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标  题: 从光速不变原理到光守恒原理
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年04月17日18:30:22 星期二), 站内信件

从光速不变原理到光守恒原理
王红旗
光是一种普遍存在的物质，它也是人类最早关注的物质之一；每当人类对光有了新的认
识，人类对大自然的认识也就上了一个新的台阶。事实上，爱因斯坦在物理学上的重大
贡献在于提出了相对论，而相对论之所以引入关注的原因之一，则在于爱因斯坦提出的
相对论中，有一项基本原理即光速不变原理，它涉及到光这种物质与其他物质的关系问
题，通常被表述为：“光以其特有的速度运动，它的运动速度与发光体的运动速度无关
，也与观测者的运动速度无关。”
但是，在爱因斯坦的学术观念里，有许多未加证明的内容，其中与光有关的内容涉及到
：1，他相信或暗示物体可以经由常规方式加速到光速（也不排除超过光速），从而推导
出高速运动的物体存在着时间和空间的尺度变化现象；2，他相信或不怀疑光是可以由发
光体生成出来的；3，他相信或不怀疑光是可以被吸光体吸收并消失或转化到吸光体之内
的。其实，这里的第2 和第3项也是绝大多数人未经思考便想当然接受的观念。
笔者长期以来，始终试图寻找光在被物体反射的过程中是否需要时间的问题的答案，可
惜至今没有得到。与此同时，笔者对发光体在发光的那一刻，光是如何从零速度上升到
光速的过程有着浓厚的兴趣；也对吸光体在吸收光的那一刻，光是如何从光速下降为零
速度的过程有着浓厚的兴趣。对此，目前的量子力学是用原子内的电子在轨道上的跃迁
来解释光的发射和光的吸收现象的，但是并没有解释光在生成与吸收过程中是如何变速
的，以及这种变速是否需要时间（我们无法理解不需要时间的物质运动）的问题；当然
更没有说明光究竟是如何用什么东西来生成的，而光在被吸收后又变成了其他的什么东
西。此外，笔者非常怀疑普通物体可以经由常规加速方式而达成以光速运动的状况，并
猜测假如普通物体达到光速时它也就变成了光，问题是我们能否用对普通物体加速的方
式来制造光？如果不能，那么普通物体所能达到的最高速度又是多少呢？
众所周知，光在不同介质中的运动速度有所不同，它在真空（可以理解为一种宇宙背景
介质）中的速度为每秒30万公里，而在其他介质中的速度则低于其在真空中的速度，有
报道称丹麦一个女物理学家领导的研究小组在一种新介质中使光速降低到每小时仅1·6
公里的程度。但是，这里有一个表述不准确的地方或观念不清晰的地方，即我们所说的
光速不变原理的光速与我们所测量到的光速乃是两个不同的问题；这是因为，我们测量
到的光速，实际上是由光速不变原理的光的运动和光在介质中由于反射、吸收、再反射
（包括折射）所增加的距离、所消耗的时间共同构成的。事实上，由于目前测量光速的
方法都利用了光的反射现象，而光的反射所经历的时间却没有被考虑进去，因此目前的
光速数值应当与真实的情况有所差异。
在这种情况下，我们与其相信光可以神秘地变成另外一种什么东西，或者另外什么东西
可以神秘地变成光的说法；倒不如将发光体的发光现象和吸光体的吸光现象，重新解释
为光既没有被生成也没有被吸收，它只不过是继续以光的形式进入吸光体中 ，或者又从
发光体中被释放出来。也就是说，在发光体和吸光体中存在着储存光的物理结构和物理
机制，笔者认为该结构物即物理学所说的电子或带电荷的其他基本粒子。
笔者的这种对光的发射与吸收现象的重新表述，并不是在进行文字游戏，而是在把光速
不变原理提升为光守恒原理。从实质上说，光速不变原理揭示的是光的一种基本特征，
即光是一种以其特有运动速度为存在方式的物质，它的速度是与身俱来的，既不会变化
也不会消失；也就是说，在我们目前所知的范围内，光一经被制造（例如宇宙大爆炸初
期）出来之后，光就永远是以光的形式存在于宇宙之间，或者在真空中运动，或者在电
子（包括其他带电荷的基本粒子）内运动。笔者认为光的这种特性的准确表述即光守恒
原理。
至于我们观测到的光的波动性现象，实际上与发光体的连续发光（准确说是发光体在释
放光）机制有关。此外，我们可以不再单纯用“电子跃迁”这类神秘的过程来解释光的
发射和光的吸收现象了，例如不妨改用“电子膨胀”这类描述用语。而且，我们现在有
希望进入到电子的内部了，因为如果电子能够储存光，那么也就表明电子具有复杂的内
部结构；与此同时，长期以来光、电、磁的相关性问题，也有望找到其间的物质结构基
础。因此，从光速不变原理到光守恒原理，乃是人类对光的本质问题在认识上的又一次
提升。
当然，还有许多问题尚待解决，例如光在什么情况下可以转变为其他的物质存在形式（
需要说明的是，质能等价公式E=M·C的平方，并不一定意味质量可以转化为能量，它可
能仅表示质量与能量在本质上的同一性，以及它们的等价数值），电子是如何储存光的
，光在电子内的光速运动是如何保持的，光与引力的作用关系是如何实现的；以及如何
从光守恒原理来解释光热效应（热能乃是光子进出电子的宏观表象）、光电效应（属于
电子膨胀效应之一）、光化学效应（亦属于电子膨胀效应之一）等等。
从光守恒原理出发，我们还可以得到一个推论，即我们已知的宇宙可能存在三种基本的
物质形态，第一种是我们常见的以低于光速运动的物质，第二种是我们常见的以光速运
动的物质，第三种是我们还不清楚的以高于光速运动的物质。我们人类对宇宙的终极认
识，取决于能否在这三种物质之间找到传输信息的载体和代码，以及这种载体和代码能
否在我们可以理解的时间和空间范围内被我们接收到，而这些载体和代码又不对当事人
（信息传输的对象）造成伤害（所谓测不准原理即信息传输的对象受到伤害）。2000-6

2000年4月10日 

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