光速不变性

王朝百科·作者佚名  2010-02-26  
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即光速不变原理光速不变原理,在狭义相对论中,指的是无论在何种惯性系(惯性参照系)中观察,光在真空中的传播速度都是一个常数,不随光源和观察者所在参考系的相对运动而改变。这个数值是299,792,458 米/秒。

光速不变原理是由联立求解麦克斯韦方程组得到的,并为迈克尔逊—莫雷实验所证实。光速不变原理是爱因斯坦创立狭义相对论的基本出发点之一。

在广义相对论中,由于所谓惯性参照系不再存在,爱因斯坦引入了广义相对性原理,即物理定律的形式在一切参考系都是不变的。这也使得光速不变原理可以应用到所有参考系中。

光速不变原理

光速不变原理,不是由“联立求解麦克斯韦方程组得到的”,这一点可以在《论动体的电动力学》和《普通物理学1》中看到,这个原理是假设,并至今未被证明。

由声音实验我们知道:无论在何种惯性系(惯性参照系)中测量,声音在真空中的传播速度都是一个常数,不随声源和测量者所在参考系的相对运动而改变。这个数值是0米/秒。声音在一大气压下15摄氏度的地表静止空气中约为340米/秒,这个速度,不受声源运动速度影响。

由此得到几种可能:

1、光是否在真空中速度也是0?因为十九世纪,人们以为太空是真空,所以认为光在真空中需要特别介质,而今天我们知道太空中充满稀薄气体,完全可以充当光介质,而不需要以太。

2、声音有类似性质,是否存在声速相对论?

3、既然假定的条件是真空,那么相对论就只能在真空中适用,而我们现在,没有相对论的适用条件。

在任何惯性系中测量,只要介质的状态一致,则声速不变。无论是在地面上,还是超音速飞机内,声速不变,这是伽利略相对性,而不符合伽利略速度叠加原理。如果有人认为应该符合伽利略速度叠加原理,那是没学好经典理论。

在地面测量,只要介质的状态一致,则声速不变,而不论这个声音是由静止的声源发出,还是运动的声源发出,这是多普勒效应。在高速运动粒子上发出的光,实验室速度是光速,而不是粒子速度加光速,是必然的。如果认为应该符合伽利略速度叠加,也是没学好经典理论。

是否可由此得到声速也是不变的?而且所有波的速度都是不变的。

而由速度是相对的实验,也可证明光速在空气、水、玻璃等介质存在的条件下,也是可变的。

对几种所谓可能的补充:

1、认为太空真空是具有能量场存在的特殊介质,未尝不可,但以“稀薄气体”为介质就太牵强了。

2、声音与光最根本的区别,声波是非场传播的,光是以场传播的。电磁场的性质,可参见大学物理教材。

3、由理想状态推广至实际问题,这是物理研究最常用的方法,例如关于气体的理论方程就多是如此建立起来的,有何不可?光速不变性的公设,是一种关于时空性质的公设。得出理想化的时空性质后,再推广至实际条件。怎能武断地说是没有适用条件?

4、相对论是关于运动速度与时空性质的理论,声速情况已被包含在低速运动情况里面,不过光速情况的特殊性在于它是相对论的速度上限。

 
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