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宇宙空间并不存在完全没有物质的绝对真空。人们以往所说的真空，实际上指的是只存在不构成实物的基本粒子的空间。光既能在构成实物的空间中传播，也能在不构成实物的基本粒子的空间中传播。光在物质媒介中的传播速度，将由分布在宇宙自然界中的光传播媒介物质所决定。人们可以设想在由非实物粒子构成的空间中，光源向任何方向发出的光线相对于光源周围的非实物传播媒介物质都具有完全相同的传播速度。无论是相对于建立在地球表面上好用的惯性参照系，还是相对于建立在太阳或其它星球表面上好用的惯性参照系，光相对于这其中的任何一个惯性参照系都具有完全相同的传播速度。光在非实物空间中的传播速度既与光源的运动状态无关，也与接受者的运动状态无关。
对安置在地面上与地面保持静止的麦克尔逊干涉仪来说，由于在地球表面空间中的所有存在物质都要受到地球万有引力的作用和惯性定律的制约，干涉仪周围空间中的非实物粒子都相对地面处于静止状态中，人们根据光在真空中传播时其速度永远等于某个常量的理由，完全能够解释麦克尔逊干涉仪在地面上转动方位后干涉条纹不会发生移动的事实。但是这个解释理由充分得过了头。人们在麦克尔逊干涉实验中，把其中一个相干光走过的光路改成玻璃或水等可传播光线的实物介质，另一个相干光走过的光路仍然为非实物粒子的真空，无论人们在水平面上把麦克尔逊干涉仪转动到哪一个方位，都不会从光线接受屏上看到干涉条纹有任何移动。人们显然不能据此推断说：光在真空及其它可传播光线的实物介质中都是相同的速度。
实验证明，光在不同传播媒介中的运动速度不同，本质上是光在不同传播媒介物质中传播时具有不相同的波长。好似人在好走的路上行走时迈出的步子会大一点，在难走的路上行走时迈出的步子会小一点。但只要走过的路线及其起始、终止位置已经确定，不管人在行走时的速度是快是慢，他所走过的路程都完全相同。由于光在均匀的每一种传播媒介物质中传播时所具有的每个波长都恒定相等，光在确定的空间路线经过后，它需要〃迈出〃的波长〃步子〃数值，就已经由具体经过的几何路程及其在传播媒介物质中所特有的波长长度完全决定了。人们可以在麦克尔逊干涉仪器的45°半反半透镜与互相垂直的全反射镜位置各安装上1个滑轮，分别用两根完全一样的黑白相间的链条沿着〃麦克尔逊干涉实验〃中两条相干光线经过的光路拉起来。在这里，黑色链子用以表示光波的负半波长，白色链子用以表示光波的正半波长，每个黑色链子与每个白色链子的大小完全相同。当人们以快慢不同的速率同时拉动汇合在一起出来的两根链条时，都会看到汇合在一起出来的两根链条上黑白链子之间挫开的位置变化永远保持着完全相同的距离，它们只与两根链条沿着两条相干光线经过的光路长度有关，而与运动速度无关。按照波动理论，两条相干光束所产生的干涉条纹只与它们之间的位相差有关，两条相干光束走过的光程差保持不变，也就等同于它们之间的位相差没有发生变化，〃麦克尔逊干涉实验〃除了否定光是在绝对静止的〃以太〃海中以恒定不变的速度进行传播外，只是证明了光在真空中传播时其波长保持不改变。
正是由于光在真空中传播时其波长保持不变，而且这是与参照系的运动状况无关，显然可以在任意参照系中直接传递应用的事实。人们在20世纪后期，已改成采用光在真空中传播时的波长来作为长度计量的基准。
有人提出，可以把麦克尔逊干涉仪看成一个系统，在运动系中看这个系统的质量增加了，因而作为系统一部分的光子的能量也应该增加，从而使光子的波长也按洛仑兹收缩缩短。如果这种见解属实，就意味着干涉条纹之间的间隔也要发生相应变化。然而实际情况是，干涉条纹没有发生移动，干涉条纹之间的间隔也没有发生变化。此外，采用扬氏双缝干涉实验，可以更加简单明了的证明不存在这种波长会按洛仑兹收缩系数缩短的推测。
从原理上讲，真正的光速不变，只有在只使用同一个光源发出的光线在空间传播呈现出来的波长和振动周期同步定义长度与时间的单位标准，并永远将其作为长度与时间的计量基准时，该光源发出的光线相对于任何参照系测量出来的相对运动速度才是一个由定义造成的比例常数。
人们在做光学干涉实验时，从同一个光波分解出来的两束相干光已经分别扮演了担任长度计量基准与时间计量基准的角色，人们当然也就不能通过所做的光学干涉实验，发现光在传播过程中相对于不同运动速度的参照系是否发生了相对速度上的改变。所以，人们得出光在真空中的传播速度相同，与光源的运动状态无关的结论，其判断根据是人们在对天体的观察中发现所有星体的光行差都相等，并不是来源于在实验室中所做的光学干涉实验。鉴于人们不可能在任何场合中或任何情况下，都只用惟一的一个发光光源发出的光波同时既作为空间长度的计量基准，又作为标准时间的计量基准，人们根据定义得到的〃光速不变原理〃在实际的研究工作中没有使用价值。它反而到是提醒人们，在对物理世界中的物体相对运动作理论上的研究探讨时，一定要注意防止由于人为给予的某种规定所导致的误会理解。
三、怎样解释光的多普勒效应
光具有波粒二象性，光波是光子在通过光传播媒介物质时所表现出来的宏观特征。人们以往所说的真空，仅仅指的是没有电子、质子、中子等构成实物的基本粒子的空间。在现实自然界中，除了存在着构成实物的基本粒子外，还存在着许多不构成实物的基本粒子。由于光波属于〃几率波〃，人们根据电磁波数学方程推导得出的公式，只是正确地描述了光子在实际的运动过程中能够到达空间每个位置的几率是多大。而导致光子在实际的运动过程中能到达空间每个位置的几率，不仅与光源所发出的光子振动频率有关，同时还与实际空间的具体构造、传播媒介物质有关。光既能在构成实物的基本粒子的某些空间中传播，也能在不构成实物的基本粒子的空间中传播。光在物质媒介中的传播速度，将由分布在宇宙自然界中的光传播媒介物质所决定。
从原理上讲，光子还可以在没有任何物质媒介的绝对真空中运动前进，从光源发出的光子还未进入到光传播媒介物质中之前，光子的运动速度仍然要遵守速度合成法则。所以，当光源相对于理想惯性参照系进行相对运动时，它向任何方向发出的光子在进入周围的媒介物质中后，虽然都表现为完全相同的传播速度，但光源朝不同空间方向上发出的光子会伴随着光源的运动增加或减少动能，它们的振动频率就将发生相应的改变。请注意，牛顿第二定律已经不适用于对高速的光子运动进行分析。人们不能继续使用牛顿第二定律分析光子的运动规律，同时也不能用根据牛顿第二定律推导得出的质速关系式计算光子在速度小于C时对应的质量是多少。譬如，光在水和玻璃等光传播媒介中的传播速度都小于光在空气中的传播速度，但光子在不同的光传播媒介中传播时并没有改变过振动频率，它说明光子具有的能量并不只是由光子在前进方向的动能所构成。人们从光子具有振动和前进两个方面的运动特性，可以知道光子具有的能量应该由振动方向的能量与前进方向的动能两部分所构成。
我们先考虑一下光源相对于理想惯性参照系处于静止状态，周围空间为绝对真空的情况。此时，光源发出的光子，其振动频率ν与发射光子的物体给予它的能量E之间存在着关系 E＝hν。同时，光子在离开发射光子的电子时具有电子绕原子核转动和自身旋转所共同形成的切向线速度C 。根据质能换算关系可得出光子具有的能量为 E ＝ MC2 ＝ hν，光子的质量为 M ＝ hν/ C2。由于光子具有的能量由振动方面的能量L 与前进方面的动能E′ 两部分所构成，因此有 L ＋ E′＝ E 。显然，光子在振动方面的能量与在前进方面的动能之间不一定是1比1的关系。但是在光源相对于理想惯性参照系处于静止状态，周围空间为绝对真空的情况下，光子在振动方面与前进方面所分配到的能量似乎应该表现为均分状况，即：L ＝ E′＝ MC2/2 。根据质量为m的物质以速度u前进具有的动能正比于 mu2，如果光子在前进方面所分配到的能量E′＝ MC2/2 ，则意味着光子以速度C前进具有的动能等于 MC2/2 。那么在｜V … C｜＜＜ C的条件下，光子以速度V前进具有的动能就应该等于 MV2/2 。
图1。光子发射速度矢量合成图
参见图1，如果发光物体相对于理想惯性参照系以速度u进行运动，在实际的每一个空间方向上，光源发出的光子所具有的速度V将是光源相对于理想惯性参照系处于静止状态时发出的光子运动速度C与光源运动速度u的矢量和。根据矢量合成法则，我们可以推导出与光源前进方向成θ角度的方向上，沿该方向运动的光子具有的前进速度为：
因此光子在前进方向具有的动能为：
如果光源四周是绝对真空，光子在实际前进就以合成速度V运动，只是光子的振动频率会改变为：
由此可得到光子在前进方向上的振动频率的改变率为：
在θ等于0°、90°、180°的三个方向上，光子振动频率的改变率Δν/ν分别表现为：
如果光源四周具有光传播媒介物质，光子进入光传播媒介物质后，光子将改变为按照光波特有的传播速度前进，而其在前进方面增加或缩减的动能自动转变成缩减或增加振�