合运动中光的运动轨迹 真空中的光速对任何观察者来说都是相同的。无论在何种惯性系(惯性参照系)中观察,光在真空中的传播速度都是一个常数,不随光源和观察者所在参考系的相对运动而改变。那么,光源和观察者相对运动时,光的运动轨迹是怎样的呢? 有两种观点:一,合运动是两分运动的合成,合运动的运动轨迹比分运动的运动轨迹长,静止的观察者与运动的观察者看到的光的终点在一起。这是相对论以前的观点。例如,在时间的相对性的论证中所举的例子。例子中有二图:一图是车内观察者看到的光在车内竖直发射和反射的光路图;另一图是地面观察者看到的光线是从坐标原点出发,向上而右一条斜线,到车顶棚后反射向下而右方向又一条斜线,两条斜直线长度相等。车内人看到的光路是竖直去回的两条竖直光线(车高为H),地面上的人看到的是两条斜光线L,显然L>H。图中所用就是这种观点,用的勾股定理,证明时间的相对性。勾股定理里,斜线L和H的顶点是一点,是三角形的顶点。在这里我们对光速不变的理解是c=L/T.T表示地面观察者测得的时间。二,同时的相对性中的观点。车下的观察者观测到,闪光先到达后壁,后到达前壁。他的解释是:地面也是一个惯性系,闪光向前、向后传播的速度对地面也是相同的,但是在闪光飞向两壁的过程中,车厢向前行进了一段距离,所以向前的光传播的路程长些,到达前壁的时刻也就晚些(图23-2乙物理三册79页)。这里的观点就与一中不一样,光两运动的终点不重合(向前的光)。如果重合的话,就没有同时的相对性了。 这两种观点是相矛盾的。一中如果认为光速不是极限速度,光速用经典的速度合成定律更好解释。合运动中光速就等于LC/H.二中,用多普勒效应的观点看,光源远离与靠近是不同的。一,光源远离观察者,光线方向与光源运动同向时,频率是变大的,光线的起点在闪光点,光首次发光的地点,不是光源;光线与光源运动方向相反时,频率是变小的,光线的起点在光源处,不是闪光点;二,光源靠近观察者,光线方向与光源运动同向时,频率是变大的,光线的起点在闪光点,光首次发光的地点,不是光源;光线与光源运动方向相反时,频率是变小的,光线的起点在光源处,不是闪光点。一中这是经典速度合成定律模式。如果光速有这种合成,岂不是符合经典速度合成定律,不是我们还没找到的实例吗? 在光线弯曲中(在加速系中),我们是采用那种模式分析的呢? 时间的相对性中,在钟表上两个时间是如何表示的,在车上的观察者看来,如果h=c,那么h/c是不是表示一秒?l/c表示什么?在地面的观察者看来,一秒就是l/c?如果在两观察者看来时间不是同时指向一秒,那么,h和l还是同一顶点吗?光速不变表示什么意思?相对于不同的参照系时间有不同的值,那么c 就表示一秒经过不同的空间吗?就是说c=299792458m/s,但是秒与秒不同,所以299792458m与299792458m不同。是不是很有意思?如果换成光速可变解释,就简单的多,优美的多。合运动的光速就是c合=lc/h. 在不同的惯性系中,一切物理规律都是相同的。电磁规律都相同。所以在不同的惯性系中,光波的速度一样(这里的一样不是光速不变),光波的波长一样。那么光波运动一个波长所用的时间是多少呢?λ为波长,V为光速,T为所用时间,那么T=λ/V,另一惯性系中T运=λ运/V运。λ=λ运,V=V运,所以T=T运。就是说根据爱因斯坦相对性原理可以得出,所有的惯性系都是平等的,物体的运动是一样的,所有惯性系的时间也都是一样。时间是同一的。我认为这是相对性原理成立的条件。 在同时的相对性中,火车左端为A点,光源处为O点,火车右端为B点。我是这样分析的:光线从光源到A 点,这一电磁现象根据爱因斯坦相对性原理,无论火车运动与否,这一现象都一样。同样,光线从光源到B点,现象一样。或者这样分析,光线从光源出发,到达A,B点,这一电磁现象,在火车运动时 ,是一样的。这时在路面的观察者看来,火车如果不运动,左边就会到达火车原来不动时的A点,而不是现在火车左端的A点,光线运动的距离变短了;右边就会到达火车原来不动时的B点,而不是现在火车右端的B点,光线运动的距离变长了。光的合速度变小或变大了。光线到达路面A`点,B`点的现象(火车静止时A,B点对应的A`B`点),在路面的观察者看来,根据多普勒效应,光源的运动,频率变小,离A`点远了;频率变大,离B`点近了。先到A`点,后到B`点。在车上的观察者看来也是如此。先到A`点,后到B`点,这是事实,这种现象对那个观察者都是一样的。观察者不同不会改变事实现象。结论一,相对性原理说明时间是同一的;二光速光速不是不变的。
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