一个电磁波速度变不变的实验 我们学过的波长,频率和波速之间的关系式,即λ=VT,对电磁波(包括光)同样适用。光速等于波长与频率的乘积即c=λf.根据c=λf,知道频率不变时,波长变长时,光速变大,波长变短时,光速变小;波长不变时,频率变大,光速变大,频率变小,光速变小。 我们不改变电磁波的频率,改变电磁波的波长使其变长或者变短,,波速(包括光速)会变大或变小吗?举例,光在真空中的速度c=3×10^8米/秒,空气里的光速跟真空里的相差很少;水里的光速大约是真空里的四分之三;水晶里的光速大约是真空里的三分之二;金刚石里的光速大约是真空里的五分之二。电磁波的频率不变时,改变电磁波的波长,可以使电磁波的速度变大或变小。同样,电磁波的波长不变时,电磁波的频率变大或变小时,可使电磁波的速度变大或变小。 根据经典电磁理论,电磁波的频率与光源的振动有关,光源的振动频率就是电磁波的频率,与另外的物体例如远离光源的观察者无关;而光是符合多普勒效应的,根据多普勒效应,(当光源向你快速运动时,光的频率会增加,表现为光的颜色向蓝光方向偏移(因为在可见光里,蓝光的频率高),即光谱出现蓝移;而当光源快速离你而去时,光的频率会减小,表现为光的颜色会向红光方向偏移(因为在可见光里,红光的频率低),即光谱出现红移。当光源静止,观察者向光源运动时候,光的频率会增加;而观察者远离光源运动时光的频率会减小。)光波的频率会发生变化。所以经典电磁理论说的是物体发出的光的频率,而多普勒效应说的是相对于观察者的光波的频率,两者都是对的。那么在多普勒效应中,如果,光波的波长不变,物体发出的光在观察者看来速度就会发生变化,是不是?是的。 那么,在多普勒效应中,波长发生变化吗?我们可以做个实验。 根据光速不变原理,多普勒效应中,波长应发生变化。我认为不变(对光速不变更多的理解见《从时间角度看光速》)。可根据不同频率的电磁波有没有同一波长,验证光速变不变。这里的不同频率指的是相对于光源发出的光的频率是一样的。光波的波长是多大呢?我们可以利用光的干涉来测定光波的波长。
我们可以根据双缝干涉实验得出,x=λh/s1s2 。x为相邻两条明条纹或暗条纹间的距离,h是双缝到屏的距离,s1为双缝间的距离,由此我们可得出单色光的波长。 如果光源向屏运动,我们也可由此得出波长λ的大小。也可比较屏上明暗条纹间的距离的变化。 根据光的多普勒效应我们得出光的频率发生变化,根据光速不变原理,c=fλ,得出波长λ发生变化。而实验结果,波长没变,屏上明暗条纹间距离没变化。(当然有可能操作失误,又可能光源运动速度过慢。)假设光源向屏运动速度v等于光速三分之二,四分之三,二分之一,等于c,这时波长应该变化很大,我却认为波长还是不会变,还是观察到波长不变。这与经典的或相对论的多普勒效应公式不符。 如何解释波长不变呢?根据爱因斯坦相对性原理,惯性系里电磁规律都一样,光源的运动对波长没有影响。根据经典电磁理论,光在不同透明媒质中,波长不同;在同一透明媒质(或真空中)中波长不变。(对于确定的介质,波的传播速度V是一个定值。所以,当波在某一确定的介质中传播时,它的波长λ与它的周期成正比(与频率成反比)。即波的频率越高,周期越小,其波长越短;反之,波的频率越低,周期越大,其波长越长。波的频率一定时,波长一定。这里波的频率指的是相对于波源说的,与波源的频率同.)
电磁波(微波)传向观察者,a,b两观察者在同一点上,a静止,b向后运动。 根据多普勒效应,b要比a晚收到波信号。b单位时间内收到的波峰(或波谷)数减少,好比a收到三个波峰时,b收到两个;a收到两个波峰时候,b收到一个波峰;a收到一个波峰时,b没有收到波峰.由光双缝干涉实验得光速会变,符合经典速度合成定律。 以上光双缝干涉实验结果,属个人行为,不是真理。需要大家验证。
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