实验室测量光相对速度的实验原理（1）：

------------D  

 我们现在以光源静止为例分析。虚线代表一束光，D为计时器，我们考查光源0.0001秒发出的光，方向取向右，显然光源静止，这束光的长度为29979.2458米。

测量原理是这样的，从一般物体出发分析：

如果虚线表示一般物体，长度为30米，运动方向取向右，相对于地面的速度为50米/秒，如果D静止，二者的相对速度是50米/秒；如果D向左运动速度为相对地面20米/秒，则物体与D的相对速度是（50+20）=70米/秒；如果D向右运动相对于地面的速度为20米/秒，则物体与D的相对速度是（50-20）=30米/秒。

在以上三种条件下，物体通过D的时间分别为：

（1）30÷50=0.6秒        

（2）30÷70≈0.42857秒

（3）30÷30≈1秒

将物体转换为光，光的长度为30米，D的速度与方向不变：

（1）29979.2458÷299792458=0.0001秒

（2）29979.2458÷299792478≈0.00009999999332872秒

（3）29979.2458÷299792435≈0.0001000000066713秒

这里需要注意的是：

（1）光头触到D的时候开始计时，光尾离开D的时候计时结束。是否还有变通的方法使测量更简易？

（2）因为不同条件下光速度不同，是否先要测量光的具体的速度，根据c=λυ，参见我的网页《相对论相关知识》中定义米的光速测量。

（3）如何保证D的速度准确，如果D的速度能达到20公里/秒，将使测量更准确。

（4）能否准确保证光源发光时刻，从而保证光的长度

（5）是否有更好的、更易测量的数值，如D的速度、光的长度等。

（6）在非真空条件下测量，也能说明光具有相对速度，但必须测量此条件下的光的具体的速度与相对介电常数与相对磁导率？

分析如下：

 A---------B------------D   

我在分析过程中将光源A的运动、光B的运动、观测者D的运动分开分析，这里的一个前提是它们都在地面，光速是指光在理想空间的相对地面速度，A、D的运动也是相对地面的运动 ，这些前提我想是没有问题的！以前是没有考虑地面的问题（在我的分析中的 一个特色就是增加参考系的数量，这样更合理）？为使分析简单明了，我们将地面延伸， 将他们相互之间的距离扩大以便于分析。 

我们将A光源发光时间设定为0.0001秒，方向取向右，显然，如果A静止，这束光的长度为 30公里。我们现在就对此进行分析。如果A向左运动，则这束光的长度会变长，大于30公里，多普勒效应表现为红移；如果向右 ，则这束光的长度会缩短，多普勒效应表现为蓝移。

一个显然的问题是这束光B相对于地面的速度为c是没有问题的（根据麦克斯韦电磁理论）！这里的分析就与分析一般 物体的相对运动一致了。我们先将B做为一般物体分析，如果B是一般的运动物体相对于地 面的速度为50米/秒，如果D静止，B、D的相对速度是50米/秒；如果D向左运动速度为 相对地面20米/秒，则B、D的相对速度是（50+20）=70米/秒；如果D向右运动相对于地 面的速度为20米/秒，则B、D的相对速度是（50-20）=30米/秒。现在将B还原为光，则 同样的道理会自然的得出光B相对于D具有相对速度（c+20）或（c-20）。如果（c+20）或（c-20）不成立，则（50+20）=70米/秒与（50-20）=30米/秒也不成立。

因为光离开光源后，速度的决定因素是传播媒介，所以如果光源运动，则光对光源也有相对速度。

原理（2）：

我想从三个实验证明光具有相对速度：

一是测量运动物体；

二是测量光在不同惯性空间速度、频率、长度的转换；

三是从新作迈克尔逊-莫雷实验，这个肯定没有问题；

四测量加速度对光运动的影响。这是对广义相对论，相对任意参考系光速恒为c的检验。

一、测量运动物体

本质而言，光具有相对速度是很简单的，但因为面对的是相对论这样的庞然大物，所以必须从多个角度分析，才具有说服力。

我认为，在测量光相对速度时最重要的是实验结果必须否定相对时间论，否则就不具备说服力。不同空间位置的时间同步需要光速作为转换中介，测的的数据能用相对时间论解释。因此设计实验时必须是空间位置重合，回避光的转换中介作用，我的设计思路就是基于这一点考虑。

为此，我是这样设计实验原理的，不知到您认为如何？是否存在技术问题不能解决？我对光学器件不熟悉，错误的用语请您纠正。不知你的实验原理如何？

通过这种方法可以从三个途径反映光具有相对速度：一是以前否认光相对速度公式与承认光相对速度的公式所得出得空间位置不同，承认光相对速度所计算得结果与实验才能一致；二、与以前激光测速法测光速c比较，承认光相对速度所测的光速与通过电磁理论的计算值更加一致；三、否定相对时间论，因为在相对论中有如下论述（参见网页《疑难求证》：

K相对于Ｋ^'（在下图中为C与D的关系）也可考虑光的相同的传播问题，光速恒定原理在这个情况下也必须满足。因此对于Ｋ^'，有方程

∑（△x^'_v））²－c^２△t^'２＝０

对于从Ｋ到Ｋ^'的变换，以上两方程必须彼此相一致。体现这一点的变换将成为“洛伦兹转换”。（摘自《相对论的意义》，爱因斯坦著，科学出版社１９７９年出版），也就是D的时间要变慢。通过实验几个不同的速度，可以看出不会出现这种情况。这也是选择同一个钟计时的原因。

因为光速太快，我不知到我的设计实验能否实施，但我的关键说明是如何避免相对时间论。

在上图中，我的设想是通过测量运动物体D的A面测量光的相对速度，通过光源到A面的距离测量反映光的相对速度。而B面则是运动物体运动到与光电开关E激光相遇时，通过光电开关E以及纠缠量子光子对发生器（或电磁波发射器）H使光源激光C发光。测量激光器C发射激光的时刻到光的头部到达A并返回到C时间段t。在运动物体D上放置一个点触发激光器（因为光速过快，为便于与后面的发光标记区分，此激光器只发射点光），而且光的发射方向与轨道方向垂直，与A在同一平面。

光电开关E与一个电磁波触发器连接，当光电开关触发后，发射出一束电磁波d，使纠缠量子光子对发生器（或电磁波发射器）H触发，向光源激光器C以及运动物体D上的激光器发射触发信号a、b（距离上a=b），并且保证b光头部的到达位置在运动物体的A面对应的轨道位置在G₁（因此需要计算确定H的位置，运动物体D的速度不同，H的位置不同，从而保证a=b）

通过光电开关E以及纠缠量子光子对发生器（或电磁波发射器）H控制激光发射的目的在于保证时间、空间的可比性，从而消除相对时间论的根基。D必须运动，从而保证由开关E控制激光的发射，从而保证时间同步。通过测量速度、距离变化比较，即可确认光具有相对速度。D的速度越快、光路越长，数据越明显。可测量几个不同的速度作为比较与计算更能说明光具有相对速度。

这里出现几个时间段，与时间刻度。第一是T₁时刻，也就是光电开关触发时刻，此刻D物体的A面对应的空间位置是G如上图；第二是T₂时刻，也就是H的触发时刻，这里有一个时间段t₀；第三是T₃时刻，也就是光源激光器C以及运动物体D上的激光器的发光时刻，对应的时间段是t₁，A对应的轨道位置为G₁（由运动物体D上的激光器发射点激光通过在轨道上感光材料记录G₁位置）；第四时刻是光源激光器C所发出的光的头部到达运动物体D的时刻T₄，对应的时间段是t₂， A对应的轨道位置为G₂；第五，这束激光触到运动物体的A面后返回，回到光源位置C的时刻T₅，对应的时间段是t₃。t= t₂+ t₃。轨道上有感光物质，以便记录A面的空间位置。

对不同速度，t₀是相等的，从而保证时间的同步；T₁时刻A面的空间位置是相同的，从而保证空间位置G的确定。因为a=b，所以能保证在T₃时刻，A面与空间位置G₁的重合，并且在此刻光源激光器发光，此刻运动物体D上的激光器发光使轨道上的感光材料记录下A面对应的空间位置G₁。因此，运动物体D不同速度，t不同以及G₁、G₂不同的原因就完全是运动物体D的速度v以及光相对速度c-v（t₂时段）与光速c（t₃时段），而不可能是所谓相对时间。

发出的光线的头部与物体D的A面的相对速度为c-v。因为光的头部到达A后即刻返回射向C，此时的光头部是相对于静止的C点运动，所以速度为c。而以往的理论认为往返的速度均为c，否定了光的相对速度。计算A的空间位置是肯定有误。

为记录激光达到D物体A面时的轨道位置，应加一个分光镜在D物体的A面，需要感光材料在轨道侧，如能作到这一点是非常理想、美妙的。这样的好处在于，能通过计算直观比较以往否定光相对速度公式与承认光具有相对速度所计算的D的空间位置差别。比如图中的F点为发射光到达空间位置，因为是一束光，所以留下的是比较大的光斑，所以运动物体的准确空间位置应该是F点的左边起点G₂。

用五维时空坐标分析实验原理如下图：

我们还是以T₁时刻作为时间坐标的原点，如图：光源发光点对应的空间坐标为C₁， T₁时刻A的空间位置坐标为A₁，与轨道对应的是轨道的G位置。

经过t₁+t₀时段后，在T₃时刻，光源发光，此刻A对应的空间坐标位置是A₂，轨道对应位置是G₁，结合五维时空坐标的分析我们知道，这束光的头部相对G₁的轴向速度为c，相对A的速度为c-v。这束光将先到达G₁位置。在T₄时刻，这束光的头部到达A，经过的时段是t₂，此刻A对应的空间坐标为A₃，轨道的对应位置是G₂，也就是这束光先到达G₁，后到达G₂，原因在于对A的相对速度为c-v。G₁与G₂的空间位置不同，是光具有相对速度的最好证明。

其理由是 爱因斯坦的以下观点不成里（相关分析参见网页《疑难求证》：

对同一惯性系，设一道光线从Ｋ中一点p₁穿过真空通往另一点p₂（C与G₁的关系），如果r是两点间测得的距离，则光的传播必须满足方程 

r =c△t

如果取方程两边的平方，用坐标差△x_v表示r²，则可写出

∑（△x_v））²－c^２△t^２＝０

以代替原来的方程，这个方程将光速恒定原理表示成相对于Ｋ的公式。不论发射光线的光源怎样运动（有关光源运动的分析参见网页内容），这个公式必须成立。

相对于Ｋ^'（C与D物体的A面的关系）也可考虑光的相同的传播问题，光速恒定原理在这个情况下也必须满足。因此对于Ｋ^'，有方程

∑（△x^'_v））²－c^２△t^'２＝０

对于从Ｋ到Ｋ^'的变换，以上两方程必须彼此相一致。体现这一点的变换将成为“洛伦兹转换”。（这里是错误的）（摘自《相对论的意义》，爱因斯坦著，科学出版社１９７９年出版）

这里确定光相对速度的关键在于G₂位置（也就是是F点的左边起点），因为根据否定光相对速度所计算的位置在G₂^'，而确认光相对速度所计算的空间位置在G₂，二者的不同说明光具有相对速度。这里的关键是仪器精度要高，光路越长越好！

这里的实验条件是运动物体D在真空中运动，这样就能保证与相对论的前提一致。同时，在真空中群速度与相速度相同。选择单一频率的光便于计算，也不涉及群速度和相速度。在非色散介质的自然空间中不知实验效果如何？很麻烦的就是光速太快，对仪器的精度要求高！

运动物体D的厚薄有无要求、影响？

能否准确保证D的匀速直线运动？发射与接收器能否处在同一位置或平行位置（但要保证在同一平面）。往返光路线能否分离？

在实验中能测量返回光的频率变化是否更好，这样通过频率变化计算速度，从而与设定速度具有可比较性。

因为光速太快，不知到现在所能达到的精度？如能达到皮秒、飞秒的精度，我想是很容易成功的。

当然，并不一定要设计为光沿直轨道，也可如同迈克尔逊-莫雷实验或菲佐流水实验那样使光路转弯，从而延长光路，但必须保证物体的匀速直线运动。光路越长，效果应该越好。用较多的真空管并排一起，通过反光镜延长光路如何？

通过激光往返的时间确定相对速度。

为精确测量距离，要求脉冲窄而陡峭。

近代实验室测量光速的方法，如微波干涉法、光谱法，声调制法、激光测速法，精度更高。除菲佐和傅科实验数值以外，在他们以后测定的光速值与电磁理论中的计算值非常接近，说明个实验室所测的的数值是正确的；同时也给麦克斯韦的光和电磁理论提供了有力的证据。

这里很重要的是激光测速法测量光速。通过比较，更能说明我们观点的正确性。如果我猜测不错的话，我们的测量数据肯定与理论计算更加的吻合，这又是证明光具有相对速度的重要依据。应该能够找到这方面的详细资料。

另外，为了更加具有说服力，要找到迈克尔逊-莫雷实验的真实详细资料，能够作一次实验是更加的好。证明条纹疏密的变化。

天文学测量距离的方法近距离有视差测距法、造父变星光度法、哈勃定律等，但它们的基础与我的分析是一致的，天文方面天文台与天文系的老师没有提出异议。

二、测量光在不同惯性空间速度、频率、长度的转换

还有就是不同惯性空间光速度以及长度频率的转换，这个实验很好作。这样就更能证明光具有相对速度。

如上图，A为光源；B、C为计时开关，光到达B、C时开始计时，光通过完毕B、C就停止计时；D为匀速运动的物体，D内部 是封闭的空间（比如运动的列车），与外界属于不同的惯性空间。根据五维时空坐标理论，A点一秒（或几秒）钟内发出的光，无论D运动方向是左或是右，一秒（或几秒）钟内都将通过B。而对与C则不同，当D物体以匀速往左运动时，通过C的时间将超过一秒（或相应时间段）；往右运动时，通过C的时间将少于一秒（或相应时间段），而数值与速度v有关。这里最重要的是保证匀速直线运动且无抖动，A、B、C在同一轴线上，速度越快越好；D要封闭，这里的问题是D物体的E面以及其厚薄是否影响实验以及实验精度？能否控制时间的准确性？

对麦克斯韦电磁理论而言，很多人认为光具有相对速度后无法理解，这个理论就是错误的。恰恰相反，在我的推理中并没有否定麦克斯韦电磁理论，而是有新的认识。

上例是匀速直线运动列车内空间与列车外的空间光的运动，在列车中的一个静止点作为光源，在列车中的一个静止位置测量这束光，显然光的频率应该与光源频率一致，没有多普勒效应。我们在列车外测量这束光的时候，情况就不一样，比如在列车的前进方向，这束光会发生多普勒效应（蓝移）。显然二者的物理内涵已经不同。而麦克斯韦电磁理论却认为这是相同的，合理吗？再从能量的角度分析，在列车内测量的光对应的能量是ε₁=hυ₁（h是普朗克常数，υ是光的频率），列车外光的能量为ε₂=hυ₂。因为联 υ₁＜υ₂，所以ε₁＜ε₂，很明显的是这个差值是由于相对速度产生的，在列车后面测量时ε₁＞ε₃。三者物理内涵完全不同，而根据麦克斯韦理论是一致的，合理吗？不合理！

我们再来看麦克斯韦电磁理论的合理性在那里。我们知道，真空中的光速c与真空磁导率与真空介点常数有关；同时我们还知道任意频率的光的速度均为c与。

在以上列车与地面的分析中，我们知道根据麦克斯韦电磁理论，光在列车中运行的时候，相对列车中的静止物体速度为c，与列车外的物体的速度为c+v（前进方向车外）或c-v（列车运动的相反方向的车外）；而根据麦克斯韦电磁理论，而且可测的是列车外的空间中测的的光相对地面的静止物体的速度也是c，只是频率与车内不同。这些结合我网页的分析可以知道，光的相对速度能发生转换，也就是c+v或c-v转换为c，同时频率发生转换，这就是从新的角度认识洛伦兹转换的内涵。

下面是对承认光相对速度的计算公式的推导（以前的公式参见本文后面）：

t₂=T₄-T₃；返回光到达测点所用时间为t₃=T₅-T₄，显然   t₂≠t₃，往返时间t= t₂+t₃=nτ，并且

2R=t₂×（c-v）+ct₃

t₂×（c-v）=ct₃    所以   R=ct₃

所以   t₂=ct₃/（c-v）    t₂+t₃= ct₃/（c-v）+ t₃=t

所以t₃=t（c-v）/（2c-v）

R=tc（c-v）/（2c-v）= nτ ×c[（c-v）/（2c-v）]

根据广义相对论，引力场与加速场等效。在高速运动的列车上应该能测到加速度对光运动速度的影响。我们可以分为三种情况测量比较：一是静止；二是匀速直线运动；三是加速度。如上图，A、B、C是列车上的三点，A为光源位置；B为计时器位置；C为纠缠量子光子对发生器。C到A、B的距离a=b。在某一时刻，T₁时刻C发射光子，经过t₁时段后，在T₂时刻到达A、B，因为a=b，所以同时性能得到保证，此刻A开始发光，B开始计时；经过时段t₂后，在T₃时刻，A所发的光的头部到达B，B停止计时。因为是同样的设备，所以能保证在静止、匀速直线运动、以及加速度下具有可比性，通过对t₂的比较能测到光速是否因加速度变化而变化。这是对广义相对论，相对任意参考系光速恒为c的检验。 这里应该测量高速列车两个方向的运动（图中为向左、向右方向），能使测量数据更全面，同时测量频率是否变化？如何变化？

傅科（Foucault）在1862年成功地实现了一个测定光速的实验室方法，他依靠一个旋转镜来极其精密地测量小的时间间隔。实验的示意图如下，所示：

用旋转镜法测定光速示意图

从光源S射出来的光透过半透镜M后，射在可饶O轴旋转的反射镜N上，O轴与光线垂直。光线被N反射后，达到第二个发射镜R上。R是一个凹面镜，其位置恰好使O轴通过凹面镜的中心。光线由R反射后返回，并在