[论文解读] Does the velocity of light depend on the source movement?

Luis Bilbao|arXiv (Cornell University)|Jun 10, 2016

Orbital Angular Momentum in Optics参考文献 1被引用 3

一句话总结

本文提出光速取决于其光源的速度，挑战了狭义相对论的第二条公设。通过将光速与到达时刻光源的速度（而非发射时刻）的多普勒频移相关联，该模型通过一种与已知电磁现象相容的修正相对论理论（VRT）定量解释了航天器跟踪异常——如1998年NEAR飞掠时的测距差异和多普勒残差。

ABSTRACT

Data from spacecrafts tracking exhibit many anomalies that suggest the dependence of the speed of electromagnetic radiation with the motion of its source. This dependence is different from that predicted from emission theories that long ago have been demonstrated to be wrong. By relating the velocity of light and the corresponding Doppler effect with the velocity of the source at the time of detection, instead of the time of emission, it is possible to explain quantitatively and qualitatively the spacecraft anomalies. Also, a formulation of electromagnetism compatible with this conception is possible (and also compatible with the known electromagnetic phenomena). Under this theory the influence of the velocity of the source in the speed of light is somewhat subtle in many practical situations and probably went unnoticed in other phenomena.

研究动机与目标

• 调查实验证据是否与光速独立于光源运动的标准假设相矛盾。
• 通过重新解释光的传播方式，解决航天器跟踪中持续存在的异常——如NEAR飞掠时的测距差异和多普勒残差。
• 开发一种可行的电磁理论（VRT），纳入光源速度对光速的影响，同时与已知的电磁现象保持一致。
• 检验深空跟踪数据中观测到的异常是否可通过一种修正的光速模型解释，而无需引入新物理或测量误差。

提出的方法

• 分析1998年NEAR飞掠期间深空网（DSN）与空间测距网（SSN）雷达站之间测距差异的数据，将随时间变化的测距差拟合至方程 δR(t) = -[R(t)·v(t)]/c。
• 应用一种依赖速度的相对论理论（VRT），其中光速在检测时刻为 c + (v·R̂)/c，与标准相对论不同。
• 利用轨道数据和模拟的多普勒信号，将VRT预测与观测到的飞掠异常进行比较，同时考虑天线非均匀运动和切换时间的影响。
• 推导出一个修正的多普勒公式（公式14），其中包含发射和接收时刻的源与接收器速度，从而可与标准相对论（SRT）直接比较。
• 在VRT下调整轨道参数，以消除一阶残差，显示轨道平面仅发生微小旋转，与SRT相比差异极小。
• 通过重现飞掠数据中观测到的具有相位偏移的正弦形多普勒残差，验证了该模型，其形状和振幅与报告的图表完全匹配。

实验结果

研究问题

• RQ1 1998年NEAR飞掠期间观测到的1公里测距差异能否通过依赖速度的光速模型加以解释？
• RQ2 为何航天器跟踪中的多普勒残差表现出与标准相对论不一致的非随机一阶模式（以v/c为参数）？
• RQ3 是否可能构建一种一致的电磁理论，纳入光源速度对光速的影响，同时保持与已知电磁现象的一致性？
• RQ4 尽管此类效应可能存在，为何在以往实验中尚未检测到此类依赖速度的光速效应？
• RQ5 所提出的VRT模型与朴素的弹道理论有何不同？为何在大多数情况下其与SRT在实验上无法区分？

主要发现

• NEAR飞掠期间DSN与SSN之间测距差异（最高达1公里）可被 δR(t) = -[R(t)·v(t)]/c 精确定量拟合，显著性水平 p < 10⁻³。
• 该模型表明，在雷达坐标系中，DSN信号以 c + (v·R̂)/c 的速度传播，这与狭义相对论的第二条公设相矛盾。
• 此前无法解释的飞掠多普勒残差呈现出清晰的正弦波形，其相位偏移与VRT预测完全一致，包括振幅和极小/极大值位置。
• 在VRT下模拟的残差与观测数据高度吻合，由于天线切换时间的影响，飞越前后残差呈现不对称性。
• SRT与VRT轨道之间的唯一区别是轨道平面发生微小旋转，表明与标准星历数据的冲突极小。
• 该理论在大多数情况下与SRT在实验上不可区分，解释了为何尽管此类效应存在于深空跟踪异常中，却长期未被发现。