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光速不变,是相对什么而言的?

来源:学生作业帮 编辑:作业帮 分类:物理作业 时间:2024/05/05 10:46:15
光速不变,是相对什么而言的?
光速是相对什么而概念的?光速不变又是相对什么而言的?
为什么车开着灯前进,车速和光速不能相加?
既然光速不变,那么不管车运动还是不运动光速都是C.那么它运动的距离是不是可以用C来乘以时间?
请问车在光运动的时候是不是也在运动着?是不是也产生的距离?这个距离是不是可以用车速乘以时间?
那么在同一时间内,车和光运动的距离是不是为光所运动距离的加上车所运动的距离?
要想真正直观地了解这个问题,我们还是应该扯远一点儿,从洛伦兹变换的时间变换说起.当然,我们提数学只是为了更好地从直观上理解这个问题,而不是为了让这个问题更神秘.
狭义相对论没有那么神秘.
我不知道你关于洛伦兹变换的由来知道多少,这里简单提一下,洛伦兹假设物体只在运动方向上收缩,垂直于运动方向的方向没有影响,这里一定要注意一点,这里的运动与否完全是以观察者为参考系的,也就是以你为参考系,这里的收缩指的也是一个物体,比如米尺,摆在你面前,你测量到它的长度是一米,而当它运动起来后,你再次进行测量,结果发现它比刚才短了一点点,而短的这个距离跟它运动的速度有关.但是如果你跟他一起运动,就会觉得它没有变化.这两个情景的区别就在于你这个参考系不同,开始你跟它不是一个参考系,之后你和它一起运动了,就变成了一个参考系.我之所以如此强调参考系,就是因为想要深刻领悟洛伦兹变换的实际情景,一定要记住这是不同的参考系.
你既然问光速不变,我们就略过洛伦兹变换中的空间变换,直接看时间变换.我认为搞清楚了时间变换的实际情景,就足以使你真正深刻的从直观上理解光速是相对什么不变的了.
我们平时看时间都是用钟,但是如果我有一个钟你有一个钟,这些不同原理的钟很可能在论证时成为你反驳我的理由,为了简略起见,我们用一种最简单的钟,就是在一把一米长的尺子的一段放上一个光脉冲发生器,紧挨着它是一个接收器,另一端放一面镜子.这里我们定义光从发生器出发经镜子反射回到接收器的时间为一个单位时间.
好了,实验开始了.
你按了一下按钮,光发射出去了,很快又回来了.这就是你的一个单位时间.是多少呢,显然是光走过的距离除以光速,也就是2倍米尺长度处以光速.但是现在你身处一个飞行器里,而我在陆地上看你进行的这个实验.因为你的飞行方向是垂直于米尺的所以在我这个不同参考系的人看来米尺的长度不会收缩.但是我看见的光走的路程是多少呢?显然我看见的光所走过的距离,可以看成是在两个相互垂直的方向上的运动的叠加.一是跟你看到的一样,光沿着米尺走了一个来回,另一个则是跟这个光钟同处一个参考系的你所看不出来的,就是沿着飞机飞行的方向的运动.我所看到的光所走过的路程是这两个方向上运动的叠加.其实这很好理解,假设你在飞机上扔下一个炸弹,说是扔其实你并没有给炸弹任何初速度,也就是说在你看来炸弹是垂直掉下去的.但是在我这个地面参考系的人看来炸弹却走了一个抛物线.因此我们看到的炸弹所走过的路程是不同的.只不过现在我们的炸弹是光.但是这里有一个重要的区别.我们看到炸弹的速度是不同的,但是我们看到的光的速度是相同的.注意一点,这里的飞机都是相对于地面做匀速直线运动.也就是说飞机虽然和陆地不是一个参考系,但都是惯性系.光速不变指的就是相对于以不同速度运动的惯性系而言,大家看到的光的速度却是一样的.也就是所谓的波源无关性.无论发出光的波源的运动速度是什么,在各个不同惯性系看到的关的速度却是一样的.具有相同性质还有声波.
至于光速不变这件事,它的作用机制我们还没搞明白,事实上,光速不变是由麦克斯韦方程组算出来的,因为算出来光速竟然是与光源运动和参考系无关的常量.所以爱因斯坦就这么假设了.
如果你真的从直观上深刻的理解了光速是相对什么不变,你也就能自己推出我上边没有推完的结论了.即,因为光速不变,所以我看到在飞机里你的参考系中的单位时间变缓了,因为运动是相对的,所以你也会得出同样的结论说是我的时间变缓了.
你要是真想好好了解一下狭义相对论,建议你可以看看高等教育出版社的新概念物理教程力学卷和费恩曼物理学讲义第一卷中的相对论部分,这两本搭配着看会使你有更深入的理解.费恩曼的书太贵了,如果没条件去图书馆借也有一个经济的选择.湖南科学技术出版社出了一系列走进费曼丛书,其中有一本费曼讲物理相对论,可以买来看看.它是集了讲义中的有关相对论的6章单独成书的.
希望你完全明白了.