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通俗解说陈氏时空中用波长/周期法测单向光速的调频拍差技术
[楼主] 作者:szchenfu50  发表时间:2005/12/01 02:34
点击:696次

通俗解说陈氏时空中用波长/周期法测单向光速的调频拍差技术

调频拍差技术的实质是将几百公里的光程压缩在一个波长的范围内进行空间干涉测量,使波长/周期法与双向法测光速一样不用校异地钟。

调频拍差技术的实质是利用激光波长稳定的特点,将空间排列成约600公里长的激光束(10^12个波长)压缩在一个波长的空间范围内,比较两空间相干激光波长时若持续了2毫秒的相干时间,就相当于传播了600公里。用500Hz调制信号来调制光波,就在发光原点拍差检测调制光波一个调制周期,光波就传播出了10^12个波长,或光传播了2毫秒。碘激光波长的稳定性几十年前就达到了10^-13/秒(1秒内波长的变化在10^-13以内),1秒内可以多次测量取平均值(例如2毫秒测一次,可测500次再取平均值)。
经典的单向光速测量方法要求校准发光原点和600公里外的钟。经典的测双向或迴路光速的方法是使光反射回发光原点,这时只要用原点的钟而不必校异地的钟。陈氏的单向光速(波长/周期)测量法将600公里光程长度压缩到一个波长的长度范围内,也就只要用原点的一个激光周期钟或铯原子钟测时间,它与双向法不用校钟是同一个道理。
波长/周期法测的是单向光速更没有疑问,因为某次测量的一秒钟内光总是向一个确定的方向传播。改变激光传播(或空间干涉)的方向,可检验真空中单向光速的各向同性。改变实验地点又可检验真空中光速的均匀性(光速在真空中各处是否相同)。

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 [2楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2005/12/01 11:09 

如何测两个方向波长的不同?
Sagnac实验及光纤陀螺等,都可以看到两个方向的光通过相同回路后,会有相位差,这说明了光的波长是会根据方向而变化的,至少在地球上,在非惯性系中是如此。
但不知道光的波长是否可以单独测量,以前看到的测量实际上都是测频率,然后再换算成波长。而上述实验中,两个方向的频率显然是相同的。通过频率测波长,是在光速不变假使下进行的,当然测不到波长的变化。
陈先生那里有不通过频率测量波长的更好办法吗?

 [3楼]  作者:持相者  发表时间: 2005/12/01 11:10 

[比较两空间相干激光波长时若持续了2毫秒的相干时间,就相当于传播了600公里]???!!!

呵呵,你如何知道两空间相干激光源端初相?不知道初相又怎么知道一定传播了600公里
[楼主]  [4楼]  作者:szchenfu50  发表时间: 2005/12/01 11:34 

用空间相干性测波长差,用时间相干性测频率(或周期)差。
通俗解说陈氏时空中用波长/周期法测单向光速的调频拍差技术
[楼主]  [5楼]  作者:szchenfu50  发表时间: 2005/12/01 11:45 

用500Hz低频调制后的光波相当于在连续的光波上作了记号,2毫秒时间在光波上的起点和终点相位就知道了。这是通俗解说,严格数学推
用500Hz低频调制后的光波相当于在连续的光波上作了记号,2毫秒时间在光波上的起点和终点相位就知道了。这是通俗解说,严格数学推导可参阅有关调频技术书。
 [6楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2005/12/01 15:13 

请详细介绍如何用空间相干性测波长差?如果不是测频率差的话
测频率差得到的将是0结果。
然而,不通过频率测波长是很困难的。是否有合适的方法?
 [7楼]  作者:持相者  发表时间: 2005/12/01 17:26 

回复:你怎么有点像刘武清啊,你知道我在问什么吗?
反相者真烦人
 [8楼]  作者:szshanshan  发表时间: 2005/12/01 19:42 

像刘武清又怎么样呢?看你提问的水平你比刘武清差远了。你对外差拍频完全无知,甚至2毫秒的光程约为600公里都不知道还有资格去持相
像刘武清又怎么样呢?看你提问的水平你比刘武清差远了。拍差干涉法是比较两光波在调制周期内(2毫秒)传播出的N个波长累积的相位差(或2毫秒光程的总长度差),並由调制电波(500Hz)的相位差测量出来。你对外差拍频完全无知,甚至连2毫秒的光程约为600公里都不知道还有资格去持相?
 [9楼]  作者:szshanshan  发表时间: 2005/12/01 19:51 

空间拍差干涉法是比较两光波在调制周期内(2毫秒)传播出的N个波长累积的总相位差(或2毫秒光程的总长度差),並由调制电波(500
空间拍差干涉法是比较两光波在调制周期内(2毫秒)传播出的N个波长累积的总相位差(或2毫秒光程的总长度差),並由调制电波(500Hz)的相位差测量出来。
 [10楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2005/12/01 23:19 

同向波还是反向波?同向波为什么有波长差?
反向波是应该出现驻波的,既然是驻波,也就测不到波长差了。
2ms应该不是很小的时间单位,能否成功,表示怀疑。
[楼主]  [11楼]  作者:szchenfu50  发表时间: 2005/12/02 02:46 

当然是比较同向光波,用了反向光波就不是测单向光速。
通俗解说陈氏时空中用波长/周期法测单向光速的调频拍差技术
[楼主]  [12楼]  作者:szchenfu50  发表时间: 2005/12/02 02:50 

外差干涉测量法将光波频率差和相位差转换成电信号频率差和相位差的推导证明
设三个光波的电场分量分别为:A=Ea cos(ωaT+Φa), B=Eb cos(ωbT+Φb),
C=Ec cos(ωcT+Φ)。待测光波A与B的频率差和相位差, 不是直接让A和B空间相干拍差和时间相拍差,而是光波A和B分别与光波C相干拍差。光强度分别为:Ia ∞ (A+C)^2=A^2+C^2+AC=Ea^2 cos^2 (ωaT+Φa)
+Ec^2 cos^2 (ωcT+Φ) +Ea Ec cos((ωa+ωc)T+Φa+Φ)
+Ea Ec cos((ωa-ωc)T+Φa-Φ)
Ib ∞ (A+C)^2=A^2+C^2+AC=Eb^2 cos^2 (ωbT+Φb)
+Ec^2 cos^2 (ωcT+Φ) +Eb Ec cos((ωb+ωc)T+Φb+Φ)
+Eb Ec cos((ωb-ωc)T+Φb-Φ)
由于光电管的输出电压正比于光强度,光电管的响应速度跟不上光频,使得用光电管检测相干光时的输出电压只有最后一项的差频的变化成分,光频成分以直流平均电压的形式出现,滤去直流成分后光电管输出的交变电压为
Va cos((ωa-ωc)T+Φa-Φ) 和Vb cos((ωb-ωc)T+Φb-Φ)
由此可见,经外差拍频得到的这两个电信号继承了两个光波A和B的频率差和相位差:
两电信号的频率差为:△Ω=(ωa-ωc)-(ωb-ωc)=ωa-ωb
两电信号的相位差为:△Ψ=(Φa-Φ)-(Φb-Φ)=Φa-Φb
因电信号的周期和波长远大于光波的周期和波长,比较两电信号的一个周期(如用李萨尔图)就比基于激光的时间相干性直接比较两光波的周期(或频率)容易得多。同样,测两电信号的相位差比基于激光的空间相干性直接测两光波的相位差容易得多,因为数值相等的相位差(如π)对光波而言是飞秒(10^-15秒)的量级,对电信号而言是毫秒(10^-3秒)的量级(等效于累加了10^12个光波的相位差来测量)。
所以,光波的相位差用外差法转换成电信号的相位差来测量就相当于测几百公里光程的两相干光的光程差。之所以能这样做是基于激光的稳定性,要求在毫秒的时段内发射出的光波的波长不发生变化。

 [13楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2005/12/02 10:52 

理论上可以测频率和相位差,但测波长还是做不到的。设两个方向有不同光速
飞秒级的光频率(周期)测量是可以做的,而且已经有人做了。
但波长的测量似乎还没有办法进行。虽然反方向的光速显然是不同的,无疑反方向的波长也是不同的,但目前和没有任何方法可进行测量。
看不出陈先生的测量方法,对测量同频率不同波长的光有什么办法。
 [14楼]  作者:持相者  发表时间: 2005/12/02 12:29 

回复:哇,好厉害。外差是什么那么高深,我哪里能知道,我们用的大概是内插吧。呵呵,我继续持相
通俗解说陈氏时空中用波长/周期法测单向光速的调频拍差技术
[楼主]  [15楼]  作者:szchenfu50  发表时间: 2005/12/02 12:48 

拍差比较两相干光波的总相位(ωT+Φ)中的ω是测频率差,比较(ωT+Φ)中的Φ是测波长差。ωT与Φ是各自独立的物理量量,可各自独立测量。前者常常叫做拍频技术或频率比较合成技术,后者叫差拍干涉技术,迈克尔逊干涉仪就是后者,它测的是波长差。移频外差干涉技术是迈克尔逊干涉仪的改进,因为光波的相位差转变成了两电信号的相位差,干涉仪光臂长可缩短成一个或几个波长,且不用将光波反射回来相干,同方向两光波直接相干涉就行。迈克尔逊干涉仪的干涉条纹的稳定图象可由波长差引起,也可以由臂长差引起,所以要转动干涉测条纹的移动来测波长差,单方向光相干涉只一个从光合成的起始点到光电探测器的长度而没有臂长差,相位差仅由波长差引起,因此不必转动此单向微型干涉仪。若转动单向干涉仪则成了测另一方向的波长差了。请不要把待测的光速扯到独立定义的波长的测量中来。
 [16楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2005/12/02 14:06 

请问:你准备测的是哪两束光的频率差?
相干光的相位差只有在其相干范围内是确定的,超过此范围之后,相位差是任意的。而且,相位差也不等于波长差,只有在特殊情况下。如干涉仪中,相位差与波长差才成比例。
 [17楼]  作者:持相者  发表时间: 2005/12/02 14:32 

回复:呵呵
通常的激光测距是往返干涉,测的是光通过被测距离的二倍过程中的相位积累。

你测的是已经过去的光的相位积累,而已经过去的光那一端到什么地方你根本不知道。你测这个相位有什么用呢?请注意你测这个相位不是光从光源跑道到接收器过程中的相位积累。
 [18楼]  作者:刘武青  发表时间: 2005/12/02 16:42 

在张操先生写的《物理时空探讨》一书中,有张操先生与沈建其先生的合影
你们相信照片的存在吗??
在这个BBS沈建其先生是持相者的头目。

刘武青

※※※※※※
刘武青
[楼主]  [19楼]  作者:szchenfu50  发表时间: 2005/12/02 17:13 

对我推导的公式你提不出异议就行了,纠缠通俗的解说有何意义。
公式中光波的相位差只是一个波长(周期)中两光波的相位差,外差结果的电信号相位差也是一个周期中的,只是同样孤度的相位差在电信号中更好测量,我说的等效于相位差积累是通俗的解说,你把外差干涉当成直接干涉的真正相位差积累来反驳又有何用,我撤回通俗说法就是了,我推导的公式你提不出异议就行了。
[楼主]  [20楼]  作者:szchenfu50  发表时间: 2005/12/02 17:19 

您若想做此实验可Email讨论,网上只公布实验方案的原理.细节的技术设计可各自发揮.
 [21楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2005/12/02 18:06 

可否告诉我E-mail

我的是
liu_zbo@163.com
刘志波
 [22楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2005/12/03 01:03 

发展相对论,是我们每个人的义务.我两个月前就向国外期刊投去关于推广Edwards变换的论文.
你们相信照片的存在吗??
在这个BBS沈建其先生是持相者的头目。
刘武青
----------------------------------------
Shen Reply:
刘武青先生大有误解.
发展相对论,是我们每个人的义务.我两个月前就向国外期刊投去关于推广Edwards变换的论文. 只要是合理的推广(同时又不歪曲相对论精神要旨),这样的工作是必要的.
 [23楼]  作者:持相者  发表时间: 2005/12/03 09:00 

回复:谁纠缠你的通俗解说,我的意思很明白,你的方法根本测不出光速
信号差频相位不变,八几年就见过介绍,而且我们现在都有应用。
我跟你通俗一下吧:

1. 我想问一下,已知光速,你能通过测量调频广播,来测出你到电台的距离吗???
2. 我想问一下,已知你到电台的距离,你能通过测量调频广播,来测出光速吗???


假如你接收的是直射波,也没有干扰。我也不需要太高的精度,请说出你的详细测量过程。

假如你真能测话,你就把GPS给打趴下了,呵呵。
 [24楼]  作者:董银立  发表时间: 2005/12/03 09:36 

不要再包着相对论这个死老鼠当宝贝了!


※※※※※※
巨人站在地球上会说:伽利略相对性原理不成立,地球上光速各向同性不成立。
[楼主]  [25楼]  作者:szchenfu50  发表时间: 2005/12/03 12:46 

是检验单向光速的各向同性和各地相等,光速绝对值是从钟和尺定义中继承的。szshanshan回答正和同样问题的帖你不看,再来问这问题
是检验单向光速的各向同性和各地相等,光速绝对值是从钟和尺定义中继承的。szshanshan回答正和同样问题的帖你不看,再来问这问题。现在没有帖号了,不知如何引用,只好再贴出来

陈氏量子时空是相论时空的继承和发展,使单向光速不变能实验检验,有引力时光速不变也成立。
作者:szshanshan 发表时间: 2005/11/30 19:02 点击:0次 修改 精华 删除 置顶 来源 转移


陈氏量子时空是相论时空的继承和发展,使单向光速不变能实验检验,有引力时光速不变也成立。
陈氏的波长/周期法测单向光速为什么不需要校异地钟,答正和教授与吴沂光先生的质疑
经典力学是以质点的运动为前提,说运动距离就有起点和终点,无论距离多长或多短,在质点运动的连续空间中总能区分起点和终点,因此所说的距离(或长度)的两端就处于异地,而且钟也被默认为是没有大小的点状。测量速度定义中的时间间隔就有异地钟的校准问题。

//正和:速度当然是一个经典概念。钟的大小造成的影响是非本质的,通过不断加大测量距离,可以使其影响小于任意给定的正值,所以完全不必强调钟的大小问题。

szshanshan:用一个波长是作理论论证,实际测量当然不限于用一个波长.

用特定量子跃迁的周期和波长定义时间和空间(长度)的单位后,特别是用特定激光的周期定义时间单位秒,就意味着钟不再是经典物理中的点,钟至少有一个波长的长度范围(没有一个完整的周期就不能用来定义时间单位和测量时间)。量子力学的不连续的能级意味着光波长不是连续变化的,不允许把一个光波长细分成连续点的集合。一个光波长是一个整体,不存一个波长的头和尾或一个波长中的波峰与波谷是异地的说法,没有异地也就不需要异地校钟。而且也不可能在一个波长的两端进行异地校钟,因为所有的钟至少有一个波长的扩展范围,标准和被校的两个钟不可能同时放在一个波长范围内的两个地方来校准它们的同时。

//按定义测量速度时,没有必要在一个波长上进行测量!实际所用距离原则上可比单个波长高出任意数量级。量子力学的不连续性根本不应用于对经典的速度可测问题的质疑。量子理论自身的测量问题都还没解决,测量过程中波函数坍缩问题还没有得到有效描述,不要把量子迷雾引进经典问题中来。用某个波长来定义空间长度单位,已经公设了波长(从而波速)的各向同性,你一直在回避这个问题。

szshanshan:定义两原子(如氪和铯)跃迁波长和周期为长度和时间单位后,两单位的比值自然是个常数A,但它不是光速,因为它既不是氪幅射的波速,也不是铯辐射的波速,这两单位的比值是无所谓的方向性的。在定义单位时並没有说所有光波的波长都各向同性,更没有说任何一束光波的波长/周期是个常数,而且待测光波的波长/周期是比较了氪和铯两个不同电磁辐射才测量出来的。测出的波长/周期的结果是否各向同性和各地相等正是对理论的检验,或者说,若测得各向同性和各地相等,就说光速不变,否则就说光速可变。从而光速不变是实验结果而不是定义或公设的结果。单位米和秒是各自独立定义的,且定义在不同的原子辐射载体上,又在世界各地的实验室被实施,显然,定义的米和秒与光速无直接的关联。它为什么定义为那个数目字的倍数,是为了继承以往的测量数据,它与氪或铯原子辐射的波速无关。若是不考慮数据继承的方便性,原则上倍数可定义为1或其他数目,使米和秒的定义中完全不含光速值,定义的数字符合于经典米和秒定义中测得的光速值仅仅为了方便继承数据。若不怕换算麻烦,定义倍数为1,则光速值为1,一些理论分析中也是经常用光速为1的单位制。

一个波长不能被切割细分成空间中点的集合,但可比较两个完整的波长,並且时可达到10^-12的比较精度。这是基于现代的激光稳频率技术己达到10^-13/秒以上,用外差拍频技术比较两个用低频电磁波(如500Hz)调制的空间相干激光光束,可以分辨出两相干光波的微细波长差达一个波长的10^-12(约6×10^-18米)。测时间差的精度更高,因此,单个波长的光速(波长/周期)的比较精度也可达到10^-12。

//你还在强调“波长比”。如果没有已知波长,波长比对于测量波长是没意义的。直接测波长的办法只有干涉法和速度法,已经分析过这两种方法都不能在各向同性和各向异性间作出区分。实际上,精密的波长法仍是用的参比原理(参比波长靠定义而非测量)。

szshanshan:待测光波与定义米和秒光波的波长比和周期比同时测量出之后,才能得出待测光波的波速c与长度时间单位比值A的关系。各方向测c,不同地点测c,可检验单向光速的各向同性和各地相等。光速的绝对值自然是由A传来的,是在米和秒定义时继承了过去的测量值。可定义A为1,则光速c的绝对值的第一位有效数字为1,我们关心的是光速变与不变,数值1不变与30万公里/秒不变是没原则上的区别的。

陈氏时空是继承相对论时空为主,只是略有发展,主要改进是使单向光速可测量和光速不变在有引力时也成立。我们认为相对论时空也继承了牛顿时空。正和不愿承认继承关系,追求割裂历史的理论自洽,正和认为相对论时空没有继承牛顿时空,所以正和不允许陈氏时空继承以前的时空,这种要求是不现实的,没有任何物理理论能不继承前人的成果重起炉灶。

正和教授与吴沂光先生的论据是以经典力学中质点的速度为依据,但光波不是质点,使得正和教授与吴沂光先生的论据对陈老師波长/周期法不成立。当然,由于电动力学是建立在经典力学的质点概念上,电动力学中波长可连续变化,一个经典波长是可在空间中切割细分的,导致经典电动力学中的波长的测量也是要校钟的,因为经典的质点模型内钟可以是没有大小的点,一个波的波峰与波谷可以摆上不同的钟,测经典的波的速度与测质点的速度一样也要校钟。因此,经典物理中只要光信号速度不是无限大,就要校异地钟,单向光速就是不可测量的。因此,经典物理框架内的波长/周期法也是不能测单向光速的。正因为如此,陈绍光老師才要建立量子时空。

//经典速度并不仅为质点而定义,经典波也有经典速度。你承认了经典理论(相对论仍是经典理论,牛顿理论应称为古典理论)中单程速度不可测,也算一大进步。量子论中的测量问题更复杂,那是另外一个迄今仍无定见的问题(比如连测量是什么、何时发生、怎样发生都没有公认的说法)。量子论用的是狭义相对论时空(旧量子论用的是牛顿时空),时空仍是经典而非量子化的,量子化的只是物质。真正的量子时空理论,还在建立之中,困难重重。

szshanshan:时空量子化的完善理论尚未建立,不妨碍先用已经确定的量子力学成果(如原子钟和激光)来定义时间和空间单位,並进行单向光速各向同性和各地相等的实验检验。至少单向光速的相对比较可以先进行。绝对的光速值可以继承用经典定义的米和秒的测量结果。也许在完善的时空量子化理论建立之后能够完全脱离经典定义的米和秒所测的光速,独立地在量子时空中测单向光速的相对性和绝对值。

陈老師的波长/周期法测的是量子力学中的跃迁光波的波长和周期,而且长度和时间单位的定义也是用量子力学中的特定原子的跃迁光波的波长和周期。不考虑这个前提泛泛地讨论波长/周期法是毫无意义的:例如用1983年光速乘时间定义的长度单位米,则单向和双向光速都不用测量也无法测量。用1960年前长度和时间单位的定义也是不能测单向光速的。

//不是因为用光速来定义米才导致光速无法测量,而是因为单程光速本就不可测量,从而可以作任意自洽(满足可测的往返平均光速不变)的公设,最简单的就是各向同性公设。

szshanshan:当信号传递速度无限大就有绝对同时(或自动校准了各地钟的同时),伽利略时空中单程光速就可以测量,测的结果不符合伽利略最初测的光速值(也是他定义时空用的光速值)也是一种测量,这是历史事实。不能认为测得值与理论相符才叫做测量,不符就不叫做测量。而且正因为测得的光速值与绝对同时的时空理论不相符才导致了相对论时空的创立,才使绝对同时的时空理论成为相对论时空的近似理论。
[楼主]  [26楼]  作者:szchenfu50  发表时间: 2005/12/03 12:54 

回复:地址是
刘志波先生:

我的Email地址是chenb1503@126.com


chenfu 12月3日
 [27楼]  作者:持相者  发表时间: 2005/12/05 10:04 

呵呵,这些帖子我已经看过,我还是看不出你能测出什么。

请教你一个技术问题吧。

一下是你们试验依据

[[一个波长不能被切割细分成空间中点的集合,但可比较两个完整的波长,並且时可达到10^-12的比较精度。这是基于现代的激光稳频率技术己达到10^-13/秒以上,用外差拍频技术比较两个用低频电磁波(如500Hz)调制的空间相干激光光束,可以分辨出两相干光波的微细波长差达一个波长的10^-12(约6×10^-18米)。测时间差的精度更高,因此,单个波长的光速(波长/周期)的比较精度也可达到10^-12。]]


可见光的频率在1e14--1e15Hz, 现代的激光稳频率技术己达到10^-13/秒,这意味着差频信号中将有近百HZ的频率噪声,你用500HZ信号的调频,我不知道你说的500HZ是调制度还是调制信号的频率,但无论是哪一种,我都得不出[辨出两相干光波的微细波长差达一个波长的10^-12],请问你是怎么得出的?呵呵

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