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上一主题:洛仑兹变换的一种严格推导(中学... 下一主题:相对论将是一个伟大的理论!
有个现代的小问题,好象比古老的小问题还难?
[楼主] 作者:yanghx  发表时间:2004/10/15 13:31
点击:226次





我总想把问题简化一点,试试看?
一个简单的问题:
有个飞船,向地面观测者先后发出两个闪光,
闪光的时间间隔是1秒---固有时间间隔,
飞船---闪光---地面观测者共线:一维的情况, 飞船在远离地面的任意点处(至少大于30万公里),
分两个情况提问:
1、飞船相对观测者静止,
问:两个闪光的间距d=?

2、飞船以速度v=15万公里/秒(0.5c)向地面观测者运动,
问:两个闪光的间距d=?

注: 坐标原点当然设在地面的观测者处了,
暂时不管他是不是“第三者”问题,
就这个问题本身,看看相对论是怎么计算的?

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[楼主]  [2楼]  作者:yanghx  发表时间: 2004/10/15 20:35 

看来相对论很难回答这个问题吗?


可能还是太懒了?
唉,还是我勤快一下吧,

我的计算方法是:
1、d1= c*Δt= 3*10^8 * 1= 30万公里,
2、d2= (c-v)Δt = (c-v)Δt'= (c-v)*1= 15万公里,
因为Δt= Δt' = 原子钟固有周期= 1秒,

========================================
相对论的算法可能是:
Δt > Δt' =1 秒,
Δt= Δt' /sqrt(1-vv/cc)= 1.1547  秒,
所以:
d2= (c-v)Δt= (c-v)*1.1547= 17.3205 万公里,

看来飞船上的原子钟在高速运动中出了问题,
否则怎么会有这种情况出现呢?
好吧,暂且先接受这个结论吧,看看会有什么结果,

=========================================
那么地面观测者测量到的闪光时间间隔ΔT是多少呢?
只要求出了闪光间距,这个问题就不难了?
都按照经典的运动学公式:时间=距离/速度,

经典:ΔT=15万公里 /  30万公里/秒 = 0.5 秒,
相对论:ΔT=17.3205 万公里 /  30万公里/秒 = 0.57735 秒,

看来结论都是:ΔT < Δt' =1 秒,
那么又如何能得到时慢公式:ΔT = Δt' /sqrt(1-vv/cc)> 1秒呢?
为什么在使用过一次时慢公式:Δt= Δt' /sqrt(1-vv/cc)后,
反而得不到最终要证明的时慢公式:ΔT = Δt' /sqrt(1-vv/cc)了呢?

再看经典的0.5 秒与相对论的 0.57735 秒是什么意思:
其实这就是经典多普勒与光多普勒的区别所在了,
因为假设飞船上发出的是周期为1秒的激光脉冲序列,
那么由经典多普勒周期公式得:
ΔT = [(c-v)/c] Δt'  =0.5 秒 <1秒 (属于频率蓝移),
由相对论光多普勒公式得:
ΔT= sqrt[(c-v)/(c+v)] Δt' =0.57735 秒 <1秒 (属于频率蓝移),

=========================================
所以看来光多普勒公式很容易证明了吧?
只要先求出光脉冲波(或光脉冲序列)的任意两个闪光间距d:
d2= (c-v)Δt= (c-v) Δt'/sqrt(1-vv/cc),
再由一般的经典运动学公式:t=s/v,
就得到光多普勒公式了:
ΔT= d2/c = [(c-v) Δt'/sqrt(1-vv/cc)]/c
=sqrt[(c-v)/(c+v)]Δt'

由于引入了光脉冲波(光脉冲序列)的概念,
结果使得光多普勒定律的证明变得简单明了,
可是却与“时慢公式”的结论不符了?

这个怪圈很有意思,
要证明光多普勒定律就要使用“时慢公式”,
可是一旦证明了光脉冲波(或光脉冲序列)的多普勒定律,
却又揭露出“时慢公式”本身存在的问题?
那么反过来讲,这样的光多普勒公式还能靠得住吗?

 

[楼主]  [3楼]  作者:yanghx  发表时间: 2004/10/16 01:44 

再加上一点分析

引摘一段:
所以看来光多普勒公式很容易证明了吧?
只要先求出光脉冲波(或光脉冲序列)的任意两个闪光间距d:
d2= (c-v)Δt= (c-v) Δt'/sqrt(1-vv/cc),
再由一般的经典运动学公式:t=s/v,
就得到光多普勒公式了:
ΔT= d2/c = [(c-v) Δt'/sqrt(1-vv/cc)]/c
=sqrt[(c-v)/(c+v)]Δt'

=====================================
如果这里不承认地面观测者是“第三者”,
那么或许也可以假设此处也存在光速不变表达式:c-v=c, 就是说:两个闪光的间距依然为:d2=d1=c*Δt', 或者甚至还大于d1: d2=c*Δt'/sqrt(1-vv/cc)>d1, 这当然很荒谬了,难道飞船还在倒退吗?
总之结果是:
ΔT= d2/c = [cΔt' / sqrt(1-vv/cc)]/c = Δt' / sqrt(1-vv/cc),
这就是相对论的“时慢公式”了,
可也就得不到光多普勒公式了,
而且当然不能用“时慢公式”自己来证明“时慢公式”吧?

不过证明光多普勒公式一般都要用到“时慢公式”,
只是对一般的光波,证明起来很烦琐, 他们说光子没有“波峰间距”的问题, 可其实光至少还有“波”的一象性吧? 怎么会没有“波峰间距”---波长的问题呢? 那么“波峰事件序列”与“闪光事件序列”有何本质的不同吗?
好在对于“光脉冲波”(闪光序列),证明过程就是这么简单?
或许我的证明过程有问题?还望指点,

总之,对于现在常用的“激光脉冲波”(闪光序列),
你就很难调解“时慢公式”与光多普勒公式之间的相互冲突问题了?
而且可以明确的看出:光多普勒公式与经典多普勒公式的差异出现在哪里了?
这也为今后验证光的多普勒公式提供了具体的实验方法和简明的理论分析方法?



 [4楼]  作者:silin007  发表时间: 2004/10/16 13:06 

简单的问题的简单答复:

简单的问题的简单答复:

有个飞船,向地面观测者先后发出两个闪光,
闪光的时间间隔是1秒---固有时间间隔,
飞船---闪光---地面观测者共线:一维的情况,
飞船在远离地面的任意点处,分两个情况提问:

1、飞船相对观测者静止,
问:两个闪光的间距d=?
答: d=30万公里

2、飞船以速度v=15万公里/秒(0.5c)向地面观测者运动,
问:两个闪光的间距d=?
答: d=30万公里

因为光速与飞船以速度无关,所以不存在C-U及其推论而巳!



※※※※※※
请别轻信我所说的,也别坚信您所学的,更别迷信书所写的;只信亲眼能见,与亲手能算,及亲自能验相统一的事实。
 [5楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2004/10/16 16:25 

这时一阶多普勒效应起作用,一般测不到二阶效应

网球场上都用多普勒雷达。一般二阶相对论效应远小于一阶效应,因此一阶效应存在时,不可能分离出二阶效应。0.5c时,则很难说,因为没有这么快的物体可供实验。

 

[楼主]  [6楼]  作者:yanghx  发表时间: 2004/10/16 17:08 

关键是得不到“时慢效应”呀?

都是“闪光序列”,
为什么得不到“时慢效应”呢?
可是光多普勒的证明中却用了“时慢公式”,
这不是个问题吗?

[楼主]  [7楼]  作者:yanghx  发表时间: 2004/10/16 17:12 

故意呢吧?不但没有时慢效应,
连多普勒效应都没有了?
还是看看为相对论辩护的人怎么说吧?
 [8楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2004/10/16 23:23 

二阶效应太小,一般是测不到的
牛顿力学中也有这样的情况。只有找到,有测到的可能性的情况,才是有意义的。
[楼主]  [9楼]  作者:yanghx  发表时间: 2004/10/17 00:15 

不会吧?怎么了?
时慢效应是二阶效应的问题吗?
你说的是经典多普勒与光多普勒公式的计算问题,
以上面的问题为例,地面观测者测到的闪光时间间隔为:
按照经典多普勒公式:
ΔT=0.5秒,
按光多普勒公式:
ΔT= 0.57735  秒,
这个差异就是你反复强调的“二阶效应”了?
可是按照“时慢公式”:
 ΔT= 1.1547   秒,
这可不是“二阶效应”的问题了吧?
这叫频率红移,而不是应该得到的频率紫移?

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