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双向光速差与波长差
[楼主] 作者:jiuguang  发表时间:2012/02/15 15:33
点击:2633次

Sagnac实验显示了,旋转参考系中,两个方向光速的不同。同理,“环球通信实验”则显示向东行进的光,与向西行进的光,具有不同的光速。不难证明虽然光速不同但频率是不变的,因为上述实验中,假设光源发出的是一串脉冲,则在单位时间内,光源发出的脉冲数与观察者看到的脉冲数应该是一样的,否则持续计数必然会出现混乱,因此两个方向的频率是不会有变化的。那么导致光速出现变化的就只可能是波长了。

当然相对论并不接受这种解释,因为他们采用了另外一套时间系统,是通过另一种“同时”规定而得到的。但在Sagnac实验和“环球通信实验”中,以光速不变为原理建立的时间系统,并不能在整个环路中实现。不过在其他一些情况下,相对论的这种时间系统的规定,或许还是有道理的。不过我们用的更多的时间系统,与GPS给出的时间是一样的,在此系统中,用两个时钟测到的双向光速显然是不同的。

两个方向的波长变化,是否可以测量到?似乎有这样高精度的仪器,如光谱仪,还有90‘年确定高精度的光速时,就测过高精度的波长。而测量波长的原理,采纳了哪种时间系统,或许也是能否测到波长变化的原因。当然这也需要详细分析测量波长的原理后才有可能确定。而测量波长都是采用哪些方法,特别是进行高精度测量的时候。

希望诸位就此问题发表意见,特别是对那些精密仪器比较了解的,更希望能多指教。

 

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[楼主]  [2楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2012/02/17 12:01 

希望诸位曾经讨论
 [3楼]  作者:无忧仙人  发表时间: 2012/02/17 13:53 

对【2楼】说:

感觉让频率变化更合理;这样便用不着波长变化了。这个道理可以这样理解:

如果光信号是在固定在地球上的光源与观察者之间传播,那么根据GPS测距与定位方程,光信号不是相对于地球本身以常数速度c传播,而是相对于地球惯性系ECI(即设想中的只公转不自转的地球)以常数速度传播的。现在设想ECI是一个静止的大海,光信号如水波。于是地球旋转时就相当于大海静止,但观察者却背着(当观察者在波源的东部)或者迎着(当观察者在波源的西部)水波运动,于是观察者在单位时间内接收到的完整波段数目便分别减少或增加了,但是每个波段的波长却不必变化。这个道理如人背着或迎着列车运动时单位时间看到的列车车厢数目的变化规律一样。

另外,运动的观察者所接收到的来自于静止波源的频率确是变化的,这可由经典多普勒频移公式作证。这再次证明前面的解释是有道理的。

~无忧仙人

[楼主]  [4楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2012/02/17 15:13 

无忧仙人所说的是多普勒效应,在出现相对运动(距离变化)时,显然是应该有这种效应的,即频率会出现变化。
而即使波源与观察者都运动,只要两者保存相对静止,如固定在地面上的Sagnac干涉仪(例如迈-盖实验所用),则即使有相对以太的运动,在光源与观察者之间也不会出现频率变化。
道理很简单,先将光波视为一串脉冲,相同时间内光源发出的波的个数(脉冲数)与观察者看到的波的个数(脉冲数)肯定是相等的,否则多出来的那些个波(脉冲)到哪里去了或从何而来,应该如何解释。
多普勒效应则是由于光源与观察者距离的变化,多出来的波(脉冲)分散在多出来的距离中,或来自缩小的那段距离中。
 [5楼]  作者:无忧仙人  发表时间: 2012/02/18 04:55 

对【4楼】说:

jiuguang先生:

无忧仙人相信,您的有关解释中错失了迈-盖实验的一些关键因素,不知道为什么?所以,我的问题是:

您觉得您的贴子中给出的是一个完整而有说服力的解释吗?如果是,我接下来有后续问题问你。如果不是,请先对迈-盖实验给出一个相对详细的解释,或者给出一个明确的解释思路,否则我们便无法深入讨论下去。

~acarefreeman

[楼主]  [6楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2012/02/18 23:02 

本人的观点并不十分成熟,在此提出来不过是希望更多的人参与讨论。
相对论采用的是另外一种思路,其关键是同时性问题。有些情况下可以按某种规律建立一个时间系统,并规定什么是同时,如GPS所做到的。但在一般情况下是无法自然的规定同时的,而相对论则采用了另外一种方法规定同时。
实际测到的波长应该与某种“同时”规定有关,如果测到了东、西向波长的不同,则意味着两个方向光速不同的同时性规定在其作用;而如果无法测到两个方向波长的不同(在精度足够高的前提之下),则意味着测量波长使用的方法,与相对论的同时性规定相一致。在不同的同时规定对应的时间系统中,波长会有不同,就如同光速会有不同一样。
迈-盖实验,都是在假设不转的参考系(如ECI)中光速为常数,然后以两个方向的光程差算出相位差。在旋转参考系中,放在地面上的光纤陀螺仪,两个方向波长不同自然也会出现相位差。迈-盖实验的仪器通过某种转化之后,可以得到与光纤陀螺相同的结果。
 [7楼]  作者:无忧仙人  发表时间: 2012/02/19 01:05 

对【6楼】说:

回jiuguang先生:

相对论的同时性与时钟对时方法:一、理论上站不住脚,二、实践上不被采用

不知道jiuguang先生为何拿它来支持自己的观点。

其次,无忧仙人加入这个讨论,是为了辨明真理,但是辨明真理不可能在一个错误的前提下进行。既然相对的同时性已经被证明为在理论上经不起推敲、在实践上被证明为错误或无益,那么无忧仙人不可能在这个前提下跟jiuguang先生接着交流。

好了,如果您坚持自己的以上理论(即拿相对的同时性来说事),那么这个讨论就到此为止了。

~无忧仙人

[楼主]  [8楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2012/02/20 21:22 

同时性问题,是一个客观存在的问题,并不因为相对论正确与否而消失。不管是否“相对的同时性已经被证明为在理论上经不起推敲、在实践上被证明为错误或无益”,但问题仍然存在,例如,我们看到一次新星爆发或收到外太空飞行器发来的信号,我们应该如何确定这次爆发或信号发出的地球时间?
 [9楼]  作者:逆子  发表时间: 2012/02/20 22:49 

我个人认为:光谱仪是针对相对静止的光源波长测定的,它对于相对运动的光源是没有意义的。

这里有面应有一个理论上的铺垫,也就是说假如说有超光速,我们有何种方式可以测定它。

光谱仪有透镜,超光速射入透镜后还是超光速吗?
如果超光速射入透镜后不能再以超光速运行的话,光谱仪直接测定结果是没有意义的。 也就是说要想证明一束光是否超光速,必须先拿出一个测定超光速的方法来。



※※※※※※
逆子
 [10楼]  作者:张崇安  发表时间: 2012/02/21 08:03 

对【9楼】说:
同意
[楼主]  [11楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2012/02/21 10:22 

对【9楼】说:

这里并不涉及超光速,而仅需要测量两个方向的波长。在Sagnac干涉仪中,即使加入类似透镜等的光学玻璃,也不会影响相位差。

对Sagnac效应的分析,多数是在平动参考系中得出两个方向的光存在光程差,因此有相位差。但在旋转系中,就像在地球表面或任何一个实验室一样,进行分析,必然得出两个方向波长不同,而最终出现相位差的结论。

但是这种不同方向波长的不同,测量起来技术上难度很大。另外理论上也不能排除另外一种可能性,同时性问题显然是会影响波长的(这是我提出讨论的主要目的之一,后来想明白了),即测量光波时的同时性可能与爱因斯坦的想法一致,当然这需要实验验证。我还希望通过讨论得知,用现有的仪器,其精度能否达到测量不同方向可能存在的波长差的要求?

 [12楼]  作者:逆子  发表时间: 2012/02/22 22:28 

对【11楼】说:

没有理论指导作为假想实验的前提是不可行的,先假定一下超光速的波长是如何测定的,然后才有其是否超越的鉴别方法。

假如你是运动的汽车中测定一地面声波,其波长与频率是会同时发生变化的。而地面的运动者只会发生频率的变化不会发生波长的变化。如果按爱氏相对论的推导方式,地面的运动者与汽车中是观测者是没有区别的。

这里的关键是声波通过汽车风挡玻璃波长是否有变化。这个原理换成光是何种原理呢?



※※※※※※
逆子
[楼主]  [13楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2012/02/23 13:46 

声波与光波的不同之处是,声波很容易测频率。录音通常转化为电信号,其波形可以很容易的显示出来,频率也就在里面了。声波的波长则不容易测,至少不像测频率那么容易。
光波则不同光栅等就是用来测单向波长的,而测频率则要困难得多。
同时性是会影响波长的,波长是同一时间两个波峰或波谷间的距离。改变同时的规定,则对应的距离也会随之改变。通过测量不同方向光波的波长,可以确定哪种同时在特定的光波测量时起作用。
 [14楼]  作者:屋里学大师  发表时间: 2012/02/23 14:34 

不同光栅就是用来测单向波长的?光速测量精度早已达到每秒小于1米的误差,何不用测单向波长的方法来确定

飞机火车导弹的速度?楼主是不是想自我否定主题的结论啊?

※※※※※※
牛 东
[楼主]  [15楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2012/02/23 22:36 

对【14楼】说:

高精度的光速是七、八十年代,分别通过高精度测量激光波长和频率,最后算出来的。高精度测量波长,具体用的是什么方法,测的是单向波长还是双向波长,在网上还没查到。

高精度测量,必然受到很多限制,不是可以在任意条件下进行测量的。

 [16楼]  作者:屋里学大师  发表时间: 2012/02/24 21:03 

按你主楼的逻辑,通过单向波长的测量确定地球自转速度该是轻而易举吧,再进一步把一个小小的激光双缝干涉仪

安装到飞机火箭上又有何难?

※※※※※※
牛 东
[楼主]  [17楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2012/02/24 21:37 

对【16楼】说:

精度差很多,你就没办法了。就如同测量光速的误差是1万公里/秒,一个道理。

不过测量波长的精度我也不是很清楚,希望知情者能多提供信息。

 

[楼主]  [18楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2012/03/02 12:20 

请提供应该光波长测量及仪器还有仪器精度的更多信息。
 [19楼]  作者:屋里学大师  发表时间: 2012/03/02 12:55 

在地面上用激光双缝干涉仪测光波长的8位有效数值精度还会有疑问吗?别给自己掌嘴了。

※※※※※※
牛 东
[楼主]  [20楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2012/03/02 21:26 

请提供资料,屋里学大师 所说的数据哪里能看到?
[楼主]  [21楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2012/03/10 23:53 
[楼主]  [22楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2012/03/13 22:23 

我发的贴,可能是因为上面有很多网址吧,或许被怀疑是广告,被删除了。
网上还有多种高精度波长测量仪器。精度是达到要求了,不过不知道其工作原理。请知情者提供有关信息。
下面贴上其中两种仪器的资料:

621高精度激光波长计
用于连续激光测量,精度高达±0.0001nm;
内置稳频HeNe激光器时时校准;
工作范围350nm-5um;

高精度连续激光波长计M280537
为连续激光波长计,提供不同型号覆盖不同的光谱范围VIS: 350-1100nm ;NIR: 500-1700nm;IR: 1.5-5.0um;
为世界最高精度的激光波长计,绝对准确度可达0.2pm;
项目 激光器 连续激光
激光波长 VIS: 350-1100nm NIR: 500-1700nm IR: 1.5-5.0um
绝对准确度 ± 0.2ppm
± 0.0002 nm @ 1000 nm   ± 0.002 cm-1@ 10,000 cm-1   ± 0.06 GHz@ 300,000GHz
重复性 VIS/NIR:± 0.05 ppm
R:± 0.15 ppm
内置校准源 内置稳频HeNe实时校准
显示位数 9位
显示单位 nm; 波数(真空或大气),GHz




 [23楼]  作者:挑战天下英雄  发表时间: 2012/03/14 09:47 

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