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从物理意义上认识“光速不变原理”
[楼主] 作者:tyger01  发表时间:2014/08/08 16:58
点击:1760次

光是一种非常特殊的东西。我们知道它是一种“电磁波”,但是电磁波这种东西太特殊了。因为它没有空间上的尺度,所以确实没有太好的方法绘制出形象的图形来,所以我们必须要有很强的抽象思维能力来理解它。因此在讨论光速不变原理之前,希望你已经看过《光的实质是“波动”形状的“粒子”串》

 

形象一点说,电磁波其实更像一列装满货物的火车,是一串装载着"波形"的电场(列车)串。与其说是"波"不如说是"串"。

光是"频率"很高的电磁波(颗粒很小的电场串),因为我们的眼睛能感觉到这种频率的光,所以我们能看见东西了。我们所有观测到的事物都是通过光的传递而得到的结果。没有光,我们就不可能进行观察和测量。

因为测量是通过光完成的,因此测量结果必然存在光的影响。比如光的速度就被叠加在我们观测到的物体的运动速度中了。理论上速度是物体单位时间的位移量,这点毫无疑问无可厚非,但是我们测量速度时却必须通过光作为媒介,光在这里面了测量结果,使得我们测量到的距离发生了光程时间差。因此我们测量到的一切速度都是包含了光程时间差的速度,与理论上的速度有区别。

我们都知道迈克尔逊-莫雷实验发现光速不与惯性系的速度叠加。说起来当时的人们真的很好笑,竟然想出这样的方法来测量光速的变化。

速度是单位时间的位移距离,也就是物体在单位时间内离开原位置的距离,这是经典物理学速度的定义。但这只是理论上的速度,事实上测量到的速度因为需要光进行传递,在物体移动了一段距离后,光的传播时间会变化,这样得到的速度就不是理论速度了,而是测量速度。

假如一个物体的速度是v'通过光传达这个信息后得到的是叠加了光程差的结果是v,这个v就是我们平时测量到的速度,是经过光的传递后的数据。因为运动就包含着位移,包含了位移就包含了光从不同距离传播的时间差,因此我们无论如何测量速度,都无法回避光程时间差的问题,我们无法直接测量到理论速度,只能使用测量速度。

显然从理论上说物体相对光速会产生速度差,但是因为我们测量到的速度本身已经包含了这个因素,所以就不能再与光速进行相加减了。比如火车上的人看地面上的人,他看到的速度是带有光程时间差的,反过来,地面上的人看火车上的人也一样,看到他的移动速度是包含了时间差在内的合并速度。这个时候,火车上的人相对自己是静止的,不存在光程时间差的影响,因此他在测量光速时实际上相对地面上的观测者来说要去掉一个光程时间差,而这个时间差恰恰是地面上的人观测时产生的时间差,因而导致光速被还原。反过来地面的人也一样,相对火车上的测量结果而言,地面上的人自己看自己是静止的,不存在时间差问题,所以测量到的光速是相对自己的光速,不是火车上的人看到的光速。因此,无论是谁,测量到的光速都与对方测量的不同,两个测量结果中包含的光程时间差正好使测量的结果互相抵消,因而火车上的人认为光相对自己的速度是c,地面上的人认为光相对自己的速度也是c。

测量到的速度是包含了光程差的速度,这是无法回避的现实,用这样的"视在速度"来测量光的速度,正好把光程差抵消掉,结果光速不变。这就是理论上光速与运动速度能叠加,而现实中却测量不到叠加效果的原因。因为现实中不可能测量到没有光程差的速度。

我们看一些更简单的例子:假如远外发生了一个闪光,在闪光的光到达之前我们不可能未卜先知,不可能事先发现那里产生了闪光。只有在光到达时我们才知道闪光发生了。

那么闪光是什么时候发生的呢?我们根据几何原理能知道闪光发生点的距离,我们根据"已知"的光速计算出了闪光发生的时间。

假如那个闪光的物体正以高速远离我们(或者我们正在高速远离那个光源),现在反过来计算一下光速,我们用"已知的光速计算出来的时间"和"距离"一算,光速没变。这是A=B、B=A的事嘛,不用算也知道。

假如我们正高速接近那个闪光物,我们也一样,用已知的光速计算出了时间,再用这个时间来计算光速,当然光速还是已知的那个光速。

事实也一样,测量到的光就是物体远离或接近时的光,反过来用这个光再与它自己相对比,结果一定是相同的。

这就像橡皮尺子自己测量自己的长度。不管怎么拉伸还是压缩,测量到的读数都不会改变。如果因为远离而使光被"拉长"了,则用拉长了的光与拉长了的光相比"长度"没有改变。如果高速接近使得光被压缩了,则用压缩了的光与压缩了的光相比较,"长度"也没变。

理论上物体的运动速度与光速会有一个差,但现实中因为我们只有光这个媒介,只能用橡皮尺子自己量自己,所以无论如何我们测量不到光速的变化。除非人们找到一种速度远远比光速更快的测量媒介,否则人们永远无法测量到光的速度变化。这就是光速不变的真正原因。

不是光速不变,而是变了也测量不出来。这是现实,不认可也没有任何办法,是无法回避的现实。但是我们还必须相信测量的结果,如果不相信测量结果,那测量就不存在了,物理学本身也没任何意义了。

除了上面的原因之外,光还有另一个问题也是不可回避的,就是不到达我们的眼睛就无法察觉。前面说了一个闪光在没有到达前不能预知,其实就算到达了只要没进眼睛也不可知。比如我们看到天空是亮的,原因是光照射到的空气。是空气的反射光到达了我们的眼睛。如果没有空气,比如在月球上,只要光没射入眼睛,就不会感觉光到达了。

我们看到的任何物体都是光线照到物体上之后由物体反射的光,由这些光构成的物体的影像,从这个角度上说,我们感觉到的物体其实是由光构成的影像,我们从来没有看到实际的物体是什么形状。因此,我们看到的物体也会因光的速度和方向的改变而改变。

就像用放大镜看物体一样,我们看不到光线拐弯,看到的只能是物体被放大了(空间变形)。

因为我们无法感觉到光的速度变了,我们就会感觉是空间和时间变了。这是测量学上的必然结果。

我们无法直接观察到光的运动规律,我们所有的测量和实验都是借助介质来进行的,而光的本质决定了只要经过介质,则光源就变成介质了。也就是说我们看到的光,其实就是介质上发出的光。比如看到一个物体,是那个物体上发的光形成的影像,不是照亮那个物体的光源的光。这和机械波完全不同,机械波在没有到达我们时我们就能"看"或用仪器"感知"到,因为有光的存在。因此我们可以观测到机械波的运动规律。而光不行,我们只能通过"次波源"发的光来"观测"光。而次波源往往是和我们相对静止的。比如迈-莫实验的两个反射镜相对就是静止的,相对干涉屏也是静止的。都是静止的光源无论两束光的速度是否相同,干涉纹也一定是固定不变的。

我们想象一下,抓个苍蝇放进一个水盆里,苍蝇会振动翅膀发出水波,端着水盆移动会发现水波相对水面的速度恒定。假如外面的振动传到盆上引起水的振动,可想而知,水的振动与外界振动源的速度没任何关系。对水来说,振动是水盆这个次波源发出的。

综上所述,光速即变发生了变化,我们无法测量到,因为我们只能用光来测量光自己,无论如何都无法感知速度的变化。其次,我们不能直接观测光,而必须通过介质来间接感知光的存在,经过介质后的光速不再是相对原光源的光速。所以,不论我们相对光源的速度是多少,我们测量到的光的速度不会改变。这就是光速不变原理的物理意义。

 

我们放一盆水,把眼睛靠近水面观察盆底会发现盆底变得很大,因为感觉不到光线弯曲了,所以感觉是盆底变大了。

因为我们观察任何东西都通过光,而光的弯曲或速度改变又无法感觉,所以结果是感觉空间变形和弯曲了。特别是光速的改变,因为无法察觉,所以感觉必然是时间发生了改变。

 

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 [2楼]  作者:silin007  发表时间: 2014/08/10 08:54 

形象一点说,电磁波其实更像一列装满货物的火车,是一串装载着“波形”的电场(列车)串。

这不是从物理意义上认识"光......!而是从心里臆议上曲解"光......!因为光是球面波........

※※※※※※
[silin007]是在思想丛林中维护正义(真理)打击邪恶(谬误)之最基本的观念方法理论等的终极总结者[思林终结者]
 [3楼]  作者:叶建敏温州  发表时间: 2014/08/10 12:55 


“光速不变现象”起先是说在与地表保持静止的空气中发现光速值有一个定值、大小与光源的运动状态无关,后来说成“光在真空(宇宙背景辐射场)中某处的速度有一定值”,即光在真空中某处的速度值与光源的运动状态无关(而没有说成光与光源的相对速度是一定值);而后来当“相对性假设”被认为是对的时候,“光速不变现象”与“相对性假设”结合就变成了“光在真空中的速度相对于任何惯性系都有一定值”,这就是“光速不变假设”了。

这就是说“光速不变现象”是物理事实,但“光速不变假设”是由“相对性假设”与“光速不变现象”组成的假设;因此,“光速不变假设”不是“光速不变现象”,现在“相对性假设”错误了,那么“光速不变假设”必然同样错误了。所以,把“光速不变现象”说成是“光速不变假设”、再说成是“光速不变原理”的,都是忽悠人的。

“(狭义)相对性假设”、“伽利略变换”、“绝对时空”三者在数理上的等价,“相对性假设”或“伽利略变换”单独构建的时空是“绝对时空”;同样,“光速不变假设”、“闵时空”、“爱因斯坦变换”三者在数理上等价,由“相对性假设”与“光速不变现象”共同构建、或“光速不变假设”单独构建的时空是“闵时空”,但它们都是无物理性而物理错误的“数学时空”;因此,在我们对“相对性假设”、“绝对时空”、“闵时空”的物理错误有了足够的认识之后,我们就不会在否定“闵时空”之后而重返“绝对时空”了,同样不会在“绝对时空”与“闵时空”之间谁错谁对而做二选一的错误判断了。

而“闵时空”仅比“绝对时空”更接近“物理时空”而已,那由什么规律构建而成的时空才是有物理性的“物理时空”?

“闵时空”因含有错误的无物理性的“相对性假设”而使其失去物理性,那么去除无物理性的“相对性假设”后的时空就是“物理时空”了;而“相对性假设”与“光速不变现象”组成“光速不变假设”,“光速不变假设”构建成“闵时空”,所以“光速不变现象”规律的数学式构建的时空就是“物理时空”。
 [4楼]  作者:刘波805  发表时间: 2014/08/11 16:38 

电磁学或光学实验应该能够测量出地球相对于光以太的漂移速度。
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1965年,美国科学家彭齐斯和威尔逊于发现宇宙背景辐射,从而使现代宇宙学得到河外星系红移和2.7K宇宙背景辐射等大量观测事实的支持。近一步的研究证实,宇宙背景辐射严格地各向同性的情况只存在于一个惯性系中,在相对它运动的任何其他惯性参考系中将显示出辐射温度的方向变化。宇宙背景辐射是宇宙标准坐标系的物质体现。测量从各个方向到达地球的宇宙背景辐射温度的微小偏离,已确定出地球穿过宇宙背景的绝对运动速度大约为400公里/秒。这个速度被称为“新以太漂移”。宇宙背景辐射只在一个独一无二的参考系中各向同性,表明这个参考系处于绝对静止状态,人们找到了太阳系的绝对运动,它不是相对于“以太”,而是相对于“光子气”。迈克尔逊和莫雷试图寻找处于绝对静止中的理想惯性参照系的梦想变成了现实。
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1976年~1977年,美国贝克莱实验室在距离地面15000米的高度重复做迈克尔逊干涉实验,他们观测到光相对于地球以30km/s的速度进行飘移。这正好是地球绕太阳转动的运动速度,它表明太阳产生的引力场对包括地球所处运动空间在内的巨大空间范围中的非实物粒子有明显作用,从而使它们随着太阳一起在宇宙空间运动。相对而言,地球产生的引力场只能对地球附近空间里的实物粒子和非实物粒子有明显作用,使它们随着地球一起转动。人们在地面上做迈克尔逊干涉实验,观测不到光相对于地球有任何飘移运动。1921年,密勒在威尔逊山上重复做迈克尔逊干涉实验,已观测到光相对于地球以10km/s的速度做飘移运动。它表明地球引力对距离地面较远的非实物粒子已经没有明显作用,不能使它们随着地球一起作同转速运动了。
================================================================
相对光速与绝对光速
——————————————
相对光速V,与绝对光速C,是两种不同的概念!
相对光速V,与观测者的运动有关,在不同的参考系看来,有不同的光速;
而绝对光速,与观测者的运动无关!就象声波在水中的速度,是一种绝对速度,但它只是相对介质本身的速度,与观测者的运动无关,与参考系的选择无关!
——————————————
绝对光速C,是在实验室特定的条件下,测定的光速:
在特定的范围,特定的环境、特定的参考系,测定的光速C,是一种绝对速度。
——————————————
因此,在讨论光速可变时,要注意区分:
相对光速V,与绝对光速C,是两个不同的概念!
——————————————
  中日双向时间传递实验,揭示了地球表面光速各向异性;从两个不同的惯性系检验了光速不是不变,而是可变,从而,否定了光速不变假说。
  天文学实验,如光行差实验、微波背景辐射各向异性及遥远星系的无线电波各向异性实验等已证实了光速是可变的。

  结论:相对光速是可变的;星系和类星体的红移现象,证明光速可变;波长变化的现象,也证明了光速可变!
[楼主]  [5楼]  作者:tyger01  发表时间: 2014/08/12 15:13 

搞科学的人最忌讳的一件事就是用自己的政府证明自己的是对的,这是不靠谱的事,比如:我认为2+2=5。然后再用2+2=5来证明2+2=5。这叫做“假设自证”,是没有任何意义的。

一个理论的证明不是“证实”而是“证伪”。
我上初中时发现墨水瓶不管扔多高,掉在地上都不会摔碎。那是我扔的。
我和同学们说:“墨水瓶不管扔多高掉下来都不碎”很多同学都不信,试了无数次都没碎。
但是,假如只要有一个人扔试了发现摔碎了,那就能证明我说的是错的。那些试了没碎的都没有意义。

用一些符合自己论点的事例来证明自己的论点正确是没有任何意义的。重要的是寻找不符合自己论点的事例。如果找不到,那么论点就暂时正确。之所以暂时是不能确定以后会不会找到不符合的例证。

经典物理学之所以出现危机是因为以现光速不与惯性系的速度叠加,地孵化 以前有多少实例证明经典物理学正确,只因为这一件事不符合,就必须认定经典物理学错误。
当然,这只是逻辑上的说法,实际上,光速不变只是现象,不代表经典物理学不能作出合理的解释。因此也不能就此判断经典物理学错误。

光的粒子性和波动性也一样,不能用它的某个波动性特征来证明它是波,也不能因为它的某个粒子特征就证明它是粒子。证明它是粒子就必须确定找不到它不是粒子的证明,证明它是波就必须确定找不到它是不是波的证明。
这就是证伪。只有永远找不到证伪的实例才能说一个理论的暂时正确。

无举多少个光是波的例子都不能证明光是波,只有永远找不到光不是波的证明才能暂时认为光是波。
无论举多少例子证明光是粒子都没用,只有永远找不到光不是粒子的证明才能暂时认为光是粒子。

现在的人忽略了这一“证伪”原则,总以为找到一个证实的事例就能证明一个理论。这是完全错误的。

证明光是波,必须解释光为什么表现出粒子性。证明光是粒子,必须解释光为什么表现出波的性质。否则一切证明都是无意义的。
[楼主]  [6楼]  作者:tyger01  发表时间: 2014/08/12 19:26 

有一道物理题,具体的数值记不清了,大意是这样的。
某人赶公交车,在公交车还有40米处发现车正要开动,马上以8米/秒的速度追赶,同时车正以每秒1米/秒的加速度启动,问那个人能不能追上车,追不上车的话最近的距离是多少?

看起来这题有一点绕,因为人在跑的过程中车也在往前移动。原来是40米实际要追的距离要比40米远。

我说把汽车看作静止,从以8的初速度和每秒-1的加速度能跑多远?
8×8/2=32,还差8米追上汽车。

这多简单?初速度8,每秒减1,8秒减完,平均速度是4,4×8=32,40-32=8。

很多时候换个参照系事情就简单了。

光在宇宙中的速度相对以太是恒定的,但是相对运动的物体会变,这并不重要,就当成不变来计算一些问题会更简单。有什么不行呢?

以太不容易捕捉光容易啊,知道了光的速度不是就知道了静止时的速度了?不过是c-30万公里/秒而已。
非要强求不许用光当参照物,就像不许假设汽车静止,那不是故意刁难人吗?



[楼主]  [7楼]  作者:tyger01  发表时间: 2014/08/12 19:36 

光速在宇宙中是以绝对速度运动的,相对其他物体的速度一定会变,审确定的,只是,我们用现有的手段和设备测量不到光速的变化。这就是原理。

原理不是说光速不变,是为什么测量不到变化。

因为我们用的方法是测量光的干涉条纹的变化,但是速度快则条纹相应变密,速度慢条纹相应变疏,而同时又因为干涉是自己与自己比较,所以干涉条纹与速度快慢没有联系,用这样的方法测量光速变化肯定没有结果。

此外虽然绝对空间存在,但是也确实不好捕捉,无法以绝对空间当作参照系来考察运动状态。这也是现实。

太阳也未必就是绕银河心转的,说不定还在绕着某个小一点的星系运动,就像月亮绕地球转,地球绕太阳转,太阳绕某个东西转,某个东西再绕某个东西转,最后终于算是绕银河转了,但是银河还在绕着什么转,所以地的绝对速度不是那么好计算的。现在知道太阳绕银河系的速度大概是250公里每秒,但是也没人能证明是真的还是假的。还有一说是25公里/秒左右,也没人能验证,因为他们用的方法都是没法捕捉到的一些东西的变形。比如说因为以太风的作用把太阳表面的某些物质吹得向后偏移了,通过这种偏移来测量出来的速度,如果以太能把那些东西吹得向后偏移,那么以太也就能阻止物体在宇宙中的运动了。也不存在以太难以捕捉和问题了。

我即不反对经典物理学的理论也不反对相对论的理论,我认为相对论与经典物理学不过是选择参照系的争论,而经典物理学允许随意指定参照系,但是一些支持相对论的人却反对绝对空间,特别是用以太作为参照物,这是不是相对论的错,是那些表面上支持相对论却根本不懂相对论的人的错。

相对论的基础是相对性原理,应该承认以任何物体为参照物都是允许的,那又凭什么不能选择以太作参照物呢?
当然,以太不容易捕捉,但那只是技术上的问题,与学术研究和理论研究无关。选择以太当参照物的想法不应该算是错的,技术上难实现那是技术人员要解决的问题。
这就像理论上船能在水中漂浮和航行,但是如何制造船是技术问题,与前面说的理论没关系。

现在证明光速是可变的这与理论是相符的,但这并不影响相对论的正确性,相对论把光速不变当作前提,也就是假设。就像我们解题时把河水看作静止的一样无可厚非,只不过因为把河水看作静止的就必须承认河岸在移动,这在表达上让人感觉好笑,但不代表是错的。

相比之下在某些问题上用相对论来解决要比经典物理学理论方便很多。因为相对论直接把光的速度定为不变的,这与我们平时的感觉是相同的,因此测量的结果也直接与感觉相符。如果用经典物理学来解决,则需要作很多的换算和解释,增加了工作量不说还非常不直观。

比如放大镜可以把物体放大,这是以光作为参照物的结论,同时也是人们直观的感觉。要是用经典物理学来解释那就要用光的折射和光的弯曲不可知等一系列的理由来解释。直接认为光是直线传播的,物体就是被放大了,多简单?

本来是光线弯曲了,但是我们透过放大镜无法感觉光是弯曲的,本来光相对我们和速度变了,使我们产生了很多的感觉比如时间变慢或长度缩短了,直接用光速没变就得到结果了,何必非要说光速变了,再进行一系列的换算和推导得到结果呢?
 [8楼]  作者:魏恩庆  发表时间: 2015/01/21 23:05 

不能正确认识光本质,但会小学的数学计算。
 [9楼]  作者:wxlxa  发表时间: 2015/01/22 10:09 

楼主,你‘即不反对经典物理学的理论也不反对相对论的理论,’,这说明你承认相对论是自洽的。
我证明相对论的洛伦兹变换是不自洽的,前几天你也看了,你并没有否定我的证明。你现在还坚持你的‘即不反对经典物理学的理论也不反对相对论的理论,’观点吗?

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