光速会不会变化?
光的速度与光源运动无关,不能认为运动的物体带动周围的ether。Galileo相对性原理和经典 transformation可以应用于力学现象,但是不能用于光电现象的原因在于它们是奠定在绝对space-time观的基础上研究引力质量问题的,光子与中微子没有相互作用,ether不影响光速,光子与引力场没有相互作用。狭义相对论的假设是正确的。近百年来,人们对麦克耳逊——Moley实验、Maxwell方程以及群论上的公理证明对光速不变性原理进行质疑,但是都没有取得实际的实验结果,说明了光速不变性原理的正确,也说明光只具有电磁质量。
由于光子只具有电磁质量,它在度量空间(相对空间)里运动电磁质量不变,频率与波长不变,所以光速为定值。由于光子的引力质量为0,因此引力场与electromagnetic field的速度相同。因此物理学中的光速不变性原理是指在仅有引力场的条件下,是有引力场的运动速度决定的,而在电磁场中光速是可变的,例如在介质中光速小于C,这也符合相对绝对论的观点,但引力场的速度如果是变化的,那么光速也是可以变化的。Einstein的意思是光速是宇宙各个引力空间的极限速度, 我们所测的光速30万公里/每秒是地球太阳引力所决定的, 在其它引力空间有不同的极限光速。《自然》杂志刊载了王利军等三位科学家最新的研究成果,首次证明了世界上有比光速还快的东西:激光光波在铯气室前进的距离,是同一时间在真空中所能穿越距离的310倍。
大多数的科学家们都明确地认为,引力作用应该与电磁力作用相似,不是一种瞬态作用,而是有一定的作用的,但是用实验的方法确定引力的速度比较困难。2002年9月8日,土星巡弋在类星体JO842+1835的附近,虽然土星没有一般恒星的质量大,但它仍有相当大的引力。按照广义相对论的推测,在天空中类星体的位置在土星引力的作用下,将在若干天内完成一个小小的回路。美国Missour大学的S.Kopeiken教授和国家射电天文观测台的E.Fomolont教授观察到了这个回路,这两位科学家使用了具有非常长的基线阵列射电望远镜,因为这种抛物型探测器的配置可以提供10μs的角度分辨率,实验观察到的回路与按瞬态传播的引力所产生的回路间存在着一个微小的位移,位移的产生是由于引力具有一定的速度所致,他们计算出引力的速度是光速的1.06倍(其误差约为20%)。当他们将这个观测结果在2003年1月,在位于美国西雅图召开的“美国天文学年会”上报告后,就受到了来自美国华盛顿大学的C.Will教授与日本Hirosaki大学的Hideki Asada教授的质疑,他们认为射电望远镜实验只能很粗略地测量光速,而不可能提供引力速度的数据,因此这两种不同意见的争论要等待新实验的验证。【1】笔者认为,上面测量引力速度的方法应当是有效的,引力的速度应当严格地等于光速,实验数据在误差范围内也说明了这一点。由于光的传播决定于引力场的传播,光波只有纵波,可以预言引力波也只有纵波..2004年1月12日,由中国科学院和中国工程院582名院士投票,评选科学家首次测出引力速度为2003年世界十大科技进展新闻之一。
光子在周围物体形成的绝对空间里静止,在相对空间里速度为定值1,是其它物体运动速度大小的度量标准,所以相对space-time中物体运动速度存在着最大值。由于光子只具有电磁质量,因此光子返回时的固有时间与出发时相同,时间与空间在这里达到了统一,可以定义其速度为1。
(四)相速度与群速度
奥地利物理学家哈斯认为,光速是粒子机械运动速度的极限,但是机械波的传播速度可以超过光速,其描述公式为Vu=c2,式中c为光速,V为机械速度,u为与机械速度相伴产生的波动速度。在量子力学中,由于进入原子因的波包前端早已触发了原子的跃迁,群速度超过光速就不足为奇了。
因为波粒二重性不仅光子有,而且任何微观粒子都具有波粒二重性,任何一个微观粒子都具有质量m,光子的电磁质量
上式(1.1)中 h 为普朗克常数,f 为光子的频率,c 为光速。实验表明上式(1.1)也适用于任何一个微观粒子,由式(1.1)可推出任何一个微观粒子表现的波特性的频率为 ,实验也表明任何一个微观粒子表现的波特性的波长为
上式(1.3)中 P 为粒子的动量,v 为粒子的运动速度。那么这种表现出粒子波动特性的波(德布罗意波)的波速为 ,因为粒子的运动速度 v 是低于或等于光速 c 的,所以 c2 / v ≥ c,即粒子的德布罗意波的波速是可超光速的。其实,这是群速度。对于微观粒子的德布罗意波的波的时间频率 , ( v 为粒子运动速度,c 光速。) 德布罗意波的波的空间角频率
从式(2.1)与(2.2)可求得德布罗意波的波速 。因为从(2.1)与(2.2)式知 ω与 k 都是 v 或β的函数,现在我们来分析一下德布罗意波的波的波速变化的动态情况,对(2.1)式与(2.2)式求微商(导数)得
,
那么从式(2.4)与(2.5)得,时间角频率 ω 相对于空间角频率 k 的瞬时变化速率应为 。
德布罗意发现德布罗意波是他一项伟大的贡献,他预期要找出德布罗意波与粒子运动速度的关系,他通过复杂的数学推导找到了式(2.6),他把德布罗意波的波速V称为“相速度”,把德布罗意波的波的时间角频率 ω 相对于空间角频率 k 的瞬时变化速率 dω/dk 称为“群速度”。
参考资料:http://city.6to23.com/static/302/18378.htm
会的,真空中才是C!
本文根据光的物理本质——电磁质量,分析了光子不具有相对时间属性,解释了光速不变性原理,指出几个所谓的“超光速现象”并非真正的超光速,使狭义相对论的假设的基础更加牢固,阐述了引力与电磁力的速度相等的原因, 预言了引力波一定为纵波。
关键词:相对时间、相对空间、光子、光速不变性原理
(一)光速的测量
光速的测定在光学的发展史上具有非常特殊而重要的意义。它不仅推动了光学实验的发展,也打破了光速无限的传统观念;在物理学理论研究的发展里程中,它不仅为粒子说和波动说的争论提供了判定的依据,而且最终推动了相对论理论的发展。在光速的问题上物理学界曾经产生过争执,开普勒和笛卡尔都认为光的传播不需要时间,是在瞬时进行的。但伽利略认为光速虽然传播得很快,但却是可以测定的。1607年,伽利略进行了最早的测量光速的实验。伽利略的方法是,让两个人分别站在相距一英里的两座山上,每个人拿一个灯,第一个人先举起灯,当第二个人看到第一个人的灯时立即举起自己的灯,从第一个人举起灯到他看到第二个人的灯的时间间隔就是光传播两英里的时间。但由于光速传播的速度实在是太快了,这种方法根本行不通。但伽利略的实验揭开了人类历史上对光速进行研究的序幕。1676年,丹麦天文学家罗麦第一次提出了有效的光速测量方法。他在观测木星的卫星的隐食周期时发现:在一年的不同时期,它们的周期有所不同;在地球处于太阳和木星之间时的周期与太阳处于地球和木星之间时的周期相差十四五天。他认为这种现象是由于光具有速度造成的,而且他还推断出光跨越地球轨道所需要的时间是22分钟。1676年9月,罗麦预言预计11月9日上午5点25分45秒发生的木卫食将推迟10分钟。巴黎天文台的科学家们怀着将信将疑的态度,观测并最终证实了罗麦的预言。罗麦的理论没有马上被法国科学院接受,但得到了著名科学家惠更斯的赞同。惠更斯根据他提出的数据和地球的半径第一次计算出了光的传播速度:214000千米/秒。虽然这个数值与目前测得的最精确的数据相差甚远,但他启发了惠更斯对波动说的研究;更重要的是这个结果的错误不在于方法的错误,只是源于罗麦对光跨越地球的时间的错误推测,现代用罗麦的方法经过各种校正后得出的结果是298000千米/秒,很接近于现代实验室所测定的精确数值。1725年,英国天文学家布莱德雷发现了恒星的"光行差"现象,以意外的方式证实了罗麦的理论。刚开始时,他无法解释这一现象,直到1728年,他在坐船时受到风向与船航向的相对关系的启发,认识到光的传播速度与地球公转共同引起了"光行差"的现象。他用地球公转的速度与光速的比例估算出了太阳光到达地球需要8分13秒。这个数值较罗麦法测定的要精确一些。菜德雷测定值证明了罗麦有关光速有限性的说法。光速的测定,成了十七世纪以来所展开的关于光的本性的争论的重要依据。但是,由于受当时实验环境的局限,科学家们只能以天文方法测定光在真空中的传播速度,还不能解决光受传播介质影响的问题,所以关于这一问题的争论始终悬而未决。十八世纪,科学界是沉闷的,光学的发展几乎处于停滞的状态。继布莱德雷之后,经过一个多世纪的酝酿,到了十九世纪中期,才出现了新的科学家和新的方法来测量光速。1849年,法国人菲索第一次在地面上设计实验装置来测定光速。他的方法原理与伽利略的相类似。他将一个点光源放在透镜的焦点处,在透镜与光源之间放一个齿轮,在透镜的另一测较远处依次放置另一个透镜和一个平面镜,平面镜位于第二个透镜的焦点处。点光源发出的光经过齿轮和透镜后变成平行光,平行光经过第二个透镜后又在平面镜上聚于一点,在*面镜上*射后按原路返回。由于齿轮有齿隙和齿,当光通过齿隙时观察者就可以看到返回的光,当光恰好遇到齿时就会被遮住。从开始到返回的光第一次消失的时间就是光往返一次所用的时间,根据齿轮的转速,这个时间不难求出。通过这种方法,菲索测得的光速是315000千米/秒。由于齿轮有一定的宽度,用这种方法很难精确的测出光速。1850年,法国物理学家傅科改进了菲索的方法,他只用一个透镜、一面旋转的平面镜和一个凹面镜。平行光通过旋转的平面镜汇聚到凹面镜的圆心上,同样用平面镜的转速可以求出时间。傅科用这种方法测出的光速是298000 千米/秒。另外傅科还测出了光在水中的传播速度,通过与光在空气中传播速度的比较,他测出了光由空气中射入水中的折射率。这个实验在微粒说已被波动说**之后,又一次对微粒说做出了判决,给光的微粒理论带了最后的冲击。1928年,卡娄拉斯和米太斯塔德首先提出利用克尔盒法来测定光速。1951年,贝奇斯传德用这种方法测出的光速是299793千米/秒。光波是电磁波谱中的一小部分,当代人们对电磁波谱中的每一种电磁波都进行了精密的测量。1950年,艾森提出了用空腔共振法来测量光速。这种方法的原理是,微波通过空腔时当它的频率为某一值时发生共振。根据空腔的长度可以求出共振腔的波长,在把共振腔的波长换算成光在真空中的波长,由波长和频率可计算出光速。当代计算出的最精确的光速都是通过波长和频率求得的。1958年,弗鲁姆求出光速的精确值:299792.5±0.1千米/秒。1972年,埃文森测得了目前真空中光速的最佳数值:***********.4±0.1米/秒。
光速的测定在光学的研究历程中有着重要的意义。虽然从人们设法测量光速到人们测量出较为精确的光速共经历了三百多年的时间,但在这期间每一点进步都促进了几何光学和物理光学的发展,尤其是在微粒说与波动说的争论中,光速的测定曾给这一场著名的科学争辩提供了非常重要的依据。在19世纪80年代之前,人们对光的认识完全有别于其它物体的运动。人们以为在宇宙空间充满着一种称之为“以太”的特殊粒子,这种“以太”粒子与物质粒子之间没有任何相互作用,因而不会阻碍物质的运动。“以太”粒子与绝对空间保持着绝对静止的状态,光线就在这种“以太”海中以恒定不变的速度进行传播。牛顿设想的理想惯性参照系,也就是相对于“以太”海处于禁止状态或作匀速直线运动的坐标系。
会变化的 在不同介质中 相同频率的光速度是不同的
在相同介质中不同频率的光速度也是不同的
本文根据光的物理本质——电磁质量,分析了光子不具有相对时间属性,解释了光速不变性原理,指出几个所谓的“超光速现象”并非真正的超光速,使狭义相对论的假设的基础更加牢固,阐述了引力与电磁力的速度相等的原因, 预言了引力波一定为纵波。
关键词:相对时间、相对空间、光子、光速不变性原理
本文根据光的物理本质——电磁质量,分析了光子不具有相对时间属性,解释了光速不变性原理,指出几个所谓的“超光速现象”并非真正的超光速,使狭义相对论的假设的基础更加牢固,阐述了引力与电磁力的速度相等的原因, 预言了引力波一定为纵波。
关键词:相对时间、相对空间、光子、光速不变性原理
不会
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会
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