[发明专利]一种光速各向异性测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及空间物理学领域，尤其涉及与狭义相对论有关的一种光速各向异性测量装置。

背景技术

狭义相对论的一个基本原理就是光速不变原理，但是有一些相对性的理论认为在某些特定坐标系来看，光速不一定是不变的。从最早的迈克尔逊－莫雷实验到目前深空探测原子钟比对和观测双光子吸收一阶多普勒效应试验，都在试图寻找光速的空间各向异性，这些实验都在不同精度上证明了光速不变性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种光速各向异性测量方法，在更高的精度上测量光在不同转播方向速度是否一样。

为解决上述技术问题，本发明提供一种光速各向异性的测量方法，涉及空间冷原子钟系统和第一、第二微波时频传输系统，所述空间冷原子钟系统位于地球外空间的可移动装置上，所述第一、二微波时频传输系统分别位于地球表面不同地理位置；所述空间冷原子钟系统与所述第一、第二微波时频传输系统之间通过电磁波传递时间信号；所述光速各向异性的测量方法，包括以下步骤：

步骤一、所述空间冷原子钟系统在外空间的0处，将自身时间频率向第一、第二微波时频传输系统以电磁波方式发出，从所述第一、第二微波时频传输系统分别获得光速下传时间量Ta、Tb；

步骤二、所述空间冷原子钟系统经过时间△T移动到0’处，然后所述空间冷原子钟系统同时接收从所述第一、第二微波时频传输系统发出的时间信号，并分别获得所述第一、第二微波时频传输系统的光速上传时间量Tc、Td；

步骤三、根据下列公式：

|Tc-Ta|=|Δs1+Δm1+M1cosθ1|      （7）

|Td-Tb|=|Δs2+Δm2+M2cosθ2|      （8）

式中：

△s1代表所述空间冷原子钟系统在0处同时与所述第一、第二微波时频传输系统进行时间频率传递时，第一、第二微波时频传输系统之间的时间频率传递偏差，

△s2代表所述空间冷原子钟系统在0’处同时与所述第一、第二微波时频传输系统进行时间频率传递时，第一、第二微波时频传输系统之间的时间频率传递偏差，

△m1代表所述空间冷原子钟系统从0点、0’处对所述第一微波时频传输系统分别进行时间信号下传与上传之间的误差，

△m2代表所述空间冷原子钟系统从0点、0’处对所述第二微波时频传输系统分别进行时间信号下传与上传之间的误差，

θ1代表所述空间冷原子钟系统从0点、0’处对所述第一微波时频传输系统分别进行时间信号下传与上传之间的光速异常坐标方向和信号传输方向的夹角，

θ2代表所述空间冷原子钟系统从0点、0’处对所述第二微波时频传输系统分别进行时间信号下传与上传之间的光速异常坐标方向和信号传输方向的夹角，

M1为气敏系数常数，其大小与所述空间冷原子钟系统从0点、0’点处对所述第一微波时频传输系统分别进行时间信号下传与上传的光程所经过的空间气体密度、温度、湿度和气体种类有关，

M2为气敏系数常数，其大小与所述空间冷原子钟系统从0点、0’处对所述第二微波时频传输系统分别进行时间信号下传与上传的光程所经过的空间气体密度、温度、湿度和气体种类有关；

上述△s1、△s2，θ1、θ2，△m1、△m2分别能通过卫星定位授时技术、空间时钟传输技术获得；M1、M2分别能通过大气物理学和空间物理现有技术获得。而Ta、Tb，Tc、Td也能通过卫星定位授时技术获得。

判断：当式（7）、（8）中各自的等式左边与右边之间的误差范围均小于设定的理论误差阈值时，则证明光速的空间各向同性，否则认为光速的空间各向异向。

进一步的，寻找一个合适的空间点作为0’点，使得Tc=Td，这样，联立式（7）、（8），让式（7）、（8）各自等号的两边各自分别相减，如果两边所得到的差值之间的误差范围均小于设定的理论误差阈值时，则证明光速的空间各向同性，否则认为光速的空间各向异向。

更加优选的，使所述空间冷原子钟系统移动到第三点0″点，同时与所述第一、第二微波时频传输系统进行时间频率传递，得到与公式（7）、公式（8）同类的公式，对公式（7）、公式（8）进一步验证。

根据上述，本发明能在更高的精度上验证光在不同转播方向速度是否一样。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步具体说明。

图1为空间冷原子钟系统与第一、第二微波时频传输系统的位置关系及时间信号传递示意图。