淡定的科學神曲之 – 解讀賽格尼克現象

特有理

2013-7-5

西方有句成語：“上帝的歸上帝，凱撒的歸凱撒”。

放在科學系統裡，就是參照系的問題，而且特別是參照系層次的問題。用數學模型來分析，就是主函數與子函數的關係問題。舉個容易理解的例子：求一輛在地球表面沿特定路線行駛汽車變速箱齒輪上一點A在時間t1 – t2之間隨銀河系運動的軌跡。這個問題看似複雜，但只要把一層一層的函數關係對應好，求解並不是多難的問題。而且大家也不會把齒輪的運行函數與銀河系的運行混為一談。但是，在探討光與普通物質的相互關係是，人們卻總是把不同層次的問題放在同一層次的參照系裡來分析。

本人在上一篇《誰推動光速》裡提到這樣一個結論，在此斗膽稱為“特有理光速不變定律”：光的傳播速度不隨通過介質的速度而變化（註：在行星尺度等級）。這個定律的實質在於：光是宇宙級的現象，而目前人們在地球所了解的光介質最多也就是行星一級的物質現象。與光相同級別的“以太”還沒有找到。那麼在宇宙空間某一點產生的光，例如在地球上，其運行的速度是不會受到地球上普通介質影響的。

也許有人馬上會反駁：光在光纖中的速度已被證明是減慢了。要回答這個問題不妨扯得遠一點，為什麼光能穿透玻璃，卻穿透不了許多其它的物體？本人的觀點，光的傳播是沿着光場通道進行的。在相對於空氣的高密度物質里，如果物質的分子結構能夠讓光場建立起能量傳輸的通道，光就能透射過去。晶體結構的物質就有這樣的特性。但是可以想象，這個通道並不是一條直線排列的，光波的傳輸是曲折前行的。物體裡光通道越接近直線，物體的透明度就越好，反之則差。如果通道猶如迷宮，光場的能量就只能被物體吸收並產生熱量。當光能量足夠大，它就要強迫物體打開通道，也就是分裂物質的分子結構，也就是我們看到的燃燒現象。而反射則是物體表面，或從某個角度看，既沒有貫穿的光通道，也沒有迷宮陷阱，光波隨即逆向傳輸。

正是物體的晶體結構這種有規律的光通道曲折，才造成了光通過的直線等效速度降低，才會出現光通過物體時出現的折射（試想從不同角度觀察一個規則排列的點陣）。這其實並不是光速在降低，而是光在通過物體時路徑被加長了，只不過這種路徑的延長只能在分子尺度才能被觀測到。光纖工作的原理其實正是讓光波在纖芯介質表面產生折射而一步步鋸齒狀沿光纖傳輸的。那麼光在光纖里的實際路徑長度就不是光纖的物理長度，而是要加上一個由三角函數決定的係數。這就是為什麼光信號在光纖里傳輸的時間要多於同等長度的空間通道。

有了上邊的鋪墊，我們現在來看一下賽格尼克現象。在賽格尼克的實驗中，光雖然按着規定的路線傳輸，但光波在路徑上的行進與探測裝置的運動是兩個完全不同的事件和物理過程。既當光能量場在空間某一位置點和時間點光函數f(s,t) 向前推進時，空間其它位置的物體運動不會對光的速度產生影響。但是，由於探測裝置相對於該點出發的光產生了連續的運動，那麼接收裝置接收的光信號自然就比沒有相對運動時有所不同。如果用分裂成兩個相反方向的光脈衝來分析，就可以直觀地理解到，順探測器運動方向的脈衝雖然與逆方向的脈衝同時到達探測點，但它經過的路程要加上探測器所走的路程，反之逆向脈衝的路程就要減去探測器運動的路程。對應於脈衝函數的波型位置，兩個脈衝作用的函數應該是sin[(ω+Δ ω)t] ± sin[(ω-Δ ω)t]。這裡的ω是光波的角速度而不是探測器的角速度；Δ ω則對應於裝置運轉的角速度，它們之間的關係應該是v/C。雖然v/C很小，但三角函數在（0、π/4、3/4π、 π）的位置附近數值變化也很劇烈，所以探測器可以感應出光脈衝干涉的幅度變化。另外，由於探測器對光脈衝的傳輸方向有相應的運動，因此必然產生光學的“多普勒”效應，其角頻率的變化關係同樣為：Δ ωd = ±v/C。

所以，賽格尼克現象是相對路徑變化與光學多普勒效應的綜合反應。