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多普勒效應與真空中的光速 2026-06-17 07:31:36



戴榕菁

1. 背景

2025年底本博對2021年提出的光的多普勒效應打破能量守恆這一理論進行更為系統和廣泛的討論以來,相對論學者們對這一本身並未直接涉及到相對論的問題非常奇怪地表現出極大的興趣,並一再運用他們所熟悉的用來得出錯誤結論的技術性手段對之進行攻擊。

他們最初採用的是了解相對論的方法論的人們所熟知的所謂變換觀察者與被觀察者的位置的手段。由於多普勒效應是對於觀察者來說存在的效應,所以他們聲稱雖然按照愛因斯坦-普朗克公式站在觀察者的坐標系中計算出來的光能由於多普勒效應而不同於站在光源的坐標系中計算出來的光能,只要站在各自的坐標系中不與對方比較,能量就是守恆的。但是,意大利物理學家Didier Viel提出的用一束光在一對做相對運動的鏡子間來回反射的運動來測量由多普勒效應引起的光能變化的方案徹底粉碎了他們這種用變換觀察位置的技巧來否定多普勒效應的實際物理本質的幻想【[1],[2]】。

於是他們又使出了另一記慣用的手法,號稱在一對做相對運動的平行鏡面之間來回反射的光線之所以出現能量增加,是因為鏡面對光線做了功。即便我已不但在文章中【[3]】更在網上的討論交鋒中一再指出他們這種論述之錯誤,他們仍變着花樣地頑固地堅持這一錯誤,因為那是他們的最後一層底褲了。

不過,如今這些相對論學者們之不敬業也在他們的這一輪為他們的錯誤之辨護中暴露了出來。他們居然沒有意識到他們的一個軟肋,那就是他們的這種辯護本身恰恰要比我否定了相對論之後的分析更不利於他們的辯護。

首先,按照我於2022年提出的修正後的真空中的光速假設[4]】,我在分析計算中只假設光線在從鏡面反射後,相對於鏡面的速度為大家所熟悉的麥克斯韋光速c,而光線在反射之前的入射相對速度可以大於c或小於c。這樣的話,至少他們可以按照他們長期將錯誤想象成正確地訓練出的用以取代邏輯分析的想象來假設(儘管那是完全錯誤的):變化了那部分光速表明鏡面給多普勒效應注入了能量(藍移)或提取了能量(紅移)。。。。但偏偏按照他們的宗師當初給相對論立下的規矩,光對鏡面的速度在反射前後是根本不能變的,因此如果堅持相對論的話,他們連對光速的變化影響光能的想象空間其實已經根本不存在了----但他們仍然在和我的爭論中扯什麼如果考慮鏡面造成光子動量的變化就可以否定多普勒效應造成能量不守恆----這豈不成了一群不成器的晚輩要打臉他們的祖師爺了嗎?

其次,我在分析中用到了介質表面反射的頻率律Frequency law of reflection at the interface of two media)。如我在【1,2】中提到的,這個定律其實就是我們從小都熟悉的基本經驗常識----只要鏡面質量足夠好且足夠乾淨,鏡子內的相與境外的實體的顏色是一樣的。儘管這一常識不會因為鏡子的運動而改變(不信,你拿鏡子在面前前後左右晃晃看你的面色是否會變綠)。但對於在詭辯中身經百戰的相對論學者們來說,似乎仍可堅稱不能將這一在靜止條件下的常識用於運動的鏡子。。。。但偏偏按照他們的宗師給相對論立下的規矩,所謂的物理定律不會因為參照系的運動而改變----這條路實際上也被他們的祖師爺給堵死了。你看看,當今的相對論學者們在把他們的相對論方法論拿出來隨便亂攻擊他人時,再再地忘記了他們的老祖宗給他們立下的祖訓。

1.1. 反面教材的提醒

相對論學者們對於我提出的光線的多普勒效應打破能量守恆理論的一通胡亂攻擊倒是給了我一個重要的提醒:考慮到光在自然界的特殊地位,有必要進一步討論一下真空中的光速的意義。

2. 真空中的麥克斯韋光速

19世紀60年代,蘇格蘭的物理學家麥克斯韋在高斯,法拉第,安培,以及洛倫茲這些人有關電與磁的基於實驗的經驗公式的基礎上推導出了關於電磁場的一組方程,後經英國著名的數學家和工程師海維賽德(Heaviside)的整理成為現在教科書上的麥克斯韋電磁場方程組【[5]】。

按照麥克斯韋電磁場方程組我們可以計算出電磁波在真空中的速度為接近每秒30萬公里的一個常數c

但只要涉及到速度,就一定會涉及到相對於什麼的速度的問題。很顯然,麥克斯韋並沒有回答這個問題。

2.1. 相對論之絕對性

如我之前提到過【[6]】,雖然頂着“相對”二字,相對論其實是人類有史以來最絕對的一種理論。

首先,所謂運動速度本身就帶有相對的色彩,但相對論將光速定義為一個不存在任何相對性的絕對速度。

其次,不同的物理體系中觀察到的物理現象本來就具有相對性,當年伽利略也不過是說慣性系中的機械運動是等價的,意思是說在一節做勻速運動車廂內,如果車子不顛簸而車廂內看外面的視野收到限制時,車廂內的人無法判斷是自己的車子在動還是外面的物體在動。。。。更一般的意義是所有慣性系中算出的加速度是一個同等的矢量

但是,相對論卻聲稱所謂的物理規律在所有的坐標系是等價的。也就是說,你們家門口騎車路過的人對於發生在你家內部的物理現象的觀察與你自己在家裡觀察到的現象的有效性是等價的。如果你覺得這只不過是相對論學者用於解釋某種概念的一個虛構而已,那你就錯了。相對論學者對於這種不同參照系的等價性可是非常認真的,著名的孿生子詳謬是建築在這個基礎之上的,被諾貝爾獎獲得者彭羅斯用來構築他的宇宙論的所謂的光子不經歷時間的結論是建築在這個基礎上的,甚至凡用到狹義相對論的理論,尤其是被吹捧為人類歷史最漂亮的基本粒子的標準模型更是建立這個等價性基礎之上的。

2.1.1. 相對論改變了歷史上對於光速的近似處理

其實,早在麥克斯韋算出真空中的光速之前的很長一段時間裡,人們都忽略光速對於任何觀察者來說的變化,比如Soldner在他的1801年的文章中就沒有考慮光速在太陽引力場中相對於太陽的速度的任何變化【[7]】。這裡的原因也很簡單:相對於地球人平時所觀察到的運動來說,光速之大使得(想象中的)觀察者的速度可以被忽略。

而“忽略光速對於任何觀察者來說的變化”這一做法背後的潛台詞就是:只要提到光速就只關心它在抽象的真空中的速度而不必管它是相對於什麼的速度。而所謂的光在真空中的速度的意思其實也很簡單:你想象在真空中的某處立一個杆子,然後在另一處再立一個杆子,讓光線經過這兩個杆子,並記錄下所用的時間,用這個時間去除兩個杆子間的距離就是真空中的光速。

從本質上來說,歷史上人們長期忽略光相對於運動物體的速度發生的變化只不過是一種由光速與平時觀察到的其它物體運動速度相比之巨大差別造成的一種近似處理而已。但狹義相對論將這種近似的處理絕對化了,聲稱真空中的光速對於任何觀察者都不變,以致於今天的科學界已將光速定義為在任何情況下不需要再測量的宇宙絕對常量----這將導致很多基本邏輯錯誤,因此在這一前提下發展出來的狹義相對論不可能是正確的。

3. 修正後的真空中的光速假設

隨着量子力學和宇宙學的發展,人們之前忽略光速對於運動物體的變化的近似處理已經不總是適用的了,更別提狹義相對論提出的光速絕對不變的假設了。

但另一方面,光在自然中又有着非常特殊的地位。雖然量子力學聲稱基本粒子都和光一樣具有波粒二象性,唯有光是以波動的形式在真空中傳播。正是光的這種傳播形式決定了光與其它各種波傳播一樣具有多普勒效應。

我們知道,由一個做慣性運動的系統在真空中發射一個粒子,在沒有外力作用的情況下,這個粒子相對於那個發射它的慣性系的速度不變。我們很容易根據牛頓第一定律或伽利略慣性理論來得出這一結論。

雖然光是以波的形式傳播,根據光的波粒二象性,我們仍可以類比的方式認為在沒有外力的前提下,只要光源的速度不變,光子在真空中相對於光源的速度不變。。。。所不同的是真空中的粒子相對於發射它的慣性系可以有各種不同的速度,而我們假設光相對於光源的速度就是真空中的麥克斯韋光速c----這也就是修正後的真空中的光速假設的基本內容。

雖然對於真空中僅有單一光源發出一束光來說,上面這一論述聽起來簡單明了,但是當光線在真空中打到另一個物體上發生反射時,問題就變得複雜了。

對於兩個在空中相對運動的物體發生碰撞來說,碰撞前後的所謂的絕對速度(即相對於第三慣性參照系的速度)和相對速度可以有很大的變數。但是對於光的反射來說,情況就相當地不同了。

首先,當光在一個物體表面發生反射時,那個發射面就成為了新的光源;

其次,按照修正後的真空中的光速假設,既然反射面成為了新的光源,那麼光相對於反射面的速度就是真空中的麥克斯韋光速c

3.1. 討論

1)反射面成為新的光源不是什麼新理論而是人們目前關於光的發射機理的一種基本認識。

按照經典的惠更斯理論,當光打到物體表面上時,在每一點處形成一個小光源向四周輻射;按照比較現代的理論,當光打到一個物體表面上時,一說光波與原子或電子相互作用,產生新的光波反射回去【[8]】,也有說光子先是被吸收了,然後又被輻射出來。反正不論是哪種理論,不同於乒乓球在桌面上的反彈,光的反射是一個由反射面再輻射的過程。既然是再輻射的過程,那麼將反射面看作是新的光源便是順理成章的事了。

2)至於說“光對於光源的速度為真空中的麥克斯韋光速c”這一點,應該說只是一種假說而已。當初,麥克斯韋用他的電磁場理論解釋光的傳播原理並計算出光速的時候,人們顯然不具備更精確地測量真空中的光速的能力;後來相對論主導了整個物理學之後,真空中的光速乾脆就被定義為在某個特定環境下測得的常數,任何人都不允許懷疑光速的恆定性。。。。所以,我們只能說,按照麥克斯韋所給出的光在真空中以波的形式傳播的原理以及他所算出的光速來看,光只要一離開光源,它就瞬間以電磁之間的感應所產生的波動形式按照麥克斯韋的電磁場方程規定的形式傳播,與光源自身的運動根本無關,因此,可以假設光在真空中相對於做慣性運動的光源的速度就是真空中的麥克斯韋光速c這裡要強調光源做慣性運動是因為一旦光源的速度在光被發射之後發生了變化,那麼光相對於光源的速度就不再是c了。

問題是,麥克斯韋方程之建立本身並沒有涉及到光源的運動問題。按照基本的對稱性原理或者是所謂的伽利略相對性原理(不是相對論的相對性原理),我們確實可以認為任何做慣性運動的體系具有等價性,因此麥克斯韋在靜止體系中得出的結論適用於任何一個慣性體系但是,麥克斯韋所依據的是19世紀在地球上的實驗得出的經驗理論,而地球並非完全的慣性體系,因此,將麥克斯韋的理論應用於所有的慣性系在一定程度上仍屬於一種假說。而在相對論統治的物理學界肯定不會有人進一步就光源的運動去檢驗麥克斯韋的波動理論,更何況物理學界有了波粒二象性的模稜兩可的量子理論,應該沒人會去費事進一步檢驗麥克斯韋的。。。。但願它在光源運動的情形下也嚴格成立。

4. 結束語

從本文的討論我們可以看出,自2021年以來本博用來推導光的多普勒效應打破能量守恆的相關結論所依據的修正後的真空中的光速假說介質表面反射的頻率律等前提都是完全符合現有的物理學理論的。要說與目前的主流物理學的最大的區別,那就是本博的推導是在否定了狹義相對論的前提之下進行的。

但另一方面,不但光的多普勒效應打破能量守恆這一結論本身和相對論並沒有直接關係,而且如果從相對論出發推導的話,那麼光的多普勒效應造成的能量不守恆就更嚴重了。所以,目前一些相對論學者們非常亢奮地堅持要用相對論理論中常用的一些方法來否定這個結論的做法其實是很奇怪的,他們似乎沒有注意到他們為否定“光的多普勒效應打破能量守恆”這一結論所做的努力其實都在違背他們要維護的相對論。

 



[1]】戴榕菁(2026光波多普勒效應之能量不守恆的通俗解釋

[2]】戴榕菁(2026Energy Conservation Violated by Doppler Effect

[3]】戴榕菁(2026Discord between Doppler Effect of Light and Photon

[4]】戴榕菁(2026光傳播過程中的三個基本定律(假說)

[[5]]Wikipedia. Maxwell's equations. Retrieved from: https://en.wikipedia.org/wiki/Maxwell%27s_equations. Last edited on 11 June 2026, at 11:26 (UTC).

[6]戴榕菁(2026相對論之絕對性

[7]】戴榕菁(2024Soldner一個公道

[[8]] Wikipedia. Reflection (physics). Retrieved from: https://en.wikipedia.org/wiki/Reflection_(physics). Last edited on 28 February 2026, at 19:31 (UTC).


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