宋朝记载的超新星爆发和光速不变

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。