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光速恆定?!-網友討論

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發表於 2021-4-20 19:22:48 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
本帖最後由 阿倫 於 2021-4-20 20:03 編輯

光速恆定?!-網友討論

相關討論:水晶問與答 05-朝水晶射雷射 德科學家抓住光60秒!(討論)-
http://www.cwnp.net/thread-16608-1-1.html

網友A:


""光速恆定""這個問題一直是相對論最容易被攻擊的點!!

而我也常與朋友討論有關這個問題, 當然也一直沒有個定論~~

只是前陣子有科學家發現微中子的速度"可能"超越光速, 有讓我又重新思考這個問題!!

以下我想分享一下我所了解的情況~~~

我先簡述一下這個歷史發展:

Maxwell提出Maxwell方程(有四條方程式), 而我們的電,磁甚至電磁波可以用這四條方程式簡潔且完美的描述~~

而從這個方程式中得到光速 c = 1 / √([size=150%]ε0*[size=150%]μ0)

其中[size=150%]ε0稱為真空介電係數, 它是一個常數, 並不會隨著其它因素而變!

而*[size=150%]μ0稱為真空導磁率 , 它也是一個常數, 並不會隨著其它因素而變!

由此可知光速 c = 1 / √([size=150%]ε0*[size=150%]μ0) = 定值

此結果的意思是說:

無論觀察者如何運動, 其測得的光速都是c = 1 / √([size=150%]ε0*[size=150%]μ0) = 定值

當時得到這樣的結果, 其實是非常違反我們的生活直覺的, 但是Maxwell方程卻又完美的無懈可擊~

而當時所有科學家也都不知道應如何解釋這個結果, 當然愛因斯坦也不知道!!

不過愛因斯坦把這個結果用來當作相對論的基礎,

藉由勞倫茲轉換解決了古典牛頓力學中無法解釋""物體在高速運動下的行為"", 而建立出狹義相對論

因此, 大家才開始漸漸接受光速=定值

而往後的很多實驗也""間接""的證實相對論的預測是對的~~

因此, 相對論才會在目前科學界立於大家都願意相信的權威理論~~

但也由於一直沒有很棒的""實驗"""可以""直接證實""光速=定值""

(因為光速 c = 1 / √([size=150%]ε0*[size=150%]μ0) = 定值 是Maxwell理論算出的, 非實驗)

所以, 光速=定值 在狹義相對論中到目前為止也一直是個""假設"", 是一個到目前無法被推翻的假設,

這也是""光速=定值"" 無法成為""定律""的原因!

以上是我對目前科學的了解~~~~

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

但這個問題以我個人的想法是:

我們用"光"來觀察和測量宇宙中的事物, 而推導出這些理論並解釋這個宇宙現象或許都沒有問題~~~~

但是, 當我們想用"光"來測量"光"的速度時, 或許就有問題了~~~

但問題出在哪??? 我也不知道!!!


網友B:

最早在伽利略時代即使認為光速在有限的狀況下,但在測量工具不精湛情形下實驗失敗。但在16世紀時,以定量觀察木星衛星運動中,光速的速度被觀察出來了;一直到近代數值觀測越來越準確,這跟科學觀測儀器進步有關係。此次超光速的發現,也是種好事情;如果未來實驗數據越多支持,在未來新的理論必定誕生。就像19世紀的兩大顛覆傳統理論的實驗結果,光速不變及能量不連續;上個世紀就誕生了相對論和量子定律。因為科學的基礎就是觀察實驗,如果實驗結果尚無定論;我認為應該支持目前所發現光是恆定,一直到有新的實驗結果証實推翻。不過我想在宇宙中一定有人類還沒觀察到比光速還快的物質,受限科技吧。


網友A:

這個問題,目前太難有定論!

剛才上網查了一下,發現贊成、反對雙方都有堅實的支持!

www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/phpBB/viewtopic.php?topic=23620

這個站有不少相關討論!

不過,就印象中,光速恆定指的是:不論觀察者的速度為何,觀察到的光速是相同!

但我不確定是否已有實驗證明,嚴格來說,光速恆定是由Maxwell方程式推衍而出,

進而產生狹義相對論!或許方程式的完美演繹,有時也只是數學語言的幻想吧!


張開基:

嗨!網友A:

你是專家,之前也討論過「光速」難題,來想想這個問題;希望你有空能發表詳述高論;


請參閱附圖:


01.jpg

若有一超人,飛行時速可達每秒29萬公里(愛因斯坦認定任何物體速度不能超過光速,故暫受其立論之限而如此設定);在太空中直線前飛,並瞬間達到此一速度,左右手各執雷射光棒一支;假設於「0秒」時開啟右手之雷射向前照射;「1秒」後再開啟左手之雷射向前照射,則第2秒時,左右手兩邊雷射光之最遠距離相差多少?-----

依照愛氏相對論;既然「光在移動之物體上速度仍然不變」,左右手之兩支雷射開啟時間相差1秒,光行進之距離差應為30萬公里才對(亦即右手之雷射光既先行一秒,至第2秒時,兩邊應該相差30萬公里才對)。但是,在圖示中可以看出實際上卻只相差1萬公里。為何如此???



網友C:

我對公式不懂。超人飛行速度抵銷掉光速(就如圖畫所示),我覺得這個應該是正確的。

速度是比較而測量的數值,因此沒有絕對的速度,只有相對的速度。光速既然是相對的,就不可能是宇宙最快的速度。

好像探索還是國家地理,說過,光在水裡的速度會變慢。

光速變慢的實驗:http://psroc.phys.ntu.edu.tw/bimonth/v23/572.pdf

2005年的舊新聞:http://hkpnve.net/discuz/viewthread.php?tid=11005


張開基:

愛因斯坦說「光速不變」是指在真空中;

所以我設定的條件是假設「太空」是「真空」的狀態。



網友A:

張老師:

在這個問題中, 兩道先後差一秒發射的光, 最後卻實際上卻只相差1萬公里!!

我認為原因是:

在第0秒時發出右手第一道光, 所以這道光便以每秒30萬公里出發了,

但是超人本身也以每秒29萬公里去"追"這道光,

所以在0~1秒這段期間, 超人與這道光"始終保持"1萬公里的距離!

當第1秒時又發出第二道光, 此時當左手第二道光要出發時只與第一道光相差1萬公里!!

而 第二道光也以每秒30萬公里出發, 所以在1~2秒期間這兩道光的距離就固定只差1萬公里!!

因此, 最後這兩道先後差一秒發射的光, 最後確實上只相差1萬公里!!


網友D:

我認為醉大所說的「左右手之兩支雷射開啟時間相差1秒,光行進之距離差應為30萬公里」

只會發生在超人停留在起點沒有離開的情況~

因為在時間T=1秒時左手光源在距離右手光源1萬公里處開啟

之後的T=2、3、4、5、6.......N秒 兩光源一樣會是相距1萬公里

表示兩光源一樣是以每秒30萬公里的速度前進

所以「光在移動之物體上速度仍然不變」還是成立!


網友A:

以張老師的這個問題裡~~~~最後這兩道光只相差1萬公里!!

我認為問題出在:

在愛因斯坦的"光速恆定"假說是認為:

以每秒29萬公里飛行的超人, 其手中雷射光射出時,

以超人看來"這道光"仍是以"每秒30萬公里"得速度離超人遠去!!

所以不會讓超人追到只與光相差1萬公里!!

也就是說張老師解說的這個圖, 還是存在可以"追"光速的觀念!!

但至於為什麼~~以超人看來"這道光"仍是以"每秒30萬公里"得速度離超人遠去!!

這就是大家覺得最詭異的地方!!


網友D:

我想了一下~

或許醉大這張圖不足以表現出樓主所說狹義相對論詭異的地方

因為兩道光始終在同一座標系統(超人手上)

並未藉由勞倫茲轉換過座標系統?!


張開基:

我倒是認為;相差一萬公里和相差30萬公里的答案都有問題;

因為既然「在移動的物體上,光速仍然不變」,那麼不論「超人」的飛行速度為多少,光射出的秒速還是不變的。這個先決條件要先確定。

否則超人飛行速度不變,把雙手的雷射光棒改為向後照射,開啟時間也是相隔1秒;

那麼2秒之後,兩個光最近相差多少公里(這樣就沒有「追光」的問題了)。


02.jpg

「左手光源」先撇開不談,單以右手的雷射光源來看;那麼第1秒和第2秒照射的「最遠點」相差多少公里?

註:這張圖也一樣有「吊詭」的問題;我正在晝另外一張中。所以這不是我的任何「結論」。



網友C:

移動的超人會加快光的速度? 一秒後最遠的光距離會超過30公里? 不是恆定的30公里?


網友D:

稍微重新了解了一下相對論,才比較知道吊詭的地方,如有錯請不吝指正!

一般情況下:

如果我騎一輛以時速40公里行進的機車,然後我丟出一顆時速10公里的球,對於旁觀者來說這顆球的時速會是40+10=50公里。

但以相對論來看光速:

如果我以每秒29萬公里的速度前進,然後我打開雷射光手電筒,對於旁觀者來說這個雷射光的速度會是光速每秒30萬公里。

而對於我來說,這個雷射光的速度還是一樣每秒30萬公里。

這就是光速恆定,光速的絕對性.....


網友E:

根據我所學習的理解,相對論的觀點確是如此!

造成的原因是空間和時間尺度會變化!


張開基:

網友D,我同意你說的;

但是,也正是這樣;那麼如果超人手中的雷射是往前照射,為什麼一秒之間只差了1萬公里呢?

記得「愛因斯坦」的「動態光速不變說」;因為不可變,所以仍然是30萬公里,不會因為加上超人的速度而變成每秒59萬公里,否則又推翻了光速每秒30萬公里的「絕對速度」。

所以,兩者究竟孰是孰非呢?

 樓主| 發表於 2021-4-20 19:25:36 | 顯示全部樓層
本帖最後由 阿倫 於 2021-4-20 19:46 編輯

網友A:

那麼如果超人手中的雷射是往前照射,為什麼一秒之間只差了1萬公里呢?

張老師的這句話如果是以"旁觀者"的眼光來看, 是沒問題的!!

也就是說以"旁觀者"的眼光來看, 超人速度為每秒29萬公里, 而光的速度為每秒30萬公里!

所以超人與第一道光始終保持1萬公里的距離!!

但如果以"超人"的眼光來看:

超人會覺得自己是"靜止的"(就好像開車的人"覺得"自己不動,而是景物在往後),

而超人覺得光是以每秒30萬公里離開自己!!

這裡就是違反我們物理直覺得地方,也就是說超人無論是把光"往前"or"往後"射出,在"超人"眼裡永遠覺得光是以每秒30萬公里離開自己!!

而不會因為超人把光"往前"射出, 而覺得自己與光的速度只差每秒1萬公里

也不會因為超人把光"往後"射出, 而覺得自己與光的速度只差每秒59萬公里


張開基:

嗨!網友A:

愛因斯坦的立論;不正是以「旁觀者」為基本主考來確定的嗎?

假設「超人」像電影中描述的;擁有「超級視力」即使他的飛行速度雖不及「光速」,但是,他的目力可以看到極遙遠的前方;他所看到的第1秒和第2秒左右手光線最遠所及應該還是相差一萬公里。

註:我們人類走路的速度可能非常慢,但是,我們的目力所及遠遠的可以看到月球、太陽甚至更遙遠的星星,不是嗎?



網友A:

大學時修相對論時, 老師們再說到這個問題時仍然無法太深入得去說明這件事!!

因為這個"光速恆定假說", 目前除了由馬克斯威方程推出光速 c = 1 / √ε0*μ0 = 定值

而與觀察者的運動無關之外, 沒有其它的理論推導了, 而且這個現象也違反我們平時的物理感覺!!

所以老師都會提出光速恆定是由實驗來"間接"支持的!!

然後就開始往下講解相對論了~~~

----------------------------------

張老師

愛因斯坦的狹義相對論的建構在兩個基本假說上:

1.相對性原理:

在等速度飛行的飛機內行動時和在地面上毫無兩樣,察覺不出本身的飛行速度。

愛因斯坦發現到所有物理系統不因為觀察者屬於不同慣性座標(不同運動速度)而有不同, 於是提出:

對於所有等速度運動的慣性座標觀察者而言, 物理定律的形式都是相同的。

因此不可能有實驗可以區分出自己是絕對靜止或是相對於絕對座標進行等速度運動。

也就是說所有的運動都是『相對的』,所以沒有一個『絕對座標』。

2.光速恆定:

在真空中的光速,對於所有觀察者而言,速度皆為光速,與參考座標無關。
  
舉例說:一輛快速火車上的人射出一道光。

車上的人和車下的人所測量到的光速皆相同,與車速無關。

但是:一個人向你拋球,若你迎向球去接球會感覺球速增加,後退則減少。

可是如果把"球"改成"光"所測得的『光速』卻不會因為觀察者本身的運動而有不同。

--------------------------------------

所以,沒有一個絕對的"旁觀者座標"

我剛剛提到的"旁觀者"也是以地球為參考座標~

----------------------------------

我所了解上次發現"可能疑似"微中子速度比光速快的現象~~

現在有一派科學家(主張弦論的),

他們認為可能是此實驗讓微中子因某些原因而走了"捷徑", 所以測到微中子比光早到了!!

因此誤以為微中子"超越"了光速!!

當然, 這只是他們提出的懷疑而已~~

因為要科學家放棄"相對論",可能還不太容易~~

所以他們會提出許多想要解釋這個現象的理由!!


張開基:

網友A

其實我沒有堅持己見;

我只是粗淺的認為;任何速度都是「相對」的,至少是相對於一個可以測量的距離,以及一個精準的「時計」,否則「速度多少」只是空談;

以車速而言,一定有一個「不動的背景值」可供比對,譬如甲地至也地。因此車速是時速30公里或300公里,是距離和時間測量出來的。

為什麼「光速」一定例外,是絕對的呢?

「光速」每秒30萬公里,的確快到超出想像,但是,只要有固定速度,而不是任意變動不定的,在浩瀚的宇宙中,武斷的認定光速是絕對不可超越的終極速度,似乎還言之過早。



網友A:


張老師:

我們都是不會輕易相信沒有明確證據的任何事物~~或宣稱是真理的人!!

能有勇氣與膽識去挑戰這些"認知"或"權威", 是一件很棒且很有挑戰性的事!!

張老師的個性也是這樣,所以我很欣賞您!!

更佩服您做研究的嚴謹態度與投入~~

我也一直覺得"光速恆定"很怪~~但卻也無法找到能"扳倒"他的有力說法~~~

而以上我發表的內容也僅是把我對"現在科學界"相信"光速恆定"的理由告訴大家並與大家分享~~

希望大家一起幫忙找出破綻~~

因為我也覺得"光速恆定"真的很怪!!!

所以我把這個議題丟出來, 希望在這個我最喜歡的網站與大家一起討論~~

我也很高興能有這些思變能力很強的網友能一起討論~~~真是很過癮喔~~~


網友F:

今天稍微回想、复習了一下,比較能跟上各位的思路了。

就是說,現在科學的說法是——相對所有參照系,真空中的光速都是恆定的。所以,無論是旁觀者還是超人,他們各自看到的光速都是恆定的,30萬公里每秒。

如果有一個觀察者A,超人以29萬公里/秒的速度飛行,那麼A觀察者看到的兩秒后的兩個光子間距離是1萬公里。

同時,超人看出來,他先后发出的兩個光子在兩秒后距離也是30萬公里。

但因為觀察者A和超人所帶“時計”不同,所以他們兩個各自的那“2秒”,長度是不同的。就是A和超人感覺都過了一秒,但如果有個B可以從旁丈量、比對,就會发現兩者不同。A看超人那一秒的“時間”,超人感覺起來就是非常短的時間,因為超人以非常大的速度在運動。大致是這個意思吧?

是很奇怪。我沒有什麼“想法”,我只有一個“感覺”——光是以“光子”傳播的,所以光子是個很奇怪的東西。一個移動的光源,並不能使发射出來的光束“增速”,就是說“物質”的運動速度無法“加”在光子上。同樣,也無法讓光速減小。

其實,也就是說,任何我們知道的東西都無法推動或阻礙光子一樣。嗯,就是說,我們已知的物質,和光子無法產生我們熟悉的那種互相作用關系,沒有“力”的作用,也沒有“慣性”的曡加。

——以上就是我的“感覺”了。


網友E:

突發異想!

一般的天文知識均知曉,黑洞是強大重力場!連光都無法逃脫!

試想:當光受到黑洞強大重力場吸引時,顯然重力對光是產生作用,那重力會改變光速?


網友F:

我剛才回看自己的发文,发覺有點錯誤,就是使光速變小還是可以的,有介質就行吧?好像。

前面在看另一篇討論,就是關于時間凍結的,一片淩亂。

因為看到時間變慢,想到的是細胞更新速度變慢,還有現在的原子鐘。原子鐘,是拿特定原子,在特定能級間躍遷時所吸收的電磁波的特徵頻率來計量時間的。也就是說,原子在能級間躍遷,吸收和放出的能量不是連續的,而是某個特定頻率的電磁波能量。所以,測定那個電磁波的特定頻率,就可以定出時間。

然后,電磁波的頻率一般是不會改變的,除非在強大的引力場下,電磁波頻率變慢,就是產生“引力紅移”現象。那麼,如果是在地球上,引力場沒有大的改變,而“時間就變慢了、直到凍結”,那就是說各種電磁波的頻率就都會變低了?那原子躍遷的能量差會顯示如何呢?——想到這里,一片淩亂,無法思考,所以不敢在那里回帖了。

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說實話,我還突然想到了靈界“紫色的太陽”。

顏色說到底,是人腦對某種頻率的光的感受結果。所以,張老師在靈界看到的紫色的太陽,真的就是看到了和我們這個世界的紫色可見光頻率相同的光。那,會不會是那個地方引力場不同,造成光線頻率的改變?

光在空間中傳播,有著宏觀上可見的“速度”;同時光是有能量的,它的能量是以電磁波的振動頻率來表徵的。所以,這是兩個方向上的“運動”,卻又奇妙地統和在一起。

我好像受到什麼沖擊,但是現在說不出來了。唉,物理真是一門難懂又奇妙的學問。

發表於 2021-4-25 23:47:57 | 顯示全部樓層
不同的参照系里,长度都不一样了。时间也不一样。

我是观察者,我身高一米八,但是如果你可以以接近光速飞行,那么你看我的身高,就不再是一米八。

还有时间也不一样了。 我是观察者,你从A点到B点飞了一秒,但是在飞行者(接近光速)的时间概念里,从A飞到B 用的不是一秒。

时间和长度的变化是洛伦兹变换。

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