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从光行差的解释,看近代物理的发展
[楼主] 作者:fuj0  发表时间:2008/06/20 08:26
点击:1337次

 

我提供一些关于光行差的详细汇总的历史资料。因为时间有限,加上不会贴公式,所以文章写得很简单。希望大家给予补充。

 

光行差的解释的过程就是以太理论消亡的过程。单单解释光行差不是什么难题,关键是提出的假设必须与其他的理论协和。我们知道越多,限制越多,越难想提出一个与已知理论协和的理论。从光行差的历史,我们可以看到近代物理界如何一步一步去伪存真,小心翼翼,大胆假设小心求证,最终胜出相对论。

 

请广大的科学爱好者不要着急提出自己的理论,先全面地研究一下前人的理论。请那些以太支持者在掌握全面资料的基础上,重新审视一下自己的观点。

 

1727 年James Bradley在研究星视差stellar parallax的时候,偶然发现了光行差现象。他虽然发现星星的位置是周年变化的,但是位置变化不符合视差理论。位置变化最大的是垂直赤道平面的星星。变化以3个月为周期。

 

基于光粒子的解释及问题

James Bradley以太阳为参考系,用地球和光的相对运动成功解释了光行差。这个解释有两个前提:1 光速是有限,对于太阳是C,不是当时人们认为的无限大。2 光是粒子流,不需要媒介以太。

但是这个解释有个问题:如果光是粒子,那么他的速度应该与光源有关。可是James Bradley在解释光行差的时候没有考虑光源速度。当时也没有试验证明光速与光源有关。这个问题一直悬着,直到电磁学发展,人们开始用波和以太来解释光,抛弃了粒子观念。

 

 

基于波的原始解释及问题

人们提出以经典的静止的以太为参考系(抛弃了太阳),地球和光都相对以太运动,光速对于以太恒定。这样得出的公式与James Bradley的公式吻合,而且解释了为什么不用考虑光源的速度。

但是这个解释还是有问题:

1,与电磁学Maxwell's equations矛盾:简而言之,Maxwell认为光波是planewave,可是上边的解释是将光波进行了伽利略变换,使得光波对于地球系不再是planewave,而是slanted。

 

2,望远镜灌水

改良后的光行差公式tan(q) = v/c。这个公式的前提是纯以太。可是我们实际观察星空时要透过大气,因此必然要考虑大气影响。上述公式应该改为tan(q) = nv/c,n代表折射率。根据这个新公式,如果我们望远镜灌水,水的折射率为1.33,我们应该可以观测到更大的星行差,可是试验与预期相反,没有任何变化。

 

历史上的著名假设

鉴于基于波的原始解释存在的问题,使得人们开始尝试新的办法解释光行差,对于以太产生了各种各样的猜想。

 

1818 年Fresnel解决了望远镜灌水的问题,他提出了一个著名的假设。他认为以太可以被介质拖动。折射率越高的介质,拖动以太越明显。他的以太拖拽速度公式为 (1 - 1/n2)v。因为大气的折射率很低,所以不会拖动以太,仍然存在以太风。水的折射率大,拖动以太比较明显,两者相互抵消。这个假设天才地解释望远镜灌水,但是根据Fresnel的假设公式继续推会发现不同频率的光需要不同的以太。这使得Fresnel的假设的意义大打折扣。

 

洛仑兹是经典以太的坚决拥护者。他通过电磁学的研究,提出了当地时间的假设。并用时间收缩来解释光行差。这就是著名洛仑兹变换的前身。洛仑兹指出Fresnel的假设和自己的时间收缩的假设在公式上渐合。只不过是公式的物理解释不同。

 

Stokes(董银力最近力捧的一个人)也提出的一种猜想。因为以太不能旋转,不具有粘性,不能压缩(黄德明的观点),所以以太可以被地球拖动,以太在地球表面和地球一起动。光在穿过以太层到达地球表面时不断地偏斜(deflection)。这样至少可以近似地解释光行差。洛仑兹认为Stokes的理论有自相矛盾的地方:球体表面的潜在的flow field对于球体的速度并不为0。这样会有地球表面以太风在各点速度不同,导致地球上各点的光行差不一致。

 

Planck(发明普朗克常数的那个人)为了绕过洛仑兹的反驳有提出了另外一种假设。假设以太可以压缩,越接近地球表面浓度越大。这样解决了Stokes 假设存在的问题。尽管这个想法更荒谬,洛仑兹起初也认为是一个解决问题的好办法。但是后来洛仑兹发现无法保证光在经过高浓以太时速度不变。洛仑兹说:解决光行差问题,没有假设是不行的,因此我们从来不急于否定任何假设。但是要同时保住光速不受影响,又要保证以太的浓度可变,这是无法令人满意的。

 

以太的消亡。

Stokes的以太拖拽理论的失败,只剩下了Fresnel的介质拖拽理论和洛仑兹的时间收缩理论,尽管他们看上去都很荒谬。这两种理论全都承认会有以太风。但是Michelson-Morley experiment对上述的假设是一个致命的打击。最终洛仑兹引入了

Fitzgerald的长度收缩理论解释MM试验,完成了全部的洛仑兹变换。至此以太丧失了全部的机械性质。1905年爱因斯坦在不用以太的情况下也导出了洛仑兹变换,并成功地用相对论解释了光行差。

 

后话

洛仑兹变换的最终完成与庞嘉伦的帮助分不开。庞嘉伦帮助洛仑兹解释了变换中的常数V。虽然洛仑兹变换是相对论的基石,洛仑兹始终认为爱因斯坦功劳最大。庞嘉伦和爱因斯坦似乎有些矛盾。庞嘉伦始终闭口不认爱因斯坦,不提相对论,只提洛仑兹是近代物理的奠基人。洛仑兹,一个坚定的以太支持者,千方百计地想保住以太。可是他为以太设计的护身符--洛仑兹变换却成为了导致以太消亡的最后一颗子弹。

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 [2楼]  作者:youngler  发表时间: 2008/06/20 09:55 

 

    任何理论都有问题,但是为什么狭义相对论能够胜出?历史总被错误的解读。几乎所有写狭义相对论历史的人,都是“鸡蛋壳里做道场”,都忘了那个时代科学的真正问题是水星剩余进动,广义相对论才是关键性的理论。Eddington 星光偏折观测推动 Einstein 一夜成名,从而也带动狭义相对论一起成名。

 



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[楼主]  [3楼]  作者:fuj0  发表时间: 2008/06/20 10:13 

楼上,你想说什么????
 [4楼]  作者:222.240.55.*  发表时间: 2008/06/20 10:27 

别想捡便宜!
爱因斯坦想捡洛仑次兹收缩假说解释光行差的便宜,妄想!洛仑次说的是观察者本参考系的绝对收缩,爱因斯坦的相对论不允许观察者本参考系的收缩——这个便宜捡不到。
你就别想趁我正在批评董银力的机会捡便宜,我同时对付几个对手不在话下,甚至对手多多益善,何况你还够不上我的对手的资格。


曾云海
 [5楼]  作者:youngler  发表时间: 2008/06/20 10:49 

 

    如果没有广义相对论,我们今天可能还在讨论 Lorentz 的理论,狭义相对论,哪个更好。这两个理论,可检验部分的结论是一样的,实验没有办法区别。历史不能假设,地球科学的历史上,有广义相对论,讨论如果没有广义相对论,科学会怎么样,这类问题没有意义。有意义的事情是,促成 Einstein 获得 Nobel 奖的主要原因是什么,从这个事情我们能够读出什么?这个原因当然不是光电效应的解释,而是相对论。是哪个相对论?我认为是广义相对论。



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 [6楼]  作者:youngler  发表时间: 2008/06/20 10:54 

 

    1919 年 Eddington 光线偏折观测发表以后,1921 年 Einstein 就获得了 Nobel 奖。所以我认为,这个奖是奖给广义相对论,不是奖给狭义相对论。狭义相对论不过是搭车成名的理论,不是因为它的理论本身的优点,符合实验。所有为狭义相对论展开的争论,批评或者辩护,都是陷入科学陷阱的黑洞,不着问题边际。正因为这一点,即使科学社会发现比狭义相对论更好的理论,比如传说有美国学者用流体力学推导出高速物象规律体系,也因为没有解决科学真正的问题,而被忽视。



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[楼主]  [7楼]  作者:fuj0  发表时间: 2008/06/20 11:05 

楼上,
爱因斯塔是因为发现光电效应得的Nobel 奖。你好好查查资料。
爱因斯坦从来没有因为相对论得过Nobel 奖。
爱因斯坦在授奖时倒是谈到了相对论。
 [8楼]  作者:youngler  发表时间: 2008/06/20 11:11 

 

    楼上,也真是,我当然知道 Einstein 是因为光电效应的名义得奖,也知道发奖委员会这个违心的话。看问题看本质,不是别人的做事表象。



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[楼主]  [9楼]  作者:fuj0  发表时间: 2008/06/20 11:23 

楼上,
我更不能理解了。

看来你认为广义相对论对,而狭义相对论不对。

可是狭义只是广义的一个特例啊
[楼主]  [10楼]  作者:fuj0  发表时间: 2008/06/20 11:30 

还有,狭义相对论涉及的人太多,洛仑兹,庞嘉来等。把狭义相对论归功于爱因斯坦,并授予诺贝尔奖是不公平的。
 [11楼]  作者:youngler  发表时间: 2008/06/20 11:35 

对【9楼】说:

 

    楼上,看来你是被误导了,广义相对论,这个理论不能用名字来理解的,当时人们不懂,只知道 Einstein 以前有一个理论叫做相对论,于是也叫相对论,为了区别,叫广义相对论。两个理论根本没有关系。理论没有对错,只要能够更好的解决新的问题。网没有对错,只有适合或更加适合捕鱼。



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[楼主]  [12楼]  作者:fuj0  发表时间: 2008/06/20 12:22 

<<看来你是被误导了,广义相对论,这个理论不能用名字来理解的,当时人们不懂,只知道 Einstein 以前有一个理论叫做相对论,于是也叫相对论,为了区别,叫广义相对论。两个理论根本没有关系。>>

你从哪儿找的歪理???讲的根真的似的。
你去查查爱因斯坦4篇关于广义相对理论的文章,3片题目都有相对论3个子。
相反,狭义相对论的原文标题没有相对论3个字。
爱氏在讲解广义相对论的开头就提出了将狭义相对论的相对思想推广到非惯性系,,,
广义和狭义两个词朴素一点翻译应该是普遍和特殊。
广义和狭义相对论都是时空几何,拓扑。
广义相对论统一了狭义相对论和万有引力。
 [13楼]  作者:222.244.75.*  发表时间: 2008/06/20 12:59 

这点羊歌乐先生就不对了,讨论相对论就是要从狭义相对论入手,广义相对论是以等效原理从狭义相对论协变的,抛开狭义相对论的两条基本原理去讨论广义相对论、你能说的清楚吗?而且速度相加定律、同时性的相对性都是从狭义相对论约定的,相对论力学也是狭义相对论的东西,你不懂这些,你会懂广义相对论吗?
你5楼的观点就错了,什么洛仑兹的理论,狭义相对论,哪个更好。这两个理论,可检验部分的结论是一样的,实验没有办法区别。——是这样的吗?我3楼对楼主的批评说的就是这个问题。你如果也是那样的观点,就请你将洛仑兹收缩假说所说的迈-莫实验结果与光行差不矛盾的演算方程列出来,人们就会看出洛仑兹理论的时空观念与相对论的时空效应是风牛马不相及的,洛的时空还是无法检验的。

曾云海
 [14楼]  作者:youngler  发表时间: 2008/06/20 13:02 

 

     要这么说,事物都是普遍联系的,理论之间多少会有那么一点联系,Newton 和 Einstein 也是同穿一条裤子,都是真空论。广义相对论和狭义相对论,都基于相对性原理,不过除此之外,好像没有什么联系。广义相对论,更多是一个绝对论,没有坐标系平等,而是局部坐标系和全局坐标系,采用弯曲时空方法。统一,这是不可能的,狭义和广义之间有很多矛盾,比如狭义说光速不变,广义说光速可变。物理学有时候努力走向统一,有时候无奈选择一事一议。



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 [15楼]  作者:youngler  发表时间: 2008/06/20 13:06 

 

    不管怎么样,讨论已有的理论,即使有意义也没有什么真正意义。解决实验和观测的问题,发现新的算式,才是真正的工作。很多人的错误,都是这样,把物象学当作物理学来研究。物理学首先是物象学,应该从研究物象开始,首先应该思考来自物象世界的问题,比如时钟为什么会走慢,物质中为什么有那么巨大的能量,行星轨道为什么会细微偏离万有引力定律的计算,光子靠近星体为什么是减速。但是很多人却是从研究相对论开始研究物理,讲的不是现象世界的道理,而是别人理论世界的道理,然后就是走进理论陷阱出不来,浪费大量精力和世间。



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 [16楼]  作者:222.244.153.*  发表时间: 2008/06/20 14:39 

【15楼】……但是很多人却是从研究相对论开始研究物理,讲的不是现象世界的道理,而是别人理论世界的道理,然后就是走进理论陷阱出不来,浪费大量精力和世间。



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你不曾研究过、你又为什么说相对论是错误的,你是凭空说洛仑兹理论和狭义相对论可检验部分的结论是一样的吗——本主题讨论的就是这个问题的光行差现象的这个细节,你应该说说你的是一样的论据。

曾云海
 [17楼]  作者:youngler  发表时间: 2008/06/20 15:16 

 

    我没有说狭义相对论错了,我只是说它讨论的不是科学关键的问题,它只是因为作者的另一个理论出名而搭车出名。理论不过是捕捉物象的工具,只有鱼的多少,没有网的对错。我觉得,这个时代,科学研究应该是,放下所有的物理,留下所有的物象,用你自己的头脑,去把来自于物象世界的问题解决。当然物理学所谓的解决问题,是必须数学化的。



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 [18楼]  作者:董银立  发表时间: 2008/06/20 16:07 

潘根已经彻底葬送了相对论,他还想将功补过?

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当用加速度计测量地球加速度的实验出现零结果后,无人惊呼:难道地球的加速度是零?!难道地球是宇宙中心?!当mkex-ml实验测量地球速度是实验出现零结果后,人们又何必惊呼:难道地球静止在绝对空间里?难道地球是宇宙中心?
 [19楼]  作者:董银立  发表时间: 2008/06/20 16:08 

当地球相对地球上的光煤质静止时,地球照相可以看到恒星的光行差!光行差现象与M-M实验并不矛盾。

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当用加速度计测量地球加速度的实验出现零结果后,无人惊呼:难道地球的加速度是零?!难道地球是宇宙中心?!当mkex-ml实验测量地球速度是实验出现零结果后,人们又何必惊呼:难道地球静止在绝对空间里?难道地球是宇宙中心?
 [20楼]  作者:董银立  发表时间: 2008/06/20 16:11 

他会把所有的困难都栽赃到经典物理身上,把所有光环都贴到相对论身上。

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当用加速度计测量地球加速度的实验出现零结果后,无人惊呼:难道地球的加速度是零?!难道地球是宇宙中心?!当mkex-ml实验测量地球速度是实验出现零结果后,人们又何必惊呼:难道地球静止在绝对空间里?难道地球是宇宙中心?
 [21楼]  作者:222.240.32.*  发表时间: 2008/06/20 20:46 

[17楼] 作者:youngler 发表时间: 2008/06/20 15:16 [加为好友][发送消息][个人空间]回复 修改 来源 删除

我没有说狭义相对论错了,我只是说它讨论的不是科学关键的问题,它只是因为作者的另一个理论出名而搭车出名。理论不过是捕捉物象的工具,只有鱼的多少,没有网的对错。我觉得,这个时代,科学研究应该是,放下所有的物理,留下所有的物象,用你自己的头脑,去把来自于物象世界的问题解决。当然物理学所谓的解决问题,是必须数学化的。



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羊歌乐先生,你是叫人们放下自伽利略以来(或者更前期)以来的所有物理)的所有物理,先人的成果都不要了,都去研究自然界的物象吗?——如果是,这是什么奇谈怪论呀!谁有这么神圣,能超越千百年来的千千万万研究者,你的《大领悟》就是这么写的吗,那一定没有多少价值。

曾云海
[楼主]  [22楼]  作者:fuj0  发表时间: 2008/06/21 00:25 

董银荔,

我这篇文章有一半是为你写的。就算你不喜欢我的观点,你至少也的尊重我的辛苦劳动吧。

国内这方面的资料不全,造成信息不对称,必然会产生一些误解。我辛辛苦苦地在国外的网站上找资料。我知道你不懂洋文,还帮你把洋文翻成中文。目的很清楚,,,

如果你仔细看看我的文章,你会发现:Stokes 原始的理论和普朗克改进后stokes理论在相对论诞生之前就被你的经典物理内部否决了。

难道你连经典物理委员会做出的最后决议也有疑义?如果你为经典物理扶正而去打倒相对论,这还算是皇族内部斗争。你连经典都不要了,就成了地地道道的造反了。

你说:他会把所有的困难都栽赃到经典物理身上,把所有光环都贴到相对论身上
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这不是关公战秦琼,八杆子打不着的事吗。
 [23楼]  作者:平阳睡狮  发表时间: 2008/06/21 00:42 

声行差也是客观存在的现象,但是没有得到应有的重视和研究。只有考虑到流体媒质具有粘性,才能得意合理的解释。遗憾的是,绝大多数反相学者对粘性流体知识根本不了解。
[楼主]  [24楼]  作者:fuj0  发表时间: 2008/06/21 00:52 

增云海,

我本来对你没有什么好印象。看了你最近写的东西,觉得你还是有头脑的,至少你是用科学态度去看经典和相对论。

我在多说几句,希望不要遭致你的非科学性的回复。

你对洛仑兹变换好像很有研究,觉得爱因斯坦偷窃了洛仑兹变换,并改变了洛仑兹变换的本意。

其实,恰恰是庞嘉伦和爱因斯坦给洛仑兹变换注入了无穷的活力。否则洛仑兹变换早就被否决了。

洛仑兹变换的本意是以太改变了在以太内运动的物体的时间和长度。可是这个解释明显违反了相互作用的原理。如果引入物体对以太的作用,洛仑兹变换就必须再改变。洛仑兹一度也认为自己的公式是错的。庞嘉伦用数学解释了洛仑兹变换,认为变换是三维空间对于CT轴的旋转。爱因斯坦抛弃了以太,避免了相互作用疑问,保住了罗变换。爱因斯坦反复强调他的理论完全可以从洛仑兹变换导出来。洛仑兹最后也认同了庞嘉伦和爱因斯坦的说法,成为近代物理的奠基人。因为洛仑兹和庞嘉伦对于相对论的杰出贡献,爱因斯坦也没有因为狭义相对论而获奖,没有独享功劳和荣誉。至于广义相对论,那完全是爱因斯坦和他夫人的功劳,爱因斯坦因此成名也无可厚非。

洛仑兹获得诺贝尔奖的论文完全没有他的变换有名气。这都要感谢庞嘉伦和爱因斯坦。

[楼主]  [25楼]  作者:fuj0  发表时间: 2008/06/21 00:57 

平阳睡狮,
你好像对于Stokes的理论有所了解。我的文章里提到了Stokes的以太理论和洛仑兹对其理论的反驳。你能把他们之间的交锋具体解释一下吗????
 [26楼]  作者:平阳睡狮  发表时间: 2008/06/21 01:13 

我认为,以太与水和空气类似,都具有粘性,属于流性物质。
[楼主]  [27楼]  作者:fuj0  发表时间: 2008/06/21 01:21 
 [28楼]  作者:youngler  发表时间: 2008/06/21 08:56 

 

    有些朋友,钻字眼儿,这样难以理解别人的意思。放下所有的物理,并不等于以后不再拿起,不再选择。先放下过去的科学,搜集实验资料,进行独立思考,然后反思过去的科学,哪些是该留下的,哪些是该放弃的。



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 [29楼]  作者:61.150.161.*  发表时间: 2008/06/21 09:44 


增云海,

我本来对你没有什么好印象。看了你最近写的东西,觉得你还是有头脑的,至少你是用科学态度去看经典和相对论。

我在多说几句,希望不要遭致你的非科学性的回复。

你对洛仑兹变换好像很有研究,觉得爱因斯坦偷窃了洛仑兹变换,并改变了洛仑兹变换的本意。

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fujo,
我看清了你写主题帖的目的!你却看不懂我反驳的是什么?或者是故意回避其要害而扰乱!
1、你主题帖的目的是开尔文等说的物理天空的那朵乌云(具体的表象是光行差现象与迈-莫实验结果的矛盾),已经由洛仑兹收缩假说的洛仑兹变换解决,而爱因斯坦的相对论同样是用的那一套洛仑兹变换式,所以相对论是解决了光行差现象与迈-莫实验结果的矛盾的。因而,你们这些人用地球拖曳了以太(广义的说是传播光的载体)是错误的。
2、我的反驳是:(一)洛-菲收缩假说解释的是臆想的如果观察者所在的参考系相对绝对静止的以太运动,那么运动方向的长度会绝对收缩,他用洛仑兹变换可以解释光行差与迈-莫实验的矛盾,虽然那个收缩的臆想无依据,但是用数学方式解释了其矛盾——这里的收缩(包括时间的相应变换)是运动系对绝对静止以太的绝对,以任意的速度运动都是以太风为0,而且任何人都没有方法测量到长度收缩和时间膨胀的程度。(二)你是强奸相对论盗用洛-菲收缩假说解释光行差与迈-莫实验结果矛盾的方式说相对论解释了此矛盾(或者你根本不懂)!实际上,相对论根本不能够解释光行差与迈-莫实验的矛盾!(三)所以,勒令你和羊歌乐写出洛仑兹收缩假说解释迈-莫实验与光行差的计算方程,然后拿出相对论的洛仑兹变换的时空效应的含义比较,从而使广大网友明白。


曾云海
 [30楼]  作者:61.150.161.*  发表时间: 2008/06/21 09:56 

28楼] 作者:youngler 发表时间: 2008/06/21 08:56 [加为好友][发送消息][个人空间]回复 修改 来源 删除

有些朋友,钻字眼儿,这样难以理解别人的意思。放下所有的物理,并不等于以后不再拿起,不再选择。先放下过去的科学,搜集实验资料,进行独立思考,然后反思过去的科学,哪些是该留下的,哪些是该放弃的。



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是这样的吗?我们现在不是在进入了反思过去科学的阶段吗!你又如何还要回避,并且劝别人不要反思呢?


曾云海

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