光的惯性
光有惯性吗?这个问题曾有很多人争论过.从惯性的定义和牛顿的惯性定律出发,本人认为光是有惯性的,光离开光源后一直保持着惯性运动.黑洞理论需要光有惯性,不然的话任意小的力与光作用都会让光产生非常大的弯曲；要看到已经消失的恒星需要光有惯性；光压和康普顿效应也说明光有惯性.光有惯性已经得到科学界的公认.惯性是物质的属性,也是运动的属性.
在反对相对论和维护相对论的争论中,有很多问题涉及到光的运动,大家对光的运动无法达到共识,其中最主要的矛盾就是光速问题——迈克尔逊-莫雷实验在一定的精度内已经证明了光速相对地球不变,但中日对钟实验却否定了光速相对地球不变.在光学研究史上有三个非常著名的实验,它们分别是菲索实验、迈克尔逊-莫雷实验、塞格尼克实验,我认为要利用光的惯性才能完美解释这三个包含光速的实验.
一切运动都有惯性,光的运动也不例外,在塞格尼克实验的光路中,如图: A、B两点到光源O点的距离相等,当光子刚从O点射出时,它的惯性方向是A、B两点,惯性方向相对空间是固定的,而转盘是逆时针转动的,所以光子就射在a、b两点上,虽然不是同时到达a点和b点(如果同时到达a、b点则说明光子没有角动量,光速相对空间不变）,但光经过a点后反射的次数要多一些才能回到O点,光反射后的路径是一个多边形,圆内多边形的边数越多其边长越长,这样就导致光程差,产生塞格尼克效应.由于角动量守恒导致两束光相对光纤的速率相等,但两束光在光纤中选择了不同的弯曲路线到达矢点而使它们相对矢点的速率不同.在上面的解释中,多边形的边其实是一条曲线,光在两点间并不是直线路径,比如让一束激光射向月球的南极,然后慢慢将激光指向月球的北极,月球上的光比地球上的光要慢一秒多钟才改变方向,如果光线是连续的就必定是弯曲的.由于光有惯性,当光源的方向改变时就会使光线弯曲.地球的转动使我们看到的光在某种精度上并非直线.塞格尼克效应的经典解释认为两束光的速率相对空间相等而相对光纤不相等,这和我的解释刚好相反.既然大家已经公认在惯性系中光速相对光纤不变,在非惯性系中如有变化其主要原因应是光的惯性,那就应当有一种符合光有惯性的解释.
菲索实验已经证明水和玻璃等物质可以拖曳光运动,这种拖曳效应只有在匀速直线运动中才会最大,不管水相对光运动的方向如何,光相对水的速率都是相等的,这好比在匀速直线行驶的船舱内向船舱的两端抛物体,效果是一样的,伽利略的相对性原理对光也一样.
菲索实验说明光相对水没有光程差,因为水在空间是匀速直线运动,而塞格尼克实验则说明光相对光纤有光程差,因为光纤在空间是转动的,我们可以得出一个推论: 光程差只产生于非惯性运动.迈克尔逊-莫雷实验由于地球的转动应当是非惯性运动,但由于地球在实验过程中转动的角度太小,这种非惯性运动非常接近于惯性运动.中日对钟实验过程中地球转动的角度要远远大于迈克尔逊-莫雷实验,所以检测出了光程差.把塞格尼克实验、中日对钟实验、迈克尔逊-莫雷实验一对比,这种有梯度的实验结果说明: 实验过程中转动的角度越小,光程差就越小.如果转动角度为零,光程差也为零,菲索实验的结果是可以就此推导出来的.从这里也可以证明: 狭义相对性原理是有实验基础的,它可以不再是一个假设,完全可以和伽利略相对性原理平等.在地球上,如果有什么力能使光各向异性,那这个力也能使物体各向异性,我曾用自己发明的十字摆检测出了地球自转产生的惯性离心力,但就是没有测出物体随地球运动可能受到的“偏西力”.
对于迈克尔逊-莫雷实验的“0”结果,可能有三个方面的原因: 1.主要就是在实验的过程中地球转动的角度太小,实验装置近似于惯性运动,即使光子的惯性方向和光子实际射在反光镜上的方向有微小变化,迈克尔逊-莫雷实验由于结构和原理的限制也不可能检测到这种变化.这个实验的本意只考虑地球在空间的直线运动而不是转动,地球在空间的直线速率对此实验的结果没有影响,不论它是30公里/秒还是600公里/秒,关键是要看实验装置在空间运动方向的改变量.2.实验中有“返”程光,这使本来就很小的光程差降到更小.3.实验中有两束光,其中一束光应当指向北极星,这样即使地球转动,这束光的惯性方向和光路的方向总是一致的,它和另外一束光的光程差才会最大,否则两束光的惯性方向和光路之间的变化角度都差不多,光程差就会很小.
根据光有惯性可以推导出：在光路中如果没有物质相对光源运动则各个方向的光速相对惯性状态下的光源相同.如果这个推论成立,光速在真空中与光源的运动有关,这点其实和伽利略相对性原理或者爱因斯坦相对性原理都不矛盾.伽利略的船舱其实可以防止空气对船上运动物体的影响,而光也会被空气拖曳,如果在真空中,船上所有遮风挡雨的设备都可以去掉,整个船和光源可以视为一个整体在空间运动.爱因斯坦想把伽利略相对性原理推广到电磁波,其本质就是想把惯性推广到电磁波.假如伽利略的船是真空的并在真空中作惯性运动,光和物体都各向同性,那把船盖都掀掉,光和物体直接暴露在真空中,它们也应当各向同性,光速相对光源相同而相对真空不同.
光有惯性这一特点要求光本身必须是一种物质——光是“粒子”而不是“波”.因为物体不管是匀速转动还是匀速直线运动,物体内部的光相对物体的速率都是相同的,光波的荷载物(媒质)不论是物体本身还是以太都必须随物体一起运动,那么光波相对空间就没有方向上的惯性,因为波的方向会随着波的荷载物在空间位置的改变而改变,比如海浪会因为地球的自转而相对空间随时改变方向.既然光有惯性,它不仅仅只有方向上的惯性,还会有速率上的惯性,当光从空气中进入透明玻璃中,光的速率不会突变,而是逐渐变小,光再从玻璃中进入空气中,变小的光速不会再变大,离光源越远光速相对越小,因此通过天文方法测量的光速偏小是可以理解的.对于光在惯性上的性质我们应当把它和普通物质一视同仁.
用光的惯性能够很好地解释一些光学现象,但惯性的本质是什么却值得思考.我们会意识到绝对真空中迫切需要有一种“惯性媒质”——所有物质在这种媒质中运动都会有惯性,否则我们就要赋予绝对真空这种物理性质,“上帝粒子”——希格斯粒子就是用来解释惯性问题的.物质的惯性是希格斯粒子赋予的吗?是牛顿的绝对空间赋予的吗? 是物质自身内在的一种属性吗?.人类既然已经思考,就一定会以这种惯性不停地思考下去!
