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宋朝记载的超新星爆发和光速不变

瞿立建 2016-01-09

转自《从牛顿定律到爱因斯坦相对论》

九百多年前,有一次非常著名的超新星爆发事件,当时北宋王朝的天文学家做了详细的记载。据史书称:爆发出现在宋仁宗至和元年五月(1054年)。在开始的二十三天中这颗超新星非常之亮,白天也能在天空上看得到它,随后逐渐变暗,直到嘉佑元年(1056年)三月,才不能为肉眼看见,前后历时二十二个月。这次爆发的残骸就形成了著名的金牛座中的星云,叫做蟹状星云。

这条古老的记录同光速颇有关系。当一颗恒星发生超新星爆发时,它的外围物质向四面八方飞散。也就是说,有些爆发物向着我们运动(图中A处),有些运动方向则在垂直方向(图中B处)。假设爆发物速率为\[u\],爆发物发出的光的速率为\[c\]。根据直觉,在我们看来,A点向我们发出的光的速度是$c+u$ ,而B点向我们发来的光的速度则大约仍是$c$。此也即伽利略速度合成公式。

这样,由A点发的光到达地球的时间是$t=\frac{L}{c+u}$ ,而由B点发的光到达地球的时间是 $t’=\frac{L}{c}$。蟹状星云与地球的距离L大约是5千光年,爆发速度是每秒1500公里左右。用这些数据来计算,很容易得到$t’-t\approx 25$年。

也就是说,我们至少在25年里都可以看到开始爆发时所产生的强光。然而,这是错误的,不符合事实的。历史的记录是:岁余稍没,即一年多就看不见了。这就证明上面的推算有问题。结论似乎应该是:从A点或B点向我们发射的光,速度是一样的。即光速与发光物体本身的速度无关,无论光源速度多么大,向我们发来的光的速度都是一样的。光速并不遵从经典的伽利略速度合成律。

分类目录 物理科普 标签 伽利略变换, 光速不变原理, 相对论, 超新星
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