03.03 用激光筆照射在遙遠星球表面上,移動激光筆時,光束的形態是怎樣的?

Zhu哥


這個問題可以劃歸到“愛因斯坦轉盤”上去。首先假定背景時空是平直的——這一點也可以不需要,但是為了簡單起見還是考慮平直時空。然後假定激光筆是固定在是勻角速度轉動的轉盤上的,轉盤轉動帶動著激光筆一起轉動,打開激光筆,請問激光筆射出的光線如何運動——只考慮光的波動性忽略粒子性。

愛因斯坦轉盤就是存在轉動的平直時空,值得一提的是,這類時空曾經讓很多相對論專家認為是有引力場的時空,事實上,轉動的平直時空依然是沒有引力的!考慮從轉盤非中心處打出來的激光,由於時空本身是平直的,所以光線依然是走類光測地線,即走直線。但是,對於轉盤上打出該光線的人來說,情況卻不同。由於此人所採用的參考系是非慣性系,所以她/他會感覺到光線走的是曲線。注意一點,我說的是此人會“感覺到”,而不是說光線真的是彎曲的。這是兩個概念!

【當初愛因斯坦在構建廣義相對論的時候,引入了等效原理,但是愛因斯坦本人卻沒有能夠給等效原理一個不含歧義的準確定義。這就導致廣義相對論建立以來的一個世紀裡,認為等效原理並不成立的物理學家和認為等效原理是成立的物理學家勢均力敵!為什麼等效原理會被人詬病,就是因為愛因斯坦用了一個詞語:感覺到。但是後來ay愛因斯坦又將之改為“等效於”。可是無論是“感覺到”還是“等效於”都不能真正解釋等效原理到底是什麼。】

為此,我們需要澄清,參考系的選取所導致的光線彎曲不是真正的彎曲。對真正的“彎曲”的描述應該是存在一個不依賴於參考系選取的描述。這就是用微分幾何語言去描述。當然,這就比較專業了,我就不介紹了。回到題主的問題上,如果忽略地球自轉和公轉,也不考慮地球和遙遠星球的引力場,那麼移動激光筆時打出的激光所掃出的形狀是“移動激光筆的位移在星球上的投影”。如果考慮地球的自轉和公轉以及各種引力場,那麼結果就不同了,是大大的不同了,其結果可能性會多得多。


科學聯盟


簡單來說:這個原理其實類似於將筷子放入水杯中,出現的光學摺疊錯位的影像。

可就是說如果在地球以外,能夠看清楚激光筆的光點亮度的話,那麼,在激光筆高速移動時,因為地球內部不同高度物質密度不同,光子停留存在的時間不同,就可能產生以下景象:

1、一條光運動的軌跡

2、兩個“光點”或多個“光點”。(這也就是不同密度介質中,造成的光速變化,軌跡略微錯誤現象)

……

2018、6、12


自然科學理論研究者


在近的地方肉眼看到的景象跟激光在牆壁上劃過沒差別,在遙遠的地方劃過,假設人的肉眼在這個星球上激光劃過的地方,實際上根本看不到有激光,除非肉眼通過檢測儀器對著激光發出的方向可以看到那個瞬間的一個點,就像星星一眨眼然後就沒有了!


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