怎样理解光速不变呢？为什么光速不变？
转个贴子Nafiy 2008-11-29 19:58:57
为什么要有个光速不变
狭义相对论中两条基本假设：光速不变与相对性原理
然后利用这两条原理导出了四维时空的洛仑兹变换，于是一切都有了
相对性原理好理解，为什么一定要有个光速不变呢？
有不少人认为这是麦克尔逊-莫雷实验的一个推论，实际上是错误的。麦克尔逊-莫雷实验的零结果只要一个相对性原理就足够了，用别的理论也可以，用光速不变当然也可以，因此麦克尔逊-莫雷实验的零结果既不支持光速不变，也不否认光速不变，如果企图用更精确的类似于麦克尔逊-莫雷实验来验证光速不变是没有意义的
注意，如果麦克斯韦方程正确，而且满足相对性原理，那么可以证明光速不变是正确的，但在爱因斯坦提出狭义相对论的时候还不知道麦克斯韦方程是否正确，于是才把光速不变作为基本假设。
在量子力学中可以看到，如果光子的静止质量为零那么光速不变是正确的，而光子作为电磁力的媒介子，其静止质量为零直接导致了库仑定律的平方反比率，只要验证库仑定律是否严格遵循平方反比率，就可以间接验证光速不变是否正确
只有库仑定律严格遵循平方反比率，才会由静电学上的高斯定理，该定理有一推论是一带电空心导体球壳内部各点场强处处为零。因此验证光速不变的关键就是验证这一推论，这是可以拿电压表去测的（若场强处处为零则电压处处相等）。
根据最近公布的实验结果，光子的静止质量最大上限为0.000000……04kg，一共62个0，这个结果足以保证光速不变的正确性
这里可以负责任的告诉大家，如果质疑相对论，那么只能质疑相对性原理，或是他的表述形式
-
误解来源于语言的不当性。物理学中的很多理解障碍，源于人类提出的问题不恰当、不合理。比如，光的速度是多少？这个问题是不恰当的，因为速度不是一个好的物理量。我们要学会区分物理量的好坏，从而问出有意义的问题。Everett (╮(╯▽╰)╭ ~(=￣ U ￣=)~) 2008-11-29 23:41:08
速度为什么不是好的物理量呢？这跟速度的定义有关。速度是定义为空间对时间的导数。这就隐含了一层意思，就是认为时间是标记物体运动的一个参数，空间坐标是时间的函数，所以我们要了解空间关于时间的变化率，也就是速度。
这种定义明显地把空间和时间放在了不对等的位置上。一个粒子在时空中运动，划过一条世界线。按照狭义相对论的时空观，时空是等价的。粒子不仅在空间方向上运动，也在时间方向上运动。你凭什么要求空间对时间求变化率呢？这就好像你看到一个抛物运动的轨迹以后，问出一个问题：水平位移对垂直位移的变化率是多少？这有意义吗？有意义的问题应该是水平速度和垂直速度分别是多少。水平运动和垂直运动是两个平等的自由度，我们应该分别询问它们关于一个共同参数（比如时间）的变化率，才有意义。
作为类比，在相对论中，时间和空间都变成了平等的自由度，因此我们不能要求一个自由度对另一个自由度求变化率，而是要分别询问，时间和空间关于某个共同参数（比如世界线轨迹）的变化率，这才有意义。所以我们要定义一个有4个分量的速度：它的三个空间分量分别是三个空间坐标对proper time (固有时)的变化率，反映了物体在空间中的运动；还有一个时间分量是时间对 proper time 的变化率，反映了物体在时间方向上的运动。这种速度被称为恰当速度（proper velocity），又称为 velocity 4-vector，它是Lorentz 协变的。我们容易感受到，这样的速度才是好的速度。
这样，我们会发现，即使是一个静止的物体，它其实也在运动。静止的物体沿着时间的方向运动，从过去走向将来，其恰当速度的“大小”（scalar product of velocity 4-vector）正好就是光速。所以从这个意义上说，每一个物体都在时空中以光速运动！光速不是光所特有的，而是一切物体都共有的恰当速度。静止的物体和光的唯一区别就在于，静止的物体把所有的恰当速度都用到了在时间方向上的运动上去了，而光则把恰当速度“平均分配”到时间和空间两个方向上的运动上去。
那么这下好了，所有的物体在时空中的恰当速度都是一样大的，那么我们怎么比较物体运动的快慢呢？由于恰当速度不能够再用于衡量物体的快慢，我们需要专门针对物体的快慢定义一个新的物理量，叫做快度。
快度定义为：arccosh( v0 / c ), 其中v0 是恰当速度的第四分量，c 是真空光速。也许，我们会觉得很奇怪，为什么快度这么复杂的概念反而是一个好的物理量呢？这与我们看问题的角度有关，在狭义相对论的时空观看来，快度是衡量物体运动快慢最自然的物理量。因为它就是时空转动的转角（如果我们把 Lorentz boost 想象成一种旋转的话），从某种意义上，我们可以认为快度衡量了世界线和时间轴的“夹角”。对于静止的物体，世界线沿时间轴方向，夹角为0，所以快度也为0，故称之为静止。对于光来说，比较奇特一些，因为时空是 Minkowski 空间，所以夹角这件事情不是我们直接用量角器可以量出来的。实际上，按照定义式计算，光的快度是无穷大。
光的快度是无穷大，这说明了两个问题：第一，没有任何物体的快度可以比光更大，所以光是最快的；第二，无穷大加减任何有限的快度，仍然是无穷大，所以光在任何有限快度的参考系中，都是无穷快的，也就是说，光速不变。
- Everett兄, 你要是有时间, 就说说 "固有时" 这个概念吧, 这样作为狭义相对论一个侧面, 就完美了. 因为四维速度是建立在这个概念上, 这里还是有很多人没有严肃地学过狭义相对论的.
Nunc Dimittis (至末，未了。) 2008-12-07 20:00:01
-
-
-
- 2008-12-09 22:09:18 WinterZ (北京)
Everett (╮(╯▽╰)╭ ~(=￣ U ￣=)~) 2008-12-09 22:55:56
光速可以被理解为长度（空间量）与时间的转换常数……
热的自发流动是有方向的，而时间的“流动”也是有方向的，它们之间应该存在着一些联系，时间与空间的差别会不会也类似热与功那样。……
===========================================================
这个观点非常值得讨论！因为，我们知道在量子场论中，沿虚时的路径积分正好给出了系统的热力学性质。仅从这一点上来看，时间似乎确实与热有着天然的联系。然而关于如何理解态在虚时方向演化，以及如何统一实时间和虚时间，到目前为止，我还没有见过足够深刻的解释。这个问题的深入研究，有可能带来非平衡统计力学领域的一场革命。
这里有关于超光速理论的简介。那么可以定义说明光速在特定情况下是可以变化的kezhou2 2008-12-12 21:01:35
http://baike.baidu.com/view/24725.htm
2008-11-29 23:41:08 Everett (北京) ：Sophia ((╭￣3￣)╭♡ 我要吃活珠子！) 2008-12-12 21:29:02
关于你的一长篇大文章，我们老师是这么评价的：
“他不让人家把时间和空间区分开，但是自己却把所谓四向量的第4分量单独拿出来定义所谓快度。
最革命的做法是不要给这个Minkowski空间任何的标架（换言之，不偏袒任何的观察者），直接定义四速度向量而不谈它的任何分量。只要你取了坐标系，谈到什么时间轴，那就是跟过去的观念差别不大了。人家谈速度也未尝不可。
”
你看看如何？
我没你们这么牛，现在只有大二，虽然看了蛮多书，但是我觉得积累还是很不够，所以在关注这个问题。
-
请教diz_Child 2008-12-13 11:27:25
1.
为什么说光速是不能超越的?
d(c)/dt 又不是无穷大...
最多只能说c是现今发现的最快速度罢了...
2.
时间本来就是变量 为什么不能用3维空间的距离对之求导?
就好像用2维空间的dy/dx一样 这个斜率是有意义的啊... 它描述的是f(x,y)=0轨迹对于x的变化率
3.
"世界线"定义未免过于绝对? (它忽略了人意识的作用....
"世界线"不能作为相对参数使用 因为人的意识会使它改变 如果要用世界线作参数 那么它又是一个关于人的意识的函数... 最终所得的参数方程将会是以人的意识为变量的...
(也许我们真的需要找到一个不变的常量作为参数 那就是传说中的绝对参考系(不是100年前说的那个3维的)... 哈哈哈~~~~~
4.
Minkowski空间不就是普通的4维空间吗? 为什么其夹角计算会和3维空间不同?
(在线性代数里学过 n维空间向量夹角计算都是一样的....
5.*
为什么这么绝对地说世界是四维的?
60年前 所谓的“遥远的鬼魅行为 ”(spooky action at a distance)实验 ---->>http://www.equn.com/forum/thread-19233-1 -1.html
是不是可以这样来解释...
我们生活的空间是n维的, spooky action 是在一个我们未知的第i个维度进行的
我们暂时还没有能力观测和进行这个维度"移动" 如果能够 那么我们的速度可能超越光速...
就好象我们生活的空间是一块长条形的海绵 我们只能在海绵内移动 而把海绵折叠起来 它们在"空间"上的距离实际上是很短的... 而折叠的那个维度却是我们暂时还无法xx的...
既然提出了4维的概念 那么我们就只能说现今已知了我们空间的第4维
- -12-12 21:29:02 Sophia 2008-11-29 23:41:08 Everett (北京) ：
Everett (╮(╯▽╰)╭ ~(=￣ U ￣=)~) 2008-12-13 12:51:00
关于你的一长篇大文章，我们老师是这么评价的：
“他不让人家把时间和空间区分开，但是自己却把所谓四向量的第4分量单独拿出来定义所谓快度。
最革命的做法是不要给这个Minkowski空间任何的标架（换言之，不偏袒任何的观察者），直接定义四速度向量而不谈它的任何分量。只要你取了坐标系，谈到什么时间轴，那就是跟过去的观念差别不大了。人家谈速度也未尝不可。”
你看看如何？
===================================
你们老师说得很好啊。快度确实锁定了时空标架的时间分量。这意味着，讨论快慢这个概念，不可避免地破坏了时空的对称性。革命的做法就是抛弃快慢，不再讨论光是不是最快的等等问题。可是我如果真的这么革命，大家还能接受吗？
-
-
而是要分别询问，时间和空间关于某个共同参数（比如世界线轨迹）的变化率，这才有意义。爱思考的人 2008-12-21 11:39:13
-------------------------------------------------------------
不知道这个参数是什么。这参数的物理意义是什么？它比时空更基本？
我觉得我们不能拿一个现象来作为假设（光束不变是个现象而没有反映任何哲学观点），应该找到更基本的原理，从此原理出发才能得出结论，否则，很可能会误入歧途。我们现在只是在从光束不变推出时空的一些性质，而后，又用这些性质来反推出光束不变，不知道这有什么意义？而由此派生出的哲学观，似乎难以接受。
是不是我们走错路了。
-
- 2008-11-29 23:41:08 Everett 误解来源于语言的不当性。物理学中的很多理解障碍，源于人类提出的问题不恰当、不合理。比如，光的速度是多少？这个问题是不恰当的，因为速度不是一个好的物理量。我们要学会区分物理量的好坏，从而问出有意义的问题。
泯尘 (复活了。) 2009-07-17 10:35:00
速度为什么不是好的物理量呢？这跟速度的定义有关。速度是定义为空间对时间的导数。这就隐含了一层意思，就是认为时间是标记物体运动的一个参数，空间坐标是时间的函数，所以我们要了解空间关于时间的变化率，也就是速度。
这种定义明显地把空间和时间放在了不对等的位置上。一个粒子在时空中运动，划过一条世界线。按照狭义相对论的时空观，时空是等价的。粒子不仅在空间方向上运动，也在时间方向上运动。你凭什么要求空间对时间求变化率呢？这就好像你看到一个抛物运动的轨迹以后，问出一个问题：水平位移对垂直位移的变化率是多少？这有意义吗？有意义的问题应该是水平速度和垂直速度分别是多少。水平运动和垂直运动是两个平等的自由度，我们应该分别询问它们关于一个共同参数（比如时间）的变化率，才有意义。
作为类比，在相对论中，时间和空间都变成了平等的自由度，因此我们不能要求一个自由度对另一个自由度求变化率，而是要分别询问，时间和空间关于某个共同参数（比如世界线轨迹）的变化率，这才有意义。所以我们要定义一个有4个分量的速度：它的三个空间分量分别是三个空间坐标对proper time (固有时)的变化率，反映了物体在空间中的运动；还有一个时间分量是时间对 proper time 的变化率，反映了物体在时间方向上的运动。这种速度被称为恰当速度（proper velocity），又称为 velocity 4-vector，它是Lorentz 协变的。我们容易感受到，这样的速度才是好的速度。
这样，我们会发现，即使是一个静止的物体，它其实也在运动。静止的物体沿着时间的方向运动，从过去走向将来，其恰当速度的“大小”（scalar product of velocity 4-vector）正好就是光速。所以从这个意义上说，每一个物体都在时空中以光速运动！光速不是光所特有的，而是一切物体都共有的恰当速度。静止的物体和光的唯一区别就在于，静止的物体把所有的恰当速度都用到了在时间方向上的运动上去了，而光则把恰当速度“平均分配”到时间和空间两个方向上的运动上去。
那么这下好了，所有的物体在时空中的恰当速度都是一样大的，那么我们怎么比较物体运动的快慢呢？由于恰当速度不能够再用于衡量物体的快慢，我们需要专门针对物体的快慢定义一个新的物理量，叫做快度。
快度定义为：arccosh( v0 / c ), 其中v0 是恰当速度的第四分量，c 是真空光速。也许，我们会觉得很奇怪，为什么快度这么复杂的概念反而是一个好的物理量呢？这与我们看问题的角度有关，在狭义相对论的时空观看来，快度是衡量物体运动快慢最自然的物理量。因为它就是时空转动的转角（如果我们把 Lorentz boost 想象成一种旋转的话），从某种意义上，我们可以认为快度衡量了世界线和时间轴的“夹角”。对于静止的物体，世界线沿时间轴方向，夹角为0，所以快度也为0，故称之为静止。对于光来说，比较奇特一些，因为时空是 Minkowski 空间，所以夹角这件事情不是我们直接用量角器可以量出来的。实际上，按照定义式计算，光的快度是无穷大。
光的快度是无穷大，这说明了两个问题：第一，没有任何物体的快度可以比光更大，所以光是最快的；第二，无穷大加减任何有限的快度，仍然是无穷大，所以光在任何有限快度的参考系中，都是无穷快的，也就是说，光速不变。
精彩啊......可以都说些相关的知识么，第一次看到......
2008-12-13 12:51:00 Everett -12-12 21:29:02 Sophia 2008-11-29 23:41:08 Everett (北京) ：
关于你的一长篇大文章，我们老师是这么评价的：
“他不让人家把时间和空间区分开，但是自己却把所谓四向量的第4分量单独拿出来定义所谓快度。
最革命的做法是不要给这个Minkowski空间任何的标架（换言之，不偏袒任何的观察者），直接定义四速度向量而不谈它的任何分量。只要你取了坐标系，谈到什么时间轴，那就是跟过去的观念差别不大了。人家谈速度也未尝不可。”
你看看如何？
===================================
你们老师说得很好啊。快度确实锁定了时空标架的时间分量。这意味着，讨论快慢这个概念，不可避免地破坏了时空的对称性。革命的做法就是抛弃快慢，不再讨论光是不是最快的等等问题。可是我如果真的这么革命，大家还能接受吗？
抛弃快慢那应该讨论什么......
-
不确定性原理、非定域性猜想、可能都和【真空光速不变-光速最大-光速无限大】直接相关米牛牛 (下雨别忘收衣胡啊！！) 2009-07-18 04:59:36
光速问题可能表征啦、由【定域-决定认知角度】所造成的一种认知局限：很多物理理论都是建立在【定域-决定认知角度】之上的、如果我们从这个角度出发去观测宇宙、可能就会得出真空光速不变-光速最大-光速无限大的观测结果、这是认知角度本身所带来的特征(局限性)
另外、类比于N-R连续统假设、观测结果中的无限大速度本身、有可能是量子化的、比如说：光速是第一级无穷大、而第二级则可能为2^C、在这两级之间无法观测到中间级别的无穷大速度、所以伽利略(线性)变换在高速时失效：自然数集合中即使再加入1亿个字母符号、集合的势不变(仍保持为N)
以光速为最大速度极限的物理学、可能类似于(整)数论、后来实分析建立后、很多数论问题如费马定理-abc猜想等、都可以在整数域之外完成：因此C最大速度域内的问题、也可能可以在2^C域内解决:):)
- 多强人啊~~~不好意思我转一下话题，在大爆炸模型里有个修正为了去解析背景辐射的一致性，它说宇宙在某个区间内（0.多少个0秒不记得了）宇宙从小不点涨到了跟现在差不多的大，那么这个涨速岂不是光速的N次方倍？这个是可以接受的么？
牛牛 2009-07-18 05:03:58
this is not the speed in the SR, while the expansion of the space frame itself. in SR, we talk about the speed of objects in the frame of space Actually based on SR, parts in the universe that's are departing with speed exceeding c cannot communicate at all.
差点以为快度是组长定义的 一百度原来还真有SchengW (Ende gut, alles gut.) 2009-07-18 17:44:05
http://baike.baidu.com/view/2442591.htm
- 2009-07-23 14:37:55 time
Everett (╮(╯▽╰)╭ ~(=￣ U ￣=)~) 2009-07-23 19:55:00
光速是变化的，光从太阳表面射出时，是大于每秒三十万公里的，然后渐渐变慢，到达地球表面时就是三十万公里了每秒。
============================
这是最新观测数据，还是楼上的新理论呢？
按照广义相对论，光从太阳表面射出时，是小于每秒三十万公里的，然后逐渐变快的。楼上正好说反了吧。
按 Schwarzschild 度规[1]，从太阳表面出射的光，其光速为：
c = c0 (1 - Rs / r).
其中 c0 就是平直时空的真空光速，也就是所谓的每秒三十万公里。Rs 是太阳的 Schwarzschild 半径，为 2.95 km。r 是到太阳中心的距离。
太阳的半径约为 7×10^5 km，因此光从太阳表面出射时，确实比 c0 慢了约 1.3km/s。地日半径，也就是一个天文单位，是 1.5×10^8 km，因此太阳光到达地球的光速仍然比 c0 慢，但只慢了约 5.9m/s。其实这些差别都可以忽略不计的。
而且大家之前讨论的是惯性系中的光速不变，没有引力的。光速在引力场中会发生变化，这个问题在最近的另一个发言 http://www.douban.com/group/topic/734041 0/ 里面也讨论过。
[1]http://en.wikipedia.org/wiki/Schwarzschi ld_metric
-
- [站在“光”的角度可以在任何一刻充满整个宇宙]
超级宅男ＪefＦ (ლლ) 2009-08-04 00:53:48
------------------------------------------------------------------------
我的天啊, 竟然看漏了楼上有这么一句经典的评论, 可谓一矢中的啊! 这句话把相对论和光速不变及光速为最大速度还有那个万物时空速度相等重要思想都整合了——最最最重要的是, 想到大爆炸理论的奇点, 世间万物原本就是在共同一点上, 这突然让我意识到, 光速不变及为最大速度并时间停顿, 这是多么和谐的真理, 因为整个宇宙, 对于光速来说, 它其实就是原来的一点!
-
-
-
-
27813 人聚集在这个小组
加入小组 最新话题 ( 更多 )
- 求教一个问题 (BCS)
- 大家觉得测量是一个怎么样的过程啊？ (Togo)
- 在贴吧物理吧发帖总是被删，只能上这来了 (因为·所以···)
- 为什么引力大的地方时间过得慢 (匿名)
- 加入了小组，问一个问题。 (仗剑天涯)
全站热点话题:
- taobao上卖的muji可信么？（主贴更新推荐... 234回应
- 关于夏天的电影~~~ 175回应
- 【7.22 晒胸】 花xiao出品 179回应
- 说说Sherlock里 印象最深的一句台词~ 230回应
- 来八一八好用的中低端护肤品吧 119回应
- 昨天我尝试了一下2男1女 267回应
- 【意向】军训、学车、旅游的妹子来一发湾... 97回应
- 凯特王妃优雅孕期造型回顾~ 143回应
No comments:
Post a Comment