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GR中,光沿坐标线传输,对时间积分很简单。光沿圆周往复有二阶效应
[楼主] 作者:jiuguang  发表时间:2004/12/10 15:14
点击:375次

在广义相对论中,取dx2=dx3=0,由ds=0,则ds2=gijdxidxj

化为g00dx02+g01dx0dx1+g11dx12=0

解二次方程,得dx0=Fdx1

F不含x1,或是x1的简单函数时积分很容易。旋转系中,三个坐标方向都是如此。在圆周方向F不是x1的函数,dx1自0至2 pai积分得2pai,自2 pai至0积分得-2 pai,两段时间相加,得

t=4(pai)rc/(cc-rrww)

其中t是坐标时,pai是圆周率,w是角速度。

化为固有时的时候,需要加一个含[根(cc-rrww)]的因子,结果光往返一次的时间还是w的函数,有二阶效应。

因为有人坚持没有二阶效应,特意推导了一下,希望有兴趣者,再做一次。

 

 

 

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 [2楼]  作者:xuebinguo  发表时间: 2004/12/10 20:44 

哎,我很怀疑您并没有真正理解迈莫实验

计算结果是正确的,但并没有影响切向回程平均光速为 c 的结论,因为长度也包含了同样的收缩因子,两者相除,这个因子就会被消去了。因此计算出来的切向回程的平均光速仍然是 C。 计算详见 59180 帖。迈莫实验里面要测的二阶效应是什么?志波兄不会不清楚吧?

只计算时间是不够的,应该用相位差来计算迈莫里面条纹的移动。而且还要考虑波长是否发生了变化。

[楼主]  [3楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2004/12/11 00:02 

你仍然坚持在非惯性系中迈-莫实验测不到二阶效应吗?

相对论分析Sagnac效应时,也是多一个时间差。在光速不变假设下,有时间差就有对应的相位差。你原来的证明是很不完整的,如果坚持测不到二阶效应,请给出更完整的证明。

 

 [4楼]  作者:xuebinguo  发表时间: 2004/12/11 10:09 

请参详一下迈莫实验的对比说明

设迈莫实验两臂方向一在切向方向,一在径向方向。设其固有长度分别为 x 和 y,以下均考虑在仪器参考系中测到的光程:(假设地球表面的自转线速度为 v,设γ = 1/sqrt(1-v2/c2) )

(1) 以太观点:
水平来回光速分别为 c+v,c-v,垂直光速为 c/γ
t1 = x/(c+v),  t2 = x/(c-v)
t3 = t4 = yγ/c
△T1 = t1 + t2 – t3 – t4 = 2/c * (xγ2 – yγ )
仪器旋转 90 度后, x, y 互换
△T2 = t1 + t2 – t3 – t4 = 2/c * (xγ - yγ2 )
因此
△T = △T2 - △T1 = 2(x-y)γ(1-γ)/c

(2) SR 观点(假设地球是近似惯性系处理)
水平来回光速均为 c,垂直光速为 c
t1 = x/c,  t2 = x/c
t3 = t4 = y/c
△T1 = t1 + t2 – t3 – t4 = 2/c * (x – y )
仪器旋转 90 度后, x, y 互换
△T2 = t1 + t2 – t3 – t4 = 2/c * (x – y )
因此
△T = △T2 - △T1 = 0

(3)  GR 非惯性系观点(假设由于地球的自转,其表面已非惯性系,光速各向异性,以标准时钟计算,请参阅 59180 旋转圆盘的计算)
水平来回光速分别为 c2/(c+v),c2/(c-v),垂直光速为 c
t1 = x(c+v)/c2,  t2 = x(c-v)/c2 (这里为什么没有加长度的因子?可以把这个臂想象成刚性的标准尺,在旋转参考系的非欧几何中刚性标准尺的长度并不变化,而时空自身才发生变化。)
t3 = t4 = y/c (这里忽略了径向时钟变慢不一致的影响,假设臂不长的情况下,γ为常数)
△T1 = t1 + t2 – t3 – t4 = 2/c * (x – y )
仪器旋转 90 度后, x, y 互换
△T2 = t1 + t2 – t3 – t4 = 2/c * (x – y)
因此
△T = △T2 - △T1 = 0

当然,值得说明的是如果考虑了径向时钟变慢不一致的影响(干涉臂很长,或者地球半径很小、转速很快),则会产生条纹移动。但即便在这种情况下,切向得到的回路平均光速为 c 的结果仍然是不变的。

如果考虑地球引力的影响,同样,切向由于标准时钟速率相同,得到的回路平均光速为 c 的结果仍然是不变的。而地球引力对径向的影响与旋转产生的影响是相反的,因此二者会产生一定程度的抵消,其条纹移动的结果除了必然是二阶(或更高阶)小量之外,其绝对值也必然小于任何单独考虑引力或旋转的情况。

因此可推荐的理想实验还是应该在两极点(无旋转,只考察引力场),或太空轨道(引力场中的圆轨道)进行。但实验结果除非是零或很明显,否则无非是支持 GR 球对称引力场中径向时钟变慢的结论。可以看到与以太论相比,以太论认为切向必然有差异,而径向没有差异;SR 认为各向都无差异;即便是 GR,也认为切向无差异,径向才有差异。从设计原理上讲,迈莫并不能真正区分条纹移动的来源到底是来自哪一个方向,因此我个人认为迈莫实验的结果可能不会有太多的说服力

[楼主]  [5楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2004/12/11 12:01 

所谓GR分析是错误的,不允许穿插运用不同体系的概念和不同参考系分析问题

xuebinguo

以下是xuebinguo

 

(3)  GR 非惯性系观点(假设由于地球的自转,其表面已非惯性系,光速各向异性,以标准时钟计算,请参阅 59180 旋转圆盘的计算)
水平来回光速分别为 c2/(c+v),c2/(c-v),垂直光速为 c
t1 = x(c+v)/c2,  t2 = x(c-v)/c2 (这里为什么没有加长度的因子?可以把这个臂想象成刚性的标准尺,在旋转参考系的非欧几何中刚性标准尺的长度并不变化,而时空自身才发生变化。)
t3 = t4 = y/c (这里忽略了径向时钟变慢不一致的影响,假设臂不长的情况下,γ为常数)
△T1 = t1 + t2 – t3 – t4 = 2/c * (x – y )
仪器旋转 90 度后, x, y 互换
△T2 = t1 + t2 – t3 – t4 = 2/c * (x – y)
因此
△T = △T2 - △T1 = 0

 [6楼]  作者:xuebinguo  发表时间: 2004/12/11 14:38 

久广兄,有点不够坦诚了吧?

我什么时候跟您说过 GR 严格计算没有二阶效应了?您只看我的前半部分计算,不把后面的附加说明放进来,好像我不会用积分算路径似的。

我已经和您底下沟通过,由于径向时钟变慢效应不一致,会由此导致径向的差异,但我一直和您观点不一致的地方难道不是在切向吗?

本来切向,就是指的始终与大地弧线重合啊,您在 Sagnac 效应里面不是这样认为的吗?如果您不这样认为,怎么能得出迈莫与 Sagnac 的一段光纤圆弧等效的结论呢?总不能您认为水平方向是一个无限延长出去的直臂?那跟我们讨论切向问题的实质何干呢?

59180 贴都给出过切向光速的表达式了,取圆周上的标准时钟,各处相同,有:

dσ/dt = c2/(c+v)

∫dσ = c2/(c+v) *∫dt

左式积分出来恒为光纤长度 x(算了,也不和你说是直臂长度了,免得你老把那个当直线),右式积分出来为标准时钟测量的时间间隔。

因此 t1 = ∫(1)dt = x(c+v)/c2,  t2 = ∫(2)dt = x(c-v)/c2

算我严格推导了吧,我怎么从来没见过其他反相的人这么要求过他们自己呢?

 [7楼]  作者:xuebinguo  发表时间: 2004/12/11 17:29 

您为什么总是认为迈莫是直接求时间差呢?
迈莫是求两个方向来往时间的差,我的公式中 t1+t2 您没有看到吗? Sanac 是直接用 t1 - t2 计算的,您怎么老认为这两个计算方法一样呢?我没法说得再清楚了。。。
[楼主]  [8楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2004/12/11 18:31 

用度规积分的结果是t1+t2=4(pai)rc/(cc-wwrr)

用度规积分的结果是t1+t2=4(pai)rc/(cc-wwrr)

取圆周的一部分,可以将结果除以N就行了。

积分你似乎已经做过一遍,并且说没错。你认为与你得出的那一个结果一样吗?用同样方法可以得出(t1+t2)-(t3+t4)是角速度的函数的结果,而且不能用一个洛伦兹变换系数表示,也就是不能说用固有时测不到这种变化。

 

 

 [9楼]  作者:xuebinguo  发表时间: 2004/12/11 20:49 

老大,我要哭笑不得了

算我第一眼看错了你的首贴不行吗? 偶总以为这么简单的微积分您不会搞错的,呵呵。。。没想到。。。打起精神来,再来纠您的错。

您的 t1+t2=4πrc/(c22r2) 从哪儿来的?
你还是用 c+ωr,c-ωr 算出来的啊,而且没有考虑周长的非欧性,我说得对不对?

只有 t1 = 2πr/(c+ωr), t2 = 2πr/(c-ωr),周长认为是 2πr,才能得出你给的结论。这个完全是用以太的思路,而且是惯性系中的解法。您的度规微分表达式在哪儿呢?

而我用度规早就证明过了,在旋转圆盘非惯性系中:

尽管光的角速度 dθ/dt = ω + c/r ,但线速度却不能简单的乘r (包括正和老师原先的推导,在这里都存在问题,具体参见 59180 帖 (4)-(7) 式)

并且周长应该是 2πr/sqrt(1-ω2r2/c2)

这样才能在非惯性系中得到与地面惯性系同样的时差结论。

您还是别老要求我推导了,您要是真的看懂了 59180 帖,就应该直接从那个帖里面找问题和答案。

 [10楼]  作者:正和  发表时间: 2004/12/11 21:32 

垂直方向分析有误。观察者看到光垂直往返,但在以太系看来是M形路径,倾斜速度为c
按牛顿理论,观察者运动方向往返平均光速为2/[1/(c+v)+1/(c-v)],垂直方向往返平均光速为sqrt(cc-vv),速度比为sqrt(1-vv/cc),只在二阶上有效应。
 [11楼]  作者:xuebinguo  发表时间: 2004/12/11 21:47 

嗯,有道理。。。
原文改了
 [12楼]  作者:正和  发表时间: 2004/12/11 21:52 

雪冰阁后来居上,只有看你能否点化久广了
GR中,光沿坐标线传输,对时间积分很简单。光沿圆周往复有二阶效应
[楼主]  [13楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2004/12/12 00:12 

59802帖不是你写的吗?要么再算一遍
你的那一套肯定有问题,如果你能得出与标准结果不同的另外一种结果的话。
 [14楼]  作者:xuebinguo  发表时间: 2004/12/12 09:12 

久广兄,我怎么得出与标准结论不一样的东西了?

您指的标准结论是什么?如果你真这么认为,那就是你没好好看英文文档。我觉得很遗憾,您反了这么长时间的相,连自己提供的武器文档都没仔细看清楚。

我还是从小猪和你给的那个英文页面看到的结论。
http://www.mathpages.com/rr/s2-07/2-07.htm>

the difference between the travel times is

where A = pR2 is the area enclosed by the loop. This analysis is perfectly valid in both the classical and the relativistic contexts. Of course, the result represents the time difference with respect to the axis-centered inertial frame. A clock attached to the perimeter of the ring would, according to special relativity, record a lesser time, by the factor g = (1-(v/c)2)1/2, so the Sagnac delay with respect to such a clock would be [4Aw/c2]/(1-(v/c)2)1/2. (这个和我在 59180 帖的结论是一样的吧?)

不过我睡一觉醒来,终于明白你的思路是什么样的了,再来顺着你的思路理清一下。

[[ jiuguang: 用度规积分的结果是
t1+t2=4πrc/(c22R2)
取圆周的一部分,可以将结果除以N就行了。]]

我先收回 59835 帖里面对这个公式的一些揣测。以下设γ = 1/sqrt(1-ω2R2/c2)

(1)您这个公式对于惯性系中的测量是正确的。(可以根据那段英文,把公式的减法换成加法,和您的结论一样。)

(2) 我们讨论的是旋转参考系中的测量结果,不是吗?因此结果应乘以1/γ,得到'圆周'往返的时间和

t1' + t2' = 4πRγ/c  (加 ' 表示是非惯性系中测量的结果)

(3) 然后您的思路就是要除以 N 了,对么? 您是否可以先想想 N 是什么?

N 是大圆周长度和仪器水平长度的比值,无论在惯性系还是非惯性系,都应该是相同结论,right?

但是,在惯性系,周长仍然是2πR,而仪器水平方向尺缩, N = 2πR/(x/γ) = 2πRγ/x
在非惯性系中,周长非欧,仪器水平方向长度不变,也有 N = 2πRγ/x  (参见 59496 帖我对这个问题的认识过程。)

有 ( t1' + t2' ) / N = (4πRγ/c)  / (2πRγ/x) = 2x/c

因 x 也是非惯性系中测量到的水平方向长度,因此在非惯性系中水平回程的平均光速仍为 c



综上所述,我认为久广兄的计算症结是在对 N 的理解上,您可能一直都认为 N = 2πR/x ,或者用圆弧 2π 的 1/N 来直接理解,这都是片面的。当然究其背后的根本原因可能是您认为相对论根本就不正确,但我们讨论问题还是应该以实际出发,承认现实:这里您忽略了旋转圆盘参照系上纯空间度规 dθ 项系数因子的作用。(不过这个错误很常见,就我阅读过的帖子,和满理解错误过,正和老师也曾经忽视过,我也困惑过,现在发现您也犯了这个小错误,呵呵。。。)

请对比一下这两个参照系上计算纯空间距离方式的不同:
dσ'2 = dr2+ r2dθ'2/(1- r2ω2/c2)  (非惯性系)
2 = dr2+ r2(惯性系)

 [15楼]  作者:xuebinguo  发表时间: 2004/12/12 09:54 

我估计,比较难

谈不上点化,切磋而已。志波兄也敲打了我多次,纠正了我的不少想当然的错误。这次不过投桃报李一下,呵呵。。。正和老师和志波兄交手 N 年了,还不知道他的脾气?

不过我觉得志波兄的学术态度还是蛮好的,比只会喊口号的人强多了。论坛上有人拒绝相对论不要紧,只要能讲得出来道理,正常的思维交锋,相互取长补短,这是好事。

[楼主]  [16楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2004/12/12 10:26 

那是SR,不是GR

这还分不清吗?SR解释非惯性系问题,永远是近似的,既忽略了部分二阶小量,如果不是全部的话。

 

 [17楼]  作者:xuebinguo  发表时间: 2004/12/12 12:08 

恕我直言,您的成见太深了

您自己也说无论什么理论,SR 还是 GR ,总之对同一件事情的解释不能产生矛盾。(A)

我用 GR 的解释,您不能说出哪里是忽略了二阶小量,反过来拿 SR 的解释——您硬认为是 SR 忽略了二阶小量来反推 GR 的解释也一定忽略了二阶小量,有这个逻辑吗?

那您的意思倒是我推出两者的相同结论反而是谬误了?这与您的 (A) 说法不是矛盾吗?(具体哪一步呢?我的步骤都在这几个帖子里,请您明确指出来忽略二阶小量的地方。)

SR 的确不是在所有条件下都能解释非惯性系里面的情况,但对于一些特殊的简单条件(比如圆周,匀速),是可以解释的。您硬认为它在一切条件下都不能解释,太先验了吧?

 [18楼]  作者:xuebinguo  发表时间: 2004/12/12 12:40 

久广兄能否告诉我你 59833 帖到底用的是 SR 还是 GR?

如果是 SR 的话,我 59848 帖已经解释过了,您对 N 的理解是片面的。

如果是 GR 的话,我 59835 帖也解释过了,您对线速度和周长的理解都是不对的。

您只给出一个结论,又不给中间过程,我怎么可能知道您到底怎么想的呢?不如您给出个方向,我好有针对性?

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