先科普，再深挖，我力爭做到讓普通人都能看明白相對論錯在哪裡，深挖相對論的源頭–邁莫實驗的真相。

相對論講瞭什麼？時間不是絕對的，是相對的。打一個最通俗的比方

一開始A和B位置重合。靜止的A發射一束光，當這束光到達C的時候，B也從A點以速度V移動到瞭現在的B點。那麼這束光的光速既等於AC/tA，又等於BC/tB。

即AC/tA=BC/tB ,

因為BC比AC短，BC＜AC，所以為瞭等式成立，B的時間要小於A的時間，即tB＜tA。如果A過瞭60分鐘，那麼B可能過瞭50分鐘。這就是運動的物體時間變慢，所謂變慢就是時間變小。

如果B的速度接近光速，為0.9999C，快要趕上C，BC距離極小，那麼為瞭等式成立B的時間要極小才行，比如A過瞭幾十年，B可能才過瞭1秒鐘，這就是常說的如果物體速度接近光速，時間就幾乎靜止瞭。

以上就是狹義相對論的光速不變原理，真空中一束光，對於不同的觀測者，（對於靜止的A和運動的B），他們所測得光速是相等的。

再來看狹相的官方推導–洛倫茲坐標變換，如下圖

詳細推算不贅述瞭，其實大部分人也看不懂，但務必要記下其中最為重要的一句話“ 設光信號在S系和S'系的原點重合的瞬時從重合點沿x軸前進，那麼在任一瞬時t（或t'），光信號到達點在S系和S'系中的坐標分別是：x=ct, x'=ct'，”

稍微轉換一下形式，即，c=x/t ，c=x'/t'，

通俗來說，x'的坐標長度是小於x的，因為o'這個原點往前移動瞭。o'x'的長度＜ox。

這和一開始提到的式子，C=AC/tA ,C=BC/tB ,幾乎一模一樣。大部分人可能一輩子也推導不瞭洛倫茲坐標變換，但是上面這一點大眾還是可以明白的，這句話是洛變的核心，靈魂，是洛倫茲變換以及相對論的推導基礎，理論基礎。

這裡的光速不變是指同一束光的光速，在不同的慣性參考系中是完全相等的，沒有差異的。比如說地球表面有一列勻速直線行駛的列車，同一束光對於地表的速度和對於這列列車的速度，是相等的。

同一束光對於不同的觀測者，速度相等，或者對於不同的慣性系，速度相等。表述雖然不同，本質卻沒有什麼區別。都違反瞭常識，令人費解，這就是為什麼相對論誕生一百多年來一直有人反對的原因。

雖然光速不變原理令人費解，但它是有依據的。或許有人會說，麥克斯韋方程組就給它提供瞭理論依據，但這是錯誤的。麥克斯韋方程組的光速恒定與相對論的光速不變原理是兩碼事。

麥克斯韋認為，光在空間中的傳播速度恒定不變，是個常量，比如宇宙中A和B兩點之間同樣一段距離，不同的光比如紫外光、可見光、紅外線、無線電波等等，它們走過這段距離耗時相同。另一種是同一束光，對於不同的觀測者，比如靜止的A，運動的B，反向運動的C等等，他們所觀測到的速度是相同的。

再通俗一點就是，前者是一萬種光穿過同樣的空間距離所用時間相同，這是麥克斯韋方程組的意思，後者是同一束光對於一萬個不同觀測者，所測得速度相同，這是愛因斯坦狹義相對論的意思。

前者是合理的，合乎邏輯，並且光行差等實驗現象也能證明這一點，而後者在邏輯上是講不通的，然而，後者卻是有實驗依據的，即邁克爾遜莫雷實驗。它的實驗現象雖然詭異，但是明晰，且可以重復，這個實驗被稱為經典物理上方的兩朵烏雲之一，人們實在難以解釋實驗現象，最終人們不得不認同瞭兩點，一是以太不存在，二是同一束光的光速，在不同的慣性系中是沒有差異的，是相等的。

首先講一下我的立場，我認為實驗的解讀、實驗的結論是錯誤的。我對於實驗現象是沒有異議的，對於實驗原理，即改變相位差就會產生條紋移動也是認同的，但是對於實驗結果條紋沒有移動的原因，我思考瞭數年，期間不斷的自我否定，重新思考，直到我認為找到瞭真相，並且在此後的兩年內反復推敲，從定性分析到定量分析，不斷的充實完善。

簡單來說，移動光源在各個方向上的光波波長是不同的。邁莫實驗在推算時忽視瞭這一點。為瞭闡述這一點，為瞭讓廣大普通人理解這個實驗，理解相對論的謬誤，我決定依然用最通俗的語言，最形象的比喻展開這個論題，我爭取讓每一個物理愛好者聽明白。前提，你要先放下自己的立場，理性思考。

假設，水平桌面上有一點0，向M1和M2兩個方向分別彈射兩個小球，小球遇到擋板M1和M2彈回，0M1和0M2垂直。如下圖

如果球初速相等，都是V0，0M1=0M2，速度相等，路程相等，那麼它們理應同時返回O點。即便桌面水平旋轉90°，它們也會同時返回O點。這個很好理解。

如果把桌子搬到輪船甲板上呢？船的速度為30千米每秒，方向為O→M1,那麼小球在M1這條路徑上就會先逆風，再順風，相對速度先是V0-30，再是V0+30。這就像邁莫實驗裡光受到以太風的影響，光波速度先是C-V,再是C+V。

受到海風的影響或者說受到海風的幹擾，M1這條路徑上的小球會遲到一點。假設落後0.01秒，那如果把桌子水平旋轉90度，那麼就變成瞭M2的小球受到不利影響，遲到0.01秒。桌子旋轉前和旋轉後，兩個小球返回O點的時間差異翻倍，變成瞭0.02秒。

隻分析M1小球的話就是從落後0.01秒到領先0.01秒。不難理解。

邁莫實驗也是同樣的道理，如上圖，把一束光通過分光鏡（半反半透鏡）分成瞭兩束，射向M1和M2不同的兩個方向，兩列波受到以太風的影響不同，時間上一先一後，求出時間差異後就會得到旋轉之後的時間差，也就是原時間差的兩倍。這個數值乘以光速就是路徑差、光程差，準確來講是兩列光波的相位差，這個長度是鈉光波長590納米的0.37倍，即0.37個光波波長。計算過程如下圖。

（圖中有個謬誤就是光束1的傳播速度應該分別為C-V和C+V,上圖開頭描述錯瞭。這點在實驗光路示意圖中有明確表示）

然而，旋轉之後條紋間距沒有移動。實驗結果清清楚楚，零移動。

整個實驗裝置置於一個特制的方形水泥臺上，浮在水銀上以保證旋轉時整個平面的穩定，確保不會因為鏡子的振動產生微小的位移或者說或相位差。光線經過多次反射後形成11米的光程。中間有兩塊玻璃，左上的玻璃塊為半反半透鏡，右下的玻璃塊為補償板。如下圖。

再來一張全貌

在實驗桌面旋轉之前，經過不斷調整，兩列光波已經發生瞭幹涉，已經產生瞭清晰的明暗條紋，在旋轉90度之後，如果產生瞭0.37個波長的相位差，明暗條紋就應該移動0.37個條紋間距（1條紋間距等於2條明條紋中心之間的距離或者2條暗條紋中心之間的距離）。

怎麼更容易理解這個問題呢？假設手掌的長度等於波長的長度，你可以想象一下雙手整齊合十，然後左手向下右手向上交錯瞭一下，交錯瞭小半個手掌的距離。

同理，如果按照0.37的約數0.4個波長來算，在旋轉之後，你可以認為一列波向前進瞭0.2個波長，另一列波向後縮瞭0.2個波長，如下圖。這個程度的相位差反映到觀測屏上明暗條紋就應該移動0.4個條紋間距的距離。

但是實驗結果是沒有觀測到條紋移動。

實驗結果詭異而清晰，許多人慕名來觀摩。據說邁莫實驗設計之初是要延續很長時間，春夏秋冬各做一次，以比較地球在不同公轉位置時的數據差異，但是沒過多久實驗就終止瞭，因為無論做多少次都始終觀測不到條紋移動，結果為零，沒有其他的結果，或者說就沒有出現結果。

旋轉前後明暗條紋沒有產生預想中的差異，說明地球的速度沒有影響到光速的測量，延伸開來，任意慣性系的速度都不會影響到光速的測量，最終，無論在何種速度的慣性系中，所測的光速都應該是沒有差異的，沒有差異也即是相等的。這就得出瞭邁莫實驗的結論,一，以太不存在。二，在任何慣性系中，所測的光速是相等的。繼而延伸出，真空中的一束光，對於不同的觀測者，所測得的光速是相等的，沒有差異的。

真的有實驗證明同一束光對於靜止的A和運動的B，其光速是相等的麼？

不，沒有這樣的實驗，從來也沒有這樣的實驗直接證明這一點。這個結論是從邁克爾遜莫雷實驗間接得到的。這一點十分重要。

那麼，為什麼會出現這樣的結果呢？為什麼地球3萬米每秒的速度沒能帶來相位差呢？現在我就帶領大傢一點點剖析這個實驗。

首先實驗的原理是光的幹涉，兩束相幹光會形成明暗相間的條紋，如下圖所示。

之所以會形成明暗條紋是因為波峰與波峰疊加會相互增強，形成明條紋，波峰與波谷疊加會相互抵消，形成暗條紋。

舉一個生活中的例子，同一根繩子，從兩端各有一人向中間揮舞，各有一列波向中間傳遞（波長、頻率、振幅都相同），如果A最前面的波峰與B最前面的波峰相遇，那麼它們融合後形成的波峰增大，波動增強，同樣波谷亦然。這是相長幹涉。

但是，如果A的波峰與B的波谷相遇，那麼相互抵消，波動消失瞭。這是相消幹涉。

為什麼改變光程差明暗條紋就會移動？以下面這張示意圖為例。

相長幹涉形成明條紋，相消幹涉形成暗條紋。兩條明條紋的中心距離（或者兩條暗條紋的中心距離）算作一個條紋間距。兩條光程ab和ac的差值如果變化瞭，假設增加或者減少一個波長，觀測屏上的圖紋便會相應移動一個條紋間距。

比如，下圖S2板，以bc中點為圓心，逆時針微微旋轉一個角度，使得ab＜ac，假設ab後退，減少瞭0.2個波長，ac前進，增加瞭0.2個波長，那麼明暗圖紋也隨之移動0.4個條紋間距，而且根據擋板傾斜的方向，條紋應該是向上移動的。

在這裡要指出一個謬誤，兩張雙縫幹涉的示意圖都把光波描繪成瞭縱波，像聲波那樣一圈圈擴散，實際光波是橫波，就像躺平的S字母。對於這個謬誤我表示理解，因為如果畫成橫波，狹縫之後的重疊影響實在太難表達瞭。

改變兩束幹涉光的光程差或者說相位差，明暗條紋一定移動麼？

是的。這是毋庸置疑的。

如下圖所示，保持M1光路不動，調節M2鏡子的位置，微微前進或者後退，在觀測屏上就會清晰的看到明暗條紋移動。這裡的明暗的條紋是一個個圓圈，調節M2光路的光程差，會看到圓環向內或者向外移動，表現為吞或者吐。

下圖就是大學物理實驗用的邁克爾遜幹涉儀。首先儀器處於靜止，底座不動，然後保持一條光路不變，極其緩慢微小的調節導軌，改變另外一路的光程，就會產生相位差，就會有明暗條紋移動現象。

而且，隨著鏡子位置的不斷調節，條紋移動是一個連續的過程，理論上來說，隻要精度跟得上，波長的基準值足夠準確，多小的長度變化都可以測量出來。1907年，邁克爾遜被授予該年度諾貝爾物理學獎，理由就是他發明瞭一種用以測定微小長度的幹涉儀（以及他在光學方面所做出的貢獻）。

那麼，為什麼這臺光程很短、這臺小小的儀器可以觀察條紋移動，而長達11米光程的邁克爾遜莫雷實驗卻沒有觀察到條紋移動呢？

兩者有區別麼？

有區別。

這臺小儀器是固定在臺面上的，基座不動。而邁克爾遜莫雷實驗先是做瞭一次幹涉，然後整個裝置旋轉瞭90°，變換瞭方向後兩條光路又做瞭幹涉。

小幹涉儀可以看做是一次幹涉，隨後在這次幹涉上做瞭微調，對末端幹涉相位進行瞭確定無疑的改變。而邁莫實驗是整個實驗臺旋轉，兩條幹涉光路的方向都發生瞭變化，準確的來講，它應該算作是兩次幹涉，。

幹涉儀和邁莫實驗的原理雖然相同，但這兩者還是有本質區別的。換句話說，如果也將幹涉儀整體水平旋轉90°，不調節導軌，保持兩條光路長度不變，也依然不會有幹涉條紋的移動。這不僅僅是光程短的緣故，將光程增加到11米同樣也會如此。

那麼，為什麼會這樣？或者問題再深入一點，既然產生相位差就一定產生條紋移動（吞吐），那麼邁莫實驗在變換方向後為什麼沒有產生相位差 ？

因為一個移動的光源，在不同方向上的波長長度是不同的。

假設光源在靜止時發出的光波波長為λ0，C=λ0×f。

那麼光源以速度v向東移動時，相反方向上即後面的光線波長是被拉長，是變大的，是＞λ0的。其波長形變量與光源速度v密切相關。這就像舞臺上的一個演員，上下揮舞彩帶，如果反方向奔跑起來，彩帶的波長會變長。跑的越快，波長形變越大。隻不過機械波僅適用於特定參考系，而光波適用於整個宇宙空間。

另外，光波的頻率不變。光波頻率是由源頭波源決定，而不是由下遊的觀察者、觀測儀器來決定。多普勒頻移更像是一種觀察者效應，如果觀察者變換一千種速度，那麼它將得到一千個數值，這明顯是錯誤的。

一個穩定的光源，頻率為什麼要變化呢？一個穩定的光源，頻率是不變的，原先1MHz,現在還是1MHz。

波長變大，而頻率不變，這就會導致兩者的乘積（波速）變大。這看起來與光速恒定相違背。但這一點也不矛盾。因為這個速度的數值是相對於反方向移動的光源的。

換成通俗的語言，還是以光源向東，光線向西為例。

如果光源的速度是1000米/秒，乘積變成C+1000米/秒.

假設光源的速度提高瞭，變成瞭10000米/秒，那麼光波被拖曳的更長，乘積隨之變成C+10000米/秒。

假設光源的速度再次提高，變成瞭3萬米/秒，同上，乘積變成C+3萬米/秒。

但是這個乘積是個相對速度，是相對於光源的速度，是個相對值。

這句話應該重復一百遍。

無論光源的速度如何變化，波長總會對應發生形變，乘積（波長×頻率）也會隨之相應的發生變化，但是它們之間相互抵消後，光線（任意一個光波）在空間中的傳播速度，恒定不變，恒為C。

人們總說光的速度不受光源速度的影響，至於為什麼？原因語焉不詳。這就是其原因，簡單而合理。符合邏輯又易於理解。

如果用公式來表達

相反方向上波長被拉長，(λ0 ＋ △λ) f = C ＋v，波長最長。

前進方向上波長被壓縮，(λ0 － △λ) f = C －v，波長最短。

其中 △λ f=v，△λ代表波長形變量，它隨著光源速度v的變化而變化，v變大，它就跟著變大。

中間地帶上波長由長到短依次遞減，形變量由速度在這個方向的分量所決定。

正中間位置波長為λ0。

舉兩個應用。

如果光源的速度由V1提高到V2，那麼反方向的波長會拖曳的更長，λ2＞λ1.且滿足

λ2·f -λ1·f= V2 – V1 。

如果光源速度為30公裡每秒，即光速的萬分之一，那麼波長長度也應該變化萬分之一。

理解瞭這一點再來看邁莫實驗。邁莫實驗為什麼沒有出現條紋移動？或者說，為什麼旋轉90°之後沒有兩條光路沒有出現相位差？問題出在哪裡？問題就在於沒有考慮光源速度所產生的波長形變。在推算時是按照固定波長590納米這個固定數值來計算的。

初始，鈉光源隨著地球以速度v運動，前進方向上波長滿足(λ － △λ) f = C －V，同理，反方向滿足(λ ＋ △λ) f = C ＋V。垂直方向則是滿足λf=C.

在下圖M1光路上，光波的初始波長是λ － △λ，而光波追趕M1反光鏡的相對速度是C-V,而這兩者恰好符合正比關系。比例系數為f，即單位時間內的光波的個數。

同樣，在被M1反光鏡反射回的光路中，光波的波長是λ ＋ △λ，光波相對於半透鏡來說是迎頭相撞，速度為C+V,它們之間同樣符合正比關系，比例系數同為f，即單位時間內的光波的個數。

在這裡我需要簡單解釋一下為什麼返回的光波波長是λ ＋ △λ，初始的波長是λ － △λ，如果M1反光鏡沒有隨著地球運動，而是在空間中處於靜止，那麼它接收到的波長就是λ － △λ，但M1反光鏡是以速度V跟隨地球同向前進的，那麼它接收到的波長就會變長一點，等於λ ，如果還要在移動中反射，那麼反射光波的波長則會更長，為λ ＋ △λ。這一點如果多揣摩揣摩也可以想通。

理解瞭這一點再看上圖，由於波長的改變，速度與波長的正比關系恰好沒有變化，因此兩光路的波的數目是相等的，都是2k（2f）個波，方向的差異並沒有造成波的個數的差異，因此旋轉90度之後並不會變成2k+0.2個波和2k-0.2個波，波的數目沒有變，也就沒有產生波的相位差，沒有相位差，所以明暗條紋也就沒有移動。

另外這個實驗有個明顯的錯誤，當時的推算是按照地球公轉速度30千米每秒，得出0.37個波長的相位差，這是時代的局限性。現在的人們已經知道，太陽還帶著整個太陽系（包括地球）以220千米每秒的速度狂奔。如果按照整個太陽系的移動速度220千米每秒的話，相位差要翻7倍多，達到2.7個波長，與實驗結果更加不符合。

然而，如果按照我的理論，不管速度V是按照地球公轉速度30千米每秒還是按照太陽系整體移動速度220千米每秒，抑或其他任何數值，結果都是零。完美解釋瞭為什麼沒有條紋移動。

邁莫實驗的原始推算分為瞭兩步，一是先求時間差，二是根據時間差求光程差、相位差也就是波的個數差。而上述推論是隻有一步計算，是直接推導單位時間內光波的個數差異，從理論上從推算出相位差為零，從邏輯上驗證瞭邁莫實驗條紋零移動是合理的，必然的。

那麼，怎麼來驗證這一點呢？

我原先的思路是隻需要測量往返光路的光波波長即可，隻要波長不相等，有確實的差異，即可推倒這個實驗，推倒相對論。或者是測量任意單色光源360°不同方向上的波長是否存在差異，如果有差異，則證明我的理論正確。如果測得差異隨著方向的改變呈現出有規律的遞變，則更有說服力。

我持有上述觀點接近一年，直到最近我發現這個思路錯瞭，在絕對空間中光源不同方向上的波長依然存在差異，但是如果用儀器測量，差異是測不出來的。我是在視頻解說反射光路的波長為什麼要按照λ ＋ △λ計算時發現的。

為什麼測不出？以M1光路為例，初始的光波波長在絕對空間中是λ － △λ，如果儀器也是絕對靜止，那麼它接收到的波長就是λ － △λ，這個沒有什麼疑問，但問題是它沒有絕對靜止，它在空間中也是以V的速度向右前進的，如此它接收到的波長勢必要長一點，為λ 。

同理，鈉光源向左向後發射的光波波長為λ ＋ △λ，如果測量儀器在左側絕對靜止，那它接收到的波長就是λ ＋ △λ，問題是它也隨著地球以速度V向右運動，在追趕鈉光源，它接收完一個完整波所耗費的時間短瞭那麼一點點，它接收到的光波波長也短瞭一點點，還是為λ 。

在波長差異最大的兩個方向測的都是λ，都測不到差異，更不要提其他方向瞭。任意方向上的波長形變量總能與速度V在該方向上速度分量的影響恰好抵消。

也就是說，光源與測量儀器保持相對靜止的話，不管它們在空間中運動速度V有多大，儀器真的就測不到波長差異。這個錯誤的驗證思路大約保持瞭一年，期間我翻看瞭許多測量波長的儀器、方法以及精確到何種程度，也曾有過疑惑，為什麼那麼全世界多次測量都沒有發現，有些甚至都精確到納米單位後的四五位小數瞭，卻依然沒有發現波長之間有差異？現在終於解釋的通瞭。

幸好，我之前還有一個備用的實驗方案。就是將一個點光源圍繞一個圓圈加速，就像環狀的粒子加速器一樣，期間在任意一個切線方向上測量波長，測量前進方向上波長是否被壓縮，相反方向上波長是否被拉長，測量移動光源的波長是否一致。

前後兩臺儀器靜止，光源是移動的，兩者不存在同等速度、相對靜止的關系，且光源速度可以由V1、V2、V3不斷累加，由不同數值推算是否滿足前述規律。

以上，有理論，或者說猜想，也設計瞭驗證實驗。前面的很好理解，尤其是加瞭許多形象的比喻和生活中的常識案例。後面的需要仔細揣摩。道理很淺顯，另外計算不涉及微積分，難度指數約等於零，多讀幾遍也不難理解。難的是觀念已然根深蒂固，先入為主。

弄明白邁克爾遜莫雷實驗條紋為什麼零移動，能夠從經典力學、從絕對時空的角度解釋的清，令人信服、令大眾明白，也就推翻瞭相對論。

劉順國

2023.5.25凌晨