根據廣義相對論,光速不變,如果以光速為參考系,光速不變的物理學基礎是什麼

2022-02-23 06:11:32 字數 5094 閱讀 7726

1樓:

這是狹義相對論。

光速不變首先是實驗所得。但是實驗無法證明光速永遠不變。愛因斯坦直接當成了假設。

假設光速不變,會產生什麼結果?於是他匯出洛倫茨轉換和質量能量互換公式。

然後其它科學家再去驗證這些推論。目前為止,都符合相對論。

所以光速不變只是一種假設。

2樓:匿名使用者

相對論我只看過簡介,那些深奧的我不懂,就說一下我自己的理解吧。

在相對論簡介裡開始就提到一個時間延緩和長度收縮(具體你可以參詳下書籍)。

當接近光速是,時間會變得很慢,一光為參照系,這個參照系裡的時間是靜止的,長度無限收縮。

靜止的時間軸裡,速度這個東西~所以,光還是光速,但是沒有時間間隔,就好比你給賽跑的運動員拍了張**,單從定格的**裡看不出運動員跑速是一樣的。

純個人理解。

3樓:匿名使用者

以光為參照系沒有意義。

光速不變的物理基礎是麥克斯韋方程組

4樓:匿名使用者

首先,根據光速不變,得出廣義相對論。

以光為參考系和以以太為參考系效果相同。

5樓:匿名使用者

光速不變是宇宙的性質,是時空的性質。

如果選擇光子做參考系,那麼根據洛倫茲反變換,其他物體的運動規律,物理規律同樣可以得到。

6樓:心中的柳絮

光速不變是相對論的基礎根據它而推導的一切結論都得到了驗證,比如我們測量的光速,無論那個方向射過來的,都不變,包括巨集觀物體驗證,就是把一個時鐘放在一個太空梭上,讓他繞地球飛,讓後拿它和地面上的時鐘對此,它真的走的此地勉強的慢了一些時間。如果物體有速度的話,他的質量變大,時間變慢,它在相對於我們運動的方向上的長度會變短,但是他們自己看來他們的一切是與平常一樣的,而他們看我們質量變大,時間變慢等。如果以光子為參考系,它會看到我們的相對速度為光速,我們的質量會變大,我們時間靜止,我們的世界在他運動的方向上變短成為一條線。

7樓:匿名使用者

無論在任何慣性參照系中觀察,光在真空中的傳播速度都是一個常數,不隨光源和觀察者所在參考系的相對運動而改變。這個數值是299,792,458 米/秒。

8樓:o寂靜雙月

這時候就是時間延緩效應。。。當速度為光速時,本身參考系的時間流動為零,相對於另外一條光束來講,你依然以光速前行,相對於本身來講亦然~

為什麼光速不變?

9樓:杭德肥倩

光速不變原理

光速不變原理,在狹義相對論中,指的是無論在何種慣性系(慣性參照系)中觀察,光在真空中的傳播速度都是一個常數,不隨光源和觀察者所在參考系的相對運動而改變。這個數值是299,792,458

米/秒。

光速不變原理是由聯立求解麥克斯韋方程組得到的,併為邁克爾遜—莫雷實驗所證實。光速不變原理是愛因斯坦創立狹義相對論的基本出發點之一。

在廣義相對論中,由於所謂慣性參照系不再存在,愛因斯坦引入了廣義相對性原理,即物理定律的形式在一切參考系都是不變的。這也使得光速不變原理可以應用到所有參考系中。

愛因斯坦2023年9月發表在德國《物理學年鑑》上的那篇著名的相對論**《論動體的電動力學》,提到光速問題的話有四段:

「光在空虛空間裡總是以一確定的速度v傳播著,這速度同發射體的運動狀態無關。」

「下面的考慮是以相對性原理和光速不變原理為依據的,這兩條原理我們定義如下:

1.物理體系的狀態據以變化的定律,同描述這些狀態變化時所參照的座標系究竟是兩個在互相勻速平行移動著的座標系中的哪一個並無關係。

2.任何光線在『靜止的』座標系中都是以確定的速度v運動著,不管這道光線是由靜止的還是運動的物體發射出來的。」

「對於大於光速的速度,我們的討論就變得毫無疑義了;在以後的討論中,我們會發現,光速在我們的物理理論中扮演著無限大速度的角色。」

「由此,當υ=v時,w就變成無限大。正像我們以前的結果一樣,超光速的速度沒有存在的可能。」

(《愛因斯坦奇蹟年━━改變物理學面貌的五篇**》[美]

約翰•施塔赫爾主編,範岱年、許良英譯,上海科技教育出版社2023年版

第97━98頁,第100━101頁,第109頁,第127頁。)

光速不變第四解為質速解,此解從質速關係得來。愛因斯坦質速關係式:

m=m0/√1-υ2/c2(m為運動質量,m0為靜止質量,υ為物體運動速度,c為光速)說明:物體以遠低於光速的速度(人體尺度下)運動時,質量變化不明顯,增加的質量忽略不計,可認為質量不變,以經典力學規律足可以應付計算需要。但接近光速運動時,物體質量增加較多,隨著向光速的靠近,質量趨向無限大。

大小兩極相通,質量無限大因兩極同一又為無限小,質量無限小可視為零,因此光子無靜止質量。光作為極限物,大小同一,動靜也同一,無靜止質量即為無運動質量。從質速關係式也可得m0=0時,m=0,υ=c時,此公式不成立。

有人認為沒有質量怎會有能量?須知電磁場為能量場,光量子又是能量子,因光子無質量,任一能量值在與質量對比時都為無限大,因無質量,運動中也不消耗能量,除傳遞能量給其它物體外,光子能量足以保持其速度不變。

10樓:匿名使用者

光速不變是實驗得出的結果,雖然這違揹人的直覺,但它是自然界邏輯簡單性原則的一種結果。我們可以在實驗結果的基礎上反過來解釋光速不變。

我們先了解一下相對論裡為什麼「速度越快時間越慢」。下面一步一步來進行解釋:

能量是什麼?能量是一個間接觀察的物理量,被視為某一個物理系統對其他的物理系統做功的能力。功被定義為力在物體沿力的方向發生位移的空間積累效應,並且等於力與在力的方向上通過的位移的乘積。

在地球上你將1千克的物體舉高2米和將2千克的物體舉高1米所做的功是一樣的。勢能變化△e=fs

本文中各個字母所代表的含義:e—能量 f—力 s—距離 m—質量 a-加速度 v—速度 t—時間 c—光速

能量的一個表示式是力和位移的乘積,力是質量和加速度的乘積,加速度又是速度變化量和時間的比值,而速度又是位移和時間的比值。f=ma a=△v/t v=s/t

假設一開始絕對能量和絕對速度為零,現在速度為v,則(主要用於概念上的理解):

e=(ms/t^2)s=m(s/t)^2

宇宙中光的速度保持不變(我們先假設光速不變這一實驗結果是正確的),任何物體相對於光都在做光速運動。

人們習慣站在自身的角度來評判其它事物的速度,當你不再將光速看成是一種速度時,你也就不難理解為什麼e=mc^2(質能關係式)。(前面提到e=m(s/t)^2)

s=vt,當速度不變(保持光速),距離變長,時間的數又是相同時,就會導致時間膨脹(時間變慢)。

另一方面,物體的質量引起空間彎曲,使得周圍物體產生加速度現象,表現出時間膨脹(時間變慢)。

在運動中,速度越快時間越慢;在引力場中時間越慢速度越快。這也許就像程度心理學中的程度和邏輯相互結合互相關聯那樣,運動和時間(時間是邏輯的量子化)不能分開表述,它們是相互結合互相關聯的。

下面我們來理解空間、時間和物質的關係:

空間和時間是物質運動的存在形式,沒有無物質的空間和時間,也沒有無空間和時間的物質。

速度和時間是相互結合互相關聯的。速度不變,時間變慢,體現物質的空間性。時間不變,速度變快,體現物質的時間性。

光速不變體現了物質的空間性,引力現象體現了物質的時間性。就像粒子的波粒二象性那樣,通過不同的觀察方式,你會發現物質有時體現波動性,有時體現粒子性。

我們分別從物質的各個方面來觀察。「速度不變,時間變慢,體現物質的空間性」,但如果時間慢到靜止,也就沒必要談速度。「時間不變,速度變快,體現物質的時間性」,當速度達到瞬移時,是否同樣無需談時間。

這些與程度和邏輯的相互結合相矛盾。

宇宙中程度和邏輯是相互結合互相關聯的,因為這更加符合自然界的邏輯簡單性原則。無論從量子力學中粒子的波粒二象性(粒子的速度和最終位置的結合),還是波粒二象性導致世界量子化(既需要有程度又需要有邏輯),又或者是廣義相對論中質量和空間度規的結合,似乎都符合程度和邏輯相互結合這一規律。

程度和邏輯的結合導致了宇宙中時間無法靜止(我彷彿聽到了心碎的聲音),物質無法瞬移。

也許你會有疑問,為什麼光速不變現象和引力現象看到的都是速度變快呢。那是由於人自身作為時間性(粒子性)的存在來觀察周圍事物,看到的結果都是時間不變,速度變快。(無論是運動速度還是衰老速度,都是間接的去觀察時間變化)。

同時不難發現,引力現象是物質時間性的產物。

或許你對「光速不變體現了物質的空間性」依然不太理解,不妨再來看一下:宇宙中程度和邏輯是相互結合互相關聯的,粒子的波粒二象性導致了世界量子化(既需要有程度又需要有邏輯),光速不變代表了微觀粒子的大小在任何時刻都是不變的,因而光速不變是有利於宇宙和平的(啊,錯了,是有利於宇宙穩定)。

最後,那麼是如何實現在運動中速度不變距離變長(光速不變)這一直覺矛盾的?

宇宙中程度和邏輯是相互結合互相關聯的。1.速度和時間是相互結合互相關聯的,它們不能分開表述。

2.同樣的,空間和時間是物質運動的存在形式,沒有無物質的空間和時間,也沒有無空間和時間的物質。3.

對於物質來說,光速不變是通過「速度不變,時間變慢」這一面來實現的。之所以認為光速不變違揹人的直覺,是由於我們習慣性認為時空是平坦的,而實際上「同時」是相對的。

純粹速度和速度的對比(不牽扯到粒子性),就出現了速度不變(光速不變);純粹粒子和粒子的對比(時間性的對比),就出現了引力現象(空間度規的變化)。

11樓:

在地面上測光速,各個方向不變。而地球是繞太陽公轉的,所以如以太陽為參照系來計算地面上的光速,則光速是改變的,這說明光是疊加了地球的速度,而這個速度是以太給予的,也說明了地面上以太與地球是同步運動的。

12樓:熱心網友

關於這個光速不變的問題,它有兩個原因

第一個原因,它是根據麥克斯韋的方程組光束必須不變,否則的話這個麥克斯韋的方程組就錯了!

第二個原因,它是我們人類已經觀測到的一個客觀事實,迄今為止,我們並沒有發現任何超過光速的東西,所以,以愛因斯坦為首的這些科學家們只能把它當做一個公理接受下來。要理解光速不變原理。首先要有拋棄固有的思維模式的思想準備,否則不容易理解。

因為愛因斯坦這個理論有點離經叛道。

我們都知道,描敘一個運動,必須有參考系才有意義。說一列火車時速100公里,是相對地面這個參考系。如果測量者跟著火車跑,測得的火車相對速度會小於時速100公里。

如果測量者是迎面過來,測得的火車相對速度就會大於時速100公里。這是一個經典力學中很基礎的運動觀,也切合我們的生活經驗,十分容易理解。

什麼叫「廣義相對論」,廣義相對論是什麼?

簡單地說,廣義相對論的兩個基本原理是 一,等效原理 引力與慣性力等效 二,廣義相對性原理 等效原理所有的物理定律在任何參考系中都取相同的形式。等效原理 等效原理 分為弱等效原理和強等效原理,弱等效原理認為引力質量和慣性質量是等同的。強等效原理認為,兩個空間分別受到引力和與之等大的慣性力的作用,在這兩...

廣義相對論,廣義相對論到底什麼意思

最低限度得先修 高等數學 線性代數 偏微分方程 或數學物理方程 力學 電磁學 可暫時放棄介質的部分 理論力學 至少要建立拉格朗日體系和及理解最小作用量原理 電動力學 至少要知道電磁波的傳播 輻射和狹義相對論 其餘 群論 複變函式 泛函分析 微分幾何 微分流形 熱力學與統計物理 量子力學 如果想搞黑洞...

Question關於光速(相對論)問題

這麼來理解光速吧,以波的特性,我們知道,波在同一均勻介質中是以恆定速度傳波的,那麼,我們給波的介質一個速度vj,那麼波在介質速度為vb,那麼此時波的速度就是vj vb 光波,也是一種波,但它和一般的波不一樣,光本身是物質,有質量,它不需要任何介質就可以傳播,而其它所謂的介質,其實都對光波有阻礙作用,...