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光速不变定律

光速不变原理,是在狭义相对于宜烟论中,指的是无论在何种惯性参照系中观察,光在来自真空中的传播通衡底了王万速度都是一个常数,不随360百科光源和观察者所在参考系的相对运动而改变。这个数值是299792458米/秒。

  • 中文名称 光速不变定律
  • 外文名称 THE PRINCIPLE OF THE CONSTANCY OF THE SPEED OF LIGHT
  • 提出者 爱因斯坦
  • 原理 真空中光速对任何观察者是相同的

信息

  中文名称:光速不变定律

  英文名称:THE PRINCIPLE OF THECONSTANCY OF THE SPEED OF LIG曾不丰统色的只讨HT

  光速不变原理:真空中的光速对任何观察者来说都是相同的。

诞生

  爱因斯坦1905年9月发表在德国《物理学年鉴》上来自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:

  "光在空虚弱云友助举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,360百科我们会发现,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。认许诗知根陆苏女之正像我们以前的结果一样,超光速的速度没有存在的可能。"

绝对性

  爱因斯坦年轻的时候曾经问自己,如果人运动的速度快到足以跟上光的脚步,光看起来是什么样子的。理论上它看上去像是你身边一个静止的峰,但爱因斯坦知道,麦克斯韦方程组不允许这种结果出现。他得出结论认为,要么是麦克斯期笑书负但安无灯艺韦的理论不适用于运动中的观察者,要么是相对运动力学需要更改。

  爱因斯坦在他1905年发表的狭义相对论里解决了这个问题。这一理论基于一个通用原则:相对任何以恒定速度运动的观察者来说,不管这个速度是多少,物理原理及光速都是一样的。爱因斯坦的狭义相对论使我们来自对时间和空间的观使孙于不信愿站少决念发生了革命性的变化,强调了光速在物理学中的根本地位。

  想象你在一枚火箭里项孩假界弱海,与一道激光脉冲一360百科同冲入宇宙空间。地球上道卷双村安之州损较的观察者会看到这一脉冲以光速远去。无论你相对于地球运动的速度为多少,譬如光速的99%罢,光线仍以光速超越你。看起来似乎很荒谬,但这是真的。使这为真的唯切消陆固省一途径,就是你火箭该要倒即输小中的居住者和地球表面的观察者以不同方式衡量时间和空间。

  时间与空间看上去当然是不同的,这依赖于你是在地球上还是在宇宙空间里。爱因斯坦的广义相对论将引力描述为时空几何结构的扭曲。这种说法的一个推论,就是始终沿可能的最短路径穿越时空的光线,在大质量物体附近会弯曲。这在1919年日食期间观测掠过太阳附近的星光被太阳的质量所弯曲而得到证明。这一观测使爱因斯坦的理论最终得到接受,并为他赢得了世界性的声誉。

  但按照基本误片备族操争翻心力学原理,如果光线偏转,它会被加速。这是否将使光速发坐达余油生变化,动摇相对论的根本原则?在某种意义上是对的:我们从地球上观察到的光速,在它从太阳附近经过时确苏肉款章实会变化。然而相对论和光速不变原理不能被抛弃。

证明

  光速不变原理:无论在何种惯性系(惯性参照系)中观察,光在真空中的传播速度都是一营重只更得创个常数,都为299792.458公里/秒。

  证明光速不变的四项事整的身员实。

  1)恒星光行差。

  2)恒星都是一个一个的小圆点。

  3)恒星都静止

  4)太阳光迈克尔逊--莫雷实验。

  任意恒星光行差都长期保持不变,证明:光行差不随时间变化,所以光核兵视随范仅冲速也不随时间变化。所有积却恒星的光行差都为20.5″角距,证明:所有恒星的光速都相同。

  《系统分析恒星光行差》中已经详细论证了"光速不变",所以不再重复。

  恒星都是一个一个的小圆点,证明:任意一个恒星的所有的光线的光速都相同,即没有不同光速的光线。

  因为没有任何光速'变化'的现象,所以只有采用'反证法'。

  设:某恒星发来两种光速的光线;光速为c的光线,用c表示;光速为C的光线,用C表示;光速c>C

  因为c和C都是连续的,所以观测者能够同时接收到c和C;但观测者同时接收到的c和C,必然不是同时从义个恒星发出的。

  因此设:c发出的时刻为零;C发出的时刻为t;恒星零时刻的位置为A;t时刻的位置为B;因恒星周日视运动角速度ω=15.0411″/秒,所以A、B之间的角距φ=ωt

历空  再设:φ=10′(太阳直径的1/3);恒星距离L=30光年。

  则:t=φ/ω=10×60÷15.0411≈40(秒)

宗请  c传播的时间T1=L/c=30(年)≈86400×365=946080000(秒)

  C传播的时间T2=L/C

  据题意知:T2=T1+t=L/c+t=946080鸡早样系副岩先小场000+40=946080040(秒)

  所以:C=L/T2=946080000c/946080040≈0.9999999577c≈299999.987(公里/秒)

  即:如果φ=10′,则c-C=300000-299999.987=0.013(公里/秒)=13(米/秒)

  也就是说:如果两条光线的光速差为13米/秒,则这颗距离为30光年的恒星,就同时在角距为10′的A和B两个位置上。

  光速连续比间断变化的可能性大得多,如果恒星光速是在C和c的范围内连续变化的,则看起来,该恒星应该是:长度为10′角距的线段。

  因为从未看到过:恒星具有多个位置和任何拉长的现象,所以结论正确。

  恒星都静止,证明:所有恒星的光速都不随时间变化,都始终恒为常数c不变。这是因为如果光速不断变化,则看起来恒星必然是运动的。证明方法与上述类似,不再重复。

  太阳光迈克尔逊--莫雷实验证明:太阳光的光速不变。

  迈克尔逊--莫雷实验的依据是:光速=波长×频率

  光波长和频率都是根据光干涉条纹确定的。根据'杨氏双缝干涉实验'干涉条纹之间的间距,能够独立推算出'光波长',自然可确定'光频率'。

  这样推算确定的光波长和频率的乘积为常数,即不同颜色光的波长和频率的乘积相等;而且乘积数值等于检测的'光速值';从而充分证明:'光速=波长×频率'成立。

  迈克尔逊和莫雷通过长期多次分别检测,来自不同方向的阳光的光速,充分证明:阳光的光速不变。

参考文献

  《相对论:狭义与广义理论》 爱因斯坦

  《大学物理》 内蒙古工业大学物理系编.《大学物理》(第一版).内蒙古大学出版社.2002

  《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。

  相关英文资料请见

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