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同时相对性之解读
[楼主] 作者:混天下第一  发表时间:2011/09/06 17:22
点击:563次

当波源或观察者(或两者)相对于媒质运动时,观察者接受到的频率与波源振动的频率不同,这种现象叫做多普勒效应。形成多普勒效应的原因是什么?完全波:一个波长的波可以称为完全波。波面:也称波阵面。从波源发出的振动,在传播过程中,在介质中振动相位相同的点组成的面。

       电磁波为什么能在真空中传播?电磁波就是电磁场的传播,真空中有电磁场。有电场,磁场,振源产生变化的电磁场,使周围的电场,磁场发生变化,并传播出去。多普勒效应实质是什么?观察者接受到的频率与波源振动的频率不同。为什么发生多普勒效应?光源运动与观察者运动都能产生多普勒效应。观察者不动,光源运动时,第一列波与第二列波的时间间隔发生变化。光源与观察者之间距离变小,光从光源到达观察者的时间间隔变小。变小是相对于光源静止时说的。光源运动时,第一列波是与光源静止时同时到达的。光源运动时,第二列波比光源静止时,先到达。光源向我们运动时比不向我们运动时先到达,所以,我们先看到运动的光源发出的光。这种并不是光速变了(观察者而言),而是由于物体的运动使两者间间距变短了(靠近时),使光所用的时间变短了,使观察者先收到光信号。对于光源说,第一列波与第二列波时间间隔是多少?空间间距是多少?空间间距小于一个波长,频率变大,时间间隔变小。

       如果光速相对于介质(包括真空)说的,就是说光源的运动对它没有影响。向四周传播的速度是相同的。不因光源的运动而在光源运动方向增大,背着光源运动的方向的波速度减小。

       一个封闭的系统例如火车-----对应相对性原理,光源的运动对光速没有影响;一个没有封闭的系统例如敞篷的火车,相对性原理不成立,光源的运动对光速没有影响。光速,相对性原理中的光速;多普勒效应中的光速---光速相对于介质说的;两种光速是一样的吗?光速不变原理,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。这个数值是299,792,458 米/秒。那么光速相对于真空来说是c吗?就是说光源的运动对光速没有影响是吗?

 同时的相对性中,在车厢中光源o发出闪光的瞬间,路基上跟oab三点分别对应的点是o'a'b'.路基上观察者看来,在光信号传播的过程中,表a向前移动了一段距离,离原来发生闪光的地点远了,光信号通过了比半个车厢长的路程才到达表a;同时,表b也向前移动了一段距离,离原来发生闪光的地点近了,光信号通过了比半个车厢短的路程就到达了表b。所以,光信号先到达表b,后到达表a,按这个信号对准的两只表并不同步。从路基上的观察者看来,闪光是同时到达a'点和b'点的,而在不同时刻到达a点和b点.。从车厢中的观察者看来,闪光是同时到达a点和b点.,而在不同时刻到达a'点和b'.我认为爱因斯坦是这样分析的:1光源的运动对光速没有影响;2观察者(或接收信号的点)的运动可以使光源与观察者间距离变大或变小。在路基上观察者看来,光源是运动的,但光源的运动对光速没有影响,相对于介质光速不变,闪光是同时到达a'点和b'点的,而火车的运动使a点和b点发生移动,离此时o'点对应的闪光点的距离发生变化所以在不同时刻到达a点和b点;在车上的观察者看来,oab三点相对静止,光同时到达a点和b点,而在车上的观察者看来a'点和b'点发生移动,光到两点的距离发生变化,所以在不同时刻到达a'点和b'点。

 

按照麦克斯韦理论,真空中电磁波>的速度,也就是光的速度是一个恒量,然而按照牛顿力学的速度加法原理,不同惯性系的光速不同,这就出现了一个问题:适用于力学的相对性原理是否适用于电磁学?例如,有两辆汽车,一辆向你驶近,一辆驶离。你看到前一辆车的灯光向你靠近,后一辆车的灯光远离。按照麦克斯韦的理论,这两种光的速度相同,汽车的速度在其中不起作用。但根据伽利略>理论,这两项的测量结果不同。向你驶来的车将发出的光加速,即前车的光速=光速+车速;而驶离车的光速较慢,因为后车的光速=光速-车速。麦克斯韦与伽利略关于速度的说法明显相悖。我们如何解决这一分歧呢?---摘自Evangelion中爱因斯坦。

        前提是光相对于光源的速度是c。如果光速相对于介质是c,如何分析?    狭义相对论中的光速不变原理包含两点内容:①光速与光源运动无关;②光速不依赖于观察者所在参考系。
        对第一点应该这样说,任何波在介质中传播都与波源无关,只要光是波那么当然也符合这个条件,例如,声波在空气中传播,波源的移动不会改变声波在空气中的传播速度,只是对频率造成了一些影响.---摘自寒冰铸笛.

        光速不变原理,头句是光在真空中的速度,就是说,说的是光速在真空中的问题,不是在空气,水或其他介质中的问题。我们把光速问题分为在真空中或在介质中两列来讨论。

同时的相对性中探讨:光信号可能是用来对时钟最合适的信号,但光速非无限大,这样就产生一个新奇的结论,对于静止的观察者同时的两件事,对于运动的观察者就不是同时的。我们设想一个高速运行的列车,它的速度接近光速>。列车通过站台时,甲站在站台上,有两道闪电在甲眼前闪过,一道在火车前端,一道在后端,并在火车两端及平台的相应部位留下痕迹,通过测量,甲与列车两端的间距相等,得出的结论是,甲是同时看到两道闪电的。因此对甲来说,收到的两个光信号在同一时间间隔内传播同样的距离,并同时到达他所在位置,这两起事件必然在同一时间发生,它们是同时的。但对于在列车内部正中央的乙,情况则不同,因为乙与高速运行的列车一同运动,因此他会先截取向着他传播的前端信号,然后收到从后端传来的光信号。对乙来说,这两起事件是不同时的。也就是说,同时性不是绝对的,而取决于观察者的运动状态。------光在介质中的运动;火车的运动使距离增加,光传播的距离发生改变;。火车的运动可以使光传播的距离增加或减小,火车的运动可以使光到达的时间延后,火车的运动可以使光到达的时间提前。不同时,是什么意思?是不是有先到达?有后到达?乙与高速运行的列车一同运动,因此他会先截取向着他传播的前端信号,为什么?多普勒效应中,观察者的运动,对光的合速度有没有影响?

      光在折射率为n的均匀介质中传播时,相对于介质的速度为c/n,即光在静止介质中的传播速度为c/n。那么,如果介质相对于某惯性系作匀速运动,光相对于该参照系的速度为多大呢?一定会有人认为:根据光速不变原理,光相对于任一惯性系的速      度都相等,所以仍为c/n。然而,这种判断是不成立的,因为光速不变原理是指真空中光速c对所有惯性系相同。-----摘自《光在运动介质中的传播速度》我们先假设光在真空中光速不变;《光在运动介质中的传播速度》一文说明光在介质中光速发生改变。

       观点1,任何波在介质中传播都与波源无关,但波源运动会与波产生相对速度;2在介质中光速可变,就抛弃光速不变原理。速度合成有两种,a,多普勒效应中,b,相对性原理的合成。a光源与观察者的相对运动产生多普勒效应。在多普勒效应中有光源的运动,有观察者的运动。(其他的暂不分析)光源运动时候,对光速没有影响,光在介质中传播的速度不变。在光源看来,如果向着观察者运动,光速变小,单位时间内离光源比光源不动时候近;如果远离观察者,光速变大,离光源比光源不到时候远。光源运动速度v,光速c,那么合速度就是c-v,或者c+v.(速度合成定律)在观察者看来速度不变。频率   观察者远离光源时,光的合速度变小,靠近光源时,速度变大。b在伽利略大船里,光速不变,大船相对于观察者速度v,那么相对于静止系观察者光的合速度是c-v或c+v。光的方向与大船的方向相同,远离观察者时,速度c+v;靠近观察者时速度c+v;光的方向与大船的方向相反,远离观察者时,速度c-v  ,  靠近观察者时速度c-v 。

光在真空中速度可变。多普勒效应适用于真空中。频率发生变化,速度相对发生变化。

光源一速度v从a运动到b,(观察者在b这边,)从a点发出第一列波,在b点发出第二波。在光源看来第二列波 与第一列波时间差就是 光源从a运动到b  的时间(称为观测时间);t=ab/v.t测=(1-v/c)t.  光源远离观察者时,t测=(1+v/c)t。

 

 

 

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