关于光速不变的问题

kuaidi.ping-jia.net  作者:佚名   更新日期:2024-07-09
关于光速不变原理

光速不变原理是相对论的基础,不过相对论里没有通俗易懂的解释,搞的很玄乎一样,其实实际上光速的相对速度也会变,光速也可以超越。我给你举个例子,你应该可以看明白。

设一个星球A距离我们1光年,有架飞船从地球出发开往星球A。飞船的速度远大于光速,5秒钟就到达星球A了,但是飞船到达星球A的画面还要再经过1年才可以传到地球上,就是说地球上的人还是要过1年零5秒钟才可以看到飞船到达星球A的情景,所以即便是实际速度远大于光速,我们测量出来的速度还是小于光速的。根本原因就是我们是依靠光的传播来测量速度的,当然不可能超越光速。

回到你举的例子同样是这个道理,其实际速度已经是1.9C,但你看起来还是C,关键问题就是你是“看”出来的速度,“看”就必须借助光的传播,借助光的传播怎么可能超越光速呢?

光速不变是实验得出的结果,虽然这违背人的直觉,但它是自然界逻辑简单性原则的一种结果。我们可以在实验结果的基础上反过来解释光速不变。
我们先了解一下相对论里为什么“速度越快时间越慢”。下面一步一步来进行解释:
能量是什么?能量是一个间接观察的物理量,被视为某一个物理系统对其他的物理系统做功的能力。功被定义为力在物体沿力的方向发生位移的空间积累效应,并且等于力与在力的方向上通过的位移的乘积。
在地球上你将1千克的物体举高2米和将2千克的物体举高1米所做的功是一样的。势能变化△E=Fs
本文中各个字母所代表的含义:E—能量 F—力 s—距离 m—质量 a-加速度 v—速度 t—时间 c—光速
能量的一个表达式是力和位移的乘积,力是质量和加速度的乘积,加速度又是速度变化量和时间的比值,而速度又是位移和时间的比值。F=ma a=△v/t v=s/t
假设一开始绝对能量和绝对速度为零,现在速度为v,则(主要用于概念上的理解):
E=(ms/t^2)s=m(s/t)^2
宇宙中光的速度保持不变(我们先假设光速不变这一实验结果是正确的),任何物体相对于光都在做光速运动。
人们习惯站在自身的角度来评判其它事物的速度,当你不再将光速看成是一种速度时,你也就不难理解为什么E=mc^2(质能关系式)。(前面提到E=m(s/t)^2)
s=vt,当速度不变(保持光速),距离变长,时间的数又是相同时,就会导致时间膨胀(时间变慢)。
另一方面,物体的质量引起空间弯曲,使得周围物体产生加速度现象,表现出时间膨胀(时间变慢)。
在运动中,速度越快时间越慢;在引力场中时间越慢速度越快。这也许就像程度心理学中的程度和逻辑相互结合互相关联那样,运动和时间(时间是逻辑的量子化)不能分开表述,它们是相互结合互相关联的。
下面我们来理解空间、时间和物质的关系:
空间和时间是物质运动的存在形式,没有无物质的空间和时间,也没有无空间和时间的物质。
速度和时间是相互结合互相关联的。速度不变,时间变慢,体现物质的空间性。时间不变,速度变快,体现物质的时间性。光速不变体现了物质的空间性,引力现象体现了物质的时间性。就像粒子的波粒二象性那样,通过不同的观察方式,你会发现物质有时体现波动性,有时体现粒子性。
我们分别从物质的各个方面来观察。“速度不变,时间变慢,体现物质的空间性”,但如果时间慢到静止,也就没必要谈速度。“时间不变,速度变快,体现物质的时间性”,当速度达到瞬移时,是否同样无需谈时间。这些与程度和逻辑的相互结合相矛盾。
宇宙中程度和逻辑是相互结合互相关联的,因为这更加符合自然界的逻辑简单性原则。无论从量子力学中粒子的波粒二象性(粒子的速度和最终位置的结合),还是波粒二象性导致世界量子化(既需要有程度又需要有逻辑),又或者是广义相对论中质量和空间度规的结合,似乎都符合程度和逻辑相互结合这一规律。
程度和逻辑的结合导致了宇宙中时间无法静止(我仿佛听到了心碎的声音),物质无法瞬移。
也许你会有疑问,为什么光速不变现象和引力现象看到的都是速度变快呢。那是由于人自身作为时间性(粒子性)的存在来观察周围事物,看到的结果都是时间不变,速度变快。(无论是运动速度还是衰老速度,都是间接的去观察时间变化)。同时不难发现,引力现象是物质时间性的产物。
或许你对“光速不变体现了物质的空间性”依然不太理解,不妨再来看一下:宇宙中程度和逻辑是相互结合互相关联的,粒子的波粒二象性导致了世界量子化(既需要有程度又需要有逻辑),光速不变代表了微观粒子的大小在任何时刻都是不变的,因而光速不变是有利于宇宙和平的(啊,错了,是有利于宇宙稳定)。
最后,那么是如何实现在运动中速度不变距离变长(光速不变)这一直觉矛盾的?
宇宙中程度和逻辑是相互结合互相关联的。1.速度和时间是相互结合互相关联的,它们不能分开表述。2.同样的,空间和时间是物质运动的存在形式,没有无物质的空间和时间,也没有无空间和时间的物质。3.对于物质来说,光速不变是通过“速度不变,时间变慢”这一面来实现的。之所以认为光速不变违背人的直觉,是由于我们习惯性认为时空是平坦的,而实际上“同时”是相对的。
纯粹速度和速度的对比(不牵扯到粒子性),就出现了速度不变(光速不变);纯粹粒子和粒子的对比(时间性的对比),就出现了引力现象(空间度规的变化)。这样解释可能不容易被接受,我们还可以换另外一种描述方式:
1.自然规律的内在往往是简单的,复杂的自然现象背后蕴含着的却是简单的规则。人们脑海中在刻录所理解的自然现象时会不自觉的设定一些限制条件。
2.去掉参考系(逻辑化)这个限制条件,只是进行程度化描述,就是光速不变(相对任何参考系速度不变,而不是绝对速度不变)。
3.(一切物理定律必须与坐标系的选择无关,相对论本身也是研究时空下的不变性。)
去掉(程度化)这个限制条件,将它归化到(逻辑化)描述上,就是万有引力。
光速不变是自然界逻辑简单性原则的一种结果。

爱因斯坦1905年9月发表在德国《物理学年鉴》上的那篇著名的相对论论文《论动体的电动力学》,提到光速问题的话有四段:

“光在空虚空间里总是以一确定的速度V传播着,这速度同发射体的运动状态无关。”

“下面的考虑是以相对性原理和光速不变原理为依据的,这两条原理我们定义如下:

1. 物理体系的状态据以变化的定律,同描述这些状态变化时所参照的坐标系究竟是两个在互相匀速平行移动着的坐标系中的哪一个并无关系。

2. 任何光线在‘静止的’坐标系中都是以确定的速度V运动着,不管这道光线是由静止的还是运动的物体发射出来的。”

“对于大于光速的速度,我们的讨论就变得毫无疑义了;在以后的讨论中,我们会发现,光速在我们的物理理论中扮演着无限大速度的角色。”

“由此,当υ=V时,W就变成无限大。正像我们以前的结果一样,超光速的速度没有存在的可能。”
(《爱因斯坦奇迹年━━改变物理学面貌的五篇论文》[美] 约翰•施塔赫尔主编,范岱年、许良英译,上海科技教育出版社2001年版 第97━98页,第100━101页,第109页,第127页。)

光速不变第四解为质速解,此解从质速关系得来。爱因斯坦质速关系式:
m=m0/√1-υ2/c2(m为运动质量,m0为静止质量,υ为物体运动速度,c为光速)说明:物体以远低于光速的速度(人体尺度下)运动时,质量变化不明显,增加的质量忽略不计,可认为质量不变,以经典力学规律足可以应付计算需要。但接近光速运动时,物体质量增加较多,随着向光速的靠近,质量趋向无限大。大小两极相通,质量无限大因两极同一又为无限小,质量无限小可视为零,因此光子无静止质量。光作为极限物,大小同一,动静也同一,无静止质量即为无运动质量。从质速关系式也可得m0=0时,m=0,υ=c时,此公式不成立。有人认为没有质量怎会有能量?须知电磁场为能量场,光量子又是能量子,因光子无质量,任一能量值在与质量对比时都为无限大,因无质量,运动中也不消耗能量,除传递能量给其它物体外,光子能量足以保持其速度不变。
光子无质量为知性所不容,人们到处寻找有质量的根据。有人认为光有光压为有质量表现,但不知光压乃光电效应表现,是光量子、光能转化为电能的表现。也有人引爱因斯坦质能公式:E=mc2(E为能量,m为惯性质量,c为光速),认为有质量才有能量,这就和前述质速公式冲突,这种冲突说明光作为极限物,独立于两式之外。我们根据另一能量公式:E=hν(E为能量、n为普朗克常数、ν为光频率)可计算出一定频率光之光子能量,使m=hν/c2推导光子潜质量。注意,这里指的是一定能量必对应一定质量,但对光子而言这只是其潜在质量而非实在质量,这就是实验中找不到有质量的光子的原因,潜在质量只说明可以转变为多少质量。如按经典力学观点非认定光有质量,电磁场有质量,真空作为光量子场就要表现出巨大质量,一切有光的场所也会有沉重的质量压力,含有电磁场的粒子质量都需加倍, 引力定律还会使真空形变。推理继续,光越强,质量越大,引力越大,恒星都变成了黑洞,岂不荒谬!电磁场为能量场,引力场为质量场,二者进一步同一才将潜在的质能关系扬弃为真实关系,这却不是本篇所论之题。还有人以光线在引力场中弯曲来证光有质量,有质量的东西才受引力吸引。我们知道,能量为斥力,不受引力作用影响,至于为何会弯曲,以后自会了解。电磁场有能量而无质量,引力场有质量而无能量,实物处二者间而兼有之,我们需再走一段才能真正了解它们。

光速不变的第五解为时空解,时空解源自爱因斯坦相对论。相对论告诉我们,物体高速运动时会发生“尺短钟慢”的现象,这种现象在低速运动中变化极小,可按牛顿力学定律视其无变化,但在高速中变化明显。如沿运动方向取1米的标尺,以地球时间1秒计算,每秒速度在3万公里时,1米为0.995米,1秒为1.01秒;在15万公里时,1米为0.866米,1秒为1.15秒;在29.7万公里时,1米为0.141米,1秒为7.1秒;在29.99万公里时,1米为0.02米,1秒为50秒。当物体运动速度达到光速时,物体沿空间方向的尺度会缩短为零,时间会慢到停止。

υ(公里/秒)
ι0(米)
ι(米)
t 0(秒)
t(秒)

0.1c=3万
1
0.995
1
1.01

0.5c=15万
1
0.866
1
1.15

0.9c=27万
1
0.436
1
2.29

0.99c=29.7万
1
0.141
1
7.1

0.9998c=29.99万
1
0.02
1
50

C=29.9792 458万
1
0
1
0

“尺短钟慢”效应说明空间和时间是随物质运动速度的变化而变化的,它适用于一切物质,包括光。光速下,时钟停摆,零时间意味着光在传播过程中不消耗时间。空间是物质的延展性,时间是物质变化的连续性或延展性。没有时间就意味着物质静止不变,保持原状,所以光速不变。零时空虽是合理推论,是自然现象、自然法则,也为知性形而上学所不容。更有一部分人认为运动是绝对的,静止时相对的,不但把运动与静止相割裂和对立,且把本应一并使用的对应范畴——相对与绝对分赠不同事物,在形而上学中也沦落到低层次。

辩证法认为有无同一。零时空并不意味着真的一无所有,而是说我们无法测量这时空。无数光量子溶为一体,共同构成大统一场,不分彼此,此光即彼光,因为你无法分离出单个的光量子,你也就无法给定某个量子以特定的空间和时间。这一现象与经济学中全民所有疑难类同:生产资料归全体人民所有,每个人都拥有生产资料,这只是象征性的;每个人又不拥有生产资料,这是实际性的,无法确定哪些生产资料是某个人的,结果无产阶级仍是无产阶级。世风日下情况下,私心膨胀,就变成你的也是我的,不拿白不拿,大家都拿,拿大家的。

人类生活领域比起这宇宙来,渺如尘沙,不值一提。人长期生存于人体尺度领域中,其生活经验及认识局限于此,这个世界的两极——极大和极小都在我们世界之外。如果不是近代人类面临生存危机,迫使我们跨入两极神秘之域,寻求新的生存空间,我们将永不能理解老子及黑格尔的辩证思想。

光速不变只适用于惯性系当中,也就是说,在正常状态下(非正常状态见下文)光速是不变的

但是如果不是在惯性系当中的话,就是"非正常状态"咯,比如一束光处在一个正在做加速运动的房间里,光线就会发生偏转,如果加速度方向与光速方向相同,光速就会变慢咯~

这学期刚学的,好像没什么东西能快过光速的...不过我学的是初级的啦,更高级的也许也有...

当高速运动时,物体会缩短,你拿着的一起运动的尺子同样也缩短。用你所短的尺子去测量那光速,会发现还是30万公里/秒。

其实当年是先发现了无论相对光速如何运动,观测到的光速都不变,才推导出了尺子缩短的公式。

光速在不同的介质中是可变的,你的问题不存在。

应该是指不官在什么样的惯性系或非惯性系下,光速都不变,都还是3×100000000m/s

  • 关于光速不变的问题
    答:绝对坐标系是不存在的,因此你的黄星,和其他三个手电筒是完全一样的,它门的时间,也绝对不像你说的那样,蓝色的和红色的就会慢。它们变慢也都是相对的,相对蓝红,黄绿是有99.9%的光速的,这里牵扯到双生子佯谬,解释起来略微罗嗦,但是可以告诉你,你通过“时间变慢”出发对光速不变的理解是不...
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  • 为什么光速不变?
    答:呵呵,楼主的问题看起来很外行。光速不变不是为什么,而是世界的时空性质之一。光速不变是相对论的两大支柱之一,然而,在相对论中,光速不变还是被称为“假设”,光速不变的假设尽管目前所有的理论、实验都能验证这个假设,但没有数学方法能证明,因此它仍然被称为是个假设。因为光速不变没有原因,这是它的本来性质。就...