极小，因此造成的光程差就可以忽略不计。可见，调节镜子角度使得两束光线汇聚在一起，产生的干涉条纹几乎不受影响。如果两臂长相等，装置旋转90度后，通过调节镜子的的角度让光线重合，出现的干涉条纹应该是一样的，也就是不会产生“移动”。但如果两臂长度不是严格等长，存在一定误差，此时又同时调节两个镜子的角度，光程差可能出现细微差别，因而可能出现干涉条纹移动的微小“移动”，但这些都在实验误差之内。

由于地球的绝对运动事实上无法测量，也无法知道其真实的运动方向，因而，实验结果很可能就是开始在观测屏上出现两条不重合的光线，然后通过调节相互垂直的两个镜子的角度，让光线重合，再观察干涉条纹。干涉仪的实际操作就经常如此^[2]。

通过以上分析可知，两条光路的光汇聚在一起时存在时间差，因而存在相位差，但由于地球存在绝对运动，其大小和方向未知，在观测屏上产生一定的偏差，两条光线往往不能重合，无法观测到干涉条纹，但如果调解装置两个镜子的角度，可以让它们重合并观察到干涉条纹。如果实验装置两臂等长，装置旋转90 度后，两条光路长度基本不变，因而干涉条纹不发生移动，或者移动非常微小。迈克耳逊-莫雷实验的这个无法观察到干涉条纹“移动”的所谓“零结果”恰恰证明了地球存在绝对运动速度，与光的运动存在相对运动速度。

因此，实验“零结果”的第一种说法即看不到干涉条纹，看似“切题”，实际上是错误的。因为，实验装置两臂等长的情况下，没有看到干涉条纹，不是因为光经过两条相互垂直的光路时间相等，而是因为它们两条光线在观测屏上不重合。如果调解两面镜子的角度使得两条光线重合，则必然能看到干涉条纹。所以，洛伦兹依据两条光路汇聚的时间相等，推导出来的洛伦兹收缩因子是错误的。以往人们对该实验中垂直方向的光路分析，包括洛伦兹的分析，都没有考虑到光作为无质量“物体”与有质量物体的运动的不同特点，因而做出了错误的分析。此外，人们认为旋转90度后将发生干涉条纹的移动，是因为两条光路虽然等长，因为水平方向与垂直方向上光的速度不同，旋转90 度后水平与垂直方向的光路正好调换，因而将产生相位差，造成干涉条纹的移动。这种认识也是错误的，因为只要两条光路是等长的，旋转90度后必定依旧等长，虽然水平和垂直方向上的光路调换，但两条光线的相位差是不变的，实际干涉条纹是一样的，人们无法区分也没有必要区分这个相位差是否经过了光路调换。可见，人们期待看到所谓的干涉条纹移动，完全是错误认知导致的错误预期。以这种错误的预期作为理论推测的要求，不满足要求就认为是“零结果”，是无知的结果。

7 结论

本文发现了无质量“物体”只可能存在绝对静止和匀速直线运动两种运动状态，论证了一切物体的绝对运动不可测量。列车实验和光子钟实验表明，无质量“物体”与其它任何惯性系的运动无关。在此基础上，本文对迈克耳逊-莫雷实验进行了全面分析。首次澄清了该实验“零结果”的两种含义，并对两种“零结果”进行了分析，指出了传统解释的错误主要在于对无质量“物体”的运动规律缺乏认知以及对干涉条纹移动的错误认知。本文首次对物理学史上著名的迈克耳逊-莫雷实验“零结果”给出了科学解释，确认了该实验结果证明了绝对静止参考系的存在。本文将使迈克耳逊-莫雷实验“零结果”这一历史悬案得到彻底圆满的解决，具有重要的科学意义。迈克耳逊-莫雷实验结果有力地证明了经典物理学的基础牢不可破，建立在所谓迈克耳逊-莫雷实验否定了“以太”绝对静止参考错误结论之上的相对论基本假设之一的“光速不变原理”因而不再具备成立的科学基础。

参考文献

[1] 费恩曼,莱顿,桑兹.费恩曼物理学讲义（新千年版）（第一卷）.郑永令,华宏鸣,吴子仪等译.上海科技出版社.2017.9 p156-177.

[2] 朱江转,许飞,罗锻斌.迈克尔逊干涉仪实验中容易忽视的一个问题[J].大学物理实验,2019,32(02):31-33.

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曾纪晴. (2020, December 10). 无质量"物体"的运动规律研究. Zenodo. http://doi.org/10.5281/zenodo.4314738