光的速度為什麼不變?

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光源A以光速向右移動。光源B在

O處靜止不動。那麼,當光源A到達O處時,AB同時發出一束光,請問誰發出的光束先到達C處,為什麼?

這個問題裡面有幾個蹊蹺的地方:

  • 位置O 在A和B兩個參照系裡它是兩個點。B由於相對A在運動,他那裡產生了尺縮現象,對於B來說位置O要離C點更近一些。
  • 同時 在A和B兩個參照系裡時間不一致。B由於相對A在運動而產生了鐘慢現象,所以實際上沒法說同時是個什麼時刻。
  • 位置C 跟位置O一樣,由於尺縮效應,B參照系中位置C離O也會近一些。考慮到參照系平權的原則,B看到光到達C,A也會看到B發的光到達C。但是,沒法說他倆是不是同時看到的,而且說同時也沒有意義。

在繼續我們的分析之前,先明確一下經典力學中的兩個錯誤:

  • 時間不變 我們自然而然地認為A和B的時間是一樣的,所以,題主才會設定A和B兩束光同時發出這樣一個條件。
  • 空間剛性 我們也自然而然地認為B和A看到的O到C的距離是一樣的,所以,題主才會試圖用距離來測量光速。

光速不變是狹義相對論的一個公設。它的正確性可以用一個假想實驗來證明。我們借用一下題主設定的環境。在A和C兩地同時製造兩次閃光,假定A參照系的人在O點可以同時看到閃光。我們來看看在B參照系裡會不會有個點能同時看到閃光(這個點是不是O點無關緊要)。按照經典力學的觀點,光速跟B的速度要疊加,同從A發出的光要比從C發出的光要快一些,於是B參照系裡的人看到閃光的時間點勢必不會跟A參照系一致。於是我們在A參照系裡就會看到同樣的閃光相遇兩次的奇觀。這是不是太詭異了。為了保證無論B怎麼運動我們看到的光都只相遇一次,只能設定光速不變,並使用光速去度量時間和空間。

好了,我們回到題主的問題上。因為時間變化的,空間是柔性的,我們得重新描述一下題主的問題。我們得先明確我們是站在A參照系裡看這件事情的。當B光源通過A點的瞬間B光源和A光源同時(相對A參照系)閃光,然後觀察A閃光和B閃光到達C點的先後順序(在A參照系中)。因為光速不變,所以我們只要知道B點(光源B的位置)通過A點的瞬間,B參照系裡B點的位置跟A參照系座標的偏差,從而知道B閃光的實際運動距離,用光速就能算出所要時間了。接下來的洛倫茲變換我就不囉嗦了,只要知道受尺縮效應的影響,B閃光的運動距離要少於A閃光就可以了。 結論是在A參照系中,閃光B先於閃光A到達C點。

怎麼跟速度疊加的結論一樣了?說好了光速不變的嗎? 是的沒錯,相對論只是表面上跟經典力學有矛盾而已。


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1、所謂“光速不變”,它是指對於任何參考系而言,真空中的光速是不變的。

2、這種說法的起因是,牛頓時代的速度疊加原理告訴我們:假設一輛火車速度為V1,車上人走的速度為V2,那麼人相對地面的速度就是V=V1+V2。於是有人提出,在飛行的火箭上射出一束光,那麼這束光的速度就能超越光速了。

3、但是愛因斯坦考慮了時間和空間的相對性後,根據洛倫茨變換推出相對論下的速度疊加公式為:V=(V1+V2)/(1+V1V2/C^2),通過上式可以看出,不管參考系以什麼速度運動(當然參考系的速度不能大於光速,這違背相對論),光的速度還是C,不變。假設火箭的速度是0.6倍光速(即0.6C),火箭射出的光束速度是C,代入上式,速度疊加後光束的速度還是C。

這就是為什麼光速不變。

4、你說的空中、水中、玻璃中光速改變,那就涉及到另外一個問題了。光在真空中速度最快,為什麼在介質中速度降低?因為光是電磁波,它是由相互振盪的電場和磁場構成,電磁波在真空中無任何影響下,速度最快。但電磁波在介質中時,受到介質的介電常數和磁導率的影響,電場和磁場振盪頻率會發生變化,因此光的速度就相應發生變化。

電磁波在介質中的傳播速度公式為v=1/(√εμ)。

追問 : 我不理解的就是光速在解釋不同問題的時候為什麼沒有一個統一起來的概念,這就好像是為了使自己合理而提出的公理,光速在時空觀上的解釋似乎和它在介質中傳播速度的實事相矛盾啊

追答 : 真空中的光速是電磁場的本質屬性,而介質中的光速反應的是介質對電磁場的影響。不覺得有什麼矛盾啊?

追問 : 本質是什麼?是事物本身所固有的根本的屬性,是事物中常在的不變的形體。就是因為介質能改變光的本質才覺得這本質不對啊。

追答 : 舉一個最簡單的例子:物體在不受外力的作用下,保持靜止或勻速直線運動狀態,這就是物體的本質屬性。但在有外力作用時,物體的運動狀態就會發生改變,這就是物體在有外界擾動時的反應。這兩者並不矛盾啊。 再回到光速的例子,光速在沒有外界干擾的情況下是常數C,這是光的本質屬性。因為有了外界媒質的干擾,就表現為速度降低,這是光對於外界干擾做出的反應。並不矛盾。 再舉一個例子:一張白紙,當紅光照上去,它反映出紅色;當藍光照上去,它反映出藍色;當綠光照上去,它反映出綠色。這張紙的本質是白色,難道紅光照上去紙的本質就變了?撤去紅光後,紙還是白色,這就是紙的本質。同樣,光速在介質中因為電場和磁場受到干擾,速度降低,但是當這束光從介質中重新回到真空中時,光速又回覆到C,這就是光的本質。






阿帆帶你遊宇宙


首先告訴你你畫的圖的答案:光當然同時到達C點。但這個其實不能說明光速不變的本質,因為聲波也是這樣的。把你的光源換成飛機,C處會聽到AB發出的聲音同時到達。不過A的聲調會變高,因為有多普勒效應。

光速不變原理的核心是光速和觀測者無關。所以題主如果把C當成光源,然後問移動的觀測者A和靜止的觀測者B看到的光速相不相同,那麼這個問題的格調就會上升很多。答案當然是,兩個人看到的光速相同。

那麼題主的問題:光的速度為什麼是不變?這是一個錯誤的問題。我看其它答主洋洋灑灑說很多,其實驢頭不對馬嘴。為什麼呢?如果題主問,為什麼存在光速不變原理,那麼可以從相對論扯上一通。

但題主問的是光速為什麼不變。這個就錯了。光的速度當然會變,光在真空中每秒30萬公里,但在水中、玻璃中,空氣中就不是這個速度了啊。你怎麼能說光的速度不變呢?另外引力作用也會導致光的速度變化。

那大家經常說的光速不變是什麼意思呢?是指局部真空中的光速,對任意的觀測者都一樣。真空不用解釋了。什麼叫局部呢?就是這個觀測者測量他自己附近區域的光速。然後不管這個觀測者怎麼運動,光是從哪裡來的,光的速度都不變。

要是問為什麼有光速不變原理?這個就很難回答了,因為回答它會帶來新的問題。如果你一定要我回答,那隻能告訴你,這個宇宙就是這樣啊,光就長這樣。這是最基本的假說,類似於幾何裡的公理,無法再從理論上去證明它。物理學唯一能做的是,不停的用實驗去測量。


格道gettao


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內時間為零,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內部的運動而言,但實際上A和它的光,都在運動,是在O的參照系內運動,那是正常的計算結果。


TonyDeng


光分九色,屬於老陽。隱兩色,變為少陽。

光還在地球內外,還是有變化的。但速度卻沒變,也是由於老陽屬乾,乾的性質就是生生不息,不終不始。

光的性質,為什麼符合乾。是乾描述了光的規律嗎?當然不是,乾描述我們這個宇宙的規律,光恰巧屬於乾代表的規律。強、不息、白、發。僅此而已。

比如光波產生的“母體”,則一定適合於坤的性質。厚、黃、生、和、大。

這是宇宙規則,不是科學那一套。


燚陽火


首先,你不能把光理解為一條射線,你要把光理解為一個電磁波。可見光460-700nm的電磁波。你可以這樣想,兩個手電筒都是在o點位置,發射出電磁波,而這個波在傳播的時候,相速度和群速度都是相同的。因此,他們是同時到達的


mua搞機小保


在真空中不變,在其它介質中會發生變化。


hero9087


光速不變,是因為人類依靠眼睛來觀察世界。


求真思哲


AB同時到達C點,同時發出的一束光,一定會同時到達C點


宇宙的指紋


光速會變的,真空中,空氣中,固體中的光速是不一樣的。宇宙中的條件變化了,光速說不定會變。


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