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七、真空光速不变性原理的解释 摘要: 本文根据光的物理本质——电磁质量，解释了真空光速不变性原理，使狭义相对论的假设的基础更加牢固，回顾了群速度与相速度的问题以及非惯性系中的真空光速不变性原理。 关键词：群速度、相速度、电磁质量、非惯性系、真空光速不变性原理 （一）真空光速不变性原理的解释 物理学可以使用假设,并在假设的基础上,建立理论,然而用实验检验其非假设成果的正确性,进而间接验证假设的正确性.之所以这样做,是因为在假设时代,该现象还得不到合理的解释,这说明假设的现象比当时物理能解释的东西更基本.因此,如能在以后对假设作出科学的解释,就是对物理学的重大突破. 他在1922年就真空光速不变原理写道：“相对论常遭指责，说它未加论证就把光的传播放在中心理论的地位，以光的传播定律作为时间概念的基础。然而情形大致如下：为丁赋予时间概念以物理意义，需要某种能建立不同地点之间的关系的过程。为这样的时间定义，究竟选择哪一种过程是无关重要的。可是为了理论只选用那种已有某些肯定解的过程是有好处的。由于麦克斯韦与洛伦兹的研究之赐，和任何其他考虑的过程相比，我们对于光在真空中的传播是了解得更清楚的”。爱因斯坦? 著《相对论》47页“1、7? 光的传播定律与相对性原理的表面抵触”，“在此种抵触下，似乎除了放弃相对性原理或真空中光的传播的简单定律外，我们别无他法。但保留相对性原理是仔细阅读上述论述的读者几乎一致的意见。这是因为如此自然而简单的相对性原理给予人们很大的说服力，因而真空中光的传播定律就必须由一个能与相对论原理一致的比较复杂的定律所取代。然而，理论物理学的发展使我们不必继续这个进程。经典电子论的创立者、具有划时代意义的H-A-洛伦兹对于与运动物体相关的电动力学领域中无可争辩的经验产生出关于电磁现象的一个理论，而又有该理论必然推出了真空中光速恒定定律理论。因此，尽管没有任何实验数据表明有与相对性原理相抵触之处，但许多著名的理论物理学家对相性原理还是比较倾向于舍弃的观点。相对论就是在这个关头出现的。由于以时间和空间物理概念的分析，相对性原理因而就与光的传播定律没有丝毫的抵触之处。”实物运动时，能且只能带动属于它自身的万有引力场。这一情况，同有关的实验结果是一致的。光行差现象显示，以太未被地球拖曳。这是因为，传播遥远恒星的场，主要是恒星间的场，地球的运行，的影响微不足道；斐索实验的结果是以太要部分地被水流曳行。其实质是，水在流动时会带动属于它自身的场，而不会带动地球的引力场。光速与介电系数及磁导率有关，声速与介质密度与弹性系数有关，光速与声速两者的确有可比性，因此这个“用声速代替光速”论诘难已经被无数人提出过。理由有三： 1)声波波动方程满足Galileo不变性，但电磁波波动方程不满足Galileo不变性，所以两者不具有完全可比性。既然声波波动方程满足Galileo不变性，所以从逻辑上讲，不存在提出“声速不变原理”的必要性； 2）作为潜在的研究，可以允许你去提出“声速不变原理”及以此为基础的“声速相对论”，但基于“声速不变原理”所提出的动力学理论结果明显与实验违背； 3） “光速不变原理”尽管在相对论发展历史上具有重要意义，但其实它是完全不必要的。几十年来，已经有很多人指出（见下面的文献），“光速不变原理”应该是相对性原理的一个推论，而不是出发点（基本假定）。这里，“光速不变原理”以一个推论“必然存在一个不变速度，它在时空变换下不变”的面貌出现。教材上仍旧把“光速不变原理”作为基本出发点（公理、假设），是为了教学需要，让学生理解起来容易一点。如： Terletskii, Y.P.: Paradoxes in the Theory of Relativity. Plenum, New York (1968). Lee, A.R., Kalotas, T.M.: Am. J. Phys. 43, 434 (1975). Mermin, N.D.: Am. J. Phys. 52, 119 (1984). Coleman, B.: Eur. J. Phys. 24, 301 (2003). Shen, J. Q., Int. J. Theor. Phys. 47, 751 (2008). 波的传播速度决定于媒质的特性，对于弹性波来说，波的速度决定于媒质的惯性和弹性。液体和气体只有容变弹性，在液体和气体内部只能传播与容变有关的弹性纵波。现有理论证明在液体和气体中纵波的传播速度为C= （纵波），式中B是媒质的容变弹性模量，ρ是媒质的密度。固体中能够产生切变、容变、长变等各种弹性形变，所以固体中既能传播与切变有关的横波