信号传递最大速度与‘光速不变’(2)

在上次所引用的福克和兰道的著作中只讨论了引力、电磁、强、弱四大基本作用，他们把这些作用称为信号，把这些基本作用传递的最大速度称为信号传递最大速度。由于这些基本作用传递的速度远远大于在日常生活所见的其它信息的传递速度，这样做是可以的。为了与文献一致，今后我们也只讨论基本作用，也称它们为信号。福克和兰道认为或默认四大基本作用传递的最大速度均为真空中的光速，除电磁作用外这个看法尚无实验验证。在经由实验检验和理论分析作出结论之前，对‘光速最大’和‘超光速存在’都不能否定。目前的狭义相对论不允许超光速存在，但作者认为，适当修改狭义相对论，是有可能允许超光速存在的。本博以前曾讨论过这个问题，以后也可能再讨论这个问题。而由于本文主要介绍‘光速不变’的结论是如何得出的，故不打算在本文中讨论如何允许超光速存在。

（二）光速不变

如果发现超光速，若超光速信号的速度仍是有限数值，也必有一个信号传递速度为最大，若我们称这个信号为H信号，则现在认为传递速度最大的光速信号将由H信号来代替，光速不变将由H信号速度不变来代替。可是，由于还缺乏实验事实的验证，尚不能肯定超光速的确存在。（且一般来说，物理理论的确立和承认总是落后于实验事实的。）因之，只能暂且认为，真空中的光速C是信号传递最大速度。

现在我们根据真空中的光速C是信号传递最大速度这一基本事实以及相对性原理来说明光速不变。首先指出，相对性原理肯定，在全部惯性参照系中，物理规律都是相同的。现在所指的物理规律就是：存在信号传递最大速度，而这个速度乃是真空中的光速。这是在某个惯性参照系中的实验结果。再应用相对性原理，便得出：在其它任意惯性参照系中，也存在信号传递最大速度，而这个速度也是真空中的光速。这就推出了光速不变原理。这个推论是建立在实验事实的基础之上的，应当是可信的。

这里还需要解释一下。大家知道，两个惯性参照系之间，彼此作匀速直线运动。而当引力存在时，由于时空弯曲，不存在匀速直线运动，也就是不存在彼此作匀速直线运动的惯性参照系。那么如何应用相对性原理呢？对此我们要指出，这里我们应用相对性原理主要是在研究信号的传递。当研究引力作用的信号传递时，若我们只研究这个信号的传递，不去涉及引力作用的其它现象和性质时，我们可让一束引力波在远离其它引力作用的空间传播，来进行研究。在这个空间可视为不存在其它引力作用，若这束引力波自身产生的引力场可忽略不计，则这束引力波就可近似地看为在惯性参照系中传播。

如果肯定了光速不变原理，再结合相对性原理就可推出洛伦兹变换。推导的过程在一些书刊和科学网的博客中已有不少的叙述和讨论，对这个问题我们不多讲了。只是指出一点：有人认为，仅由光速不变原理和相对性原理是推不出洛伦兹变换的，必须增加条件，这可能意味着洛伦兹变换不存在。本文作者认为，对必须增加条件的物理实质还可进一步深入研究，但洛伦兹变换是存在的；洛伦兹变换不仅是事件坐标要满足的变换，也是许多动力学量，如4-维动量（即能量+动量）、能动张量要满足的变换。如果洛伦兹变换不存在，这就很难理解了。