22. 论光速

侯工

有人认为光速是光子的位移速度，其实不存在光子，也就是说，光不是由粒子组成的。光只是一种电磁波。所以，光的二象性纯粹是假说。

光波与水面的水波是一样的。水波是水平面的波动，也就是水波介质的振动，并没有水分子沿着水波运动。光的传播是波形的，难道粒子可以波形运动吗？其实，光的传播也是光的介质在振动。

水波的介质是水，声波的介质是空气（液体、刚体等）。光的介质是什么？

一般人认为光是在真空传播，无需介质。

任何波的传播都离不开介质。

其实，宇宙不存在真空，例如，任何物质都挡不住中微子。只要有中微子存在，就不是真空。中微子其实是电子的碎片。中微子继续分解，就是最小粒子。

宇宙太空充满着最小粒子，还混杂着中微子、贝塔粒子、阿尔法粒子……等射线粒子，其中的最小粒子是光波的传播介质。

其实，光速不是光子的位移，而是宇宙运行的速度。

一，如何证明光速是宇宙速度？

因为宇宙在作径向匀速膨胀运动，宇宙是一个膨胀的球面。我们搭乘宇宙运动。我们能够看到光，说明我们与光同速，也就是光与宇宙同速。

由于光向四面八方传播，所以我们测到的光速是光在宇宙球面的横向速度。

二，光有纵向（径向）速度吗？

光的纵向速度就是宇宙的径向速度。

光的纵向速度加横向速度等于光速的方根2倍吗？

光不是一般的矢量，不能这样相加。因为光的纵向速度相对于球面横向为0，光不能超出宇宙球面。

有人说，但若宇宙的膨胀速度是光速的话，那你沿膨胀方向发射的光或电磁波，就无法发射出去了？

其实，你沿膨胀方向发射的光或电磁波是不存在的，因为你向任何方向发射都是横向的，也就是沿着球面方向，因为离开球面是不可能的，离开球面就不在宇宙里了，只要在球面，就是横向的。

三，如何证明宇宙在匀速膨胀？

宇宙是一个统一的整体，各向同性，所有物理公理在任何地方都是适用的，不存在有的星系在膨胀，有的星系在收缩的现象。

宇宙万物是同时存在的，我们看到的景物是同时出现在眼前，我们观察远方的天体，有的是100亿年前存在的，它的实体现在不存在了，但是它发出的光与万物现在仍然同时存在。这个同时存在的时间就是宇宙膨胀的半径。

由于宇宙万物同时存在，所以宇宙在匀速膨胀。如有物体速度慢/快了，就不能同时存在了。

一九二九年，美国天文学家哈勃根据“所有星云都在彼此互相远离，而且离得越远，离去的速度越快”这样一个天文观测结果，得出结论认为：整个宇宙在不断膨胀，星系彼此之间的分离运动是膨胀现象。

膨胀是由于膨胀力的作用。膨胀力的反作用力就是万有引力。

气球上的斑斑点点，随着气球被吹胀，球上的斑点各自远离而去，这有点像宇宙球面的膨胀。我们可以假设宇宙是一个正在膨胀的气球，而星系是气球表面上的点，我们的地球就是其中一个点。这些星系不会离开气球的表面，只能沿着表面移动而不能进入气球内部或向外运动。

如果宇宙不断膨胀，也就是说，气球的表面不断地向外膨胀，则表面上的每个点彼此离得越来越远，其中某一点上的某个人将会看到其他所有的点都在退行，而且离得越远的点退行速度越快。人们观察到的红移现象就证明这点。

天体的光或者其他电磁辐射由于（1）远离或（2）膨胀引起被拉伸和曲率变平缓而使波长变长，频率降低。因为红光的频率比蓝光的低，所以这种拉伸和曲率变平缓对光学波段光谱特征的影响是将它们移向光谱的红端，这种现象称为“红移”。

第（1）类红移在1842年由布拉格大学的数学教授克里斯琴·多普勒做了说明，它是由运动引起的。当一个物体，比如一颗恒星，远离观测者而运动时，其光谱将显示相对于静止恒星光谱的红移，因为运动恒星将它朝身后发射的光拉伸了。【类似地，一颗朝向观测者运动的恒星的光将因恒星的运动而被压缩，这意味着这些光的频率较高，因而称它们蓝移了，如相邻两个星系边缘相互靠近的星球。】同星系的恒星和各星系之间都出现红移，说明宇宙在膨胀。所有红移都兼有（1）（2）两种情况。（详情请参考11. 宇宙的膨胀运动）

【实例】

实验证明，月球每年远离地球3.8cm，这说明宇宙在匀速膨胀。

2.为什么3年要闰1秒？

时间的单位长度严格不变，一秒钟是原子几十亿次振动的时间，如铯133的共振频率为9 192 631 770Hz，即铯133振动9 192 631 770次为1 秒。但同时要求原子钟所指示的时间与平时人们使用的时间基本同步，两者之差不得超过±0.9秒。若地球自转变慢，原子时误差将超过0.9秒时，便人为地加进1秒去，反之则要扣去1秒钟。国际上规定，这种闰秒由国际时间局根据实际情况来处理，但加减必须在特定的时刻进行：12月31日或6月30日最后一分钟的最后一秒之后。

按照这几十年来已知的差异来测算，平均3年多闰1秒，每年闰0.3秒。一年3.1536*10^7秒，1亿年后，地球公转一周就要现在的2年时间，那时的1秒等于现在的2秒，活到50岁就是现在的100岁。

闰秒现象说明地球自转在变慢。

3.为什么地球自转会变慢？

不是因为季节变化，也不是因为潮汐，而是因为宇宙膨胀，地球在远离太阳，公转一周的时间延长了，所以地球自转变慢了。

四，为什么光速不变？

因为宇宙膨胀速度不变，所以光速不变。

五，为什么光速刚好是 c＝299792458米／秒？

因为物质守恒，宇宙总量是一个定值，这个定值决定了宇宙膨胀的速度等于299792458米／秒。

如果2艘以光速相对运动的飞船，其中一艘测量另一艘的速度是多少？你可能以为是2c，其实是1c，因为测量的飞船的速度等于宇宙速度c，所以不会多于c。

在以光速飞行的飞船上发出的光，或者射出的子弹，其任何方向的速度都是c，因为任何方向的速度都是宇宙速度c。如果光线或子弹超过宇宙速度c，就会离开宇宙球面而湮灭，这是不可能的。所以任何速度加c都等于c即便c+c，仍然等于c，大于c意味着离开宇宙，这是绝对不可能的。可见，洛仑兹变换中v+c式是不成立的，也就是说，爱翁的相对论是不成立的。

【多普勒效应】一个运动物体发出的声波的波长(声调)也有与此完全相似的变化。朝向你运动的物体发出的声波被压缩，因而声调较纤细；离你而去的物体的声波被拉伸，因而声调较雄壮。任何遇到过急救车或其他警车警笛长鸣擦身而过的人对以上两种情况都不会陌生。声波和电磁辐射的上述现象都叫做多普勒效应。