袁燦倫向《相對論》發難(三)

作者按：

上一篇從物質、空間和時間等幾個基本概念具有彼此獨立性的角度向《相對論》發難，這第三篇將從光的本質問題分析著名的光速不變原理的可靠性。

一、光的本質問題是至今未解的懸案

光的問題，是古老的問題，也是最新的問題，任何時代，光都可以作為必不可少的對象深入研究。

人類只要解開了光的秘密，那麼所有科學問題都可以迎刃而解！

如果不把光的本質問題解決清楚，所有現代科學理論都只能是妄談。

很可惜的是，科學共同體專業人士頭腦僵化，固步自封，奉權威為神，害怕科學大廈傾覆，害怕賴以生存的現代科學體系解體，科學共同體不願接受科學基礎理論的重新審視，更不願接受科學基礎理論的重新建立，科學將止步不前，甚至在錯誤的道路上越偏越遠！這不是危言聳聽，百多年來，科學理論無重大發展，便可知此為原因！

1、牛頓研究物體的運動和力的關係，總結出牛頓三大力學定律，研究克卜勒對天體的觀察結果，推導出萬有引力定律。牛頓研究太陽光經三稜鏡散射成彩色光帶，他仍用力學思維看待光，牛頓認為光是粒子，是從光源發出的粒子流。他能解釋光的直線傳播、反射現象，但解釋的折射與實際不符。這稱為光的微粒說。

2、惠更斯對光的研究後認為，光並不是由微粒組成的，而是一種波，他不僅能夠解釋直線傳播、反射、折射現象，還預言了光可以產生衍射現象和幹涉現象，後來被託馬斯.楊的實驗所證實。這稱為光的波動說。這能正確反映光的現象。

3、麥克斯韋從經典的電磁理論出發，建立了完整的電磁理論，即麥克斯韋方程組，推導出了電磁波動方程，電場和磁場相互交替激發，在空間以波的形式傳播出去，其在真空中的傳播速度為c=1/√(ε₀μ₀)≈3.0×10⁸m/s。其速度不依賴於參考系，就是說，在任何參考系中，電磁波的速度都是相同的。這稱為光的電磁波說。

這可能是人類歷史上最偉大的發現之一。有史以來第一次揭開了光的奧秘。我們意識到整個電磁波譜——從無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線、γ射線都只不過是麥克斯韋的電磁波。

4、愛因斯坦解釋光電效應時認為，光不僅具有波動性，還具有粒子性，這在量子力學理論中稱為光的波粒二象性說。

神秘的光

二、問題的問題

現在科學界普遍接受的是光的」波粒二象性」說。 但光的波粒二象性仍無法正確反映光的現象，更沒有搞清楚光的本質，反而是一種「和稀泥」的做法，使光的本質問題越發糊塗。

哥本哈根學派的量子力學理論沒有搞清楚光為何物，對光是電磁波這個本質視而不見，從而導致了一連串的錯誤，這是量子力學最大的漏洞。這與愛因斯坦首先認為光是波粒二象性有關，可以說，愛因斯坦的這個理論不是功勞，反而是一種過錯，這還只是其中的一個錯誤。(關於這個問題，作者將在後續文章中再次專題討論)。

可惜的是，至今科學界都把愛因斯坦奉為科學之神，而沒有人識破這個錯誤。

光的「波粒二象性」說是一個有悖邏輯的矛盾體。

光電效應用「光子」來解釋並非具有唯一性，作者認為，用光波也是可以解釋光電效應的，光的「波粒二象性」說沒有依據。

光是波，是粒子，還是波粒二象性？

三、現在能夠確定的光的特徵和本質

綜上，可以初步確定光的特徵和本質：

光是一種電磁波，是電場和磁場相互交替激發的波動，並在空間中傳播，光的傳播可以不需要介質，但光可以在某些介質中傳播，光在真空中傳播速度約為3.0×10⁸m/s，在介質中的傳播速度比這個速度低，光具有波的所有特徵如反射、折射、衍射、幹涉等。

(可見)光是一種電磁波，是電磁波譜中很窄的波段。整個電磁波波段，都可以稱為光，光=電磁波。

在此基礎上，作者對光的本質問題有進一步深入的研究，其結果可參閱作者的相關文章(文末連結)，因完整的新理論尚未在學術期刊上公開發表，故只給出了研究結果，暫不公開研究過程。

(可見)光是一種電磁波，是電磁波譜中很窄的波段

四、光速不變原理是《狹義相對論》最主要的基本假定

光速不變原理是《狹義相對論》的兩個基本假定之一，真空中的光速對任何觀察者來說都是相同的。指的是無論在何種慣性系（慣性參照系）中觀察，光在真空中的傳播速度都是一個常數，不隨光源和觀察者所在參考系的相對運動而改變。這個數值是299792.458 米/秒。

光速不變原理是由聯立求解麥克斯韋方程組得到的，並為麥可遜—莫雷實驗所證實。

可是，作者在本篇的主要任務是找出光速不變原理的局限性，認為它是不可靠的。

五、麥克斯韋方程組求解出真空中光速

最初的麥克斯韋方程共有20個，後來精簡為4個，組成了現在的麥克斯韋方程組。

麥克斯韋方程組

麥克斯韋方程組求解電磁波動方程

麥克斯韋方程組求解出真空中光速

在沒有電荷ρ也沒有電流J的自由空間中，電場和磁場的分布情況，由麥克斯韋方程組推導出了電磁波動方程，進而推導出了電磁波的傳播速度為c=1/√(ε₀μ₀)，其大小正是測得的真空中光速3.0×10⁸m/s。這也是麥克斯韋果斷地認為光是一種電磁波的原因。

求解出的真空中光速c=1/√(ε₀μ₀)≈3.0×10⁸m/s，沒有提到參考系的問題。研究光的傳播速度，居然沒有涉及到參考系的問題，這是很奇怪的事。沒有涉及到參考系，意思是與參考系無關，在任意參考系中都成立，在任意參考系中，真空中光速都不變。

別忙，看看我給找得出參考系來不！

六、麥克斯韋方程組的參考系

第一個方程電場高斯定律，其原形是電荷產生電場的庫侖定律，ρ為電荷密度；第二個方程磁場高斯定律，其原形是「磁荷」產生磁場的庫侖定律，因為沒有找到「磁荷「(磁單極子)，故稱為無源場，其散度為0；第三個方程為法拉第電磁感應定律和楞次定律(負號-)，意思是變化的磁場產生電場，並且其結果阻礙引起變化的原因(楞次定律)；第四個方程的第一項為安培環路定律，磁場B的旋度等於產生該磁場的傳導電流密度J，其中包含了麥克斯韋對非穩恆電流引入的位移電流，第二項為變化的電場產生磁場。

把麥克斯韋方程對應的原形定律找出來了，現在，在方程和定律中找運動。

第三個方程法拉第電磁感應定律和楞次定律中，導體在磁場中運動時，導體兩端就產生電動勢，這也可看作是導體中的自由電荷在磁場中運動時，會受到洛倫茲力的作用，嚮導體兩端運動，而產生電動勢。

如果電場E和磁場B並存，則運動點電荷受力為電場力和磁場力之和，洛倫茲力為F=q(E+v×B)。

另外，麥克斯韋方程組中第四個方程的第一項，變化的電場產生磁場。運動屬於變化，所以運動的電場產生磁場。電荷周圍空間存在電場，電荷運動使電場產生運動，所以運動電荷產生磁場。電流是電荷的流動，所以電流會產生磁場。而恆定電流周圍就會產生恆定不變的磁場。

從兩個方程中找到了運動，這個運動是相對運動，法拉第電磁感應定律中，導體是相對於磁場運動的，磁場(磁體 )就是默認的參考系；運動電荷(電流)產生磁場時，電荷是相對於導體運動的，導體就是默認的參考系。

電磁波產生的機制是，非均勻變化的電場產生非均勻變化的磁場，非均勻變化的磁場又產生非均勻變化的電場，電場和磁場相互交替激發，此消彼長，向空間中傳播出去，就形成了電磁波。

LCR電路中的電荷振蕩發出電磁波，振源LCR電路就是默認的參考系，也是麥克斯韋方程組默認的參考系，那麼，振源也是電磁波和光的默認的參考系。

電磁波的圖象應該是這樣的

七、光速不變原理的成立條件

由此可看出，光速不變原理是有成立條件的，準確表述為：

光速不變原理：

相對於光源，光速不變。

相對於光源，光速不變。

相對於光源，光速不變。

而不是在任意參考系下，光速都不變。

電磁波是一種特殊的波，它的傳播不需要介質。如果非要給它指定一種介質的話，電磁場就是電磁波的介質。

機械波也是具有一種鮮有人注意的特性，相對于波源，機械波的傳播速度不變。機械波的傳播速度只與介質的種類、密度、彈性模量、溫度等有關，而與波源的運動無關。這從在水面上打水漂遊戲產生的水波，和飛機飛行時產生的聲波可知。

光速不變原理：相對於光源，光速不變

打水漂兒

飛機聲波

八、第三個發難

《狹義相對論》是根據光速不變原理和狹義相對性原理推演出來的，由本文分析可知，光速不變原理只是相對於光源參考系光速才不變，而不是相對於任意參考系光速都不變，其所依據的光速不變原理不可靠，條件範圍不應該無限制推廣。這是對《狹義相對論》的第三個發難！

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聲明：本文均為作者原創首發，未經作者同意，不得轉載。

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