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多普勒效应:波速相对性的验证依据?
[楼主] 作者:yanghx  发表时间:2004/11/12 15:15
点击:316次

现在总算排除了一些模糊的看法,
即:对于闪光接收的问题属于多普勒问题,
与相对论的“时慢效应”无直接关系,
不过光多普勒公式还是建立在“洛变换”基础上的,
但是其实在使用“洛变换”之前,
光速的相对性就已经显露出来了,见以下分析:

设有静系X和以速度v运动的动系X',
当O'与O重合、t=t'=0时,
从静系的O处发出一个闪光P,
在x=L处放置一个反光镜F,

问:
原点O接收到P的时间t=?
原点O'接收到P的时间t'=?

解:显然:t=2L/c,
t'=[(L'+(L'-vt')]/c
===================
解得:t'=2L'/(c+v)
===================
由于“固有尺长”为L,于是按“尺缩公式”有:
L'= L*sqr(1-vv/cc)= L/γ,  (γ=1/sqr(1-vv/cc))
代入上式后得:
t'=2L/γ(c+v)= (2L/c)sqr[(c-v)/(c+v)]
即最后得到:
==================
t'=t*sqr[(c-v)/(c+v)]
==================
这就是光多普勒周期公式了,
这是用“洛通解”的尺缩公式推出的结果,

GUO变换就不用“洛通解”了,
可以直接用“洛特解”表示为:
=====================
t'=T*sqr[(c-v)/(c+v)]
======================
但还存在一个问题:只能用这个“逆变换”?
而不能用:t=t'*sqr[(c+v)/(c-v)] ?
另外,为什么“GUO特解”只要求有一个位于原点的观测者,
而“洛通解”则要求必须有至少两个位于事件发生当地x1和x2的观测者?
必须要求现场实况报道吗?
如果“现场”是一个飞船怎么办呢?
太空中要有多少相对地球静止的“记者”才行呢?
好吧,这是题外话了,暂且不表。

***********************************************

进一步的分析:

以上推导相当于有A和B两点,
A处是闪光光源S,B处是以v运动的“接近”观察者S',AB间距为2L,
S发出闪光P1的同时,S'刚好到达B点,

但是相对论总是强调“同时性”的问题,
所以就只好用了原来的“单闪光”模型再加反光镜F,
或许可以简称为“单闪光反射”模型?
总之效果是一样的:都是光多普勒观察者“接近”的情况,
而且也确实简洁的推导出了光多普勒公式,

那么现在来分析一下推导过程中的:
t'=2L'/(c+v)
物理意义是什么呢?

显然这是一个标准的“相遇问题”?
即闪光P与观察者X'相遇的问题,
他们以“相对速度”c+v,用时间t'走完了总路程2L',
这里的“相对速度”概念是初中物理就学过的吧?
或者还有其他的思路、解释、异议吗?

这就是说:
闪光P相对以v运动的观察者坐标系X'的速度不再是恒定的c了,而是c+v,
这就是一直说的“相对超光速”或“光速相对性”了?
或者说:“波速相对性”是任何多普勒效应的本质原因?
换句话说:多普勒实验可以检验出某种波的速度是否具有相对性? 再说白一点:一种波如果具有多普勒效应,该波的波速必具有相对性, (不管是声还是光的多普勒效应)

可问题是:
如果光波也具有相对性,那洛伦兹变换不就没有了立论的基础吗?
绝对的假设:x=ct,x'=ct'不就不成立了吗?
还是暂时不涉及这个敏感问题?
先只把光多普勒推导当中显现出来的“相对光速”问题搞清楚?

比如有人说:
光多普勒周期公式是:
t'=t*sqr[(c-v)/(c+v)]
其中的c-v和c+v只是一种运算关系,
并不代表相对亚光速和超光速,
可是对于推导这个公式当中出现的:
t'=2L'/(c+v)
怎么解释呢?还能说这里的c+v不是“相对光速”吗?
这里的c+v还只是一种运算符号吗?
看看各位的意思呢?

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 [2楼]  作者:guofengjun  发表时间: 2004/11/12 15:22 

t'=2L'/(c+v)是错误的,应该为t'=(2L/c)sqrt((c-v)/(c+v))
多普勒效应:波速相对性的验证依据?
 [3楼]  作者:guofengjun  发表时间: 2004/11/12 15:27 

又写错了!应该为t'=(2L/c)((c-v)/(c+v))
多普勒效应:波速相对性的验证依据?
[楼主]  [4楼]  作者:yanghx  发表时间: 2004/11/12 15:36 

这是还没有考虑“尺缩”前的中间结果呀?
解:显然:t=2L/c,
t'=[(L'+(L'-vt')]/c
===================
解得:t'=2L'/(c+v)
===================
由于“固有尺长”为L,于是按“尺缩公式”有:
L'= L*sqr(1-vv/cc)= L/γ,  (γ=1/sqr(1-vv/cc))
代入上式后得:
t'=2L/γ(c+v)= (2L/c)sqr[(c-v)/(c+v)]
即最后得到:
==================
t'=t*sqr[(c-v)/(c+v)]
==================
这就是光多普勒周期公式了,
这是用“洛通解”的尺缩公式推出的结果,
 [5楼]  作者:guofengjun  发表时间: 2004/11/12 20:14 

回复:我下面的帖子欠考虑,待认真分析后再回复
多普勒效应:波速相对性的验证依据?
 [6楼]  作者:guofengjun  发表时间: 2004/11/12 20:30 

回复:再试解一下

设有静系X和以速度v运动的动系X',
当O'与O重合、t=t'=0时,
从静系的O处发出一个闪光P,
在x=L处放置一个反光镜F,

问:
原点O接收到P的时间t=?
原点O'接收到P的时间t'=?

解:设光信号反射回O的时刻为t#,则有t#=t+2L/c=2L/c,

设光信号反射回O'的时刻为t'#,则有t'#=t'+2L'/c=2L'/c=(2L/c)sqrt((c+v)/(c-v))。

t'# -t# =(2L/c)((sqrt((c+v)/(c-v))-1)      

解:显然:t=2L/c,
t'=[(L'+(L'-vt')]/c
===================
解得:t'=2L'/(c+v)
===================
由于“固有尺长”为L,于是按“尺缩公式”有:
L'= L*sqr(1-vv/cc)= L/γ,  (γ=1/sqr(1-vv/cc))
代入上式后得:
t'=2L/γ(c+v)= (2L/c)sqr[(c-v)/(c+v)]
即最后得到:
==================
t'=t*sqr[(c-v)/(c+v)]
==================
这就是光多普勒周期公式了,
这是用“洛通解”的尺缩公式推出的结果,


GUO变换就不用“洛通解”了,
可以直接用“洛特解”表示为:
=====================
t'=T*sqr[(c-v)/(c+v)]
======================
但还存在一个问题:只能用这个“逆变换”?
而不能用:t=t'*sqr[(c+v)/(c-v)] ?
另外,为什么“GUO特解”只要求有一个位于原点的观测者,
而“洛通解”则要求必须有至少两个位于事件发生当地x1和x2的观测者?
必须要求现场实况报道吗?
如果“现场”是一个飞船怎么办呢?
太空中要有多少相对地球静止的“记者”才行呢?
好吧,这是题外话了,暂且不表。


***********************************************


进一步的分析:


以上推导相当于有A和B两点,
A处是闪光光源S,B处是以v运动的“接近”观察者S',AB间距为2L,
S发出闪光P1的同时,S'刚好到达B点,


但是相对论总是强调“同时性”的问题,
所以就只好用了原来的“单闪光”模型再加反光镜F,
或许可以简称为“单闪光反射”模型?
总之效果是一样的:都是光多普勒观察者“接近”的情况,
而且也确实简洁的推导出了光多普勒公式,


那么现在来分析一下推导过程中的:
t'=2L'/(c+v)
物理意义是什么呢?


显然这是一个标准的“相遇问题”?
即闪光P与观察者X'相遇的问题,
他们以“相对速度”c+v,用时间t'走完了总路程2L',
这里的“相对速度”概念是初中物理就学过的吧?
或者还有其他的思路、解释、异议吗?


这就是说:
闪光P相对以v运动的观察者坐标系X'的速度不再是恒定的c了,而是c+v,
这就是一直说的“相对超光速”或“光速相对性”了?
或者说:“波速相对性”是任何多普勒效应的本质原因?
换句话说:多普勒实验可以检验出某种波的速度是否具有相对性?
再说白一点:一种波如果具有多普勒效应,该波的波速必具有相对性,
(不管是声还是光的多普勒效应)


可问题是:
如果光波也具有相对性,那洛伦兹变换不就没有了立论的基础吗?
绝对的假设:x=ct,x'=ct'不就不成立了吗?
还是暂时不涉及这个敏感问题?
先只把光多普勒推导当中显现出来的“相对光速”问题搞清楚?


比如有人说:
光多普勒周期公式是:
t'=t*sqr[(c-v)/(c+v)]
其中的c-v和c+v只是一种运算关系,
并不代表相对亚光速和超光速,
可是对于推导这个公式当中出现的:
t'=2L'/(c+v)
怎么解释呢?还能说这里的c+v不是“相对光速”吗?
这里的c+v还只是一种运算符号吗?
看看各位的意思呢?

 [7楼]  作者:xuebinguo  发表时间: 2004/11/12 22:02 

回复: 相遇问题和相对速度是不同的。

那么现在来分析一下推导过程中的:
t'=2L'/(c+v)
物理意义是什么呢?

显然这是一个标准的“相遇问题”?
即闪光P与观察者X'相遇的问题,
他们以“相对速度”c+v,用时间t'走完了总路程2L',
这里的“相对速度”概念是初中物理就学过的吧?
或者还有其他的思路、解释、异议吗?

[[ xuebinguo: 这个问题属于相遇问题不假,但不等同于相对速度。 c+v 在 S系里面可以数值相加,但没有什么直接的物理意义。初中物理不讲相对论,因此科普一点是可以理解的。但讨论相对论的时候就不要拿初中定义来纠缠了。因为你只要一谈相对速度,就要问相对谁,然后从它的观点来考虑问题,不能简单的把 dt 和 dt' 等同起来。

另外延伸一下,老杨好像总认为公式推导过程中的任何一个环节都要赋予物理含义?这是不对的。比如你上回说的:

dx = vdt = v( t2 - t1) ,非要去解释 vt2 代表什么。通常情况下那只有数学意义,是没物理意义的,就像你现在问的 c+v 一样。]]

[楼主]  [8楼]  作者:yanghx  发表时间: 2004/11/13 02:17 

这个问题再看看吧
.
[楼主]  [9楼]  作者:yanghx  发表时间: 2004/11/13 10:59 

初步整理了一下:是我有点晕了?

这里有个反光镜运动的问题:
即:如果观察者在X'的原点O'处,
则他认为自己没有运动,是静止的,
而反光镜F如同X系原点O一样是运动的,
F在X'内的坐标为:X'=L'-vt'
所以闪光走过的路程不再是2L'了,而是2X'? (当然按相对论说:闪光P相对O'的速度还是c了)
即:t'=2X'/c= 2(L'-vt')/c
解得:t'=2L'/(c+2v)=(2L'/c)c/(c+2v)
=[c/(c+2v)](2L/c)sqrt((c+v)/(c-v))
=[c/(c+2v)]t*sqrt((c+v)/(c-v))
这显然就不是光多普勒公式了? 但这可能又会牵扯到:F是否与O同时开始运动的问题? 比较复杂了,还是书归正转,看下面的分析,

=====================================
我还是再澄清、整理一下:

以光源O'运动的情况为例: 还是设有静系X和以速度v运动的动系X', 当O'与O重合、t=t'=0时, 从动系的O'处发出第一个闪光P1, 在x=L处放置一个反光镜F,
从闪光接收者所在的静系X原点O看:
O处的观察者相对闪光P和光源O'属于旁观的“第三者”,
所以可以直接使用“加利略变换”:
x'=x-ct
t'=t
假设光源在O',当t1=T1'=0时,发出闪光P1,
当T2'-T1'=ΔT'= T'-0 =T'时,发出闪光P2,
显然T'是闪光光源的“固有周期”,
而且:T'=T,

原点O接收到发自O'的闪光P1(反射)的时间当然还是:
t1=2L/c
但O接收到发自O'处闪光P2的时间则是:
t2=T'+[(L-vT')+L]/c   (光源O'的坐标为x=vT=vT')
所以:
Δt=t2-t1= {T'+[(L-vT')+L]/c } - (2L/c)
=(cT'-vT')/c
=T'(c-v)/c
即:Δt=T'(c-v)/c
这显然是加利略变换下的经典多普勒公式,
注意:
其中的T'不能做“洛变换”了,只能做“加变换”T'=T:
Δt=T(c-v)/c
但一般还是写成:Δt=T'(c-v)/c ,
以表示T'是运动光源的“固有周期”,

---------------------------------
那么如果一定要在此使用“洛变换”呢?
就得到:
t2=T'+(2L'/c)   (忽略光源的运动速度v)
t1=2L/c
所以:
Δt=t2-t1= [T'+(2L'/c)] - (2L/c)
=T'+2(L'-L)/c
这显然就得不到光多普勒公式了?

或者如果考虑到反光镜F的运动vT'如同原点O一样是不能忽略的话, 就会得到类似开始给出的结果,也难以得到光多普勒公式?

2、再看观察者O'运动的情况:
由于运动的相对性,仍然可以把O'的观察者看成是静止的,
而原来静止的光源O以速度-v运动,
O'处的观察者仍然属于旁观的“第三者”,
那么解法也就与上面相同了?

===================================
我是被正和搞晕了,
“第三者”使用的是他自己推出的“加变换”:
x'=x-ct
t'=t
直接就已经有t'=t的变换条件了,
怎么还能去考虑用“洛变换”把T'转换成T呢? 光多普勒公式还是由相对论专家正和来推导、证明吧? 爱因斯坦论文集里好象没有给出推导、证明的过程?

 

 

[楼主]  [10楼]  作者:yanghx  发表时间: 2004/11/13 12:00 

主要是我没有把“加变换”贯彻始终?

解:显然:t=2L/c,
t'=[(L'+(L'-vt')]/c
===================
解得:t'=2L'/(c+v)
===================
由于“固有尺长”为L,于是按“尺缩公式”有:
L'= L*sqr(1-vv/cc)= L/γ,  (γ=1/sqr(1-vv/cc))
代入上式后得:
t'=2L/γ(c+v)= (2L/c)sqr[(c-v)/(c+v)]
即最后得到:
==================
t'=t*sqr[(c-v)/(c+v)]
==================
这就是光多普勒周期公式了,

在这里的:t'=[(L'+(L'-vt')]/c 中,
其实是使用了“加变换”:
X'=X-VT
所以就必须同时使用加利略时间变换:
T'=T
才不会出现混乱?

如果使用“洛变换”,就是GUO的假设了:
t'=2L'/c
但这相当于反光镜F放在了X'系,
即:这样就等于是假设反光镜F跟随动系X'一起运动了?
总之,如果忽略O'的运动速度v,就等于假设O'是静止的,
那就不能忽略F相对O'的运动速度-v了?
如同相对论也不能忽略O相对O'的运动速度-v吧?


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