光速不變,一直理解不了,怎麼解釋?

2020-12-03 宇宙新思維

光速不變原理指的是光的單向速度相對於任何慣性系中的觀察者來說都是不變的,與光源的運動狀態無關,也就是說不存在優越的參考系。

一,為了更好地回答問題,咱先把光速不變原理的來龍去脈和我個人的一點心得作一簡介,

麥克斯韋

光速不變的結論是聯立求解麥克斯韋方程組得到的,得出c=1/√εμ,其中ε和μ分別是真空介電常數和磁導率,都是常數。但當時麥克斯韋的電磁理論是納入經典物理體系的,所以在這一點上不符合伽利略相對性原理的速度相加定理。經典物理的核心就是絕對時空觀,即認為宇宙中存在絕對靜止的參考系,那就是所謂的「以太」。並以此來證明光速不變原理的錯誤。但1887年的邁克耳遜――莫雷幹涉實驗卻證明了空間中沒有「以太」,可是十九世紀末和二十世紀初的大多數科學家們並不願接受這個結果。只有少數科學家承認了這個結果,但也只是由絕對空間觀轉變為相對空間觀,仍然認為相對性原理並不適用於電動力學,因為光速不變原理不符合速度相加定理。說到底還是沒法證明光速不變。

愛因斯坦

愛因斯坦認真研究了麥克斯韋的電磁理論,特別是經過赫茲和洛侖茲發展和闡述的電動力學,他認為這個理論是正確的,光速不變原理是正確的。但他又認為相對性原理應該是宇宙中普遍性原理,不應該只適用於力學,電動力學也應該適用。後來他接受了馬赫的相對時空觀後豁然開朗,他認為伽利略相對性原理只是建立在相對空間觀上的,並沒有把時間考慮進去,認為時間是絕對的,所以是個不完善的原理。愛因斯坦從「時間的同時性也是相對的」這一認識作為突破,將相對性原理建立在相對時空觀上,正因為空間和時間都是相對的,光速才有可能保持不變,這個不變可能正是滿足相對性原理的表現,所以他把光速不變大膽假設為一個原理。並把相對性原理推廣到除引力定律外的所有物理定律,兩大原理結合創立了狹義相對論,也從此確立了相對時空觀。不過光速不變原理是個假設,儘管已經無數次證明了它的正確,但至今仍不斷驗證。

二,以上就是光速不變原理的來源歷史和我的一些分析,下面我來談談自己對光速不變原理的看法,不一定正確,僅供參考。

光速不變原理和相對性原理表面看是牴觸的,但實際上兩大原理有著深層次互通,光及光速和宇宙時空有著不可分割的深層次聯繫,趕走了「以太」是為拋棄絕對時空觀,證明不存在絕對優越的參考系。所以人們認為光的傳播不需要任何介質,光在真空中傳播似乎就證明了這一點。隨著愛因斯坦廣義相對論的建立,愛因斯坦認同笛卡爾的觀點,即一無所有的空間是不存在的,空間裡充滿了場物質,場作為空間結構性質存在,一句話,時空就是場,與其說光在真空中傳播不需要介質,不如說真空就是「介質」。大家注意這個「介質」可不是絕對靜止的「以太」,這個介質就是時空本身,時空是一種物質,光有可能就是時空的一種奇異性質和振蕩,運動是物體在時空的運動,物體在時空中運動怎麼能超出時空?超不過時空就超不過光。時空對於每一個慣性系都是公平的,因為時空是運動產生的,而每一個慣性系對應著一種運動,不同的運動產生不同的時空,這也是宇宙具有相對性的原因。所以對於每一個慣性系光速是不變的。

回到問題本身,你可以這樣來理解光速不變原理:就是你不管對於某一慣性系速度有多大,即使超過30萬公裡/秒(不過這是不可能的,這只是打個比方,能夠明白說清楚。)了,光對於你來說還是光速。我對這個光速不變原理的理解就是:你可以不斷提高速度,但就是追不上光速和光。你可以假想相對靜止慣性系任一速度的慣性系,光對於這個慣性系來說仍然是光速。根據這些認識,就會輕易地回答題目描述中的問題,

列車在正前方以速度C離開(怎麼達到C速度咱們不管它,實際上根本達不到),我們打開燈照向列車,列車和光線的方向一致,問我們能不能看到火車?列車上的人能不能看到光?光對於以C速度運動的列車來說仍然是光速,也就是說光瞬間到達列車,所以列車上的人瞬間就看到光了。光速不變原理告訴我們,光速與光源的運動狀態無關,即使列車以C速度運動,它發出的光線對於靜止在車站的我們來說仍然是光速,這些光線瞬間射向我們眼晴,我們當然能看到火車。至不過我們看到的列車是這樣的:

至此,我的回答完畢,謝謝。

相關焦點

  • 你真的理解了光速不變原理?
    光速不變原理就一定是正確的嗎?實驗結果是以太不存在,「以太不存在」怎麼就能斷定光速不變?要知道實驗所用的光源相對於實驗儀器(參考系)是靜止的,其光路如下圖:難道不值得一試?退一步說,假如光速不變原理是正確的,那麼真的有人理解了嗎?最起碼那些做著「超光速」美夢的人是沒有理解。光速不變原理:真空中的光速對任何觀察者來說都是相同的。 光速不變原理,在狹義相對論中,指的是無論在何種慣性系中觀察,光在真空中的傳播速度都是一個常數,不隨光源和觀察者所在參考系的相對運動而改變。
  • 光速不變原理的產生背景
    光速不變原理是說光(在真空中)的速度C是恆定的,它不依賴於發光物體的運動速度。光速不會和任何速度發生疊加,包括當兩束光相對遠離的時候,其中一束光相對於另外一束的速度都是C,而不會像我們平常一樣,當兩個物體都以V的速度相對遠離的時候,它們相互之間遠離的速度是2V。
  • 從測量光速到計算光速,光速不變原理是怎麼被發現的?
    光速不變原理是狹義相對論中的一個基本假設,並被大量實驗證實;光速不變原理的發現是一個曲折的過程,也有不少物理學家走了彎路。早在18世紀,科學家就利用光行差的原理來測量光速,但是由於測量精度有限,所以結果可以用牛頓的經典時空得到合理解釋,數值大概在每秒30萬公裡左右。
  • 光速不變的原理是怎麼被發現的?科學家給出了答案
    光速不變的原理是怎麼被發現的?科學家給出了答案隨著人類科技的不斷進步,我們現在知道了宇宙中有很多奧秘是我們還沒有解開的,而且在宇宙中有很多神秘的天體,人類從開始探索宇宙的奧秘開始就不斷地對宇宙進行研究和探索,曾經歷史上也是出現了很多偉大的科學家,比如說牛頓,愛因斯坦這些都是世界上著名的科學家,現在我們知道宇宙中最快的速度就是光速,而且光速不變的原理也是科學家發現的,那麼光速不變的原理是誰發現的呢?
  • 你對光速不變原理有疑問嗎?
    你怎麼理解光速不變原理以前,我認為光速不變原理只是愛因斯坦先生做的一個假設,他的狹義相對論是建立在光速不變原理之上。光速不變原理是真空中的光速對任何觀察者來說都是相同的,不隨光源或觀察者的相對運動而改變,大約是每秒30萬公裡。比如我在行駛火車上車頭方向走,我此時的速度是火車的速度加上我走的速度,再比如我在火車上拿著手電筒向前照,那麼在我們的印象中此時手電筒的光速度不就是光速加上火車的速度嗎?光速不變原理還成立嗎?
  • 光速的本質是什麼,光速為什麼不變?
    而麥可遜-莫雷的實驗也證實了光速不變原理!而愛因斯坦做出光速不變假設是在牛頓的絕對時空觀與愛因斯坦的相對時空觀的衝突中產生的,因為牛頓的絕對時空觀佔據了統治地位,但它與完美到極致的麥克斯韋方程組不相容!我們理解世界的方式永遠不要單一。看看下面的關於光速的論述,會讓你耳目一新。
  • 深度解析光速為何不變,為何不可超越
    因為很多人根本就不理解光速,也不理解為何光速不可超越。當然了,當時愛因斯坦提出相對論,其中的一個重要假設就是光速不變原理,即不論我們在那種參考系中對光速進行測量,光速都是一個常數。之後,根據光速不變原理推出來了速度公式、時間公式、質量公式。不論哪個公式,都需要在速度小於光速時才有意義。愛因斯坦也給出了一個不能夠超過光速的理由,即物體的速度越高,質量越大,需要提速時需要的能量也越大。
  • 愛因斯坦提出了光速不變原理?不,他只是假設而已
    在大家的印象中光速不變的原理是隨著愛因斯坦1905年狹義相對論發表時,同時提出的兩條基本假設狹義相對性原理:一切物理定律在所有慣性系中均有效光速不變原理:光在真空中的速度c是一個常數,與光源的運動狀態無關。前者說的是一切物理定律(除引力外)在洛侖茲變換下保持形式不變,不同的時間內進行的實驗得出的物理定律是一致的。
  • 光速不變的真正原因是什麼?
    想要知道光速為什麼不變,我們必須先弄清什麼是光以及什麼是相對速率。 很多人或許會說:「光的本質是電磁波。相對速率就是兩個物體之間的微分距離變量 ds 與微分時間變量 dt 的比值,即 v=ds/dt 。」其實這兩個觀點都是有問題的。 用麥克斯韋方程組去解波動方程,可以得到電磁波的傳播速度,而這個速度恰好是光速。
  • 關於光速不變的澄清
    首先,我們必須對光速不變有一個準確與全面的認識。什麼是光速不變?它包含兩層意思,一層意思是說:對於觀察者而言,無論觀測者的運動狀態為何?他測量到的光速是不變的。第二層意思是相對於光源而言:即無論光源的運動狀態為何?光的傳播速度不變。人的眼睛是無法識別光速的。所謂的觀察者,是指測量儀器而言。我們將上述陳述做一個簡單的拓展:對於觀測者而言,無論觀測者的運動狀態為何?
  • 什麼是光速不變?什麼是鍾慢尺縮?愛因斯坦為什麼要提出相對論?
    所以很多人就對相對論提出質疑,認為相對論不合理,認為相對論不可信,認為相對論憑什麼規定光速是不變的,認為從相對論公式根本就推導不出光速不變的結論來,相反,從牛頓定律卻可以推導出光速是可以變的。問題出在哪?
  • 光速不變原理是怎麼被發現的?
    光速不變原理實際上是愛因斯坦相對論的基礎,相對論是建立在兩條基本假設至上的科學理論,這兩條基本假設,其中之一是光速不變原理,另外一個就是相對性原理。相對性原理實際上就是我們初高中所學的參考系的一些相關知識,在這裡就不贅述了。
  • 「光速不變」是什麼意思,是什麼限制了超光速現象?
    其實,速度的極限並不是光速,而現在,我們已經發現了宇宙中確實存在超光速現象:宇宙膨脹的速度,量子糾纏效應等。那麼,但為什麼這些現象沒有和相對論產生矛盾呢?狹義相對論到底限制的是什麼?狹義相對論的兩大基本假設。首先了解一下光速是怎麼來的。
  • 如何理解光速不變?從兩個著名實驗來理解!
    麥可遜-莫雷光的幹涉實驗該實驗起初是為了驗證地球是否拖拽以太空間。於是,經典力學的以太觀陷入了絕境,以太空間既不隨地球運動,也沒有發現以太風的存在。於是,人們由麥可遜-莫雷實驗得出的結論是,光速僅與光源相關,而與空間無關。於是,就像本文的開始提到的那個神秘裝置一樣,光速也呈現出了矛盾的現象。在雙星實驗中,光速與空間相關,與光源無關;在麥可遜-莫雷實驗中,則是光速與光源相關,與空間無關。
  • 中國科學家證明愛因斯坦光速不變假設不成立
    2020年12月下旬,國際著名科學開放資料庫scienceopen同時發表了取得廣泛突破性理論物理研究成果而三十多年來一直被封殺的中國的傑出理論物理學家、數學家、科普詩人東方學帝的兩篇具有劃時代意義的論文:「On the Relativity of the Speed of Light(論光速不變的相對性
  • 洛倫茲收縮與光速不變
    先讓s'系的3個軸分別與s系的3個軸重合,它們的原點也重合,現在讓s'系沿x軸以速度v運動,x'軸與x軸一直保持重合;y'軸與y軸保持平行,z'軸與z軸保持平行;讓它們的鐘也對準(如圖2)。這時,s'系與s系的時空坐標被稱為伽利略變換,這是物理界早就熟知的。 洛倫茲注意到,從伽利略變換導不出洛倫茲收縮的公式。
  • 怎麼理解光速是恆定的
    光的速度相對於任何參照系都是恆定且相同的,這是狹義相對論的兩大理論基礎之一,它又稱為光速不變原理。
  • 關於光速不變
    「任意慣性系測得光速不變」,這個描述是沒有問題的,但是,如果因此想像為:「光速相對任意慣性系恆定為光速常數C」,則是錯的。與莫雷實驗一樣的道理,此刻光的傳播相對速度,同樣不能以頻率與波長的乘積計算,變成了單獨一個A點與慣性系的相對速度,如果慣性系相對這個背景速度不為0,則光相對慣性系的速度不是光速C。
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