|
关于对《光速不变之读解》一些疑问的解答 关键字:光速 运动 狭义相对论 爱因斯坦 观察者 大家对《光速不变之解读》一些疑问,今天做出详细解答。希望对大家有些帮助。 第一,说说对光速不变原理的理解。(先不说对错的问题) 光速不变原理:真空中的光速对任何观察者来说都是相同的。 光速不变原理,在狭义相对论中,指的是无论在何种惯性系(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。 那么怎么理解呢?首先,分为运动的观察者与运动的光源两种情况。先分析运动的光源的情况。这种情况有两种理解观念。1,光源静止时,光从光源出发,光速c ;光源运动时,在光源看来,光从光源出发,光速c ;在观察者看来,光从光源出发,光速c。就是说光源与观察者看到的现象一样,光都是从光源出发,以速度c 运动。2另一种观点就不同了。虽然对于观察者而言,光速也是c。不过,光是从光源开始运动的地点,或者称为闪光点,发出的。光源与观察者看到的速度相同,但起点不同。 观察者的运动情况,观察者远离或靠近光源时,观察者与光源间距离发生变化。这是毋庸置疑的。 通常我们对于运动的光源的理解是观点1所以我们发出这样的疑问,光源静止时,光速是c,光源运动时怎么还是c 呢?对此爱因斯坦作出解释,这就是同时的相对性的提出与解释。在提出同时的相对性中所用的例子,所用的光速不变的观点是观点2.就是说爱因斯坦对运动的光源的解释是在观察者看来光闪光点出发,不是从光源出发的,光速c.所以光速不变原理的理解是观点2. 第二,为什么光源运动时候,在观察者看来,光是从闪光点出发的呢?反过来想,(光从闪光点出发,光速c)说明光源的运动对光速的影响是光还是从光源发光的地点发出,光速从这里算起,光速c.这种观点就是波速的观点。即说光速是相对于介质说的。介质不动时,光速不变。 第三,光速相对于介质说的与光速不变原理的关系。如果光速是相对于介质说的,光源运动时候,光速不变,那么观察者运动时候,光速就会发生变化。这与光速不变是不符的。那么光速是相对于介质说的,错了吗?我们要放弃光源运动时,光是从闪光点出发,光速是c,这种观点吗?没有。那么爱因斯坦是如何解决这个问题的呢?爱因斯坦在保留这个观点的同时,提出相对性原理。就是说,光源运动时,光从闪光点出发光速c,这是观察者看到的;因为在观察者看来,光源在运动。在光源看来,光从光源出发,光速c.光源不知道自己在运动。虽然两种观点是不同的,但根据相对性原理这两种参考系又是平等的,所以不存在谁对谁错的问题,都是对的。这是爱因斯坦的理解。 第四,两种观点。a 光源运动时,在观察者看来,光从闪光点出发,光速c;同时在观察者看来,光源发生运动,光速相对于光源来说不是c,发生变化,符合经典合成定律的波的合成;b光源运动时,在光源或与光源静止的观察者看来,光从光源出发,光速c,同时,在光源看来,由于光源的运动,离观察者(此处观察者指与光源相运动的观察者)近了或远了,光速发生变化;符合经典速度合成定律,即c+v或c-v情况. 第五,光具有两种合运动形式:a'光源的运动对光速没有影响,光从闪光点出发,光速c。(那么相对速度呢?光速相对光源是多少?见下分析);b'光源的运动对光速没有影响,光从光源出发光速c(那么相对光的速度呢?见下分析)。从光的波的角度分析,a'运动形式属于光源运动,介质不随光源一起运动的情况;b'运动形式属于介质与光源一起运动的情况。由于运动情况的不同,光有两种运动形式。两种形式对应两种观点,a'对应g观点a;b'对应观点b。光源的运动对光速没有影响,不是说光的合速度就不变。无论那种情况,光速都是可变的。爱因斯坦把这两情况混合在一起分析一种情况的现象,见爱因斯坦对同时相对性的提出与分析。 第六,爱因斯坦对同时相对性的提出与分析。爱因斯坦认为,在车上的观察者看来,车厢是个惯性系,光向前向后传播的速度相同,光源又在车厢的中央,闪光当然会同时到达前后两壁。路基上的观察者则不以为然。他观测到,闪光先到达后壁,后到达前壁。他的解释是地面也是个惯性系,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,到达前壁的时间也就晚些。最后得出结论,从车厢中的观察者看来,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'点的;从路基上的观察者看来,闪光是同时到达A'点和B'点,而在不同时刻到达A点和B点。 A点,B点,A'点,B'点是不是可以认为是接收者? 那么,从车厢中的观察者看来,闪光在不同时刻到达A'点和B'点,是什么意思?就是说从车厢中的观察者看来,光源的运动对光速没有影响,光从光源出发,光速c,同时,光源的运动使光源与接收者间距离变大或变小;从路基上的观察者看来,闪光是同时到达A'点和B'点,而在不同时刻到达A点和B点,是什么意思?就是说光源的运动对光速没有影响,光从闪光点出发,光速c,同时接收者的运动使光源与接收者间距离变大或变小。同时的相对性的例子分析中就是用到这两种观点。 从车厢中的观察者看来,在不同时刻到达A'点和B'点,先到A'点后到B'点。这是什么意思?车厢向前行进了一段距离,离A'点近了-------就是说,光源的运动,使光源与接收者间距离变小了,光从光源出发到达接收者间时间变少了?时间变少了相对与谁说的?光源与接收者间距离变小了是不是相对于原来光源与接受者静止时间距离变小了?就是说相对于接收者来说,光速相对于光源是c,光源的运动使光源与接收者间距离变小了,光从光源出发到达接收者间时间变少了。用我们过去的观点就是光的合速度变大了。光速c,光源速度v ,和速度就是c+v(此处不是这个值,因为不再一条直线上。不会算,大家见谅).大家可以列一下式子。路基上的观察者,同理,不再描述。 第七,原以为光速不变原理只包含光源运动对光速没有影响,光从闪光点出发与光源运动对光速没有影响,光从光源出发组成的。其实不是,这两个观点都只是一种观点的一半。光源的运动对光速没有影响,光从光源出发,光速c,同时,光源的运动使光源与接收者间距离变大或变小,这一观点与光源的运动对光速没有影响,光从闪光点出发,光速c,同时接收者的运动使光源与接收者间距离变大或变小,这两种观点组成的。每个观点中光的合速度都是可变的。 第八,大家转变思想后就知道,光的速度合成有两种形式,这两种形式 与两种观点相对应,与两种现象相对应。这两种现象是不同的,是不会混为一种现象的。一个是介质与光源一起运动;一个是介质不与光源一起运动。同时的相对性的例子,只是符合了其中的一种情况 。分析不出,光从闪光点出发来。相对性原理没错,不过在这里,相对性原理只是说,火车静止时,光从光源出发,光速c; 火车运动时,光从光源出发,速度c.这种现象是一样的。并且不能用这种现象判断火车是静止还是运动。火车是敞篷的,是不同的。 献给读过《再现爱因斯坦推理过程之光速不变》与《光速不变之读解》的朋友们。 |