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单向光速理论上可测
[楼主] 作者:jiuguang  发表时间:2011/05/28 00:02
点击:5842次

单向光速不可测。这似乎在本论坛已经达成某种程度的共识,不少常来的人都认同此观点。

原因是:测一般运动速度时,通常都是借助光信号进行的,例如速度滑冰等计时精度0.001秒,而我们完全无需考虑光信号传播所用的时间。显然光的传播消耗的时间太少了,将其考虑进去一点也不能提高测量的精度。

但要测量光速,问题就复杂了,因为我们无法借助比光速更快的信号。如果要测光通过两点的时间,并假设光速未知,那么就很难借助光信号了,因为我们不知道光信号的传播究竟用了多少时间,对测量结果产生了多大影响。

一种理想方法是,在光通过的两点各设置一个时钟,分别记录光通过两个时钟的时间,然后计算时间差就可以得出结果了。但这会遇到另一个问题,如何确定两个时钟的“同时”。而改变两个时钟的“同时”必然会改变测量的结果。如果假设两个方向光速相同,那么以此条件调好两个时钟,则测得的两个方向的光速必然相等。

这里的时钟与用两个时钟测得的光速相互影响,因此有了单向光速不可测的观点。当然还有很多其他情况,这里就不多说了。

如果不用时钟,而用其他方法测量单向光速,理论上还是可行的。例如,很老的旋转齿轮法,在同一个轴上有两个齿盘,当其旋转起来后,从一个盘上的齿间射入的光,到达另外一个齿盘时,齿盘会转过一个角度。这样我们可以用角度代替时间差,也就不存在同时性问题了。

这里也有一个问题,就是由于装置,特别是轴可能出现弹性变形,这将使我们得出就角度不准确,从而影响测得的光速。可以通过在稳定的匀速旋转的状态下读取读数,并合理配置驱动力矩和摩擦力矩分布,这样使两个齿盘在旋转时与静止一样,不会相对角度变化,或使角度变化非常小至可以忽略。

这只是理论上可行的单向光速测量方案之一。在此抛砖引玉,希望大家能提出更好的,甚至有实际可行性的方案。

这样有可能得到与“同时性”无关的单向光速。

 

 

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[楼主]  [2楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2011/05/29 03:38 

单向光速测量装置(不断完善中!):装置由两部分组成,一是可旋转部分,两个圆盘用一根轴连成刚性回旋体;二是不转的部分,由激光器等光源和透镜等,构成保证光到达屏幕的直线光通道,还有高速相机拍照供读取数据。在静止状态下,将两部分结合起来,直线光通道与轴线平行,与两个盘相交于两点A,B 。在一个盘上的点A开个孔,允许光进入,在另外一个盘的点B做标记,周围是半透明屏幕。当转动部分绕轴旋转时,每转一周就会从开孔盘就会进来一个光脉冲,打在屏幕上形成一个光点,同步用相机照下来。测量光点与B点相对于轴线的夹角,就可以根据角速度计算出单向光速。(必要时会继续完善)

可以有与同时性问题无关的单向光速测量。理论上用类似旋转齿轮法的方法就可以。
这时等于用旋转角度取代光通过两点的时间差,同时性问题影响两点的时间差,但不能影响角度。
需要注意的是,尽量保证旋转时两个齿盘的径向相对角度与静止时相同。

有了这种客观的测量单向光速的方法,即使只是理论上的。两个方向通过一段光纤的光的光速就没有含混的余地了。或者是不同,例如按绕日心的Sagnac效应解释,或者是相同,按迈-莫实验和光速不变解释。
但不可以同时用两种方法解释,因为两种解释相互矛盾,客观的单向光速测量法可以给出判决。

最重要的关键是:假设测量装置沿轴向匀速运动,就会发现测量到的单向光速,与相对性原理无关!!!

 [3楼]  作者:hudemi  发表时间: 2011/05/30 18:35 

久广先生提出的内容理论意义重大!
[楼主]  [4楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2011/05/30 22:05 

对【3楼】说:

感谢鼓励!

希望更多的人来参加讨论。

 [5楼]  作者:caozhangyin  发表时间: 2011/05/31 17:48 

想当然尔。
你提出的方法实际上比s/t方法问题更多,首先两个齿轮的角度你就没法精确测量,其它就不必说了.这种方法粗略地测量光速当然可以,有人这样做了,要精确测量就不可行了,不是技术办不到,而是原理不可行.
 [6楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2011/05/31 18:55 

“很老的旋转齿轮法,在同一个轴上有两个齿盘,当其旋转起来后,从一个盘上的齿间射入的光,到达另外一个齿盘时,齿盘会转过一个角度”,我记得在高中物理课本的小字部分就提到过这种方法,好像是200多年前用过的方法。这种齿轮法在近代分子束实验中也用过。方法是好方法,但是同时性的基本问题还是存在。如何测量齿轮转动速度,这又涉及同时性的定义。速度与同时性总是一对冤家,随着不同的同时性定义,有不同的速度,这是一种“对钟规范”,不过不影响真实物理过程。

[楼主]  [7楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2011/05/31 19:04 

对【5楼】说:

“s/t方法”指的是什么?

我提出的方法是可以测量单向光速,而不需要对钟的方法。以前的方法都不足以解决这个问题。

当然将来也许会出现更好的方法,只是目前尚未发现。

我提出的方法理论上成立,如果真正进行实验,则精度远远不够。

而理论上成立,已经构成对同时性的相对性的实质性质疑,这已经是一个突破了。

且看相对论者如何解释!

 [8楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2011/05/31 19:18 

对【6楼】说:
机械测量

半镀银面反射后,经高速旋转的齿轮投向反射镜,再沿原路返回。如果齿轮转过一齿所需的时间,正好与光往返的时间相等,就可透过半镀银面观测到,从而根据齿轮的转速计算出光速。

第三位在地面上测到光速的是考尔纽1874年8 m/s。

后来,他综合旋转镜法和旋转齿轮法的特点,发展了旋转棱镜法8 m/s。

迈克耳孙在推算真空中的光速时,应该用空气的群速折射率相速折射率伯奇1926年8 m/s = 299798±4 km/s。

后来,由于电子学克尔盒谐振腔光电测距仪光学数量级

60年代雷射器稳频雷射器不确定度

1973年国际计量大会精确值

 [9楼]  作者:张崇安  发表时间: 2011/05/31 20:08 

理论上,用同样规格的两只钟(原子钟),在同一地点(譬如中点)对好,然后用交通工具载着分别拿到光源位置和接收位置。当光源发射瞬间,用笔记记录下发光时刻,当单向光抵达接收屏瞬间,用另一只钟记下接受到光的时刻,再用交通工具把记录的两片纸拿回来对照不就是两个时间间隔?原子钟不因为拿来拿去而破坏其周期。这样只要量取发射源和接受屏距离,并除以两时间差不就是单向光速?
我就不理解为什么要用光信号对钟?先在一处对好,然后用匀速汽车啦不就行了?只要原子钟周期不变,总会有个时间差。原子钟的周期与空间不发生作用,汽车啦来啦去,只要不认可以太,就不会变!
如果为了精确,还可以把两只钟调换去两次测量时间间隔的平均值不就行了?
我就不理解为什么一定要用光信号对钟??时间是均匀的,只要两钟在一块对上一次后,只要钟的性能好,就不需要再对,从光源拿到接收屏再拿回来也不需要对呀?!
 [10楼]  作者:张崇安  发表时间: 2011/05/31 22:02 

举例:假定A点和B点之间距离是10000公里。现在找两只规格完全相同的原子钟,在两点中间对好,然后用两个同速的汽车把钟拉到1000000公里两端,一端记录发光时刻,一端记录接收时刻,并分别记录到笔记本上。然后把两个笔记本分别用卡车运到中点,用1000000公里除以两笔记本记录的时间差,不就是单向光速?这个例子那里有光信号对钟?
[楼主]  [11楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2011/05/31 22:19 

对【6楼】说:

原来用的旋转齿轮法测的并不是单向光速,这里借用类似的装置,在光穿过两个齿盘时,假设可以测出齿盘转过的角度。

------------------------

shen:但同时性的基本问题还是存在。如何测量齿轮转动速度,这又涉及同时性的定义。速度与同时性总是一对冤家,随着不同的同时性定义,有不同的速度,这是一种“对钟规范”,不过不影响真实物理过程。

------------------------

久广答:装置由两部分组成,一是可旋转部分,两个圆盘用一根轴连成刚性回旋体;二是不转的部分,由激光器等光源和透镜等,构成保证光到达屏幕的直线光通道,还有高速相机拍照供读取数据。在静止状态下,将两部分结合起来,直线光通道与轴线平行,与两个盘相交于两点A,B 。在一个盘上的点A开个孔,允许光进入,在另外一个盘的点B做标记,周围是半透明屏幕。当转动部分绕轴旋转时,每转一周就会从开孔盘就会进来一个光脉冲,打在屏幕上形成一个光点,同步用相机照下来。测量光点与B点相对于轴线的夹角,就可以根据角速度计算出单向光速。假设此参考系光速为c。

显然旋转时A,B两点同时出现在光通道直线上,与不转时相同。沿轴线改变装置的速度进入另一惯性系,相对论认为与A同时出现在直线上的不是B,而是另外一点C。虽没有计算还是可以想到,如果计算光点与C之间的角度,则光速是常数。但在此惯性系中使旋转部分停下来,则与A同时出现在光通道直线上的是B点,而不是C点。这是由旋转部分的刚性决定的。

或者说,相对论是否认为在运动参考系中,在旋转到静止,或静止到旋转的变化中,两个圆盘之间应该有相对角度变化,即出现“扭转”呢?恐怕相对论不会认为应该出现这样的情况吧?

当然相对论中会出现钟胀尺缩,但那都是二阶效应,与一阶效应相比可以忽略不计。而这里的方法测得的显然是一阶效应,即c+v或c-v。

[楼主]  [12楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2011/05/31 22:24 

对【9楼】说:

按照相对论的规定,慢速移动时钟再测量光速,得到的光速是常数(或接近)。

我有正规文件及公式(英文),需要的话可以提供。

 [13楼]  作者:张崇安  发表时间: 2011/06/01 06:56 

对【12楼】说:
明年想出版一本光本性研究的文集,你有好的东西就奉献出来。
[楼主]  [14楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2011/06/01 10:48 

对【13楼】说:

请发邮件至 liu_zbo@163.com

 

 [15楼]  作者:张崇安  发表时间: 2011/06/01 15:11 

对【14楼】说:
gbxtw2011@163.com 《光本性探微》征稿 本论坛有征稿简则
 [16楼]  作者:xhzjzs  发表时间: 2011/06/03 17:52 

方法可行,精度大概不会太高。1849年的旋转齿轮实验,相距是8.6公里。单向如果也是这样,没法实现。
还是旋镜单向法好。1862年的旋镜实验最大距离才20米,精度也挺高的。单向就用两个用链条关联的旋转棱镜,再稍微设计一下光路应该可以。

※※※※※※
天地之道,以阴阳二气造化万物。是故易有太极,是生两仪。两仪生四象,四象生八卦。
[楼主]  [17楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2011/06/04 14:56 

旋转镜法测量光速,应该也是经过多次改型,但保持同一方向的单向光在整个光程仍然只占很小一部分。因此测量结果并非单向光速。

在此提出的旋转圆盘法(未定名,不断改变中),从理论上可以测定单向光速,从而得出单向光速可变的结论。
其实很多人都承认了单向光速不可测的观点,例如在张元仲的《狭义相对论实验基础》中好像就是持这种观点。在这样的观点之下,光速是否为常数可以通过改变“同时”来决定。
转盘式单向光速测量,实际上给出了一种客观的确定“同时”的方法。两个圆盘,或者是一个圆柱体母线,上的两点,在匀速旋转时与不转时一样,同时出现在与轴平行的直线上。这种客观的同时性规定,与同时性的相对性是相互矛盾的,虽然严格证明尚有困难。但对相对论者而言,想要否定是不可能的,完全无从下手。
 [18楼]  作者:hudemi  发表时间: 2011/06/04 15:58 

对【17楼】说:

久广先生:

 该方法用于对同一参考系不同地点对钟具有重要的理论意义,圆柱表面与轴线平行的直线各点任何时候都具有同时性。但这是对一个参考系而言的。该方法尚不足于否定相对论所说的两个参考系间的同时性的相对性。

 [19楼]  作者:xhzjzs  发表时间: 2011/06/04 19:54 

对【18楼】说:
对钟不就是为了单向测光速吗。测光速不就是为了找到光速不变的反例吗。
那为什么不直接在运动中测光速的各向异性。

※※※※※※
天地之道,以阴阳二气造化万物。是故易有太极,是生两仪。两仪生四象,四象生八卦。
 [20楼]  作者:hudemi  发表时间: 2011/06/04 21:12 

对【19楼】说:
目前没有找到更好的办法,你说的几种我还没有完全理解,更多地说,还没有这方面的实验认识。
 [21楼]  作者:zyh618  发表时间: 2011/06/04 22:58 

按相对论的光速不变,用光速对钟是没问题的。

是否如相对论所说,异向光速是否相同呢?如果事实上不相同,用光速对钟、用对好的钟测单向光速是逻辑循环。我认为还是移钟的方法是可行的。

移钟:按经典理论是没有问题的,因为经典理论没有运动的钟会变慢的规则。

相对论才有运动的钟会变慢!这我也有办法对付(只是我不会实在的去做那样的实验)。

办法:用准直仪准直一条直线,在这直线上设A、B、C三个点,AB=BC,将性能和快慢频率相同的5个钟分放在三个点上、A点放两个、B点放一个、C点放两个。然后,从B点同时(此时设B点钟时刻为0)分别向A、C发射光信号,当光信号到达A和C时,各自将自己的两个钟对准时刻为0。再各自移动一只钟向对方以同等速度运动(同等速度即使变慢也是相同的),当A钟到达B点和C钟到达B点,看两者的时间差是否相同(不同则光速不同),然后A钟、C钟继续以相同的速度前进,A钟到C时和C钟到A时,可再一次与留守钟对比看有没有时间差?

 

曾云海

[楼主]  [22楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2011/06/05 12:01 

对【18楼】说:

该方法尚不足于否定相对论所说的两个参考系间的同时性的相对性。

------------------------------------------------------------------

我原来说的或许不够清楚,现在更详细的说明一下,从一个惯性系S进入另外一个相对运动的惯性系S‘的情况。

在S中,两圆盘上的A,B 两点同时与光通道直线相交。但进入S’后,如果仍然是A,B 两点同时与光通道直线相交,则测到的光速必然出现变化,如果在S中光速为c,在S'中就一定是c+v或c-v。

根据相对论的同时性的相对性,在S'中与A点同时与光通道直线相交的不是B点,而是该圆盘上的另外一点C点,可以想象光脉冲打在该圆盘上的光点与C点之间的角度,对应的光速是常数。但旋转圆盘停止旋转后,与A点同时出现在那条直线上的就不可能是C点了,而必然还是B点。

旋转圆盘在不转与旋转之间变化时,没有理由出现“扭转”,从一个惯性系经加速进入另外一个惯性系,也没有理由出现“扭转”。如果真没有“扭转”,测到的光速必然是c+v或c-v,显然与同时性的相对性相互矛盾。只有出现“扭转”才能符合光速不变,但又不可能给出“扭转”的理由。

[楼主]  [23楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2011/06/05 12:11 

对【19楼】说:

匀速运动,匀速旋转都是在动量守恒和角动量守恒起作用的稳定状态。

因此我们都放在惯性系中讨论,这时可以得到更准确的结果。

在运动状态下测量当然是可以的,只是我们即不能实际进行测量,分析时也会遇到更多问题,就尽可能回避了。

 

[楼主]  [24楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2011/06/05 12:20 

对【21楼】说:

对钟或移钟都是经过充分讨论的。现在的GPS,北斗等都是移动时钟。地球表面的移钟则早有正式文件的明确规定。移动后的时钟测到的光速仍然是常数。

我见到的是

RECOMMENDATION  ITU-R  TF.1010-1

RELATIVISTIC  EFFECTS  IN  A  COORDINATE  TIME  SYSTEM
IN  THE  VICINITY  OF  THE  EARTH

(Question ITU-R 152/7)

(1994-1997)

反而用GPS对的时钟,两个东西向的时钟测到的光速肯定是不同的。这也与上述文件的规定相同。

 [25楼]  作者:梁彬彬猪狗不如  发表时间: 2011/06/05 12:54 
 [26楼]  作者:屋里学大师  发表时间: 2011/06/06 11:06 

单向光速理论上是可测,但要想达到足够精度在实践上却不可施。

※※※※※※
牛 东
 [27楼]  作者:zyh618  发表时间: 2011/06/06 14:03 

那就看你的技术了,现在计时的精度可以达到飞秒。

我21楼说的方法,是针对标题的,在理论上是没有厘毫问题的。反正我不需要,我不会去测。

 

曾云海

 [28楼]  作者:屋里学大师  发表时间: 2011/06/06 14:30 

移钟当然没问题,但相对论者们不认可,你要铲除它们的根基总会有借口与你狡辨。

※※※※※※
牛 东
 [29楼]  作者:zyh618  发表时间: 2011/06/06 15:25 

我的方法辩无可辩,不信、你就试试看。

 

牛有千斤之力,自有倒牛之法。

 

曾云海

 [30楼]  作者:周宪  发表时间: 2011/06/07 06:28 

我在这个帖子里:
http://club.xilu.com/hongbin/msgview-950451-170531.html
提出了一个观点:
双程光速的平均速度:2l/(1/(c-v)+l/(c+v) )=c—v^2/c。也就是说,光在地球上作往复运动的速度是地球对绝对静止以太速度的函数。
现在在各个方向上测得的光速都是一样的,即v=0,说明地球的以太是与地球随动的。
假如在几个方向上可以测得不同的光速,即不同的平均光速,任意取两个,就能够解得v的值,即地球对绝对以太的运动速度。
当然,我的推导不一定正确,希望有兴趣者鉴别一下我的推导有没有错,错在哪一步。

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