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狭义光速不变假设并非成立
肖 军
【摘要】 光速与光源运动速度无关并不是麦克斯韦电磁理论结果。本文通过考虑源内电荷因源运动产生的磁场对电场贡献后，利用麦克斯韦场方程导出的光速与光源运动速度有关。此结果的重大意义在于将使狭义相对论的理论根基产生动摇。
从狭义相对论提出至今，对其中光速不变假设以及与其有关的洛仑兹变换式导出过程正确是否问题一直争论不休。有相当一部分人认为狭义相对论是大名鼎鼎爱因斯坦提出的理论，它不可能存在错误。其实，狭义相对论被看做是20世纪伟大理论，仅是因为由它导出的某些结论能被实验所证实，并非是其理论基础光速不变假设和洛仑兹变换式无懈可击。光速不变假设是狭义相对论中的两个基本假设之一。受一些实验结果的影响，目前多数人都认为光波沿空间各向传播速度恒为C，与光源运动速度无关。此看法似乎能和麦克斯韦电磁理论相容，并能找出一些令人信服的实验来证实在光源运动方向及相反方向上，光波的传播速度就是与光源运动速度无关。其实，由此并不能肯定光速不变假设成立。因为在非光源运动方向上，尤其是在垂直于光源运动方向上，目前还没有一个实验结果可证实光波的传播速度与光源运动速度无关。反而根据麦克斯韦电磁理论以及迈克尔逊干涉实验结果和天体超光速视运动现象都能得到光速是空间各向异性的结论。
以往人们误认为，如果光速与光源运动速度有关，在光源运动方向和相反方向上，光速肯定是不同的。其实不然，光速与光源运动速度是不满足有质物体所遵循的速度合成公式。因为光波的传播速度不同于有质物体运动速度，有质物体运动速度取决于物体所具有的动能。而光波传播速度则取决于光源沿同一方向辐射电磁波的电场强度和磁场强度的比值。如果考虑曾被忽视源内电荷因源运动产生的磁场对电场贡献，我们由麦克斯韦场方程就能证明，光波在空间中沿单位矢
1．利用电磁场能量守恒原理推导
在经典电动力学理论中，有关根据麦克斯韦场方程组推导光波在空间中传播速度时，虽然没有明确假设光源是处于静止状态，但由于存在忽视讨论运动光源内电荷所产生与光源运动速度有关的磁场，这实质还是等于假设光源是处于静止状态。因而得出光速空间各向同性的错误结论。倘若考虑因源运动产生磁场的贡献，我们由麦克斯韦电磁理论将不再能得到光速是空间各向同性结论。
间中满足场方程
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(6) |
由上式易导出，运动电荷
辐射的电磁场其电场和磁场的波函数分别为
显然，若把(4)、(5)两式代人(8)式，就能得到(1)式结果。
2．利用波动方程协变性推导
我们知道，静止场源辐射电磁场的波动方程是
亦既有
有角频率，由
以上我们采用不同方法，从不同途径证得光速与光源运动速度存在有(1)式关系，同时也证得光速不变假设与(17)式相抵触。通过前面的讨论可归纳出运动光源辐射的电磁波其传播规律满足如下三个定理：
定理2 两传播方向相反的电磁波波长之积与光源运动速度无关，并恒等于光源静止时辐射电磁波波长的平方。
定理3电磁波波前传播速度的平方恒等于光源静止时辐射电磁波波前传播速度的平方与光源运动速度在垂直于波前传播方向上分量的平方差。
在狭义相对论中利用错误的光速不变假设能够导出许多正确推论是因为在其所讨论的问题中，波前都是与光源运动同向或反向情形，在这两种情形中，光速确实是与光源运动速度无关。但是，绝不能由此得出沿所有方向上波前的传播速度都恒满足光速不变假设，爱因斯坦的狭义相对论之所以存在有许多似是而非的逻辑错误和数学错误，就是因为错误的将光速不变假设绝对化。随着人们对光速讨论的深入，狭义光速不变假设会被人们所抛弃，并且最终将引发起物理学中一场新的革命。
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