淡定的科学神曲之 – 解读赛格尼克现象

特有理

2013-7-5

西方有句成语：“上帝的归上帝，凯撒的归凯撒”。

放在科学系统里，就是参照系的问题，而且特别是参照系层次的问题。用数学模型来分析，就是主函数与子函数的关系问题。举个容易理解的例子：求一辆在地球表面沿特定路线行驶汽车变速箱齿轮上一点A在时间t1 – t2之间随银河系运动的轨迹。这个问题看似复杂，但只要把一层一层的函数关系对应好，求解并不是多难的问题。而且大家也不会把齿轮的运行函数与银河系的运行混为一谈。但是，在探讨光与普通物质的相互关系是，人们却总是把不同层次的问题放在同一层次的参照系里来分析。

本人在上一篇《谁推动光速》里提到这样一个结论，在此斗胆称为“特有理光速不变定律”：光的传播速度不随通过介质的速度而变化（注：在行星尺度等级）。这个定律的实质在于：光是宇宙级的现象，而目前人们在地球所了解的光介质最多也就是行星一级的物质现象。与光相同级别的“以太”还没有找到。那么在宇宙空间某一点产生的光，例如在地球上，其运行的速度是不会受到地球上普通介质影响的。

也许有人马上会反驳：光在光纤中的速度已被证明是减慢了。要回答这个问题不妨扯得远一点，为什么光能穿透玻璃，却穿透不了许多其它的物体？本人的观点，光的传播是沿着光场通道进行的。在相对于空气的高密度物质里，如果物质的分子结构能够让光场建立起能量传输的通道，光就能透射过去。晶体结构的物质就有这样的特性。但是可以想象，这个通道并不是一条直线排列的，光波的传输是曲折前行的。物体里光通道越接近直线，物体的透明度就越好，反之则差。如果通道犹如迷宫，光场的能量就只能被物体吸收并产生热量。当光能量足够大，它就要强迫物体打开通道，也就是分裂物质的分子结构，也就是我们看到的燃烧现象。而反射则是物体表面，或从某个角度看，既没有贯穿的光通道，也没有迷宫陷阱，光波随即逆向传输。

正是物体的晶体结构这种有规律的光通道曲折，才造成了光通过的直线等效速度降低，才会出现光通过物体时出现的折射（试想从不同角度观察一个规则排列的点阵）。这其实并不是光速在降低，而是光在通过物体时路径被加长了，只不过这种路径的延长只能在分子尺度才能被观测到。光纤工作的原理其实正是让光波在纤芯介质表面产生折射而一步步锯齿状沿光纤传输的。那么光在光纤里的实际路径长度就不是光纤的物理长度，而是要加上一个由三角函数决定的系数。这就是为什么光信号在光纤里传输的时间要多于同等长度的空间通道。

有了上边的铺垫，我们现在来看一下赛格尼克现象。在赛格尼克的实验中，光虽然按着规定的路线传输，但光波在路径上的行进与探测装置的运动是两个完全不同的事件和物理过程。既当光能量场在空间某一位置点和时间点光函数f(s,t) 向前推进时，空间其它位置的物体运动不会对光的速度产生影响。但是，由于探测装置相对于该点出发的光产生了连续的运动，那么接收装置接收的光信号自然就比没有相对运动时有所不同。如果用分裂成两个相反方向的光脉冲来分析，就可以直观地理解到，顺探测器运动方向的脉冲虽然与逆方向的脉冲同时到达探测点，但它经过的路程要加上探测器所走的路程，反之逆向脉冲的路程就要减去探测器运动的路程。对应于脉冲函数的波型位置，两个脉冲作用的函数应该是sin[(ω+Δ ω)t] ± sin[(ω-Δ ω)t]。这里的ω是光波的角速度而不是探测器的角速度；Δ ω则对应于装置运转的角速度，它们之间的关系应该是v/C。虽然v/C很小，但三角函数在（0、π/4、3/4π、 π）的位置附近数值变化也很剧烈，所以探测器可以感应出光脉冲干涉的幅度变化。另外，由于探测器对光脉冲的传输方向有相应的运动，因此必然产生光学的“多普勒”效应，其角频率的变化关系同样为：Δ ωd = ±v/C。

所以，赛格尼克现象是相对路径变化与光学多普勒效应的综合反应。