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相对论的悲哀
[楼主] 作者:jiuguang  发表时间:2003/09/21 22:07
点击:302次

清华**说:"但目前没有一个在‘光速不变’的特定内涵——真空中的惯性系内的就地观察者所测得的光速——下证明光速可变的实验。"你说的不错,但更没有在特定内涵下证明光速不变的实验,或者说根本不可能在“真空中的惯性系内”进行观察和实验。
广义相对论没有全局坐标系,而讨论局域惯性系,实验室是惯性系吗,它不是和地球一起在旋转吗?角速度不会因为小而有所变化。
而全球坐标系是必须有的,否则洲际导弹将飞到何处,用广义相对论讨论这个问题恐怕勉为其难了。因为连坐标系都没有,你还能指望什么。
为此国际标准,还是没相对论无法工作的GPS都用坐标时间(coordinate time),在两个相对运动的参考系之间用的是t=t',即用的是伽利略变换。地球是的两个标准时钟测到的光速只能是c+v和c-v,因为这才是国际标准。
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[楼主]  [2楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2003/09/23 08:06 

相对论辩护师们何以销声匿迹,莫大悲哀!另一个标准问题

国际标准是这样规定长度单位m的:

the metre is the length of the path traveled by light in vacuum during a time interval of 1/299 792 458 of a second

即以光速为常数规定m的长度。然而根据制定国际标准的组织ITU发行的文件(1994-1997)中的数据,当环绕赤道的光缆,海拔高度为0时,自A点以反方向沿光缆发出光信号,环绕地球一周,两个方向的信号返回A点的时间相差414.8 ns 。又根据前面的标准,则从两个方向测量环球光缆可以得到两个不同的标准长度,两长度相差124.35m 。同样任意两个不在同一经度上的标准时钟间的距离也都有两个不同的标准长度。

制定国际标准的专家们似乎没有处理好这个问题,他们本应为m作出更严格、更准确的规定。

 [3楼]  作者:silin007  发表时间: 2003/09/23 09:18 

应该是去创新相对论或准备参加相对论创新大会了!
因为相对论不创新就无法自圆其说!
 [4楼]  作者:清华小猪  发表时间: 2003/09/23 10:22 

回复:首先自我挑战!

这是1983年沿用至今的定义。定义中已经明确是在真空中,而您却非要用光缆中的数据来说话!如果真空光速不是常数,国际上就不可能用它来定义米了。我们不要沉迷于挑战,而更要自我挑战,如果您稍微慎重一点,就不会发出此帖了。

 [5楼]  作者:清华小猪  发表时间: 2003/09/23 11:39 

回复:不是销声匿迹,而是这里反相的水平太低了——所以只好由我来接招了

一个实验证据如果不和其它证据联系起来分析,通常都会有更多可能的解释。因此对相对论证据的许多攻击就属于这种就单个证据提出其它可能解释的方式。我曾有一帖分析迈-莫实验,指出孤立地看这个实验,可以有一套光速与光源速度有关的自洽解释。但这种解释被其它实验所否定,因此剩下的才是对相对论有利的解释。

光速不变是一个全称判断,逻辑上不能被证实只能被证伪,但到目前还没有被证伪,累积的证据链是一种概率意义上的证实。你可以反相对论,但还没有希望看到一种有力的竞争者。因为竞争者也必须是全称判断式的,同样也只能概率性地证实。理论只能竞争解释力和使用的方便性。

全球坐标系当然是有的。就GPS而言吧,最近有不少帖子提出这个东西。

GPS采用了虚拟的地心球坐标系,给出坐标的方式是(经度,纬度,高度)。零高度是一个虚拟椭球,与海平面并不重合。

因此不存在洲际导弹找不到位置的说法。

二十四颗GPS卫星每毫秒以双频微波发送一次测距信号,同时还周期性地发送星历——即任意时刻卫星的坐标(可以理解为轨道方程)——和一些修正参数。

地球上任一角落的GPS定位仪总可以同时看到至少四颗GPS卫星,这得益于卫星的合理分布方式。每颗卫星的星历都会下传保存到每个定位仪中。定位信号含有该信号的发出时刻,定位仪收到定位信号时与自己内部的时钟比较就可以知道信号的传播延时,从而计算出定位仪与该卫星的直线距离。定位信号中还有发送该信号的卫星的编号,因此定位仪可以从星历中知道该卫星的坐标。理论上,知道了定位仪与三颗已知坐标的卫星的距离,就可以算出定位仪的坐标(三个方程解三个未知数)。但实践上由于定位仪的的内部钟是石英钟,达不到原子钟的精度,同步性是不够的。因此时间误差也作为一个未知数,这样就要求四个方程,所以需要第四颗卫星。

因此定位仪不仅可以定位,还可以定时。事实上有些定位仪就只用于定时——与GPS原子钟时间同步。而GPS原子钟时间由地面站进行同步。)——当然这种同步是相对的,另一个参考系是不会同意它们真同步的。但就实用目的而言,我们只需要在自己的坐标系中自洽地运用“同时”就行了。甚至于完全自洽都不必要,只要误差可以接受就可以了。

由于卫星在引力场中运行,狭义和广义相对论效应会使其时钟变慢,因此星历中会有修正参数。这就象两个走速不一样的钟,以其中一个为标准钟不断地对钟。这里就是通过修正参数使所有卫星GPS钟与地面钟同步(当然卫星钟物理速率是不需要改变的,修正的只是数学计算)。而卫星还会因为地球公转岁差、太阳风等各种因素偏离轨道,所以GPS地面测控站不断跟踪修正星历,并上传到卫星,定位仪再下载替换自己保存的星历。

相对论效应是做为修正参数而存在的,这不仅体现在卫星原子钟时间修正上,而且体现在测距时根据多普勒效应修正距离。其它修正还包括电离层、大气层的偏折和延时、多重路径等。如何更好地修正各种影响至今仍在研究,以期生产出更好的定位仪。

至于用三角法求解定位仪的坐标时,是用广义相对论的弯曲空间,还是用欧几里德几何的平直空间,本人所知有限,也没有看到报导。记忆中看过一个数据说两种方法的结果差别绝不会达到一英尺。

 [6楼]  作者:清华小猪  发表时间: 2003/09/23 12:00 

我们当然不能在真正的无引力场的真空中做实验。然则,存在绝对不受外力的运动物体吗?那为什么没有人反对惯性定律?

物理的逻辑:可以只抓本质,可以用归纳法,可以外推。这样才能完成从具体到抽象的认识过程;然后才是从抽象到具体,给出无数理论上重建的具体,逐个去实践中验证。验证的精度只需要符合实践的要求。

当实践进入需要越来越广的范围,越来越高的精度时,一个个不能给出在更大范围更高精度下符合事实的理论具体的理论就被淘汰(如托勒密体系)或发展(如牛顿体系)了。

至于您所言地球的标准时钟只能测得c+v或c-v,能否说得详细点吗?否则我也不需要详细过程就说一定是c。

[楼主]  [7楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2003/09/23 16:35 

对关键问题避而不谈——相对论的惯用手法
既然你看了那么多有关GPS的东西,你当然应该知道GPS用的是坐标时间。即从地心惯性系到旋转的地球之间,用的是t=t',即伽利略变换。既然惯性系光速是c,在地球表面光速当然是c+v和c-v。国际标准也定义坐标时间是法定时间,国际标准时间的名称就是 Universal Coordinated Time (UTC)。难道还有什么疑义吗?避开关键问题不谈,旁敲侧击,只是混淆视听的手法。
[楼主]  [8楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2003/09/23 16:39 

回复:你知道什么是坐标时间,就不用多说了
相对论的悲哀
 [9楼]  作者:清华小猪  发表时间: 2003/09/24 10:37 

回复:先承认你用光缆光速来挑战米的定义的错误吧!认错不是羞耻,而是一种大勇!
相对论的悲哀
 [10楼]  作者:清华小猪  发表时间: 2003/09/24 11:05 

回复:不是避而不谈,而是我以为您不会犯这种错误。

既然你看了那么多有关GPS的东西,你当然应该知道GPS用的是坐标时间。即从地心惯性系到旋转的地球之间,用的是t=t',即伽利略变换。既然惯性系光速是c,在地球表面光速当然是c+v和c-v。国际标准也定义坐标时间是法定时间,国际标准时间的名称就是 Universal Coordinated Time (UTC)。难道还有什么疑义吗?避开关键问题不谈,旁敲侧击,只是混淆视听的手法。

[[GPS坐标时用的是UTC。问题的本质是,当定位仪在运动时,定位仪中的软件不是以运动的定位仪为参考系在计算,而是用的GPS参考系(地心球坐标)在计算,因为最后结果是表达为GPS坐标,而不是定位仪自己的参考系坐标。定位仪认为光速是c,而GPS参考系认为光速也是c,但在GPS参考系看来光相对于定位仪是c+v或c-v,这是几何速度而不是动力学速度!您不会不知道这两种速度的分别吧?]]

[[[再给你介绍一下UTC吧]]]

[[协调世界时(UTC)是世界时和原子时经过闰秒之后得到的,它不是一种独立的计时系统,而是一种计时服务方法,它的秒长符合新的秒定义,而不是所谓的格林尼治时间。尽管原子秒非常均匀准确,而地球自转有快有慢影响了世界时的准确性,但它还是要迁就以地球自转为基础的时标,这样来保证时间与季节的协调一致,避免日积月累出现“自然时”的阴差阳错。闰秒是由国际计量局统一向全世界发布,各国将根据这一信息统一拨快或拨慢一秒。

目前,国际上有三种时间计量尺度:世界时(UT),根据地球自转周期确定的时间;原子时(AT),以原子能级跃迁所辐射的电磁波震荡周期为基础确定的时间;协调世界时(UTC),它是世界时和原子时协调的产物,是当今采用的国际标准时间。

原子时是一种以原子谐振周期为标准,并对它进行连续计数的时标。同世界时相比,原子时要均匀得多。在1967年第十三届国际计量大会上把秒定义为:以铯原子(133cs)超精细能级跃迁辐射的9192631770个周期所持续的时间为一秒;时标的始点定在1958年1月1日的零时零分零秒。目前有分布于世界各国的许多研究所的数百台铯原子钟为国际原子时提供数据,在这些数据的基础上,国际时间局应用一种加权平均的方法算出国际原子时。在我国,中国计量科学研究院、上海天文台、陕西天文台以及台湾电信研究所(TL)均各自建立了原子时,每月向国际时间局报告数据,并同其它国家研究所的数据一块发表在国际时间局的月报及年报上。

世界时和原子时都是独立的时标,它们各有自己的使用范围。当人们从事系统的动力学研究时,需要尽可能均匀的原子时标;但当从事象大地测量之类与角位置密切相关的工作时,世界时又是必要的基本依据。为了同时适应两种需要,产生了所谓“协调世界时”的时标。协调世界时是通过闰秒的办法使它的时刻接近世界时。协调世界时是世界时与原子时协调的产物,自1972年1月1日起在全世界实施。对于时间频率用户说,使用协调世界时标,可以得到符合新的原子秒定义的时间间隔,从而得到尽可能均匀的时标。]]

[楼主]  [11楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2003/09/24 23:10 

回复:你是不是还糊涂着啊!再给你讲清楚点

首先纠正一个错误,GPS用的时间与UTC时间是不同的。不知道从哪里搬来的奇谈怪论,请解释一下。

[[GPS坐标时用的是UTC。问题的本质是,当定位仪(哪来的)在运动时,定位仪中的软件不是以运动的定位仪为参考系在计算,而是用的GPS参考系(地心球坐标(哪个参考系,转的还是不转的))在计算,因为最后结果是表达为GPS坐标,而不是定位仪自己的参考系坐标。定位仪认为光速是c,而GPS参考系认为光速也是c,但在GPS参考系看来光相对于定位仪是c+v或c-v(不是晕了头吧),这是几何速度而不是动力学速度!您不会不知道这两种速度的分别吧?]]

从理论上说用两个时钟就可以测量光速,有疑问吗?而国际标准规定了用坐标时间作为标准,而不是相对论的proper time。只要用符合proper time的时钟才能测到光速是c ,而用两个标准时钟测到的只能是c+v,c-v。然而在广义相对论中,是不可能有全局范围内的同步时钟的,所以标准时间只能是牛顿体系的时间。可惜的是这种标准时间是不可缺少的,在广义相对论的书中讨论旋转参考系时,都使用t=t'的伽利略变换,只是他们不承认,至少不说就是了。真正用广义相对论时间的却不多见。


 

[楼主]  [12楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2003/09/24 23:14 

回复:还不明白坐标时间吗?先看上面的回复
相对论的悲哀
[楼主]  [13楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2003/09/25 09:16 

澄清一个问题:光纤的影响早就在考虑之中了

光纤中的光速不同于真空中的光速,因此光通过光缆环绕地球的时间不同于真空。但是光由两个方向环绕地球一周所用时间的差值与折射率n无关,即与n=1有相同的差值,这是直接由相对论推出的结果。

用两个标准时钟测量光速光缆不是必须的,况且国际电信同盟的文件 ITU-R 已经给出了准确的计算公式。(太复杂无法写在这里)

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