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真诚奉献:用光纤陀螺仪测地球自转的引力场以太漂移原理及其数学证明
[楼主] 作者:刘岳泉  发表时间:2008/02/19 22:41
点击:1917次

    将圆环半径为r的光纤陀螺仪平面以θ角倾斜于地球自转轴而置于地面,圆环上任意点到自转轴的距离为R,以地球自转方向地面为x轴正向,以通过圆环中心垂直于自转轴反向为y轴方向,圆环整体以角速度ω随地球转动,当光信号在光纤陀螺仪的圆环上传递时,圆环中心将随地球一起转动,而光信号只能保持在地球引力场中的速度c不变,圆环上任意点在地球自转方向上将出现-的以太漂移速度,它在光纤圆环上的投影值为-sinθcosφ,经时间t-后在圆环上漂移的弧度为-ωt-sinθcosφ,那么以圆环中心为圆心,光信号在圆环逆时针方向(地球自转方向的圆环最低位点φ等于零为起点)的坐标为

x = r sin[φ-ωt-sinθcosφ]      y = -r cos[φ-ωt-sinθcosφ]

由于ωt与光信号相位φ变化相比微不足道,所以经过时刻dt-后,xy的微分变量可分别表达为:

dx = r (dφ-ωsinθcosφdt-) cos[φ-ωt-sinθcosφ]

dy = r (dφ-ωsinθcosφdt-) sin[φ-ωt-sinθcosφ]

在圆环上光程的微分距离c2dt2= dx2 + dy2

cdt-= r (dφ-ωsinθcosφdt-)

得到:

dt-= r dφ/(c+r ωsinθcosφ)

φ进行2π周期积分得:

T-= 2 πr /(c+r ωsinθ)

      同样原理,我们计算沿顺时针方向一周的信号时间T+为:

T+= 2 πr /(c-r ωsinθ)

两反向信号的时间差T+ - T- 是:

T+ -T-= 4 πr2ωsinθ /(c2-r2ω2sin2θ)

证毕。

    这里是为了计算简化只考虑光纤折射率等于1的情况推导的,在更一般的情况下,用我论文中的方程(5)或方程(7)代入的计算结果(要注意速度的矢量合成)将同样与光纤折射率无关,相信这一点是任何其他理论都无法做到的。大家不妨试试看(这里也许公式没贴图的表达效果不好)?



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 [2楼]  作者:yanghx  发表时间: 2008/02/20 01:14 

前面的坐标系设置没看明白,能否画个简图?或者文字解释一下?
[楼主]  [3楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2008/02/20 01:45 

对【2楼】说:
    太复杂无法用图示表达。中括符[ ]内的相位角,φ是指没有漂移存在时光信号所处的相位角, ωt-sinθcosφ则是表示地球转动引起圆环内光信号要退行(即漂移)的相位角,等于在时间t-内地球转动的弧线长度除以其转动半径,这与你所说的“牵连运动”中“小圆角速度=大圆角速度”是一致的。要知道,这可是我昨晚受你的启发才完成这种复杂证明的。

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 [4楼]  作者:yanghx  发表时间: 2008/02/20 01:59 

另外,最后的公式的分子里怎么没有ω呢?
如果分子里有ω,那么ω*sinθ就是该点处的角速度垂直分量了?
[楼主]  [5楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2008/02/20 02:05 

对【4楼】说:
    谢谢指正!弄丢了,修改补上。

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 [6楼]  作者:马国梁  发表时间: 2008/02/20 10:24 

(T+) -(T-)= 4 πrrω sinθ /(cc-rrωω sin2θ)
取θ等于90度,略去分母中的二次微小量rrωω sin2θ,结果跟我的Δt′公式一样嘛!
以太不能被引力场拖拽,光速也受引力场影响极小。只有实物质系统才能大大改变光速啊!



 [7楼]  作者:黄新卫  发表时间: 2008/02/20 19:12 

【光信号只能保持在地球引力场中的速度c不变】,是什么意思呢?一般认为c是相对以太的。地球引力场是旋转的吗?如果旋转,和以太同步吗?
【圆环上任意点在地球自转方向上将出现-Rω的以太漂移速度】,这正是需要严格证明的,

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 [8楼]  作者:hudemi  发表时间: 2008/02/20 19:37 

感谢岳泉辛勤劳动推导公式!粗粗看了一下,我认为:
1、基本思路是正确的;
2、结果是正确的;
3、比我提的问题进一步扩展为更一般情况,难得!

但没有来得及细检查推导的细节,另外有些具体问题我还没有看明白。我将问题提在((()))内。

=========================================================
将圆环半径为r的光纤陀螺仪平面以θ角倾斜于地球自转轴而置于地面,圆环上任意点到自转轴的距离为R,以地球自转方向地面为x轴正向,以通过圆环中心垂直于自转轴反向为y轴方向,圆环整体以角速度ω随地球转动,当光信号在光纤陀螺仪的圆环上传递时,圆环中心将随地球一起转动,而光信号只能保持在地球引力场中的速度c不变,圆环上任意点在地球自转方向上将出现-Rω的以太漂移速度,它在光纤圆环上的投影值为-Rωsinθcosφ(((φ是什么角?)))经时间t-后在圆环上漂移的弧度为-ωt-sinθcosφ,那么以圆环中心为圆心,光信号在圆环逆时针方向(地球自转方向的圆环最低位点φ等于零为起点)的坐标为
x = r sin[φ-ωt-sinθcosφ]      y = -r cos[φ-ωt-sinθcosφ]

由于ωt与光信号相位φ变化相比微不足道(((为什么?另外,光信号相位指的是什么?)))所以经过时刻dt-后,x和y的微分变量可分别表达为:

dx = r (dφ-ωsinθcosφdt-) cos[φ-ωt-sinθcosφ]

dy = r (dφ-ωsinθcosφdt-) sin[φ-ωt-sinθcosφ]

在圆环上光程的微分距离c2dt2= dx2 + dy2为(((该式子是何含义?是从哪个参考系观察的?)))

cdt-= r (dφ-ωsinθcosφdt-)

得到:

dt-= r dφ/(c+r ωsinθcosφ)

对φ进行2π周期积分得:(((是从哪个参考系观察的,只能从光纤环静止的参考系看为2π,其它系如以太系或不再为2π。)))

T-= 2 πr /(c+r ωsinθ)

      同样原理,我们计算沿顺时针方向一周的信号时间T+为:

T+= 2 πr /(c-r ωsinθ)

两反向信号的时间差T+ - T- 是:

T+ -T-= 4 πr2ωsinθ /(c2-r2ω2sin2θ)

证毕。

    这里是为了计算简化只考虑光纤折射率等于1的情况推导的,在更一般的情况下,用我论文中的方程(5)或方程(7)代入的计算结果(要注意速度的矢量合成)将同样与光纤折射率无关,相信这一点是任何其他理论都无法做到的(((你多次强调这一点,事实上,目前的推导做到了,按以太的观点也能做到!)))。大家不妨试试看(这里也许公式没贴图的表达效果不好)?

 

[楼主]  [9楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2008/02/20 19:46 

对【7楼】说:

    真是对你没办法,你听谁会怀疑“地球引力场是旋转”?我的“引力场以大”旋转以后还会有以大风吗?

    我发的这这个帖子的目的不就是为了严格证明以太漂移速度吗?除了象我这样引入以太漂移速度的概念之外,还有谁能严格证明用光纤陀螺可以测地球转动的吗?你可以去请遍全世界的高手试试看?



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[楼主]  [10楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2008/02/20 20:29 

对【8楼】说:

    (((φ是什么角?)))己在[3楼]回答了,不过作点更正,ωt-sinθcosφ是表示地球转动引起的向自转反向的以太漂移速在光纤圆环上的投影值。φ-ωt-sinθcosφ实质上与伽利略变换中的ct=L+vt计算是完全等价的,而关于波动介质中的伽利略变换又必须以介质中波速不变为基础,这里的介质就是引力场。

    (((为什么?另外,光信号相位指的是什么?))),ω是地球的自转角速度,φ是没有漂移时光在光纤内传递的相位变化,可见在相同时间内ωt-φ相比的微不足道性,否则作更高级数展开就要采用更复杂的数值积分方法计算。

    (((该式子是何含义?是从哪个参考系观察的?))),按时髦的说法这是微分几何学方程,实际上就是光速在x-y轴上两个分量的平方和。

    (((是从哪个参考系观察的,只能从光纤环静止的参考系看为2π,其它系如以太系或不再为2π。))),数学积分公式是不涉及参考系的问题的,而且这整个事件除了“以太漂移”之外不涉及其他任何参考系。

    (((你多次强调这一点,事实上,目前的推导做到了,按以太的观点也能做到!))),没错,我这里就是指漂移的以太,当然就包括你的“光介子以太”在内(除非你的不随引力场一同漂移),不与引力场同步的其他任何理论(即使是“以太”理论)都不可能推导出这一公式,这也正是我把以太与引力场捆绑在一起的根本原因。



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 [11楼]  作者:黄新卫  发表时间: 2008/02/20 21:03 

对【9楼】说:

刘先生,如果你认为引力场以太和地球同步旋转,那么和刘启新、齐绩等人的观点就一致了,我也赞同地球拖动以太。

圆环上任意点在地球自转方向上将出现-的以太漂移速度,可是圆环是相对地面静止的,以太也是相对地面静止的,圆环和以太怎么会有相对漂移速度?



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 [12楼]  作者:hudemi  发表时间: 2008/02/20 21:12 

岳泉:
φ是没有漂移时光在光纤内传递的相位变化----(((不知道为什么要涉及到“相位”这种光的微观结构了,我想应该是某某与什么的夹角吧!)))
数学积分公式是不涉及参考系的问题的,而且这整个事件除了“以太漂移”之外不涉及其他任何参考系。----(((这倒不一定,如果从以太系来看,光纤环是转动的,光从发出到再接收要走过一圈多,大于2π。)))
[楼主]  [13楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2008/02/20 21:12 

对【11楼】说:
    这一点你就得自己多问几个为什么了,你还可问问他俩的观点会一陈不变吗?他们过去也一直被误导把眼光死死地盯在迈-莫实验上,你问问他的能严格用数学方法证明光纤陀螺仪测地球自转原理并证明迈-盖实验吗?

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 [14楼]  作者:黄新卫  发表时间: 2008/02/20 21:17 

圆环上任意点在地球自转方向上将出现-Rω的以太漂移速度,可是圆环是相对地面静止的,以太也是相对地面静止的,圆环和以太怎么会有相对漂移速度?
请刘先生解释,愿闻其详。


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[楼主]  [15楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2008/02/20 21:28 

对【12楼】说:

    我这“相位”是引申过来的不知对不对,确切地说光在圆环上的孤度(角度就还需要变换一下)。

    数学积分首先就确定了积分范围,有了“以太漂移”就已经确定不在以太系,站在以太系就只能说光纤运动,这会被相对论者们钻空子,所以我们只能站在测量仪器的角度说话。



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 [16楼]  作者:hudemi  发表时间: 2008/02/20 21:50 

对【15楼】说:

"相位"一词用得不准,易让人混淆。孤度和角度基本是一个意思,但我感觉你还是没有交待清楚具体含义。

我也感觉你是站在仪器系计算的,只是你没有交待清楚。

[楼主]  [17楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2008/02/21 00:11 

对【16楼】说:
    的确有问题,“c2dt2= dx2 + dy2”在地面系是错误的,要改为u2dt2= dx2 + dy2,其他都要作相应修,现在我保留原帖,悄后重新发一个修改帖。

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[楼主]  [18楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2008/02/21 01:12 

修改帖﹕

    将圆环半径为r的光纤陀螺仪平面以θ角倾斜于地球自转轴而置于地面,圆环上任意点到自转轴的距离为R,以地球自转方向地面为x轴正向,以通过圆环中心垂直于自转轴反向为y轴方向,圆环整体以角速度ω随地球转动,当光信号在光纤陀螺仪的圆环上传递时,圆环中心将随地球一起转动,而光信号只能保持在地球引力场中的速度c不变,圆环上任意点在地球自转方向上将出现-的以太漂移速度,它在光纤圆环上的投影值为-sinθcosφφ地球自转方向的圆环最低位点等于零为起点),经时间t-后光信号在圆环上所经过的弧度为(c/r-ω sinθcosφ)t- ,那么以圆环中心为圆心,光信号在圆环逆时针方向的坐标为

x = r sin(c/r-ωsinθcosφ)t-           y = -r cos(c/r-ωsinθcosφ)t-

    经过时刻dt-后,xy的微分变量可分别表达(为了简化计算我们只计算到位置变化的一级效应)为:

dx = (c-sinθcosφ)dt- cos(c/r-ωsinθcosφ)t-

dy = (c-rωsinθcosφ)dt- sin(c/r-ωsinθcosφ)t-

在圆环上光程的微分距离r22= dx2 + dy2

r = (c-rωsinθcosφ)dt-

得到:

φ进行2π周期积分得:

      同样原理,我们计算沿顺时针方向一周的信号时间T+为:

两反向信号的时间差T- -T+  是:

证毕。

    这里是为了计算简化只考虑光纤折射率等于1的情况推导的,在更一般的情况下,用我论文中的方程(5)或方程(7)代入的计算结果(要注意速度的矢量合成)将同样与光纤折射率无关,相信这一点是任何其他理论都无法做到的。大家不妨试试看?



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 [19楼]  作者:yanghx  发表时间: 2008/02/21 10:57 

sagnac与折射率无关的问题是我记错了,超慢光的实验也从一个侧面说明了这个问题,
当时是为了搞清超慢光为什么不能大幅度增加sagnac,
与王汝永探讨过这个问题,当时是把“菲索公式”直接代入sagnac公式(用线速度表达),
最后折射率n被消掉了,时间一长又经常犯糊涂,
[楼主]  [20楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2008/02/21 14:03 

对【19楼】说:
    菲涅尔公式是相对于运动光纤中的光速是u=c/n-v/n2 ,在圆环中两反向回路光束时间差是Δt=4πrω/(c2-v2/n2),公式中的折射率还是不会完全被消掉的,不知这微小的n是否出现观测效应?因为只有在我的理论中才真正会被完全消除。

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[楼主]  [21楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2008/02/21 14:09 

对【18楼】说:

    如果公式图片不能正常显示,请用右键点击打开“图片显示”,也可直接打开我的博客文章查看http://xiangjun-liu.blog.sohu.com/79619279.html>



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 [22楼]  作者:yanghx  发表时间: 2008/02/21 15:48 

还是要从最初的形式来推导,参见下面的推导过程,不见得对,仅供参考:


============================================================
比较合理的推导方法(往返):

以光纤陀螺为例:(这里假设C=c/n,k=1-1/nn)
Δt= L/[(C+kV)-V] - L/[(C-kV)+V]
=【L[C-kV+V] - L[C+kV-V]】 / [C+kV-V][C-kV+V]
=[ LC -LkV +LV -LC - LkV +LV] / [C+ V(1-k)][C- V(1-k)]
=[ -LkV +LV - LkV +LV ] / [C+ V(1-k)][C- V(1-k)]
= 2L(V-kV) / [CC-VV(1-k)(1-k)]
= 2LV(1-k) / [CC-VV(1-k)(1-k)]
≈ [2LV/nn] / CC
= 2LV/nnCC
= 2LV/cc


备注:
在 Δt= L/[(C+kV)-V] - L/[(C-kV)+V] 中,
C+kV 的含义是:V与C同向,所以相对光速减小为:(C+kV)-V,
C-kV 的含义是:V与C反向,所以相对光速增大为:(C-kV)+V,


000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
比较合理的推导方法(单程):

用sagnac的概念来分析(这里假设C=c/n,k=1-1/nn):
去程的时间为:
T=L/(c-v)
假设:v=0时有:T'=L/c
则考虑介质影响后的单程直线saganc时差为:
ΔT= T-T'
={L/[(C+kV)-V]} - (L/C)
=[LC - L(C+kV-V)]/(C+kV-V)C
=LV(k-1)/(C+kV-V)C
=LV(k-1)/[CC+CV(k-1)]
=(-LV/nn)/(CC -CV/nn)
= -LV/nn(CC -CV/nn)
= -LV/(nnCC-CV)
= -LV/(cc-cV/n)
= -LV/c(c-V/n)

对于超慢光的n很大,所以单程的情况下,可以忽略V/n,于是ΔT趋近于:
ΔT= -LV/cc
所以超慢光无法利用增大折射率n(减小光速)来增加sagnac时差,
但对于超快光的n很小(n小于1),所以V/n不容忽视,于是ΔT为:
ΔT= -LV/c(c-V/n)
所以只有超快光有可能通过减小折射率n(加大光速)来得到大的saganc时差,
但是这方面的工作目前看来可能也不是很顺利,



[楼主]  [23楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2008/02/21 16:08 

对【22楼】说:
    既然是伽利略速度合成,你要引用菲涅尔公式用我那“u=c/n-v/n2 ”多简单呀(我自已的公式与这略有差异),你要加一个系数k就很容易算错,有很多重要的内容就是被“≈”了。你再用我的方法把这推导一遍看结果如何?

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 [24楼]  作者:hudemi  发表时间: 2008/02/21 16:19 

岳泉:
你的18楼公式未显示出来。个人感觉,推导过程中还是有些问题未说清楚,还是集中于我上面提过的参考系问题和角度问题。
 [25楼]  作者:yanghx  发表时间: 2008/02/21 16:50 

对【23楼】说:
我不太明白你的(13式):
δ=2cΔt/λ= 4vL(n-1-λdn/dλ)/cλ
是怎么回事?好象n增加后,可以使δ随之增加?
[楼主]  [26楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2008/02/21 16:51 

对【24楼】说:

    参考系问题本来就不是问题,只是我这几天也被http://club.xilu.com/hongbin/msgview-950451-103313-3.htmlc2dt2= dx2 + dy2的错误公式,现在改为“r22= dx2 + dy2”就很容易理解了,其实这就是我论文中方法的微分形式。前面的坐标表达方法是我思考了好几天才想到的,现在应该也好理解了,后面的数学公式在网速较慢时可能显示不出,按我的第 [21楼]方法就行了。

 

 



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[楼主]  [27楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2008/02/21 17:13 

对【25楼】说:

    对!λdn/dλ是光的色散效应,是光源与光纤或其它透明媒质之间存在多普勒频移时的发生的现象,不过,我的第(13)式与光纤陀螺仪的工作原理不同,前者有光程差变化和多普勒频移效应而后者没有,所以第(13)式与光纤陀螺仪原理无关。

(本贴的原帖解释错误,这里已作了更正)

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 [28楼]  作者:yanghx  发表时间: 2008/02/21 20:55 

可超慢光实验就需要知道:光波导相对以太运动的单程激光实验结果会怎样,
如果我没理解错的话,把实验装置旋转180度就相当于你(13式)说的情况了吧?
那超慢光实验就很容易得到很大的sagnac时差了,但现在看来情况并非如此,
[楼主]  [29楼]  作者:刘岳泉  发表时间: 2008/02/21 22:08 

对【28楼】说:

    超慢光实验的原文一直没找到(不记得存放到哪里去了),如果是利用了多普勒频移效应,那么由于是根据介质材料频移的高色散效应,我的第(13)不能作这种粗略的级数展开而需要根据公式(7)重新计算。但其基本原理不外乎使材料的折射率在哪种情况下产生突变,这都只能直接对我的第(7)的n求导数计算。

    关于光波导相对以太运动的单程激光实验问题我也不知道原理,但如果运动体与光源之间没有相对运动就没有(13)式的效应。



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 [30楼]  作者:hudemi  发表时间: 2008/02/22 12:51 

岳泉:
今天我又稍仔细看了一下你的推导,我认为是有问题的。
1、“经时间t-后光信号在圆环上所经过的弧度为(c/r-ω sinθcosφ)t-”有误!该式中竟然与R不再有关系,一直是我奇怪的(在你的条件中,R也应是个变量)。比如:以最简单的同轴情况为例子,应该为 (c/r-ω)t,而你的公式为-(c/r-ω cosφ)t-,此时不应该与φ有关;
2、从x = r sin(c/r-ωsinθcosφ)t- y = -r cos(c/r-ωsinθcosφ)t-到下面的微分式子有问题!。φ和t都是变量,两式相乘,微分式子应是两个项之和,但你下面只有一项,有些问题;
3、从第一次推导我发现问题你纠正为第二次推导,但两次结果竟然还一样,令我非常惊奇。

由于看得匆忙,所提问题不一定正确,仅供参考!

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