03.07 光的速度为什么不变?

暴利K线


1、所谓“光速不变”,它是指对于任何参考系而言,真空中的光速是不变的。

2、这种说法的起因是,牛顿时代的速度叠加原理告诉我们:假设一辆火车速度为V1,车上人走的速度为V2,那么人相对地面的速度就是V=V1+V2。于是有人提出,在飞行的火箭上射出一束光,那么这束光的速度就能超越光速了。

3、但是爱因斯坦考虑了时间和空间的相对性后,根据洛伦茨变换推出相对论下的速度叠加公式为:V=(V1+V2)/(1+V1V2/C^2),通过上式可以看出,不管参考系以什么速度运动(当然参考系的速度不能大于光速,这违背相对论),光的速度还是C,不变。假设火箭的速度是0.6倍光速(即0.6C),火箭射出的光束速度是C,代入上式,速度叠加后光束的速度还是C。

这就是为什么光速不变。

4、你说的空中、水中、玻璃中光速改变,那就涉及到另外一个问题了。光在真空中速度最快,为什么在介质中速度降低?因为光是电磁波,它是由相互振荡的电场和磁场构成,电磁波在真空中无任何影响下,速度最快。但电磁波在介质中时,受到介质的介电常数和磁导率的影响,电场和磁场振荡频率会发生变化,因此光的速度就相应发生变化。

电磁波在介质中的传播速度公式为v=1/(√εμ)。

追问 : 我不理解的就是光速在解释不同问题的时候为什么没有一个统一起来的概念,这就好像是为了使自己合理而提出的公理,光速在时空观上的解释似乎和它在介质中传播速度的实事相矛盾啊

追答 : 真空中的光速是电磁场的本质属性,而介质中的光速反应的是介质对电磁场的影响。不觉得有什么矛盾啊?

追问 : 本质是什么?是事物本身所固有的根本的属性,是事物中常在的不变的形体。就是因为介质能改变光的本质才觉得这本质不对啊。

追答 : 举一个最简单的例子:物体在不受外力的作用下,保持静止或匀速直线运动状态,这就是物体的本质属性。但在有外力作用时,物体的运动状态就会发生改变,这就是物体在有外界扰动时的反应。这两者并不矛盾啊。 再回到光速的例子,光速在没有外界干扰的情况下是常数C,这是光的本质属性。因为有了外界媒质的干扰,就表现为速度降低,这是光对于外界干扰做出的反应。并不矛盾。 再举一个例子:一张白纸,当红光照上去,它反映出红色;当蓝光照上去,它反映出蓝色;当绿光照上去,它反映出绿色。这张纸的本质是白色,难道红光照上去纸的本质就变了?撤去红光后,纸还是白色,这就是纸的本质。同样,光速在介质中因为电场和磁场受到干扰,速度降低,但是当这束光从介质中重新回到真空中时,光速又回复到C,这就是光的本质。






阿帆带你游宇宙


首先告诉你你画的图的答案:光当然同时到达C点。但这个其实不能说明光速不变的本质,因为声波也是这样的。把你的光源换成飞机,C处会听到AB发出的声音同时到达。不过A的声调会变高,因为有多普勒效应。

光速不变原理的核心是光速和观测者无关。所以题主如果把C当成光源,然后问移动的观测者A和静止的观测者B看到的光速相不相同,那么这个问题的格调就会上升很多。答案当然是,两个人看到的光速相同。

那么题主的问题:光的速度为什么是不变?这是一个错误的问题。我看其它答主洋洋洒洒说很多,其实驴头不对马嘴。为什么呢?如果题主问,为什么存在光速不变原理,那么可以从相对论扯上一通。

但题主问的是光速为什么不变。这个就错了。光的速度当然会变,光在真空中每秒30万公里,但在水中、玻璃中,空气中就不是这个速度了啊。你怎么能说光的速度不变呢?另外引力作用也会导致光的速度变化。

那大家经常说的光速不变是什么意思呢?是指局部真空中的光速,对任意的观测者都一样。真空不用解释了。什么叫局部呢?就是这个观测者测量他自己附近区域的光速。然后不管这个观测者怎么运动,光是从哪里来的,光的速度都不变。

要是问为什么有光速不变原理?这个就很难回答了,因为回答它会带来新的问题。如果你一定要我回答,那只能告诉你,这个宇宙就是这样啊,光就长这样。这是最基本的假说,类似于几何里的公理,无法再从理论上去证明它。物理学唯一能做的是,不停的用实验去测量。


科学标局


光源A以光速向右移动。光源B在O处静止不动。那么,当光源A到达O处时,AB同时发出一束光,请问谁发出的光束先到达C处,为什么?

这个问题里面有几个蹊跷的地方:

  • 位置O 在A和B两个参照系里它是两个点。B由于相对A在运动,他那里产生了尺缩现象,对于B来说位置O要离C点更近一些。
  • 同时
    在A和B两个参照系里时间不一致。B由于相对A在运动而产生了钟慢现象,所以实际上没法说同时是个什么时刻。
  • 位置C 跟位置O一样,由于尺缩效应,B参照系中位置C离O也会近一些。考虑到参照系平权的原则,B看到光到达C,A也会看到B发的光到达C。但是,没法说他俩是不是同时看到的,而且说同时也没有意义。

在继续我们的分析之前,先明确一下经典力学中的两个错误:

  • 时间不变 我们自然而然地认为A和B的时间是一样的,所以,题主才会设定A和B两束光同时发出这样一个条件。
  • 空间刚性 我们也自然而然地认为B和A看到的O到C的距离是一样的,所以,题主才会试图用距离来测量光速。

光速不变是狭义相对论的一个公设。它的正确性可以用一个假想实验来证明。我们借用一下题主设定的环境。在A和C两地同时制造两次闪光,假定A参照系的人在O点可以同时看到闪光。我们来看看在B参照系里会不会有个点能同时看到闪光(这个点是不是O点无关紧要)。按照经典力学的观点,光速跟B的速度要叠加,同从A发出的光要比从C发出的光要快一些,于是B参照系里的人看到闪光的时间点势必不会跟A参照系一致。于是我们在A参照系里就会看到同样的闪光相遇两次的奇观。这是不是太诡异了。为了保证无论B怎么运动我们看到的光都只相遇一次,只能设定光速不变,并使用光速去度量时间和空间。

好了,我们回到题主的问题上。因为时间变化的,空间是柔性的,我们得重新描述一下题主的问题。我们得先明确我们是站在A参照系里看这件事情的。当B光源通过A点的瞬间B光源和A光源同时(相对A参照系)闪光,然后观察A闪光和B闪光到达C点的先后顺序(在A参照系中)。因为光速不变,所以我们只要知道B点(光源B的位置)通过A点的瞬间,B参照系里B点的位置跟A参照系坐标的偏差,从而知道B闪光的实际运动距离,用光速就能算出所要时间了。接下来的洛伦兹变换我就不啰嗦了,只要知道受尺缩效应的影响,B闪光的运动距离要少于A闪光就可以了。

结论是在A参照系中,闪光B先于闪光A到达C点。

怎么跟速度叠加的结论一样了?说好了光速不变的吗? 是的没错,相对论只是表面上跟经典力学有矛盾而已。


日冲信息 黄


在紙面觀察者(即O)的角度觀察,兩束光是同時到達C處的。光速不變的意思,是在任何觀察慣性坐標系(光速運動的坐標系除外)上測量光的速度,都是恆定的。A發出的光,已經脫離光源獨立運動,它對O的速度,就是光速,而且恰好也等於A的速度,故實際上是兩束光與A同時到達C。


在A上的觀察者觀察他自己發出的光沒有運動——即以光速運動的參照系内時間為零,O觀察者觀察A發出的光,根本上沒有離開A,O宣稱A光沒有脫離A,這就是所謂的時間變慢和長度收縮,即這道光需要離開A需要無限長的時間,或者它從A到C的距離為零——這個結論,是從O觀察A内部的運動而言,但實際上A和它的光,都在運動,是在O的參照系内運動,那是正常的計算結果。


TonyDeng


光分九色,属于老阳。隐两色,变为少阳。

光还在地球内外,还是有变化的。但速度却没变,也是由于老阳属乾,乾的性质就是生生不息,不终不始。

光的性质,为什么符合乾。是乾描述了光的规律吗?当然不是,乾描述我们这个宇宙的规律,光恰巧属于乾代表的规律。强、不息、白、发。仅此而已。

比如光波产生的“母体”,则一定适合于坤的性质。厚、黄、生、和、大。

这是宇宙规则,不是科学那一套。


燚阳火


首先,你不能把光理解为一条射线,你要把光理解为一个电磁波。可见光460-700nm的电磁波。你可以这样想,两个手电筒都是在o点位置,发射出电磁波,而这个波在传播的时候,相速度和群速度都是相同的。因此,他们是同时到达的


mua搞机小保


在真空中不变,在其它介质中会发生变化。


hero9087


光速不变,是因为人类依靠眼睛来观察世界。


求真思哲


AB同时到达C点,同时发出的一束光,一定会同时到达C点


宇宙的指纹


光速会变的,真空中,空气中,固体中的光速是不一样的。宇宙中的条件变化了,光速说不定会变。


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