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旋转系中表观光速的各向异性与固有光速不变
[楼主] 作者:正和  发表时间:2004/11/12 11:37
点击:306次

采用自然单位制(常数c=1)。

已知参考系ECI(t,r,θ)的线元(度规)为ds2=dt2-dr2-r22

从ECI(t,r,θ)-->参考系ECEF(T,R,Θ)的坐标变换为

T=t
R=r
Θ=θ-ωt

逆变换为

t=T
r=R
θ=Θ+ωT

故ECEF的线元(度规)

ds2=dt2-dr2-r22
=dT2-dR2-R2(dΘ+ωdT)2
=(1-ω2R2)dT2-dR2-R22-2ωR2dΘdT

写成张量为gij,i,j=0,1,2. g00=1-ω2R2,g11=-1,g22=-R2,g02=g20=-ωR2,其它gij=0。

考虑ECI中垂直于半径通过点p(t=0, r=K,θ=0)的光线,显然其世界线方程为

(1)逆时针通过P点时

tgθ=t/K
cosθ=K/r

(2)顺时针通过P点时

tgθ=-t/K
cosθ=K/r

由坐标变换知p点在ECEF中的坐标为P(T=0, R=K, Θ=0),两世界线在ECEF中的方程分别为:

(3)逆时针

tg(Θ+ωT)=T/K
cos(Θ+ωT)=K/R

(4)顺时针

tg(Θ+ωT)=-T/K
cos(Θ+ωT)=K/R

先考虑(3),用隐函数微分法求导

dΘ+ωdT=dT/(K+T2/K) ==> dΘ/dT=1/(K+T2/K)-ω

KdR/R2=sin(Θ+ωT)(dΘ+ωdT) ==> dR/dT=R2/Ksin(Θ+ωT)(dΘ/dT+ω)=R2sin(Θ+ωT)/(K2+T2)

在P(T=0,R=K,Θ=0)的坐标光速为:

VP=(dR,dΘ)/dT=(dR/dT,dΘ/dT)=(0,1/K-ω)

再考虑(4),同理有

VP=(0,-1/K-ω)

ECEF中的我们是如何理解这两个坐标速度的呢?

实际上我们认为坐标速度的第二分量是光在P点的瞬时角速度ωc,由于第一分量——径向速度——为0,故光的线速度C=Kωc,并由此认为,逆时针光速为1-Kω而顺时针光速为-(1+Kω),不考虑符号即(1-v)和(1+v),如果不用自然单位制则为(c-v)和(c+v)。这种根据坐标速度得到的“光速大小”即“表观光速”,各向异性。

但是,固有(相对)光速不是这么定义的,固有相对速度是用世界线夹角的正切值定义的,也就是“瞬时惯性系”或“切空间”中定义的。固有光速是光子世界线与观察者世界线的夹角正切值。现在我们据此定义来求固有(相对)光速。

对(3)逆时针

光子世界线在P点的非归一化方向矢量为VC=(dT,dR,dΘ)/dT=(1,dR/dT,dΘ/dT)=(1,0,1/K-ω)

P点静止观察者世界线的非归一化方向矢量为VO=(1,0,0)

设夹角为ψ,则

cosψ=(VC,VO)/(|VC||VO|)=(gijVCiVOj)/[sqrt(gijVCiVCj)sqrt(gijVOiVOj)]

容易验证(gijVCiVOj)和(gijVOiVOj)均不等于0,而(gijVCiVCj)=0,请自行在稿纸上演算。

故cosψ=∞,即ψ=i∞

故C=tg(ψ)/i=th(ψ/i)=th∞=1

对(4)顺时针,用同样步骤计算,仍有C=1。

即Sagnac圆盘上,固有(相对)光速不变。

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 [2楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2004/11/12 12:33 

这就是的固有光速定义吗?是正和定的,还是书上的。

固有相对速度是用世界线夹角的正切值定义的,也就是“瞬时惯性系”或“切空间”中定义的。固有光速是光子世界线与观察者世界线的夹角正切值。现在我们据此定义来求固有(相对)光速。

 

[楼主]  [3楼]  作者:正和  发表时间: 2004/11/12 12:42 

看懂了吗?与书上不一致?那书上怎么定义的?
旋转系中表观光速的各向异性与固有光速不变
[楼主]  [4楼]  作者:正和  发表时间: 2004/11/12 13:19 

在这坛上,我的罪名不是“背书”就是“自定义”
若证明为“背书”对我而言是一种荣耀,若证明为“自定义”则是一种收获。
 [5楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2004/11/12 13:33 

cos(a)=无穷大 是什么意识?

虚空间吗?是你生活的空间吗?

 

 [6楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2004/11/12 13:35 

不变的光速也是虚速度吗?
旋转系中表观光速的各向异性与固有光速不变
[楼主]  [7楼]  作者:正和  发表时间: 2004/11/12 13:45 

实角的余弦值绝对值小于等于1,虚角的余弦值大于1,学点复变函数就知道了

速度应当是纯虚数才合理!因为空间维和时间维是不同的,因此其中一个用虚数才合理,这样比值就是虚数。真正几何形象是:速度是世界线夹角的正切,由于夹角是虚角,正切值也应当是虚角,但历史上用了实定义,就只好去掉正切值中那个虚数单位作为速度了。

这样与几何形象是有点出入的,但好在只是一个比例因子,因此我还是宁愿说相对速度是世界线夹角的“正切值”而不说是“正切值与i的比值”。

[楼主]  [8楼]  作者:正和  发表时间: 2004/11/12 13:51 

历史上也有用虚时间ict或it(自然单位制)来使时空地位形式上平等从而用欧氏度规。

是人们习惯要求度规正定性的结果。

但在黎曼几何中这样做既无必要也不方便,因为这时本就不能用欧氏度规,度规非正定也无所谓,数学形式的简单统一是重要的。

[楼主]  [9楼]  作者:正和  发表时间: 2004/11/12 13:52 

霍金好象爱用虚时间
旋转系中表观光速的各向异性与固有光速不变
 [10楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2004/11/12 14:15 

你定义的是,固有相对虚速度吗?很了不起,为了光速不变,再离奇的东西也可以编出来,应该是“虚物理”吧
可测的肯定是实的,虚的是不可测的。你是不是在讨论“虚物理”?
[楼主]  [11楼]  作者:正和  发表时间: 2004/11/12 14:18 

速度用实数值或虚数值来表示,与速度本身是“虚速度”不相干。知道电学中的复阻抗吗?难道还有虚电容虚电感?
旋转系中表观光速的各向异性与固有光速不变
[楼主]  [12楼]  作者:正和  发表时间: 2004/11/12 14:19 

呵呵~角度是虚的,速度是实的,难道你看不懂?
旋转系中表观光速的各向异性与固有光速不变
[楼主]  [13楼]  作者:正和  发表时间: 2004/11/12 14:19 

何况我帖子中仍用的实数表示速度,jiuguang捞着半截就跑
旋转系中表观光速的各向异性与固有光速不变
[楼主]  [14楼]  作者:正和  发表时间: 2004/11/12 14:22 

难道你不知道洛变换也是虚角旋转变换?
旋转系中表观光速的各向异性与固有光速不变
 [15楼]  作者:xuebinguo  发表时间: 2004/11/12 21:45 

回复: 正和老师。。。麻烦点醒一下?

放在一个多月以前,估计我是根本不懂的。

现在只有一个步骤不懂,呵呵,高数基本上都要还给老师了,现在要从脑子里努力的回忆。。。偏导,复函,矩阵。。。

(VC,VO)/(|VC||VO|)=(gijVCiVOj)/[sqrt(gijVCiVCj)sqrt(gijVOiVOj)]

这个张量式子不懂,里面是用了求和约定吗?公式的来源是哪里?
哪个贴我可以参考一下?
(偶以前看 GR,最头疼的就是隐含的求和约定。苦在线形代数没学好,另外手头也没有 GR 教材,只好硬着头皮请指教一二了。)

 [16楼]  作者:xuebinguo  发表时间: 2004/11/13 10:18 

回复: 翻了以前正和的帖子,看懂了,谢谢
这下好,以前看不懂的一些小猪 GR 的帖子也能看懂多一点了。

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