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“板斧”比较敏感的两个论题:
[楼主] 作者:yanghx  发表时间:2003/07/30 12:38
点击:321次

“板斧”比较敏感的两个论题:

1、
已知的是:
声波满足伽利略变换,声速可以与观测者的速度叠加,
声波与电磁波的波动方程在形式上完全相同,

问题是:
如果声波的波动方程也满足相对性原理,
那么就意味着:如果假设光波也是“介质机械波”的话,
其波动方程同样可以满足相对性原理(如同声波的波动方程),

所以看来只有承认声波的波动方程不满足相对性原理了?
那么声介质就是声波的一个“特殊坐标系”---相对声介质的声速不变,
所以其波动方程的形式也最简单,

2、
能否理智的探讨:
相对论“时慢公式”与纵向多普勒公式的矛盾问题?

即:对于飞船上的两次闪光的时差t'与等时差t'的n次闪光序列,
当进行时间转换时,要用两套不同的公式来计算时差t吗?
即:
当闪光次数等于2时:
t=t'/sqr(1-vv/cc)
当等时差t'的闪光次数大于2时:
t=t' [(c-v)/c /sqr(1-vv/cc)]


看来有些人不怕混战,就怕理智的探讨和谈判?
这倒让人想起不少往事来?看来还要经常的刺激他一下?

本帖地址:http://club.xilu.com/hongbin/msgview-950451-34299.html[复制地址]
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 [2楼]  作者:relativabc  发表时间: 2003/07/30 13:30 

此t非彼t。重复贴,因为被删,试试还行不?

t=t'/sqr(1-vv/cc)中的t是源发射的脉冲间隔间隔;t=t' [(c-v)/c /sqr(1-vv/cc)]中的t是接收者收到的脉冲间隔。

 

――――――――――――――――――――――――――――

较详细分析如下:

 

考虑这样的情况:一个接R,一个发射源S。发射源S以速度V远离接R,源以Ts间隔发射两个脉冲。

分析多普勒效应现象(可以参考一般的物理书),有:νr=(C/(C+V)) νs, 或者写成Ts(C/(C+V))Tr

研究这个关系的人是站在接者的地位的,或者就是接受者。

 

在经典力学里,发射源(或叫发射者,这不影响问题的讨论吧)所度量的两个脉冲间隔,与接者度量(or测量)的源产生的两个脉冲间隔 是一样的,都是Ts。所以在经典里,多普勒公式就如同上面的表达。

 

    V接近光速时,就必须考虑相对论所带来的影响。这时会产生什么不同呢?研究这个关系的人依然是接者,他依然按照前面的方式得出了关系式:νr=(C/(C+V)) νs, 或者写成Ts(C/(C+V))Tr  现在问题来了,因为这个关系式是接者考察的,这里的Ts是接者测量的源所发出的两个脉冲间隔。为了表达清楚,我们把接者测量的源脉冲间隔用Tsr表示,这样上面的关系式变为Tsr(C/(C+V))Tr 而发射源所度量(测量)的两个脉冲间隔仍用Ts表示(相对论里,这个Ts又称为本征时间或固有时间---这算我废话J)。根据相对论的时间变换TsrTs/sqr(1-VV/CC),则我们有Tr=Ts(1+V/C)/ sqr(1-VV/CC)

 

 [3楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2003/07/30 17:16 

问题所在

在惯性系中实际是无法证明光速是常数还是不是常数的。原因是没有比光速更快的信号,可用以测量光速。用以光速传播的信号测量单向光速当然会出现问题。音速是另外一种情况,如果没有不大于音速的信号,则无法证明音速不变是不是正确,然而有比光速快得多的信号,可用于准确地测量音速,问题就不存在了。反之,如果有比光速大的多的信号,例如Y信号,可用于测量光速,则光速就很容易测量了,(c=30cm/ns用原子钟测量从技术上说是没问题的),则光速不变就没有意义了而要由Y速不变取代,因为我们还是无法测量单向Y速。

问题2、时钟变慢是二阶效应,多普勒效应是一阶效应,除非接近光速,否则相差很大,或者说二阶小量总是可以忽略的。实际上还有一个更大的变量没考虑进去,就是光速,飞船没远离我们30cm我们看到的飞船上的时钟就会慢1ns 。这一变化比一阶小量大得多。考虑相对论问题说必须将这些因素都考虑进去,否则说明不了问题。

 

[楼主]  [4楼]  作者:yanghx  发表时间: 2003/07/30 17:40 

可能先要把前提条件统一一下?否则就难了

t=t'/sqr(1-vv/cc)中的t是源发射的脉冲间隔间隔;
t=t' [(c-v)/c /sqr(1-vv/cc)]中的t是接收者收到的脉冲间隔。



或者是你的笔误,或者是我们的理解有些不同?
看来先把这个前提搞清楚才行呀,
我认为在上面两个公式中:
t'是飞船上同一位置处的源发射的脉冲时间间隔,
t是接收者收到的脉冲间隔,

这没有争议吧?如果有疑问,就要先统一一下这个问题了?

 [5楼]  作者:relativabc  发表时间: 2003/07/30 17:59 

好像没有歧义。

你把两个公式中的t弄混了。

t'(Ts)是飞船上同一位置处的源发射的脉冲时间间隔,
t=t'/sqr(1-vv/cc)中的t(Tsr)是源发射的脉冲间隔间隔;

t=t' [(c-v)/c /sqr(1-vv/cc)]中的t(Tr)是接收者收到的脉冲间隔。


[楼主]  [6楼]  作者:yanghx  发表时间: 2003/07/30 19:30 

那先看看对书中的讲述怎么理解?

那看看书中讲的是不是错了?
书里写到:
Δt=Δt'/sqr(1-vv/cc)
这里,Δt'是对发生事件的地点静止的惯性系S'中度量的时间,
Δt'叫做固有时间。Δt是对发生事件的地点做相对运动的惯性系
S中度量的时间,上式意味着:对于发生事件的地点作相对运动
的惯性系S中度量的时间比相对它静止的惯性系S'中度量的时间要长。
如果Δt'代表静止在S'系坐标原点的钟“滴答”一次的时间间隔,
那么静止在S系中的钟度量这个时间间隔便为Δt'/sqr(1-vv/cc)。

以上摘自:《大学物理》陈宜生1999年2月出版,第140页,
这里S 系是观察者所在的坐标系吧?
Δt不是观察者测量到的脉冲时间间隔吗?
Δt'当然就是飞船S'系中脉冲源的“固有周期”了?
我们可一直是这样理解的,难道这也会有问题吗?这可没想到,
还请指点一下了,
要么是大学课本需要修改?要么是我没有对书中的叙述理解正确?
如果认为这本书讲的还不够清楚,我还可以再抄几份直接以飞船为例的,
随便拿起一本教科书都是这样写的呀?怎么回事呢?

[楼主]  [7楼]  作者:yanghx  发表时间: 2003/07/30 19:38 

光源与观测者相对静止的情况下,测量光速的方法很早就有了?
那么问题就是运动的观测者怎样测量光速了?参见附文,

问题2:“除非接近光速,否则相差很大”,
这里有个问题,如果是光源与观察者做“接近”运动,
则当v-->c时,
t=t'/sqr(1-vv/cc) -->∞,
t=t' [(c-v)/c /sqr(1-vv/cc)] -->0,
(可以求极限,周期极限为零,频率趋于无穷大)
相差也很大吧?

或者是笔误?你的原意是:在低速下难以检验?
我具体计算过当飞船的速度v=10000m/s时,在“接近”的情况下,
两个公式的计算差值是10^-5秒数量级,这个精度要求不算高吧?
而且运动的光源会出现频率“紫移”---周期收缩,
这本身就否定了相对论的“时慢公式”所预言的:
运动的光源只有频率“红移”---周期膨胀,
对不对?

-----------------------------------------------
附文:
用一般的测量光速法,运动者如何测量光速呢?
光源和观测者相对静止的情况下测量光速都知道的,
两者间距S1-S2=L不变,只要测量出单个闪光往返的时间t就行了:
c=2L/t

那么对于运动的观测者呢?按加利略的方法:
假设观测者以v经过S1点时,S1处同样发出一个闪光,
闪光也同样经过S2处的反射镜反射回来,
那么对于观测者“接近”的情况应该是:
c=(2L-vT)/T =2L/T -v =C-v
这里:
T=2L/(c+v)<t,
C=2L/T =c+v
是相对观测者的相对光速,显然有C>c,
所以实际的光速c=C-v =c+v-v =c ,

 

 [8楼]  作者:relativabc  发表时间: 2003/07/30 20:48 

依然没有歧义。

你再去看一下多普勒效应的推导。

如果源远离接收者,远离的速度为V,接收者收到‘嘀哒’一声的时间为Tr,依照书上介绍的方法,接收者可以推算出源‘嘀哒’一声用的时间为Tsr(C/(C+V))Tr。这里的Tsr是接收者测量的源的‘嘀哒’一声时间。仔细去考察推导上面的公式所用的时间参考系,会发现它们都是以接收者为参照对象。即接收者对应着你所说的S系,Tsr对应着你所说的Δt。

以源为参照系,源‘嘀哒’所用的时间为Ts,这对应于你所说的Δt'。Tsr与Ts的关系为TsrTs/sqr(1-VV/CC),即Δt=Δt'/sqr(1-vv/cc)

如果源说;”我嘀哒一声用了Ts(Δt‘)。”, 则接收者说;“我收到的嘀哒一声用了Tr,而不是“Δt”。Tr=Δt(1+V/C)=Δt'(1+V/C)/ sqr(1-VV/CC)

 [9楼]  作者:relativabc  发表时间: 2003/07/30 21:00 

还是没有歧义。

你再去看一下多普勒效应的推导。

 如果源远离接收者,远离的速度为V,接收者收到‘嘀哒’一声的时间为Tr,依照书上介绍的方法,接收者可以推算出源‘嘀哒’一声用的时间为Tsr(C/(C+V))Tr。这里的Tsr是接收者测量的源的‘嘀哒’一声时间。仔细去考察推导上面的公式所用的时间参考系,会发现它们都是以接收者为参照对象。即接收者对应着你所说的S系,Tsr对应着你所说的Δt 

以源为参照系,源‘嘀哒’所用的时间为Ts,这对应于你所说的Δt'TsrTs的关系为TsrTs/sqr(1-VV/CC),即Δt=Δt'/sqr(1-vv/cc)

如果源说;”我嘀哒一声用了Ts(Δt‘)。”, 则接收者说;“我收到的嘀哒一声用了Tr,而不是“Δt”。Tr=Δt(1+V/C)=Δt'(1+V/C)/ sqr(1-VV/CC)

[楼主]  [10楼]  作者:yanghx  发表时间: 2003/07/30 22:46 

我来把问题简化一下吧,或许会有个答案的?
你用了一些Trs和Tr符号,看来我们的争论不会有明确的结果了,
只有来具体的处理一个问题吧?
问题很简单:
一个飞船S'以速度v相对S运动,S'接近S,
1、飞船上同一位置处发出先后两个光脉冲,脉冲时间间隔是t',
问地面的S系观测接收到的脉冲时间间隔t=?
2、飞船上同一位置处发出先后n个光脉冲,脉冲时间间隔是t',
问地面的S系观测接收到的脉冲时间间隔t=?

只要你用你的理论解决了这两个问题,我就明白你的意思了?
 [11楼]  作者:relativabc  发表时间: 2003/07/30 23:06 

^_^ 请看...

我把问题再明确一下(见下面红字)

一个飞船S'以速度v相对S运动,S'接近S,
1、飞船上同一位置处发出先后两个光脉冲,脉冲时间间隔是t',
问地面的S系观测接收到的脉冲时间间隔t=?

t=t'(1-V/C)/ sqr(1-VV/CC)


2、飞船上同一位置处发出先后n个光脉冲,脉冲时间间隔是t'(t'中包含了n个光脉冲)
问地面的S系观测接收到的脉冲时间间隔t=?

t=t'(1-V/C)/ sqr(1-VV/CC) (t也中包含了n个光脉冲)

 [12楼]  作者:逆子  发表时间: 2003/07/30 23:54 

误解。

从光的多谱勒频移关系式中才能真正理解爱氏的时间膨胀。相对论认为运动的时钟会变慢,与之相应运动的光源频率会变小。这里所说是频长变少是由时间膨胀造成的,另一方面观测者会受到多谱勒频移的影响。这样无论光源向着我们运动,还是远离我们运动,它的时间都会发生膨胀。只不过一般光源的运动远小于光速,其时间膨胀效应会被多谱勒频移给“淹没”。淹没的结果是一般都可以采用v=v^(1-u/c)来计算。只有当光源高速运动时,或者说更为精确的实验才可以观测到二阶效应。

 



※※※※※※
逆子
[楼主]  [13楼]  作者:yanghx  发表时间: 2003/07/31 00:03 

知道了,不过...

这就对了,两种情况你用的都是多普勒公式,
其实第一种情况是标准的“时慢公式”推导模型,
现在被你否认了?
那么就要请教一下:
如果不是在情况1下使用“时慢公式”,
那么按你的理解,在什么情况下使用“时慢公式”呢?
就以这个例子为例吧?

 [14楼]  作者:relativabc  发表时间: 2003/07/31 00:27 

这个才是标准的时慢公式推导

这个是时慢公式的标准推导问题:

一个飞船S'以速度v相对S运动,S'接近S,
1、飞船上同一位置处发出先后两个光脉冲,脉冲时间间隔是t',
问地面的S系观测测量到的脉冲时间间隔t=?t=t'/ sqr(1-VV/CC)

————————————————————————————

这个是多普勒公式的推导问题

一个飞船S'以速度v相对S运动,S'接近S,
1、飞船上同一位置处发出先后两个光脉冲,脉冲时间间隔是t',
问地面的S系观测接收到的脉冲时间间隔t=?t=t'(1-V/C)/ sqr(1-VV/CC)


[楼主]  [15楼]  作者:yanghx  发表时间: 2003/07/31 00:44 

看来是“测量”和“接收”有很大的不同了?

这个是时慢公式的标准推导问题:

一个飞船S'以速度v相对S运动,S'接近S,
1、飞船上同一位置处发出先后两个光脉冲,脉冲时间间隔是t',
问地面的S系中观测者测量到的脉冲时间间隔t=?t=t'/ sqr(1-VV/CC)
————————————————————————————
这个是多普勒公式的推导问题

一个飞船S'以速度v相对S运动,S'接近S,
1、飞船上同一位置处发出先后两个光脉冲,脉冲时间间隔是t',
问地面的S系中观测者接收到的脉冲时间间隔t=?t=t'(1-V/C)/ sqr(1-VV/CC)

 

=====================================

你的意思是测量接收很不一样?
它们有何不同吗?^_^

[楼主]  [16楼]  作者:yanghx  发表时间: 2003/07/31 01:06 

越来越幽默了哈?

观测者:接收、测量者?
这个“观”的意思是接收吧?
这个“测”的意思是测量吧?

看来要明确两个关键性的概念:观察者和测量者?
观察者观察到的是多普勒效应?
测量者测量到的是时间变慢?

所以我们以后不能再笼统的使用“观测者”这个模糊概念了?
否则可能因此而代错了公式?

[楼主]  [17楼]  作者:yanghx  发表时间: 2003/07/31 01:38 

好象不对:两式是同量级的?忽略谁呢?

逆子的意思用数学表达就是:
t= [t'/sqr(1-vv/cc)] + [t'(1-v/c) /sqr(1-vv/cc)]
=t'{[1/sqr(1-vv/cc)] + [(1-v/c) /sqr(1-vv/cc)]}
=t'[1+(1-v/c)] /sqr(1-vv/cc)
=t'[2-v/c]/sqr(1-vv/cc)

这是什么公式呢?

再比较一下这两个值:
1/sqr(1-vv/cc) 与 (1-v/c) /sqr(1-vv/cc)
当v比较c很小时,它们近似相等,能把谁舍掉呢?
它们是同量级的,存在一阶、二阶的问题吗?

如果说有无穷小量可以忽略的话,那就是下面这种情况了:
当v-->c时,后一项趋于零,可以认为多普勒效应可以忽略?

 

 [18楼]  作者:relativabc  发表时间: 2003/07/31 01:44 

测量与接收

考虑接收者r,源s,源接近接受者。在R的参照系S中,r在原点,s在坐标x初。s在x处发出两个脉冲,穿过一段距离到原点,r在原点接收到这两个脉冲。

那么r如何测量源s发出的两个脉冲的时间间隔呢?为了避免问题的混淆,假设s在x处不是反射两个脉冲,而是在x处先后弹了两下。这样的问题应该是等价的吧。(即r测量s在x处发射俩个脉冲的时间间隔与测量s在x弹跳两下的时间间隔等价)

现在s向r处接近,s第一次弹跳在x1处,第二次弹跳在x2处。r以S系的计时体系记录下s在x1弹跳的时刻t1,和在x2处弹跳的时刻t2。Δt=t2-t1就是s测量到的时间间隔。Δt就是r测量的s在r的参照系中运动时间(间隔)。当然测量两个脉冲的时间间隔也是一个道理。

 [19楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2003/07/31 03:52 

光速测量

问题2、你的公式有问题

t=t'/sqr(1-vv/cc) -->∞,
你的公式用的应该是钟慢公式吧?但在你手里却成了钟快公式。你应该看看公式是怎么推出来的。当v=30km/s时,一阶小量与二阶小量之比是10000倍。

光速测量问题、你测的是光往返两点的平均光速,如果假设光速不变成立则只能用光速测其他,例如激光测距仪,光速本身就无须测,也不能测了,如果测出了光速的偏差也只能认为测量出了问题而非光速有问题。附文中,必须区分用的哪种理论,才有意义,因为同一符号,在不同理论中是有差异的。光速不是相对于观察者的,可以将观察者看作一个点,而测量速度是不能用一个点的,无穷小也不是一个点,而无穷小又是不可测的,观察者并没有可测量光速的两个点。

[楼主]  [20楼]  作者:yanghx  发表时间: 2003/07/31 11:11 

有些不太明白,一阶小量与二阶小量?

t=t'/sqr(1-vv/cc) -->∞,
你的公式用的应该是钟慢公式吧?但在你手里却成了钟快公式。

这我不太明白了,t-->∞是钟变快了吗?

-----------------------------------------------
当v=30km/s时,一阶小量与二阶小量之比是10000倍。

你总说一阶、二阶小量,能否给出数学表达式呢?
我理解的一阶小量与二阶小量之比是:
[1/sqr(1-vv/cc)] / [(1-v/c)/sqr(1-vv/cc)] = 1/(1-v/c)
当v远小于c时,其比值近似为1?

-----------------------------------------
如果假设光速不变成立则只能用光速测其他,
例如激光测距仪,光速本身就无须测,也不能测了,

在已知初始距离Lo的情况下,只要精确测量时间就可以了,
最古老的“转镜法”测量光速就是这个原理?
并不是必须要有超光速才能测量光速吧?


 

 [21楼]  作者:逆子  发表时间: 2003/07/31 20:21 

1/sqr(1-vv/cc) 与 (1-v/c) /sqr(1-vv/cc)不是同数量

1/sqr(1-vv/cc) 与 (1-v/c) /sqr(1-vv/cc)不是同数量级。我就以书本中的一个例题来说明。

例  从地面上观测某星系所发出的光中的某些典型波长,与地面光源所得到的相比较,大约增加了0.4% 。 试问这个星系相对于地球的径向速率为多大?它正在趋近来还是离开地面而运动?

解:设地面波长为y(波长符号不会打只好用y来代表波长),则

y^=1.004y

由于y^v^=yv=c, 所以我们可以把上式写为

v^=0.996v

这个频率移动很小,以致计算光源的速度时无论我们用(1-v/c) /sqr(1-vv/cc),还是用(1-v/c) 实际上是没有差别的。我们可以采用(1-v/c) 来计算,得到

v^=0.996v=v(1-u/c)

解上式,得u/c=0.004,即u=(0.004)(3*10^8米/秒)=1.2*10^6米/秒

===============================================

这里的推算中膨胀效应1/sqr(1-vv/cc)是可以忽略的,而多普勒频移(1-v/c) 是不可忽略的。如果把(1-v/c) 忽略掉就等于把1.2*10^6米/秒忽略了。

所以说两者不是处于同数量级,具体的例子比较一下可以得到结果。

 



※※※※※※
逆子
 [22楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2003/07/31 23:53 

钟慢公式是t'=t/k=t(1-vv/cc)^1/2而不是你写的t'=kt=t(1-vv/cc)^(-1/2),几乎所有狭义相对论教材中都有推导。所谓一阶小量、是指展开成级数之后得到的对应的项。1不是小量,没去除才出现了错误的结果。

在已知初始距离Lo的情况下,不测量那有已知,长度的国际标准怎么定义的?

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