03.03 用激光笔照射在遥远星球表面上,移动激光笔时,光束的形态是怎样的?

Zhu哥


这个问题可以划归到“爱因斯坦转盘”上去。首先假定背景时空是平直的——这一点也可以不需要,但是为了简单起见还是考虑平直时空。然后假定激光笔是固定在是匀角速度转动的转盘上的,转盘转动带动着激光笔一起转动,打开激光笔,请问激光笔射出的光线如何运动——只考虑光的波动性忽略粒子性。

爱因斯坦转盘就是存在转动的平直时空,值得一提的是,这类时空曾经让很多相对论专家认为是有引力场的时空,事实上,转动的平直时空依然是没有引力的!考虑从转盘非中心处打出来的激光,由于时空本身是平直的,所以光线依然是走类光测地线,即走直线。但是,对于转盘上打出该光线的人来说,情况却不同。由于此人所采用的参考系是非惯性系,所以她/他会感觉到光线走的是曲线。注意一点,我说的是此人会“感觉到”,而不是说光线真的是弯曲的。这是两个概念!

【当初爱因斯坦在构建广义相对论的时候,引入了等效原理,但是爱因斯坦本人却没有能够给等效原理一个不含歧义的准确定义。这就导致广义相对论建立以来的一个世纪里,认为等效原理并不成立的物理学家和认为等效原理是成立的物理学家势均力敌!为什么等效原理会被人诟病,就是因为爱因斯坦用了一个词语:感觉到。但是后来ay爱因斯坦又将之改为“等效于”。可是无论是“感觉到”还是“等效于”都不能真正解释等效原理到底是什么。】

为此,我们需要澄清,参考系的选取所导致的光线弯曲不是真正的弯曲。对真正的“弯曲”的描述应该是存在一个不依赖于参考系选取的描述。这就是用微分几何语言去描述。当然,这就比较专业了,我就不介绍了。回到题主的问题上,如果忽略地球自转和公转,也不考虑地球和遥远星球的引力场,那么移动激光笔时打出的激光所扫出的形状是“移动激光笔的位移在星球上的投影”。如果考虑地球的自转和公转以及各种引力场,那么结果就不同了,是大大的不同了,其结果可能性会多得多。


科学联盟


简单来说:这个原理其实类似于将筷子放入水杯中,出现的光学折叠错位的影像。

可就是说如果在地球以外,能够看清楚激光笔的光点亮度的话,那么,在激光笔高速移动时,因为地球内部不同高度物质密度不同,光子停留存在的时间不同,就可能产生以下景象:

1、一条光运动的轨迹

2、两个“光点”或多个“光点”。(这也就是不同密度介质中,造成的光速变化,轨迹略微错误现象)

……

2018、6、12


自然科学理论研究者


在近的地方肉眼看到的景象跟激光在墙壁上划过没差别,在遥远的地方划过,假设人的肉眼在这个星球上激光划过的地方,实际上根本看不到有激光,除非肉眼通过检测仪器对着激光发出的方向可以看到那个瞬间的一个点,就像星星一眨眼然后就没有了!


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