试论林金院士有关光速的科学工作 黄志洵 l （中国传媒大学信息工程学院，北京 100024 ） 注：有的公式未来得及输入，详细内容请下载面链接的原文观看 试论林金院士有关光速的科学工作.doc 摘要： 林金是中国运载火箭技术研究院的杰出科学家；他于 1935 年 4 月出生， 2016 年 2 月不幸因病逝世。林金教授是卫星导航技术的著名专家，他那独创和新颖的基于火箭测量的重新定义空间、时间的见解和方法，在科学界受到关注并得到高度赞扬。林金教授还是国际宇航研究院院士。 “ 利用光的往返定义时间 ” ， 1905 年 Einstein 以此为基础构建了狭义相对论（ SR ）；林金洞察于此，对之作深入的思考。 2004 年林金在论文中说， Lorentz 解释他自己的变换式（ LT ）时仍用绝对空间、时间，但 Einstein 却用同时的相对性解释 LT 。现在我们应重新审视 1905 年 Einstein 以光速不变假设为基础的关于同时性的定义 —— 当光信号由位置 A 传到位置 B ，并立即返回到 A ，则有 时间关系式 tB-tA=t ’ A-t ’ B 。 …… 但在 2009 年林金团队发表一篇论文，报道他们对 Einstein 光速不变假设的判决性实验检验，它是在中国科学院国家授时中心的高精度 TWSTT( 双向卫星时间传递 ) 设施上完成的。通过对比单程光信号同时性定义和双程光信号同时性定义的测量机制证明：在有相对运动的情况下双程光信号中的 “ 往 ” 和 “ 返 ” 两个单程信号通过的时间必然是不相等的。在所报告的实验检验中西安临潼地面观测站和乌鲁木齐地面观测站的铯原子钟分别通过鑫诺卫星和中卫一号卫星进行双向时间传递。因此林金教授证明可以用航天技术手段来作 “ 时间 tA” 和 “ 时间 tB” 的实际的直接比较。 林金还指出， “ 超过光的速度不可能存在 ” 是从 SR 的 Lorentz 因子提出的，太阳系外载人深空宇宙航行的发展要求对这个问题作出回答。他就自主惯性导航提供的一个新理论来分析惯性导航的时间定义和测量机制以及超光速运动。火箭自主惯性导航理论的启发性在于，一个动体可以自己测量自己相对一个惯性系的加速度、速度和位置，作为动体上自带钟固有时间的函数。自主纯惯性导航系统是基于引力场的一个基本性质；即使这个世界上没有光、没有电磁场，纯惯性系统照样工作，照常自主定位、自主测速。在一个假想只有引力场、没有电磁场的世界中，为何 3×10 8 m/s 会成为动体速度的极限？！宇航员建立了自主精确描述火箭和宇宙飞船在给定惯性系中作任意加速和减速运动的动力学过程。只要开发出新的动力源，宇宙飞船的航行速度不存在上限。 林金教授关于光速问题的有关理论和实验工作，不仅是出色的，甚至可能是绝无仅有的。我们仅以此文向他致敬和怀念。 关键词： 光速不变假设；超光速； Lorentz 变换；自主惯性导航 1 引言 林金， 1935 年 4 月生， 1952 年上海南洋模范中学毕业后考取北京留苏预备部。 1953 年至 1957 年在苏联乌拉尔工学院机械系学习， 1957 年转入苏联国立乌拉尔大学物理数学系， 1958 年毕业。回国后分配到国防部第五研究院二分院第一专业设计部从事航天事业。曾建立“外干扰完全补偿理论”，成功应用于我国第一代运载火箭制导系统设计，获第一次全国科学大会奖。 1969 年至 1972 年在广州军区军垦农场劳动期间，理论思想获得突破，发现航天导航测量原理 ( 惯性导航和无线电导航 ) 和传统的时间和空间理论 ( 狭义相对论和广义相对论 ) 之间的内在深刻联系，开始作跨学科的时间和空间理论研究。 1980 年至 1983 年在美国 Houston 大学物理系继续时间和空间理论的研究，对“超光速运动”、“双生子佯谬”等问题提出了挑战传统理论的新观点和理论。 1990 年以来结合航天导航定位测量中的前沿问题进行再思考研究，发现美国全球定位系统 (GPS) 和苏联全球导航卫星系统 (GLONASS) 中星载和地面原子钟之间时间同步方法上存在理论缺陷，相对论修正有漏项。 2003 年 1 月获“一种相对匀速直线运动的原子钟时间远距离对准方法”中国发明专利。 2006 年 4 月 18 日在美国获得“ METHOD AND APPARATUS FOR SYNCHRONIZATION OF CLOCKS ”专利 ( 专利号： US 7,031,417 B2) ，详细阐述了用卫星对钟的理论和方法。专利可用于提高世界时间计量精度，改进全球卫星授时和定位系统，从而避免了 Einstein 狭义相对论用单程光速对钟中所用的往返光速相等的假设。后研究涉及光速不变原理假设等关于时间和空间理论的基本问题，于 2009 年完成了对 Einstein 的光速不变假设的判决性实验检验。 林金历任中国运载火箭技术研究院 12 所研究员、中国航天工程咨询中心首席科学家、 863 计划 409 主题专家组顾问；是国际宇航科学院院士，七、八、九、十届全国政协委员。…… 2016 年 2 月林金因病医治无效在北京逝世，终年 81 岁。 林金院士是一位严肃认真、刻苦努力的科学家，也是我和多位专家的好朋友。笔者写作此文，不仅是为了纪念，而且是致力于弘扬他的那些堪称优秀的科学思想。本文是抛砖引玉之作，请学者们指正。 2 找出传统理论的短板是创新的前提 林金既是卫星导航与惯性导航专家，又是研究基础科学理论（例如狭义相对论 SR 和广义相对论 GR) 的学者。其著作体现为一系列论文和讲义，照说应当全读并深入思考后才能对其科学思想作出评论。然而笔者还做不到这一点，故只能抓住少数重点作介绍和评论——这虽不理想但仍好过无人去做从而被忽视和湮没。 林金晚年科学工作的一个重点是研究 SR 的某些假设和论据——必须指出他研究 SR 不是出于简单的个人兴趣，而是来自航天实践的需要。教科书中的许多说法让他（其实也让许多人）迷惑，并促进了他的思考。例如究竟怎样看待著名的时空变换公式—— Lorentz 变换？正是这个变换导致出现了因子 sqrt(1-v*v/c*c) （ 是 动体速度， 是光速 ），并造成 SR 对客观世界的许多奇怪解释。正如大家所知，在经典力学（ CM ）中，联系两个惯性系之间的坐标变换是 Galilei 变换（ GT ）： x’=x, y’=y, z’=z-v*t, t’=t （ 1 ） 式中 Z 是动体在 K 系中的 1 维运动方向（坐标）， t 是 K 系的时间； Z’ 是动体在 K’ 系中的 1 维运动方向（坐标）， t’ 是 K’ 系的时间； v 是 两惯性系之间的相对速度，这里假定速度矢量 v 的方向与 z 轴平行。显然， GT 的特点 是 不同参考系的时间相同（ t’=t ）。 1887 年 A.Michelson 和 E.Morley 发表文章，宣布为寻找光以太相对于地球的运动而做的干涉仪实验得到否定的结果。随后出现了各种解释，例如 H.Lorentz 从数学上发现，若动体在运动方向上以 sqrt(1-v*v/c*c) 的比例收缩尺寸，则 MM 实验中的两束光线的路程就相同——两束光的相位关系不变，实验结果就是负的。“长度收缩”实际上是当时的物理学家面对 MM 实验而作出的反应，但他们并不放弃绝对静止的以太（ ether ）。……进一步研究导致出现 1904 年提出的 Lorentz 变换 (LT) ： x’=x, y’=y, z’=(z-v*t)/ sqrt(1-v*v/c*c), t’=t/ sqrt(1-v*v/c*c) （ 2 ） 在 LT 中不同参考系中的时间不同（ t’ 1 t ）；当然，若 v « ， LT 简化为 GT 。 林金的著作表明，他对 LT 非常重视，并有自己的解释。他指出，通常认为只是在相对运动速度（ v ）可与光速（ ）相比拟时， LT 与 GT 才有显著区别。但如细察 LT 公式，就可看出更为本质的是两个公式（ z’ 和 t ‘）分子上的修正项，即 v* D Z/C**2 。若时延 足够大，即使 v 低到 1m/s ，也会有较显著的修正效应 。可见，林金特别着眼于 LT 公式的分子，而非分母（分母中因子 sqrt(1-v*v/c*c) 往往最引人注意）；他的思考和观察是深入的。为证明自己观点的正确性，林金举出一个实际例子：设 D Z=36000km( 同步卫星高度 ) ， v=1m/s ；又已知 3 × 10 8 m/s ，代入后算出 v* D Z/C**2=0.4 × 10 -9 s=0.4ns 这不是卫星授时定位可以忽略的值；因此现在可把 LT 方程写作： D Z’=( D Z-v* D t)/sqrt(1-v**2/C**2), D t’=( D t-v* D z/C**2)/sqrt(1-v**2/C**2) （ 3 ） 现在我们回溯 1905 年 Einstein 定义同时性的方法并思考其中存在的问题。在著名论文“论动体的电动力学”的靠前部分中， Einstein 说：“如果在空间的 A 点放一只钟，那末对于贴近 A 处的事件的时间， A 处的一个观察者能够由找出同这些事件同时出现的时针位置来加以测定。如果又在空间的 B 点放一只钟——我们还要加一句， ‘ 这是一只同放在 A 处的那只完全一样的钟， ’ —那末，通过在 B 处的观察者，也能够求出贴近 B 处的事件的时间。但要是没有进一步的规定，就不可能把 A 处的事件同 B 处的事件在时间上作比较；到此为止，我们只定义了 ‘A 时间 ’ ，和 ‘B 时间 ’ ，但是并没有定义对于 A 和 B 是公共的 ‘ 时间 ’ 。只有当我们通过定义，把光从 A 到 B 所需要的 ‘ 时间 ’ 规定为等于它从 B 到 A 所需要的 ‘ 时间 ’ ，我们才能够定义 A 和 B 的公共 ‘ 时间 ’ 。设在 ‘A 时间 ’tA 从 A 发出一道光线射向 B ，它在 ‘B 时间 ’tB 又从 B 被反射向 A ，而在 ‘A 时间 ’t’A 回到 A 处。如果 t_B-t_A= t’_B-t’_A （ 4 ） 即 t_B=1/2*(t_A+t’_B) （ 4a ） 那么这两钟按照定义是同步的”。 ( 注：以上引文中的公式编号为笔者所加。 ) 既然光速不变原理来自静止以太理论，而 MM 实验却否定了以太，那么 光速不变原理是否还应存在 就成为问题。况且 LT 关系式只对相对以太静止的参考系才成立，故该系成为优越参考系（ preferedframe ），与相对性原理不符。…… Einstein 的作法，不但保留光速不变这个假说，而且提高其地位。他曾说：第一步要拒绝以太假说；然后为走出第二步，必须使相对性原理容纳 Lorentz 理论的基本引理，因为拒绝这条引理即是拒绝这个理论的基础。以下即此引理：真空中光速为常数，并且光和发光体的运动无关。 在§ 6 中我们将此引理上升为原理。为简单起见我们以后称之为光速不变原理。 在 Lorentz 理论中此原理仅对一个处于特殊运动状态的系统成立：即必须要求系统相对“以太为静止。假如我们想保留相对性原理，我们必须容许光速不变原理对任何非加速度运动系成立。” Einstein 又说：“根据经验，我们还把下列量值 2*AB/( t’_A-t’_B)=C （ 5 ） 作为一普适常数——空虚空间的光速。利用在静止系中的静止钟来定义时间这一点是本质的，我们称现在适合于静止系定义的时间为 ‘ 静止系时间’。” ( 注：以上引文中的公式号为笔者所加。 ) 通过以上回溯，我们可以清楚地看出 Einstein 怎么看待光速，怎么看待时间；并了解 SR 理论中那些基本判断的来源。但是很明显，在这当中有一些需要用实验证明的假设。在 Einstein 1905 年论文中还没有这样的实验证明，因而 Einstein 把自己的作法称为“借助于某些物理经验”的假设。百年来人们大多立即接受之，未考虑这当中会不会有问题。根本之点在于， Einstein 提出了一种 使用往返双程的光信号定义 。 tB-tA= t’B-t’A 这个假定成立的式子表示：光在“往”和“返”同样路程时所需的单程时间相同，亦即“光速与光的进行方向无关”。这样一来，“光速不变原理”（或“光速恒定性原理”）就成为一个必不可少的理论假设。但是，这当然是一件尚待实验证明的事情。 总之，作为 SR 的两个基石之一的光速不变原理，只是 Einstein 为了保留原来基于静止以太的物理方程的数学形式，而 用定义作为一种处理手段 ；即定义光信号通过“往”和“返”两个单程的时间相等，并引进了“静止系”和“静止钟”时间概念。对 Einstein 的方法和结果，林金一直存在怀疑，长久以来都在考虑设计一个实验并实行之，以现代技术所能有的高精度方法作直接的实验检验。 3 为检验光速不变性假设而进行的大尺度实验 前面我们已经通俗地说明了林金院士的一些科学思想，当然这距离详尽叙述还差得远。笔者不是航天导航技术专家，也不是授时专家，在理解和转述上也会有困难；但在写作本文时笔者很受感动——为了中国科学家的顽强和大无畏精神，为了他做出了杰出的贡献而始终谦虚自律从不作宣传。……在以下的文字中，笔者将使用“光速不变性假设”（ hypothesis of light-speed constancy ）这一专用词语来代表 SR 的一个基石，另一基石是相对性原理。 2009 年 1 月，林金等 在《宇航学报》发表了论文“爱因斯坦光速不变假设的判决性实验检验”，对他们团队利用航天高新技术在大尺度距离上进行实验的情况作了详细报道。实事求是地说，笔者对林金的工作一直是重视的，近年来我多次邀请他在我们组织的学术活动中作报告就是明证。但对他的这篇文章却没有仔细地拜读，对其价值估计不足。在最近（即林金逝世几个月后），我曾询问一位资深物理学家对此文的看法；这位朋友不仅作了肯定评价，随后又用“绝无仅有” 4 个字作为读后感——他的态度给我以深刻印象；现在我们就来作介绍和评述。 用林金的说法——一般认为，航天导航技术只是应用科学的一个分支，只能把基础科学的已有成果应用于航天导航。然而，自上世纪 70 年代以来，林金对航天导航的基本测量原理作深入研究后发现，为了达到卫星导航单点实时定位的针尖准确度必需对传统的时间和空间理论 ( 即 SR 和 GR) 的某些概念和结论作根本性的修正，从而实现对时间和空间的基础理论做出创新的推动。 如所周知，世界在 1957 年进入了航天时代。 1967 年第 13 届国际计量大会采用 Cs 133 铯原子的跃迁周期作为时间的原子标准 ; 1983 年第 17 届国际计量大会正式通过长度米的新定义：米是光在真空中在 1/299792458 秒的时间间隔内运行距离的长度，光速 =299792458m/s ，定为精确值。时间技术 ( 原子钟及时间信号远距离传递 ) 加上卫星通信技术 ( 导航电文 ) ，使得 单程光 ( 电磁 ) 信号成为现实 。于是具备了实验条件来检验 Einstein 在 1905 年论文中的假设定义等式 tB-tA= t’B-t’A 是否真实成立。 2008 年林金等在中国科学院国家授时中心 ( 原陕西天文台 ) 的 TWSTT( 双向卫星时间传递 ) 设施上完成了对 Einstein 1905 年的同时性定义的判决性实验。实验观测数据证明，在存在相对运动情况下， Einstein 假设的等式是不成立的！实验检验的原理是基于狭义相对性原理和单程光 ( 电磁 ) 信号同时性定义。检验原理通过对比单程光信号同时性定义和 Einstein 双程光信号同时性定义的测量机制证明：在 A 和 B 间有相对运动的情况下，把双程光信号分解成“往”和“返”两个单程光信号的信号传递时间是必然不相等的。在林金等的实验中，西安临潼地面观测站和乌鲁木齐地面观测站的铯原子钟，分别通过鑫诺卫星和中卫一号卫星进行双向时间传递。观测数据证明，卫星和地面站之间存在的相对速度虽然只有 1m/s 量级，但是由于信号通过同步卫星传递的距离达到 72000 公里的量级，造成西安临潼站和乌鲁木齐站之间“往”和“返”两个单程信号通过的时间不相等，差值为 1.5ns 量级。观测结果验证了林金理论分析的结论，实验中不确定度在± 0.01ns 量级。 这项由航天大系统完成的、在地面实验室不可能实施的判决性实验结果，动摇了 SR 的一块基石。因此林金认为从卫星系统和惯性导航测量原理的视角，应当重新再思考传统的时间和空间理论。从卫星导航特有的单向光 ( 电磁 ) 信号视角 应重新恢复 Galilei 变换的地位。……可见，林金团队完成的实验向科学界发出了重要的信息，涉及有关基础科学理论的重大问题。 从表面上看，只要有一个地面站（当作 A 点）和一个卫星（当作 B 点）就可以做实验了。但实际上并非如此；现代原子钟技术和航天技术的发展使得 利用单程光信号进行时间同步成为可能 ，双向卫星时间传递 (Two Way Satellite Time Transfer ， TWSTT) 概念正是利用远距离的两台原子钟同时各向对方发射电磁信号 ( 不同钟同时刻的秒脉冲 ) 来实现远距离原子钟时间同步的。现在，林金等采用两台（分处两地）原子钟 Aj 、 Ak ，原则上它们应同时向对方发射光信号。实际上 Aj 和 Ak 为地球上相隔遥远距离并随地球在地心惯性系中转动的观测站，无法实现直接视线方向的观测和通信，所以技术上 Aj 钟和 Ak 钟的双向单程光信号时间同步的观测模型是通过地球同步定点通信卫星 Sn 转发实现的。一个单程信号在 Aj 站 TA (Aj,ti) 时刻出发，沿 Aj 站到 Sn 星的视线进行，经 Sn 星转发后沿 Sn 星到 Ak 站的视线进行到达 Ak 站，获得观测量 TI (Aj,Sn,Ak,ti) ，信号从 Aj 站经 Sn 星到 Ak 站的传递时间为 TT(Aj,Sn,Ak,ti) 。另一个方向的单程信号在 Ak 站的 TA(Ak,ti) 时刻出发，经 Ak 到 Sn 的视线，转发后沿 Sn 到 Aj 视线到达 Aj 站，获得观测量 TI (Ak,Sn,Aj,ti) ，信号从 经 到 的传递时间为 TT (Aj,Sn,Ak,ti) 。……实际的实验，考虑因素很多，例如要考虑地面站和卫星在地心惯性系中的运动对观测方程的影响，以及其他复杂问题；甚至还要考虑 Sagnac 效应。林金团队最终得到了双向卫星时间传递观测方程，原则上单程信号观测量由钟差、 Sagnac 效应和信号传递时间三个部分组成。在实际的单程观测量中要进行钟差和 Sagnac 效应修正，之后才能得到 Einstein 单程光信号同时性定义的两个基本要素：光信号到达时刻钟上的读数和光信号走这段距离所需的时间。但在双向卫星时间传递中，双方通过通信手段都掌握了双方对发的两个单程信号观测量，双向的单程信号观测量相加时钟差和 Sagnac 效应由于原理上的不对称性自动对消，于是最终得到了单程信号传递时间和双方钟上读数的关系式。 实验数据的搜集，分成两个大组： ① 临潼站与乌鲁木齐站通过鑫诺卫星转发观测数据； ② 临潼站与乌鲁木齐站通过中卫 1 号卫星转发观测数据。国家授时中心对信号传递各环节的时延进行了仔细的标定，并进行了经常性或实时的监测，从多年长期记录的原始观测数据分析可以看出数据精确稳定。实验观测数据明显证明：双向对发的单程信号传递特征是对称的，在信号传递时间间隔 (0.25 秒量级 ) 内把信号发射站和信号接收站间的相对运动看成是相对匀速直线 ( 视线一维空间 ) 运动的假设 ( 理论抽象 ) 是合理的，信号发射站和信号接收站角色对调后观测到对称的现象。林金团队以 2008 年 2 月 18 日 12 时至 13 时原始观测数据为例作了说明。 现在我们把林金团队的实验作一总结。实验的根本目的是检验 Einstein 的 SR 理论中的光速不变性假设；实验检验的原理是基于狭义相对性原理和单程光 ( 电磁 ) 信号同时性定义。林金认为通过对比单程光信号同时性定义和双程光信号同时性定义的测量机制证明：在有相对运动的情况下双程光信号中的“往”和“返”两个单程信号通过的时间必然是不相等的。在实验中西安临潼观测站和乌鲁木齐观测站的铯原子钟分别通过鑫诺卫星和中卫一号卫星进行双向时间传递。观测数据证明卫星和地面站之间存在 1m/s 量级的相对速度会造成西安临潼站和乌鲁木齐站之间“往”和“返” 两个单程信号通过的时间不相等 ， 差值 在 1.5ns 量级；观测结果的不确定度在± 0.01ns 量级。 Einstein1905 年以定义方式引进的等式 tB-tA=t’A-t’B ，在有相对运动情况下 不成立 ；实验证实了林金的理论判断。 4 对林金团队实验的理论评价 为了评价林金团队的工作，我们现在对作为基础物理理论之一的狭义相对论（ SR ）作一些讨论和思考。如所周知， SR 的基础是两个公设和一个变换。第一公设说“物理定律在一切惯性系中都相同”，即在一切惯性系中不但力学定律同样成立，电磁定律、光学定律、原子定律等也同样成立。第二公设说“光在真空中总有确定的速度，与观察者或光源的运动无关，也与光的进行方向和颜色无关”；这被 Einstein 称为 L 原理。为了消除以上两个公设在表面上的显著矛盾 ( 运动的相对性和光传播的绝对性 ) ， SR 认定“ L 原理对所有惯性系都成立”；或者说，不同惯性系之间的坐标变换必须是 Lorentz 变换 (LT) 。现在， Einstein 认为 LT 不仅赋予 Maxwell 方程以不变性，而且是理解时间与空间的关键，即用 LT 把时、空联系起来。 SR 还有 4 个推论 ( 运动的尺变短、运动的钟变慢、光子静质量为零、物质不可能以超光速运动 ) 和 3 个关系式 ( 速度合成公式、质量速度公式、质能关系式 ) ，这些就是 SR 的主要内容。 公设的正确性是靠其预言或假设与实际的符合程度来检验的，它不能直接与实验相矛盾；我们将据此来讨论 SR 的两个公设。先看 Einstein 怎样论证第一公设与实际相符的特性， 1921 年 5 月他在美国 Princeton 大学演讲时说：“所有的实验都表明，相对于作为参考系的地球，电磁现象和光学现象并没有受到地球平动速度的影响；这些实验中最著名的就是 Michelson 和 Morley 所做的那些实验” 。 笔者认为，近年来不是第一公设而是第二公设受到了较多的批评，必须对它的实践检查和实验检验问题做更广泛深入的讨论。 Einstein 在 1921 年的演讲中是这样说的：“ Maxwell-Lorentz 方程对运动物体中光学问题的处理也证明了它 ( 指第一公设——笔者注 ) 的正确性。没有其他理论可以令人满意地解释光行差、运动物体中的光传播 (Fizeau) 和双星现象 (de Sitter) 。 Maxwell-Lorentz 方程的一个推论是：我们必须认为至少是对于一个确定惯性系 ，光在真空中以速度 传播这一假设已被证实。我们还必须根据狭义相对性原理假定上述原则对其他任意惯性系都成立”。这里 Einstein 是用第一公设帮助确立第二公设，未正面谈第二公设的实验检验。实际上，大多数非 Einstein 所写的解释 SR 的书，都是用 M-M 实验作为第二公设的证明的。 与 SR 的第二公设相关的另一个重要问题是，真正有意义的单向 ( 单程 ) 光速测量从未在实验上得到解决。值得注意的是，相对论学者并不否认这一点。张元仲 的书多次提到这个问题；在该书§ 1.2 中说，如果找不到更理想的校钟手段，单向光速就 不可观测 ；只有平均双程光速与同时性问题无关。又说，下一章 ( 指该书第二章《光速不变原理实验》 ) 的各种检验光速不变的实验均只证明了回路光速不变，并未证明单向光速不变，故说“光速不变已为实验证明”并不确实。第二章的前言中说， Einstein 光速不变原理所指为单向光速，即光沿任意方向的传播速度；但 实验所测并非单向光速的各向同性 ，而是回路光速的不变性。此外，该书 1994 年重印本中作者加了一个说明，再次强调单向光速不可观测，这是因为“我们并没有先验的同时性定义，而光速的定义又依赖于同时性定义”。 2000 年 11 月出版的《 Newton 科学世界》杂志发表了张元仲对该刊的谈话：“ Newton 的绝对同时性在现实中无法实现； Einstein 提出光速不变假设，即用光信号对钟；……说是假设，因它不是经验 ( 实验 ) 结果，因为单向光速的各向同性没有 ( 也无法 ) 被实验证明。要测量单向光速就得先校对放在不同地点的两个钟，为此又要先知道单向光速的精确值。这是逻辑循环，因此试图检验单向光速的努力都是徒劳的。” 如果笔者的理解不错，那么相对论专家也承认第二公设确实没有得到真正的实验验证。现在出现了有趣的情况，一方面认为“狭义相对论是感性 ( 实验 ) 和理性 ( 理论 ) 完美结合的产物，已被许多实验所证明”；另一方面又说 SR 的两个基础之一 ( 第二公设 ) 根本不可能在严格的意义上用实验证明。出路似乎只有一个，即这个“假设”不需要实验证明，只要用这类思辩式语言说一说，人们就必须加以承认。然而，这只是一种愿望，事实上，目前在国内外对“光速不变”持怀疑态度的大有人在。 至此，我们看到对 SR 第一公设的反对意见很少，对第二公设的怀疑和反对意见较多，因此正确的态度是不仅允许公开讨论，还应进一步开展实验研究。……我认为， 2008 年林金团队的实验正是最先检验了“单向光速是否各向同性”，并得出了否定的结论——这就回答了相对论学者很久以前提出的问题。当然，对这个实验本身也可以检查（复核）其正确性；如正确无误，则我们似可以说“林金实验动摇了 SR 的基石”（？） Einstein 是 1955 年去世的。 2 年后，即到 1957 年，苏联发射了人造地球卫星，人类进入了一个新时期。 Einstein 毕生不知卫星为何物，这不是他的错——他是早期的人，他在那个时代作出了努力。今天情况不同了，卫星技术广泛用于科学研究，此外还有精密的原子钟技术。在这样的背景下，中国科学家找到了方法——利用单程光 ( 电磁 ) 信号的时间同步得以实现，我们不必再不断重复地说“单程光速不可测量”。这是林金及其团队的一大贡献，当然实验结果也很重要。简言之，林金团队在 2008 年用双向卫星时间传递（ TWSTT ）设备，以± 10ps 的精度，完成了对 Einstein 在 1905 年论文中所提出的假设 ( 光或电磁信号以不同方向传播时的所需时间相同 ) 的检验，证明 两处的钟之间即使有很小的相对运动 时该假设也不能成立 。这既是对基础物理科学的卓越贡献，也对航天科技有重要影响。因为卫星导航系统需要从观测量中计算出系统内各原子钟之间的钟差，以便实现全系统的时间同步。卫星导航系统还需要从观测到的伪距中正确计算出真距，以便编制精确的星历。因此，技术上需要对观测到的伪距进行修正，消去旋转、引力势和相对运动的效应以得到正确的钟差和真距。……现有的 GPS 和 GLONASS 系统的毛病在于，只有下行的单向伪距观测量而又漏算了相对运动效应项。 GPS 系统的 Lorentz 变换一次项 ( 漏项 ) 是一项变化的系统误差， GPS 用一个庞大的卡尔曼滤波器把补偿后的残差分摊到钟差和真距的估值中，因此大大降低了 GPS 系统时间同步和星历的精度。 林金说，要提高卫星导航的精度，关键是要真正领会 Lorentz 变换一次项的物理意义和测量机理。要真正理解 Lorentz 变换，还得先理解 Galilei 变换并和现代测量时间和长度的原子标准联系起来，这样， Galilei 变换便自然进化到 Lorentz 变换。 笔者认为，林金的科学工作与国防建设直接相关——我们这样讲并非夸大其词。例如，洲际弹道导弹主动段关机点飞行速度如取 6000 m/s ，则地面外弹道测量雷达，按传统测速定位计算方法得到的传统速度 v 和惯性制导系统测得的真速度 v 相比，将会有 d v=v-v* =0.06m/s 的原理性方法误差。如果不将这种测量原理的方法误差扣除，而与测量系统的工具误差混淆在一起，则不可能对纯惯性制导的洲际导弹制导精度做出正确和准确的鉴定。 对 GPS 和 GLONASS 等全球定位导航系统，由于通常对 GPS 系统的相对论效应没有研究定位测速的准确测量原理，所以每一颗 GPS 导航卫星都有正负数十米随视线方向和时间变化的测量原理方法误差。在工程上采用卡尔门滤波统计修正、差分修正、事后处理等方法补偿，也始终做不到对导弹这样的轨道不能重复的飞行器单点实时定位 1m 的精度！ 5 林金对超光速运动可能性的论述 笔者很早就注意到，林金也像我那样做超光速问题的研究，而且可能更早。虽然我们在方法、思路方面很不一样，结论却是相同的——认为物体（例如火箭和飞船）在未来以超光速飞行不存在理论障碍，这个观点与 SR 理论显著不同。有趣的是，林金的思考仍然是对 Lorentz 变换作仔细的推敲。……林金生前虽未做过（或参与过）任何超光速实验，但他对“火箭和飞船是否可能以超光速飞行”作过理论上的探索和论述，很早就引起了我的重视。 现在先回顾 Einstein 为何认为光速 ( ) 是宇宙中的最高速度，不可能超过。 1905 年 Einstein 的文章两次论述了与超光速有关的问题。第一次是在 Pt. Ⅰ 的§ 4 ，这一节的标题是“关于运动刚体和运动时钟所得方程的物理意义”。在文中他讨论一个半径为 的刚性球；注意他取物体运动方向坐标为 ，与本文前面方向为 不同；他说：“一个在静止状态量起来是球形的刚体，在运动状态——从‘静’系看来——则具有旋转椭球的形状了，这椭球的轴是 R,R*sqrt(1-v**2/C**2),R,R 这样看来，球 ( 因而也可以是无论什么形状的刚体 ) 的 方向和 方向的长度不因运动而改变，而 方向的长度则好像以 1:sqrt(1-v**2/C**2) 的比率缩短了； 愈大，缩短得就愈厉害。对于到 v=C ，一切运动着的物体——从‘静’系看来——都缩成扁平的了。对于大于光速的速度，我们的讨论就变得毫无意义了；此外，在以后的讨论中，我们会发现，光速在我们的物理理论中扮演着无限大速度的角色”。 第二次论述超光速问题是在 Pt. Ⅱ 的§ 10 ，这一节的标题是“缓慢加速的电子的动力学”。其中他讨论电子的动能： “我们现在来确定电子的动能。如果一个电子本来静止在 K 系的坐标原点上，在一个静电力 X 的作用下沿 x 轴运动，那么很清楚，从这静电场取得的能量值为 eX 对 x 的积分。因为这个电子应该是缓慢加速的，所以也就不会以辐射的形式丧失能量，那么从静电场中取得的能量必定都被积储起来，它等于电子的运动的能量 W 。由于我们注意到，在所考查的整个运动过程中， (A) 中的第一个方程是适用的，我们于是得 W= ò eXdx=m ò 0 v b ^3vdv=mC^2(1/ sqrt(1-v^2/c^2)-1) （ 6 ） 由此，当 v=c ， W 就变成无限大。超光速的速度——像我们以前的结果一样——没有存在的可能。” ( 公式号为笔者所加 ) 。 1922 年 Einstein 在《 The Meaning of Relativity 》书中，只有一处谈到与超光速有关的问题，是在谈 LT 时用脚注说，由于在特殊 LT 公式中含有根号 sqrt(1-v^2/c^2) 项，所以“超过光速的物质的运动是不可能的。” 从上可见， Einstein 认为“超光速不可能”的基本理由如下： (1) 由于 SR 认为“运动物体在运动方向变短”，而变动的程度取决于因子 sqrt(1-v^2/c^2) 。因而，当 = 时，物体成为扁平。故 Einstein 认为，再讨论 的情况，不再有任何意义。 (2) 在分析电子的运动时所得到的数学式表明， 越大动能越大，而且动能的增加亦取决于因子 sqrt(1-v^2/c^2) 。当 = ，电子的动能成为无限大，没有意义。也就是说，电子决不可能加速到光速 ，也就更不可能达到比 还大的速度。 (3) 对物质的运动来讲，由于因子 sqrt(1-v^2/c^2) 的作用，其运动速度亦不可能比光速还快。 总之，关键在于这个因子（ sqrt(1-v^2/c^2) ）的影响，可以说处处都有它的踪影。追本溯源，“长度收缩假说”和“时间膨胀假说”都来自 Lorentz 。当然根本点在于 19 世纪末的物理学家急于对 MM 实验作出解释，提出动体（动 R ）在运动方向会缩短其长度： l=l0*sqrt(1-v^2/c^2) （ 7 ） 而且速度越快尺缩越大。虽然“运动的尺变短”（尺缩效应）的概念最先来自 Fitzgerald 和 Lorentz ，但 SR 把它继承下来；但在实验方面从未有人证实过。 。另外， SR 有所谓“时间膨胀效应”（也叫“时间延缓效应”），其基本方程为 dt=dt’/ sqrt(1-v^2/c^2) （ 8 ） 显然 dtdt’ ，代表运动的钟走慢了，亦即时差 dt 变大了。…… SR 中还有一个“质增效应”，是说动体的质量随速度加大而增加： m=m0/ sqrt(1-v^2/c^2) （ 9 ） 由此又推论出“光速不能超越”的著名论断；这也从未在中性物质（粒子或物体）身上以实验证明过。 其实，早在 2000 年林金 即指出：因子 sqrt(1-v^2/c^2) 的出现是数学处理手段导致的结果，不是决定时空本质的物理实在。因此，对于 SR 的一系列推论（尺缩、钟慢、质增及光速不能超过）都是可疑的，要重新审视。这个观点是众多专家学者 ( 如笔者、宋文淼教授、曹盛林教授等 ) 所认同的。林金说，仔细研究 LT 的数学结构和物理内涵，可以看出其中更为本质的是分子上的一次项。他用卫星导航中的单程信号测量机制和相对性原理对比 Einstein 的“往”和“返”程信号测量机理。把 Einstein 的双程信号分解为“往”和“返”两个单程信号，分别测量“往”和“返”两个单程的信号传播时间。正是由于 LT 分子中一次项的作用，理论计算表明“往”和“返”的两个单程信号的传播时间不相等。林金团队 2008 年的“光速不变假设判决性实验”检验结果证实了理论计算的结论。 Einstein 光速不变假设的问题在于引入同时性概念时用定义的方式，定义“往”和“返”时间相等，而这个定义导致了在 LT 的分母上出现了复杂化因子 sqrt(1-v^2/c^2) 。如果用相对性原理和单程光速不变原理 ( 如在卫星导航中 ) ，则 GT 自然进化为 LT ， x1’=x-v*t1 和 t1’=t-vr/C*x1/C ，用真速度 vr 代替 Einstein 速度 v ，而分母上的因子 sqrt(1-v^2/c^2) 自然消失。……自从 1905 年 Einstein 发表 SR 以来，围绕 sqrt(1-v^2/c^2) 热议不断；一个世纪后中国航天专家终于 有机会领先美国和俄罗斯完成这项只有在航天宏大实验室才能实现的判决性实验检验 。 作为卫星导航和惯性导航专家，林金对火箭 ( 或飞船 ) 作超光速运动的期望有独特的思考。 2004 年 11 月 26 日 ~28 日，在北京香山召开了“香山科学会议第 242 次学术研讨会” ；本次会议由宋健院士建议和领导，主题为“宇航科学前沿与光障问题” (Frontier Issues on Astronautics and Light Barrier) 。会议主题评述报告为宋健院士所作 ( “航天、宇航和光障” ) ；首个中心议题报告为林金院士所作（“宇航中时间的定义与测量机制和超光速运动”） 。笔者也应邀作了第二个中心议题报告（“超光速研究的 40 年：回顾与展望”） 。……宋健在报告中指出，飞出太阳系是人类的伟大理想，这里有许多理论和技术问题要解决，科学界已开始考虑和工作。至于进入银河系，必须加大航行速度，直到接近光速，可能的话应超过光速。目前航天技术已开始放弃狭义相对论的技术基础，即从用电磁波双向时间间隔之半作为距离定义，改由卫星和飞船上用编码报文形式向地面单向传送所有信息；飞船上独立自主的计量、观测、导航和发讯都与地面观测无关。至于 Einstein 说的“不可能存在超光速运动”，那只是猜测，没有实验根据，也不是科学定律。宋健强调说，从 40 年航天技术实践反过来检查 SR 的计算结果，就会发现即使在远低于光速的情况下，自主导航的工程实践与 SR 动力学结构也 发生某些冲突 ，例如发动机推力依赖其惯性速度的现象就从未发现过。 两位长期从事航天科技的老科学家（宋健、林金）都不认为 Einstein 的光障（ light barrier ）会对未来的宇航形成不可克服的阻碍，这一事实不仅有趣也很重要。林金的报告就自主惯性导航提供一个新理论模型，用来分析处理惯性导航的时间定义、测量机制和超光速运动。他认为，一个运动质点自己可以测量自己相对一个给定惯性系的位置、速度和加速度，作为质点自带的运动钟固有时间的函数。原理上不需要与外界交换信息，不存在任何信号传递的速度问题。自主惯性导航是基于引力场的性质，即使这个世界没有电磁场、没有光，纯惯性系统照样工作，照常自主定位、测速；既如此， 3 × 10 8 m/s 为何会成为速度的极限？！简言之，惯性导航的宇宙飞船的时间定义即飞船运动钟固有时间；只要未来能开发出新型动力源，飞船的速度不存在上限。……林金还认为，应恢复 光子 和其它微观粒子相同的普通地位，即 有静止质量 ，其速度也不是极限速度。 笔者认为，在回顾林金的论述时，不妨再看看 1905 年 Einstein 对“同时性”的概念怎么说。 Einstein 写道 ：“我们应当考虑到：凡是时间在里面起作用的我们的一切判断，总是关于同时的事件的判断。比如我说，‘那列火车 7 点钟到达这里”，这大概是说：我的表的短针指到 7 同火车的到达是同时的事件。可能有人认为，用‘我的表的短针的位置 ’ 来代替‘时间 ’ ，也许就有可能克服由于定义‘时间 ’ 而带来的一切困难。事实上，如果问题只是在于为 这只表 所在的地点来定义一种时间，那末这样一种定义就已经足够了；但是，如果问题是要把发生在不同地点的一系列事件在时间上联系起来，或者说——其结果依然一样——要定出那些在远离这只表的地点所发生的事件的时间，那末这样的定义就不够了。” 在这里， Einstein 是说用一只表定义时间的不可能性。然而，正如林金所指出的，今天的纯惯性导航只用“一只表”的固有时间，是完全自主的，不需要辐射或接收任何光 ( 电磁 ) 信号和外界发生联系，所以测量机理十分简单。设想一艘配备有惯性导航仪器的宇宙飞船，飞船相对惯性坐标系 (Galilei 参考系 ) 作加速飞行。只要积分的时间足够长，飞船相对惯性系的飞行速度 ( 加速度表输出脉冲总数 ) 可以超过 3 × 10 8 m/s 。无需设想恒定或随时间变化的引力场，宇航员观察惯性仪表的指示，进行完全自主式的宇宙航行。加速度表先在静止在地面 ( 发射点 ) 的引力场中标定，在飞行中测量火箭推力产生的惯性加速度。加速度表静止在地面实验室做寿命试验，等效于加速度表在没有引力场的宇宙空间作 1g 的恒加速飞行试验。由于 =30612245s=354 天 （ 10 ） 故大约一年后飞船速度超过 3 × 10 8 m/s ，即以超光速航行。……这些就是一位航天专家的简明扼要的论述，其结论与笔者反复阐明的内容完全一致 。 6 讨论 最后，笔者陈述一些与 SR 有关的个人意见。 1922 年 Einstein 曾说：“由于未加论证就把时间概念建立在光传播定律基础之上，从而使光传播在理论上处于中心地位，狭义相对论遭到了许多批评”。另外他还说，对于一个放在某处的时钟和它附近发生的事件而言，如两间之间存在距离，就不能用该钟确定事件的时间了，因为不存在一种“瞬时信号”来比较钟的指示和事件发生的时间。为了提出对时间的定义， Einstein 提出光速不变原理，认为这样一来校准时钟就不会引起矛盾——“在 A 处 ( 时间 tA) 发出的光，经传播距离 r 之后到达 B 处 (r=AB) ， B 处时间就可表示为 tB=tA+r/C ”。为了进一步证明这样做的合理性， Einstein 说他主要考虑到“我们对光在真空中传播过程的了解比其他任何可以想象到的过程都要清楚”，而这是由于 Maxwell 和 Lorentz 的工作。 笔者认为，虽然 Einstein 在其 1905 年论文的开头即突出地讨论“同时性的定义”，但他确实是“未加论证”（实际上是没有实践证实作为基础）就把“单程光速不变”从假设上升为“原理”，并导致了 同时性的相对性 ，亦即时间是相对的。但是我们知道有那么多的人认为时间是绝对的； 2009 年笔者在一篇文章中说 ：“不能把同时性的绝对性仅仅看成是经典物理的 ( 因而似乎是落后的 ) 观点， 20 世纪后期到 21 世纪初形成的时空理论也可能持有这种观点，得出与 SR 相反的结论。”笔者现在仍保持这个看法。 SR 时空观与 Galilei 、 Maxwell 以及 Lorentz 时空观的根本区别在于 SR 时空观的相对性。我们知道，现有的推导 LT 的方法有多种；而写入大学教材的推导方式常常有个前提——不同参考系测得的光速相同。或者说， LT 是由相对性原理和光速不变原理导出的。由于 LT ，出现了尺缩、时延现象；因而同一事件在不同参考系中观测到不同的结果—— 根本没有判断测量结果的标准 ，而是作相对运动的两个观察者都可以说对方的钟慢了、尺短了，双方所说都可以成立。这种 相对主义的教导 曾经弄胡涂了许多人。 1904 年的 Lorentz 信奉以太论和绝对参考系，在此信念下导出的 LT 被 SR 继承和应用，而 SR 却不承认绝对参考系。 一个时期以来国内外多位科学家提出存在优先参考系，即认为有绝对坐标系的形成。故 Lorentz-Poincarè 时空观重新受到重视；亦出现了进一步的理论。几年前科学刊物《 New Scientist 》报道的“以太理论高调复出、取代暗物质”，也在提醒我们不宜完全抛弃 SR 理论出现之前的科学成果。如果说现在有向 Galilei 、 Newton 、 Lorentz 回归的倾向，那也是在现代条件下的高层次回归，而不是简单的倒退到旧有的概念。 近年来 Lorentz 物理思想重新受到重视是有原因的。 1977 年 Smoot 报告说，已测到地球相对于微波背景辐射 (CMB) 的速度为 390km/s ；因而物理学大师 P.Dirac 说，从某种意义上讲 Lorentz 正确而 Einstein 是错的。美国物理学家 T.Flandern 于 1998 年间发表引力传播速度 (the speed of gravity) 为 ≥ (10 9 ~2 × 10 10 ) ，同时声称用“ Lorentz 相对论” (Lorentzian relativity) 就能解释这些结果；而 SR 在超光速引力速度面前却无能为力。 1985 年，正在欧洲核子研究中心 (CERN) 任职的著名物理学家 J.Bell 说，物理学为了摆脱困境，最简单的办法是回到 Einstein 之前，即回到 Lorentz 和 Poincarè ，他们认为存在的以太是一种特惠的 ( 优先的 ) 参照系。可以想象这种参照系存在，在其中事物可以比光快。有许多问题，通过设想存在以太可容易地解决……在发表了这些在当时还是惊世骇俗的观点后， Bell 重复说：“我想回到以太概念，因为 EPR 中有这种启示，即景象背后有某种东西比光快”；实际上，给量子理论造成重重困难的正是 Einstein 的相对论…… J.Bell 的上述言论是他在 1985 年向英国广播公司 (BBC) 发表的。…… 2007 年《 New Scientist 》以“以太理论高调复出、取代暗物质”为题作了报道，说 G.Starkman 和 T.Zlosnik 等正以新的方式推动用以太解释“暗物质”，后者的提出是同于银河系似乎包含比可见物质多很多的质量。他们认为以太是一个场，而不是一种物质；以太会形成一个绝对坐标系，从而与 SR 发生矛盾。也有物理学家认为真空作为一种媒质时就是新以太。……今天当我们回顾整理林金院士的科学工作时，上述情况可供参考。 必须指出，中国的太空计划正在大步前进，这为开展新的基础科学研究提供了全新的可能性。 2016 年 9 月 15 日《天宫二号》空间站升空，在距地面 393km 的轨道上运行；其上带有先进的空间冷原子钟。虽然 20 多年前欧洲科学家就有把原子钟送入太空的想法，美国也有空间冷原子钟计划，但最先实践者却是中国。未来我们可以设计一些检验基础科学理论的新实验并在太空中进行，这将比林金团队实验又迈进一大步。 7 结束语 本文是纪念性文章，又是学术论文。由于林金院士的科学工作内容丰富，我们只把重点放在与光速有关的问题上，根据笔者的理解作阐述。其他一些科学贡献，例如他指出西方科学界误用了 Dopller 原理来解释 Hubble 红移，由此而得到的结果（用来作为大爆炸宇宙学的观测证明）是错误的。又如， 2015 年中国航天科技方面召开过一个林金科研成果的鉴定会，鉴定项目名称“高精度卫星轨道基准测量与计算方法及试验验证技术研究”；这也是林金所做的突出贡献。林金还研制了“高精度电子计时器”，测时精度达 10ps 量级。……斯人已逝，但他的思想和工作留了下来，值得我们学习和回味。林金的故事证明了笔者近年来提出的观点是正确的——中国科学家应增强自信心，改变过去那种紧跟在西方科学界后头亦步亦趋的习惯和作法。要搞出自己的东西，要认识到权威和大师也会犯错误。……笔者谨将此文献给林金在天之灵，以及他团队的朋友们！ 致谢：中国航天科工集团二院 203 所郭衍莹研究员、中国计量科学院沈乃澂研究员支持和帮助笔者写作本文，谨此致谢。 参考文献 MichelsonA A, Morley E W. 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The speed of gravity: what the experiments say . Phys ， Lett. ， 1998 ， A250 ： 1~11 Discusseson Light-speed Research Works of Academician LIN Jin HUANG Zhi-Xun （ Communication University of China, Beijing 100024 ） Abstract: LIN Jin is a top scientist of Chinese Academy ofLaunch Vehicle Technology. He was born in April 1935, die in February 2016.Prof. LIN was one of the leading experts in satellitespace navigation technology and experiments, his highlyoriginal and novel approach to the redefinition of space and time based onrocket measurements caused somewhat of a stir among the scientists and wonacclaim. Prof. LIN was an academician of International Astronautics Sciences Academy. “The definitionof time is make full use of the light to and fro between two positions”,Einstein constructed the Special Relativity(SR) based upon this idea in 1905. Prof.LIN see clearly on this subject and think deeply. Inthe year 2004, LIN Jin says in the article: Lorentz himselfinterpreted Lorentz Transformation （ LT ） as absolutespace and absolute time, but Einstein’s interpretation of LT is relative ofsimultancity. Now, we must re-examine the definition of simultancity proposedby Einstein in 1905, it based upon the postulate of the light speed constancy —— when to light signal from position propagate to position , and soon back to ， therelation of time is = . …… But in the year 2009, LIN Jin et.al. published an article for the crucial experiment in order tochecking Einstein’s postulate of the light speed constancy. It was performed atthe high precision TWSTT (Two Way Satellite Time Transfer) facility of theNational Time Service Center ， Chinese Academy of Sciences. By comparison the measurementmechanisms of one way light signal simultaneity and “ to-and-fro ” two way light signal simultancity ， the principle of the crucialexperiment has proved ： if there exists relative motion ， the “ uplink ” and “ downlink ” light signal passage times of the “ to-and-fro ” two way light signal are not equal ， so that ≠ . The cesium atomic clocks at Xian station and Urumuqistation transferred and exchanged pps time signals via Sino satellite and ChinaSat-1 satellite. Then,Prof. LIN was proved that the comparison of “time ” and “time ” is subject to directexperimental verification by means of space technology. In the opinion of Prof. LIN, “velocities greater than that of light have no possibility ofexistence” arose from the Lorentz factor of SpecialRelativity(SR). The development of manned deep space travel out of the solarsystem demands and answer to this issue. He analyse the definition of time andmeasurement mechanism of inertial navigation and faster than light issue on thebasis of a new theoretical model provided by the autonomous inertialnavigation. The unique point worthy of conscious brooding of the theoreticalmodel of rocket autonomous inertial navigation is that a moving body is able tomeasure its own acceleration 、 velocity and position in a given inertial system as functions ofproper time of the on-board clock in the moving body. In principle, autonomouspure inertial navigation is based on a fundamental feature of gravitationalfield; even if there were no light, no electromagnetic fields in the world, apure inertial navigation system works as well, autonomously measuring velocityand position. In a world with only gravitational field, and withoutelectromagnetic fields at all, why should 3 × 10 8 m/s be the limit of velocity?! Theastronaut has established an accurate equation which autonomously and preciselydescribes arbitrary acceleration and deceleration motion of rockets andspacecraft in a given inertial system. As long as new types of power sourcesare to be developed, there exist no limit of velocities of spacecraft. The research works onlight speed problems of Prof. LIN are brilliant contributions, and perhaps it is never to be seenagain. We salute to Prof. LIN, and cherish the memory of this scientist. Key words: lightspeed constancy postulate; faster than light; Lorentztransformation; autonomous inertialnavigation 作者简介： 黄志洵（ 1936 - ），中国传媒大学教授、博士生导师，中国科学院电子学研究所客座研究员
我们准备恢复《信息学报》和《前沿科学》并做成双语版 science 2016-01-01新年新气象 science 我们准备恢复《信息学报》和《前沿 科学 》并做成双语版 We are ready to resume《 the journal of information》 and《 the frontier of science》, and to make bilingual version 暂时不公开
引力磁、暗能量、 G 的变化 刚才看到 孙学军 老师的博 文“ 牛顿的苹果再登《自然》 ”， 再次冲击了脆弱的我。 我有一篇只采用“主流”实验结果，进行“引力磁”定性分析的稿件。已经投给《 前沿科学 》期刊的“建议与商榷”栏目。 《前沿科学》编辑部 告诉我：“您的稿件已通过编辑部初审。 请您找一位 物理专家 为您写一份推荐意见发来 ，经我刊编委会审核通过后即可发表。” 物理专家的界定： “投稿论文所在研究领域有一定知名度的同行，至少是教授，最好是博士生导师。” 《前沿科学》期刊的性质，请看《诸平， 2014-05-15 ，科学前沿：对哥德尔不完全性定理的质疑》： http://blog.sciencenet.cn/blog-212210-794716.html 。 目前正在请求物理 学家的推荐。其中本网 刘教授 的建议十分中肯，正是这位多次热心相助的教授，我幸运地避免了一个“在历史上，这种理论就被抛弃了。由于物理学并不会把每一个失败的想法写进物理学教材或者历史，所以，大家很难从文献中看出为什么放弃这个理论。” 因此，我的 基本观点 修改如下： （ 1 ）假如暗能量是存在的，且宇宙在加速膨胀，则太阳系也应该在加速膨胀。 （ 2 ）目前已有基本可 信的天文观测，表明“日地距离在增加”、“月球轨道有额外的加速度”。这定性支持“太阳系在加速膨胀”。 （ 3 ）我认为 运动质量之间存在“引力磁”作用，类似大家熟悉的电磁作用。太阳自转、地球等自转和公转的“引力磁”，可以作为太阳系膨胀的原因（或部分原因）。 （ 4 ） Science 期刊 2012 年说（下面为直接引用）： Dark energy could be one of three things. It could simply be a property of empty space itself. Einstein’s theory of gravity, known as general relativity, allows for just such a “cosmological constant” that would be aproperty of the vacuum and would stretch space. Or, in a radically different alternative, dark energy could be a new type of force field that occupies space, much as air fills a balloon. That second alternative is known as “quintessence.” Finally, dark energy could be an illusion, a sign that scientists’ understanding of gravity as encapsulated in general relativity isn’t quite right. 这里 “ quintessence ” 是一种力场（ force field ），我坚持 的“引力磁”可 能是 “ quintessence ” 的部分成分。 （ 5 ）不管是否太阳系膨胀，目前测量牛顿万有引力常数 G 的工作表明： G 在随时间变化。同一原理同一设备测量得到的 G 的变化，是否包含了太阳系天体运动产 生的“引力磁”作用？ （ 6 ）目前由于太阳、地球等质量分布与内部各层自转的情况不明，因此无法定量计算引力磁。 物理学，归根到底是个实验科学。 所以 真傻 建议： （ 1 ）利用地球静止轨道卫星，进行激光等精确测距。 该轨道的地面高度约为 3.6 万千米，远在大气层（厚度大约在 1000 千米）以上。 这样就回避了地球自转的困扰：地球自转产生的引力磁不起作用了，也就回避了地球质量分布难题。 地球静止轨道卫星，假如：①每天的距离在变化，②并且也有加速离开地球的额外加速度，则是太阳自转引力磁存在的证据。 （ 2 ）牛顿万有引力常数 G 随时间变化的分析。 （ 3 ）改进现有的检测引力磁的实验。 上两个图片吧！感谢原作者！ （ 1 ） G 天天在变。 《 Parks HV, Faller J E. Simple pendulum determination of the gravitational constant .Physics Review Letters, 2010, 105(11): 110801. 》里的图 2 。 http://journals.aps.org/prl/issues/105/11 http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.105.110801 （ 2 ） Nature ， 18 June 2014 ， Quantum method closes in on gravitational constant 。 http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/fig_tab/nature13507_F1.html Published resultsof measurements of the gravitational constant, G , over the past 32years. The solid circles denote measurements that employed torsion balances.The three lower solid squares show results that were obtained using a beambalance or two pendulums. The upper solid square is the result obtained by Rosiand colleagues 1 usingthe technique of atom interferometry. The shaded area denotes the one-standard-deviationconfidence interval of the value from the 2010 CODATA compilation of physicalconstants 18 . 上帝啊！谁肯帮帮我？衷心感谢！ 参考文献 ： Cho A. What is dark energy? . Science , 2012, 336(6085): 1090-1091. Hogan J. Welcome to the dark side . Nature , 2007, 448(7151): 240-245. Hand E. Survey tunes in to dark energy . Nature , 2012, 481(7379): 10-11. LI Miao, LI Xiao-Dong, WANG Shuang, WANG Yi. Darkenergy . Communications in TheoreticalPhysics, 2011, 56(3): 525–604. 李淼 . 暗能量的理论问题 . 自然杂志 , 2005, 27(1): 15-19. 许槑 . 有关暗能量的一些话题 . 物理通报 , 2009, (3): 1-4. Vikhlinin A. Studies of dark energy with x-rayobservatories . Proceedings of the National Academyof Sciences of the United States of America , 2010, 107(16): 7179-7183. Weinberg S. Anthropic bound on the cosmologicalconstant . Physics Review Letters ,1987, 59 (22): 2607-2610. Van Flandern T C. Is gravity getting weaker? . Scientific American , 1976,234(2): 44-59. 中国大百科全书（天文学） . 北京：中国大百科全书出版社， 1980. 杨正瓴 . 基础课的精华性 . 高教研究与探索 , 1997, (2): 34-36. 中国大百科全书（物理学） . 北京：中国大百科全书出版社， 1987. Williams E R, Faller J E, Hill H A. Newexperimental test of Coulomb's law: a laboratory upper limit on the photon restmass . 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Testsof the gravitational inverse-square law below the dark-energy length scale . Physics Review Letters , 2007, 98 (2):021101. Speake C. Gravity passes a little test . Nature , 2007, 446 (7131): 31-32. __________________ 后记 __________________ 我的目的 不是 建立 或 重复别人已经建立的理论 ， 而是呼吁“ 引力磁判决实验 ”： 寻 找 好的 扫把 ，为未来的 大扫除 做准备。 我只感兴趣引力本质的认识进步，而不讲迷信。 看来《 Cho A. What is dark energy? . Science , 2012, 336(6085): 1090-1091.》也并不讲迷信： 任何科学理论都得接受实验的最终检验。 （ 1 ）理论自洽性固然不错，但却和“真理（客观规律）”没有必然的联系：看看三次数学危机吧！ （ 2 ）牛顿-莱布尼兹的微积分， 200 多年不严密，没有阻碍科技进步啊！傅里叶分析也是这样。 （ 3 ）南开大学《数学文化》国家精品课程的负责人顾沛教授公开说：到现在，“数学”的 18 个“定义”，没有一个完全合理。 相关链接： 苗妮，中国科学报，2014-03-25，《引力波证据引发理论物 理“大扫除” 》 http://paper.sciencenet.cn/htmlnews/2014/3/290574.shtm 林小春，新华网 ，2014-03-18，《时评：原初引力波发现的四大意义》 http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2014/3/290191.shtm 张章，中国科学报，2014-06-04，《两项研究认 为“没有证据支持或反对引力波”》 http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2014/6/295825.shtm?id=295825 蔡东海，中国日报网，2011-09-23，《科学家宣布发现超光速粒子 或重写现代物理学》 http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2011/9/253015.shtm 任春晓，科学网，2012-03-31，《中微子超光速实验两位领导者辞职》 http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2012/3/262040.shtm 不希望重复 2014 的“原初引力波”和 2011 年的“中微子超光速”。
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