03.04 相对论说光速不变,那如何解释光在介质中速度变慢?

三208190562


这个问题其实是对相对论光速不变原理不了解,从而产生的疑惑!

光速不变原理

光速不变原理是指真空中的光速对任何观察者来说都是相同的。相对论中是不允许有质量的物质运动速度超过光速,如果达到光速,质量便会加到无穷大,所以相对论不让携带质量和信息的物质超光速。


因此超光速不是不被允许,只要不携带信息和质量就可以。所以量子纠缠和宇宙膨胀都没有违反相对论。真空中最快,为3*10^8米/秒. 其余介质都比在真空中慢,最接近的是空气,约为2.996*10^8米/秒。在密度与浓度乘积越大的介质中,其速度越慢。

所以千万不要从字面意思去理解光速不变原理就是光速不会变!光在不同介质中的速度是不同的!

光速会在不同介质中速度不一样的原理

我们都知道任何物质对光都会吸收,连平面镜也同样会吸收光,区别就是吸收系数不一样。当光从真空射入某一介质中时,介质中原子的某些核外电子会吸收一部分光子,从而使自己跃迁到高能级,也就是我们所说的激发态!但是这种激发态并不会维持很长时间,很快这些电子就会从激发态再次回到基态,并随之放出频率相同的光,并与后面的光线发生干涉!


而干涉使得这些光的波长变短!因为频率不变所以由V=λ/T就可以得出光速会变慢!所以光在介质中的传播速度小于真空中的光速是正常的,其并不违反物理定律。


从这个问题也告知大家,学习物理理论知识一定不能只理解字面意思,更多的是需要去理解和吸收!


欢迎大家留言讨论!


科学认识论


答:相对论中的“光速不变”,本质上是指宇宙存在一个最大速度,这个最大速度正好就是光在真空中传播的速度;关键是“光速不变”,而不是“光的传播速度不变”。


所以,只要光在其他介质中的速度,只要不大于“真空中的光速”,那么相对论就没有任何问题,实际情况也是酱紫的!



说到这里,我们来解释一下,光在介质中的传播速度,为什么会低于真空中的光速!


简单解释:

1、我们知道,光是电磁波,常规介质都是由原子组成的;

2、电磁波在进入介质后,会影响介质中的带电粒子发生位移,尤其是自由电子;

3、根据麦克斯韦电磁理论,移动的电荷,必定会重新激发出新的电磁波;



4、于是,射入的电磁波(1)和激发出来的电磁波(2)会发生干涉(叠加),形成全新的电磁波(3),其宏观结果就是新的电磁波(3),传播速度降低了;

5、电磁波(2)的频率取决于电磁波(1),所以两者频率是一样的,叠加后的电磁波(3)也将拥有同样的频率;

6、于是,介质并不会改变光的颜色,只会改变光的信息传播速度;

以上只是对光在介质中,以不同速度传播的简单解释,复杂的解释涉及到相速度、群速度、介电常数等等,相当复杂。


进阶解释

对于以上分析,我们可以再进一步。

本质上,单色光在介质中的传播速度,也是真空中的光速,只是因为和介质中的物质发生了相互作用,导致宏观的传播速度降低了!

我们可以用折射率n,来表示光在不同介质中的传播速度,经过非常复杂的推导后,会得到这么一个公式:



该公式表现的性质有:

1、不同频率的光,在同介质中的传播速度是不一样的;

2、同一频率的光,在介质中的传播速度和介质的性质有关;

严格地说,折射率可以大于1,也可以小于1。但并不意味着超越光速,因为在光的传播理论中,“相速度”可以超越光速,但是相速度无法传递信息,传递信息的是群速度,而群速度是不可能超越光速的。


好啦!我的答案就到这里,喜欢我们答案的读者朋友,记得点击关注我们——艾伯史密斯!


艾伯史密斯


这样理解光速不变,现在人类发现(不是逻辑推理得来的)最高速度是真空中的光速,真空中的光速不会与发光源的移动速度叠加,C代表光速,在一个以A速度高速飞行的发光源,如果发光源的速度是叠加的,当发光源运动方向与光的运动方向相同时,叠加速度是C+A,当发光源运动方向与光的运动方向相反时,叠加速度是C-A,光是人类至今为止发现的最高速度,所以A的速度只能在A等于或小于C的范围内变化,A不能大于C,这是相对论的假设前提,经实测结果,光速与发光源移动速度A不会发生叠加,即C+A=C,C-A=C,A不等于零时等式同样成立,所以C和A不会发生叠加,由于光速是最高速度,又不可能通过叠加的办法改变光速,所以光速是不变的,光速不变指的是光速不会发生叠加而改变,而不是指光速通过不同介质有不同的光速,相同的介质对应的光速也是固定的,同样不会发生光速叠加而改变。注:天空中有很多星星,这些发光的星星都是运动的,如果光速是可以叠加的,这些星星发到地球的光速必定是有差别的,但在地球测量这些星星发出的光,速度都是相同的,光速不变是来自于观测结果。


龙一欧


光速不变与光速上限是相对论的立论基础,是爱因斯坦的时代产品,它并非爱因斯坦个人物品,在当时光速不变的存在环境是真空,也就是没有分子原子活动的地方,有分子原子活动光速会变。光速是上限,这是用经典质量引力原理进行证明与科学检验的,是正确的时代称谓。科学发展会开拓人类对宇宙更广谱的认知,爱因斯坦的时空基础是原子分子层面基础建立的,现代对空间的理解己容进能量及其能量运动参与其中,如果再用爱因斯坦的时空模式来解释空间存在,本质就不是一个概念下的产物没有可比性,在爱因斯坦总结相对论时,对光的本质属性特征能量为何物如何产生质量怎样产生力等等,这些最基础是原始的问题根本就不管也无知,如果站在现代的认知层面与观测数据用爱因斯坦时代概念来解释,自然很多不相容不和谐不自洽不能自园其说,到底该怪谁,我想现代人老是指责相对论不对,不对是现代人自己为何不看历史背境与当时的科枝大环境,一味指责有意义吗?没出息!应修正时代认知不足,开拓认识深度创造与自然和谐自洽的自然演化规律体系才有意义。

光速不变是在一定空域内受天体环境运动态的影响,造成一定区域区间内压强相对稳定而不变,不变的前提是光进入某一区域区间不变并且是上限,这是爱因斯坦建立相对论时没有界定的内容,那么现在就修正并补齐它,让相对论更加完善。昨天有人问我为何对许多己有结论都否定,我回答他因处处都有修补的内容,也就是让过去认为是齐天的至高无尚的理论变得不那么伟大神密,因视野扩大的原故并非小看前人的业绩,将视距放在不同层次,伟人永恒伟人,这叫做时代伟人。

自然存在是演化存在,并非突然一下就产生一切,什么都有了,如果忽悠小孩不哭还可以,闭上眼睛什么都没有,睁开眼什么都有了,哪来的,睁眼这一时刻创造的,实际上这种逻辑至今人类还主流,过去人类认为神创一切,只有神才能一下创造万物什么都有了,可是现代依然是宇宙突然不知为什么一炸就产生了时间空间万物到现在的一切,从逻辑上看与忽悠小儿古人神创现代爆炸有区别吗?没有区别。

本题光速不变与光速上限是有条件的,在介质中变速是自然的,光是不同波长能量运动态的称谓,光是由自旋动态体失去自旋动态量的空间平衡动态运动,动态的转变在空域区间的动态压强下作全方位的平衡型变位移,与型体位移是不同性质的,型体位移是用力形为,型变位移是压强形为,因此光行走于介质中不需要动力,它靠的是动态压强平衡度,光速的快慢就由介质体的整体压强决定。当然除了压强因素还有因型变体的自旋园周转变为波动动态后,其周期复制会产生园周剩余误差,这是造成介质中光慢效应的原因,同时不同半径体产生不同波动波长的光也因误差会快慢不一至,这些是深度专业产品可用于天体的超星星爆发测距。(本文原创,个人研究结论供参考)


宇宙谱


光在任何情况下瞬时速度都光速。

相对论说光速不变,虽然前面加了个前题,“真空”中光速不变,光速不随参照系运动、不随光源运动而改变,只一个速度。

对光速不变原理的理解,五花八门。从光速不变的理解上,完全可以看出一个人对狭义相对论的不真理解。

无论狭义相对论,还是广义相对论,核心只有两条,一条相对性原理一一物理规律统一,一条光速不变原理一一光速真空中不变,与惯性系选择无关。广义相对论增加了的一条,等效原理一一加速系等价于引力效应,隐藏了一条,任意参照系下光速不可叠加,这两条其实都可从狭义相对论的两条外推而得,广义相对论与狭义相对论并无本质区别。理解了这一点,才有可能真正理解相对论。可惜,真懂相对论的,除了始作甬者爱因斯坦,大力推广者爱丁顿,将质能方程开了方的狄拉克三人,只看到曾师从钱德拉塞卡提出杨-米尔斯方程的杨振宁,可杨振宁自说不真懂广义相对论,权且算半个。

广义相对论的推论很多,核心只一条,光速恒不变,功效两大条,一是解释了大部分宏观现象,再是与量子力学和谐统一解释了部分微观现象。扯远了,不在本话题,打住,不细说。

只说光速恒不变,在任何情况下都不变。

随着量子力学的发展,科学家发现真空不空,也就是说,失去了空空的真空,光速仍不变。光在光源中产生,有光源在,有光在,光更不可能在实实在在的真空中。

光总在介质中传播,光速不变。

可是光在介质中达不到光速,何解?

光有加速度吗?没有。如果光有加速度,光在同种介质中会越走越慢,可事实上不这样。

光没加速度,光在任何情况下瞬时速度不变。

光总在介质中,在均匀介质中从不加减速,只在不同介质之间的分界面上“加减速”,一旦回到原有的介质中,依然是原本的速度。

光在介质中间,总体传播速度是改变了,而且不同频率的光,改变值还不同,三棱镜现象就表明了波长不同,路径不同,而且传播速度也不同。然而,三棱镜中间的光依然走直线,宁折不弯,虽然速度各自不同,但看不到改变。光一进入均匀介质,传播速度只由光频率与介质性质共同决定,而与介质的厚薄无关。

回头再看,介质分界处与介质中间,光传播速度的改变,由同一个性质,同一规律决定。

光在介质中传播发生了什么?先理清以下几点:

一、光速不变,并非光传播速度不改变。

二、光不总走直线,光处处球面发散。

三、光总是在介质中干涉相消相长。

四、介质总是在延迟光的传播。

对以上四点,不展开讨论,只给结论:

光在介质中,频率足够的,总让介质中电子捕捉,虽然只取其中一部分,捉了又放,原璧归还,剩下频率不足的,与其他光干涉叠加,也总会补足,逃不掉被捉了又放的命运。

所有光,在介质中,捉了又放,跑得欢的,被捉的概率大,被捉的次数更多,低调些的,被少捉了几次。

光速虽恒不变,但光的先头部队总是被捉,光的传播速度也就哈哈了。


stemmer


目前看,我们所接触到的能量形式,就是玻色子能量,光子能量形式是最常见的。不知引力辐射出的能量形式为何?

能量实际上是传递物质相互作用信息的。光子就是时空中的信使。我们都知道柔软的物体与刚性的物体,传递敲击力(信息)的速度谁快谁慢。由这个经验,我们大致能推测出,光在介质中的传波速度是不一样的,不一定比真空中的速度慢。

如果我们用一个中子星密度的物质传递敲击力信息,其速度真不一定比光速慢!

由此可知,信息传递速度是与“时空刚度”成正比关系的。也就是说,当“时空刚度”超过某一阀值时,超过每秒30万公里的速度,是存在的,但这也不可能穿越时空返回历史,因为这个超光速仍然还是这个时空中的度规,仍然是这个时空中事件的信使。


谭宏21


只是光速不变,没说光速c不变对不对?笑。

相对论关于光速不变的基础是说光波的波前相对于任何观察者都是c,并不是说“光在某一媒质中的传播速度不变”(虽然这句话也是正确的,速度不变,但可以不是常数c)。

而光速不变原理的定义是:真空中的光速对于任何观察者来说都是相同的常数,无论在各种惯性参考系中。请不要忽略真空两个字。

真空,已经定义了条件为“不在介质中”。


瞎搞学教授


任何运动的物体,速度都不能永恒匀速。匀速的前提是处在均匀的介质中,相同条件下,介质密度越大,物体运动速度越小;介质密度越小,物体运动越快;绝对条件下,真空中,运动最快;从密度大的进入密度小的,速度会加快;相反,从密度小的进入密度大的,速度则减慢。


青山不掩


我有很多相关的论述了,“光”既然是由“光子”构成,是物质。那么就会拥有物质的特性!

《(话题影子:相对论里:物体速度接近光速质量会无限,那么光子的质量为什么不是无穷大?)》


分享到:


相關文章: