信息传递最大速度与‘光速不变’(1)

本文是一篇科普性质的博文，目的是打算通俗地但比较深入地介绍‘光速不变’的结论是如何得出的。本文只局限于科普性的介绍，不打算讨论有关相对论是否正确的问题。这是由于作者水平有限，还由于我年老力衰，命运安排给我的时间已不多了，我只能吝惜时间，而且我觉得，目前在科学网中争论相对论是否正确，似乎还缺少条件，难以得出大多数人都能接受的正确结论。故建议那些喜欢对相对论是否正确进行讨论并且自己有着看法和见解的网友，可通过发表各自的博文以开辟讨论，也欢迎对本文进行评论，但本文将不参与有关相对论是否正确的讨论，敬请谅解。

本文作者认为‘信息传递最大速度’是比‘光速不变’更为基本的物理概念，后者蕴含在前者之中。著名理论物理学家福克（见福克《空间、时间和引力的理论》中译本）和兰道（Landau and Lifshitz 《The Classical Theory of Fields》）都持有这种看法(他们称为信号）。本文将根据这种看法出发，来介绍‘光速不变’的结论是如何得出的。

（一）信息传递最大速度

让我们先来介绍什么是信息传递最大速度，并进行一些讨论。

处在两地的人们常常需要互通信息，现在互通信息最方便的方法是打电话或通E-mail,其信息传递速度是电磁波的速度。在应用电磁波传递信息之前，人们要互通信息，只能写信，用马、信鸽、步行、火车、汽车、飞机等等来传递，马、信鸽、步行、火车、汽车、飞机等等的速度以及电磁波的速度就是相应的信息传递速度。物理学的发展使人们认识到物质间存在相互作用（包括引力、电磁、强、弱作用），这些相互作用也往往要由一地传至另一地（如处于甲地的物质对处于乙地的物质施加引力，引力作用由甲地传至乙地）。于是，在物理学中也就把相互作用的传递看成是一种信息的传递。

牛顿力学认为信息的传递速度没有限制，从很小到无限大都容许。例如牛顿万有引力定律认为万有引力的传递速度是无限大，这也就是说，万有引力的改变（例如两个物体之间距离的突然改变所引起的引力的改变）可以在瞬刻间由一地传递到另一地。物理学对电磁现象和光现象深入研究后，发现光现象也是一种电磁现象，光波也是一种电磁波，两者的速度完全相同。本文把光波的速度和电磁波的速度统称为光速。物理学的实验研究还发现光速不可能是无限大，亦即光速是有限的，这也就是说，光不可能在瞬刻间由一地传递到另一地，而是须要经历一段时间。

在上面我们已经谈到过一些信息传递速度，在所有已知的各种信息传递速度之中，必定存在一个最大的速度（这正如在一个班级中必有一人的身长是最高者），在物理学中把这个最大的速度称为信息传递最大速度。目前物理学的主流学者认为，信息传递最大速度是真空中的光速。这是因为：1、目前物理学假定引力、强、弱作用也是以光速传递的，但这一假定，尚缺乏实验事实的验证；2、在一切已可确定的信息传递速度中，以真空中的光速为最大，介质中的光速恒小于真空中的光速。

可是，认为‘引力、强、弱等作用也是以光速传递’的看法，目前还只是假定，尚待进行一些实验来加以判断。因之只能说，这个看法有可能正确，也有可能不正确。如果实验证实这个看法不正确，例如若在在引力、强、弱等作用之中，通过实验发现有的作用的传递速度大于真空中的光速，则认为‘引力、强、弱等作用也是以光速传递’的看法就得修改。狭义相对论采用了这个看法，当然狭义相对论也必须修改或被否定。然而，现有的实验结果尚不足以肯定有的作用的传递速度大于真空中的光速，或者上述修改后的看法尚未获得多数物理学者的承认，按照物理学的传统做法，旧看法和旧理论仍可不轻易地急于修改或否定而应暂时保留。光速不变原理就属于这种情况。

若假定光速是信息传递最大速度，加上相对性原理就可推出光速不变原理，这留在下次博文说明。