推翻相对论需要哪三步?
第一步搞懂洛伦兹变换,
第二步搞懂光速不变,
第三步搞懂迈克尔逊莫雷实验。
1.首先看一下洛伦兹变换的推导过程,下面这两张图的推导一般人可能看不太懂,没关系,可以先跳过,我会简化这个推导,让大多数人也能看懂。
下面是简化过程:
洛伦兹坐标变换,简单总结一下就是两个坐标系,大圆静止,小圆以速度V移动,初始大圆A点和小圆B点位置重合。一束光从重合位置发射到达C点。B点也随坐标系小圆的运动而前移。
在静止的大圆这个坐标系中光速c=AC/t1
在移动的小圆这个坐标系中光速c=BC/t2
对应洛伦兹变换原文中“ 设光信号在S系和S'系的原点重合的瞬时从重合点沿x轴前进,那么在任一瞬时t(或t'),光信号到达点在S系和S'系中的坐标分别是:x=ct, x'=ct',”
稍微转换一下形式,则
在静止的坐标系中(大圆),c=x/t
在移动的坐标系中(小圆),c=x'/t'
根据不同坐标系中光速相等,继而推导出洛伦兹因子
上面即是洛伦兹变换推导的简化过程,很简单,我认为中学生也可以理解。推到这里主要内容就已经呈现出来了,后面就不用细看了,t=kt'就是时间膨胀公式。
那么。在原文中,为什么定义 x=ct, x'=ct'? 或者说为什么定义c=x/t=x'/t' ?
这就要归结于光速不变原理了,传统的光速不变原理是指,真空中的同一束光,对于静止的A和运动的B(C\D\E),他们所测得的速度是相等的。
这虽然很怪异,但这就是洛伦兹变换的推导基础,那接下来我们就来探讨光速为什么不变。
2。光速为什么不变?光速不变的真相是什么?
我认为,传统的光速不变原理是错误的,一个0.999999 C 的高速观察者,与光几乎齐头并进,这束光对他来说依然是299792458米每秒,这是荒谬的,不可理喻的,即使支持相对论的学者教授也依然讲不明白这一点,为什么,因为它本身就是错误的。(它的物理依据--迈克尔逊莫雷实验我后面剖析)
有人会说,你说错了,不止迈莫实验,麦克斯韦方程组也证明光速恒定不变。
那是你对麦克斯韦方程组不了解,麦克斯韦是证明了电磁波的速度是一个常数,恒定不变。波速=波长乘频率,各种电磁波的波长虽然各不相同,但是乘以频率后,乘积相同。由于可见光的波速也符合这个数值,因此推断可见光也属于电磁波。
简单来说就是x射线的波长×频率=紫外光的波长×频率=可见光的波长×频率=无线电波的波长×频率=一个常数
麦克斯韦的光速恒定不变实质是指光的空间传播速度不变,是个常量,而相对论的光速不变是指同一束光对于不同的观测者,恒定不变。通俗来讲,前者一万束不同的光穿越相等的距离,所消耗时间必然相等,后者是一万个人,速度不同,但是测量同一束光,测得的数值却相同。这两者根本不是一个概念。要实现后者的数值相等,这一万个人每个人的时间都要不同才行,速度越快的人时间越小(慢)。
麦克斯韦的光速恒定不变和相对论的光速恒定不变是两码事。前者正确,后者逻辑不通。
那么,为什么光在空间中传播速度不变?因为形变。
这是光的红移蓝移图片,上面的是红移,波长变长。下面的是蓝移,波长变短。
一个匀速远离的光源,波长肯定要比静止时要长,因为光是连续的波,为了维持连续的状态,波形会被拉长,这个既很好理解,也是被公认的。
但是,频率不变。在官方的红移定义中,频率是随红移变小的。因为只有这样才能保持波长与频率的乘积保持不变,才能使得光速=波长×频率是一个固定的常数。
但,这是错误的,频率是单位时间内产生的完全波的个数,不是单位长度内的个数。
因此频率并无变化。
然而这样的话,红移之后波长与频率的乘积是变大的,光速是变大的,这与光速是个不变常数相悖。
其实,完全不相悖!
以上图红移为例,波长与频率的乘积是变大了,但这个变大的速度值是相对于波源的。在抵消掉波源速度后,光的速度就是恒定不变的。
通俗来说,如果光源的速度是3万公里每秒,那么波长的形变量就增加十分之一,波长×频率=33万公里每秒,这个速度是相对光源而言的,在抵消掉波源速度后,光的传播速度依然是30万公里每秒,而且这个速度是相对于空间而言的,这也才是光的真实传播速度。
如果光源的速度是5万公里每秒,那么波长×频率=35万公里每秒,
如果光源的速度是10万公里每秒,那么波长×频率=40万公里每秒
.。。。。
抵扣掉波源速度后,光的传播速度依然是30万公里每秒,是个常数。
人们都在说,光速不受光源速度影响,但再往深里讲,就没有下文了。
为什么光速不受光源影响?现在明白了么。
并不是C=λf,而应该是C=(λ0 ± △λ)f,这个值是变化的, 抵消掉光源速度△λ f后,光速λ0×f是恒定不变的。
波长的形变量因波源速度而生,又因波速而灭。
观点很新颖,但仔细想想,很容易理解。先跳出挺相和反相的立场,再去琢磨这个问题。
3.理解了这一点再回首看百年前的世纪谜团--迈克尔逊莫雷实验。我先放两张图片,可以跳过。
迈莫实验,简单归纳一下就是,光路1的第m个波与光路2的第n个波发生干涉,观测屏上显现清晰的明暗条纹,当两水平光路同时旋转90°后,考虑到地球公转速度的影响,单路光程差改变了0.2个波长,一个增一个减,末端发生干涉的波变成了第m+0.2个波和第n-0.2个波,发生干涉的两处光波累积相位差达到了约0.4个波长(计算过程略),反映到观测屏上就是条纹应该移动0.4个条纹间距,上述实验之前的推导,然而实验结果出乎人们意料,条纹并没有移动。
条纹没有移动没有差异引申出了两条光路没有差异,继而引申出了同一束光,对于不同观测者来说,所测得的数值是没有差异的。这就是传统光速不变原理的由来。人们在经典物理层面实在解释不了迈莫实验现象,于是最终接受了怪异的光速不变原理,最终诞生了相对论。
那么,为什么实验台旋转90°后条纹没有差异,零移动?问题出在哪里?事实上,在这个实验中,人们计算光程时考虑了外在速度-地球公转速度,却忽略了外在速度对于光源对于波长的影响,认为光在旋转90°的过程中维持着固定波长,从而计算出了0.4个波长的相位差,而真相是在不同速度下,光波波长都会进行自调整,但无论怎么调整,同样的距离,短波和长波总会同时抵达终点,也就是说初始是光路1的第m个波与光路2的第n个波发生干涉,在旋转90°后,两路光的波长改变了,造成依然是第m个波与第n个波干涉,没有相位差,所以不管实验重复多少次,变换诸多不同的环境,其结果均为零移动。
你再返回迈莫实验第二张图,看一下推导时是不是按照固定不变的波长计算的?
590纳米,是的,问题就出在这里。
上面只是定性,半年后做了定量分析。初始,光传播方向与光源移动方向相同,因此蓝移,波长=λ-△λ,水平方向的速度沿用伽利略速度变换公式,去追镜子时是C-V,折返时C+V,这个也不难理解。
由上图可见,由于波长的改变,两光路的波的数目并没有发生变化,都是2k个波,并不会变成2k+0.2个波和2k-0.2个波,波的数目没有变,也就没有产生波的相位差,没有相位差,所以明暗条纹也就没有移动。
我用经典物理解释了这个实验,尽管自认为合情合理,但也仅仅是猜测,如何去验证这个猜想,很简单,就是去测量同一光路的往返波长是否真的不一致。这是最关键的一步。
说起来很简单,做起来也很简单,但关系重大。有条件的可以做一下,很有意义。
《与资本为伍》 刘顺国
2022.2.15
第一步搞懂洛伦兹变换,
第二步搞懂光速不变,
第三步搞懂迈克尔逊莫雷实验。
1.首先看一下洛伦兹变换的推导过程,下面这两张图的推导一般人可能看不太懂,没关系,可以先跳过,我会简化这个推导,让大多数人也能看懂。
下面是简化过程:
洛伦兹坐标变换,简单总结一下就是两个坐标系,大圆静止,小圆以速度V移动,初始大圆A点和小圆B点位置重合。一束光从重合位置发射到达C点。B点也随坐标系小圆的运动而前移。
在静止的大圆这个坐标系中光速c=AC/t1
在移动的小圆这个坐标系中光速c=BC/t2
对应洛伦兹变换原文中“ 设光信号在S系和S'系的原点重合的瞬时从重合点沿x轴前进,那么在任一瞬时t(或t'),光信号到达点在S系和S'系中的坐标分别是:x=ct, x'=ct',”
稍微转换一下形式,则
在静止的坐标系中(大圆),c=x/t
在移动的坐标系中(小圆),c=x'/t'
根据不同坐标系中光速相等,继而推导出洛伦兹因子
上面即是洛伦兹变换推导的简化过程,很简单,我认为中学生也可以理解。推到这里主要内容就已经呈现出来了,后面就不用细看了,t=kt'就是时间膨胀公式。
那么。在原文中,为什么定义 x=ct, x'=ct'? 或者说为什么定义c=x/t=x'/t' ?
这就要归结于光速不变原理了,传统的光速不变原理是指,真空中的同一束光,对于静止的A和运动的B(C\D\E),他们所测得的速度是相等的。
这虽然很怪异,但这就是洛伦兹变换的推导基础,那接下来我们就来探讨光速为什么不变。
2。光速为什么不变?光速不变的真相是什么?
我认为,传统的光速不变原理是错误的,一个0.999999 C 的高速观察者,与光几乎齐头并进,这束光对他来说依然是299792458米每秒,这是荒谬的,不可理喻的,即使支持相对论的学者教授也依然讲不明白这一点,为什么,因为它本身就是错误的。(它的物理依据--迈克尔逊莫雷实验我后面剖析)
有人会说,你说错了,不止迈莫实验,麦克斯韦方程组也证明光速恒定不变。
那是你对麦克斯韦方程组不了解,麦克斯韦是证明了电磁波的速度是一个常数,恒定不变。波速=波长乘频率,各种电磁波的波长虽然各不相同,但是乘以频率后,乘积相同。由于可见光的波速也符合这个数值,因此推断可见光也属于电磁波。
简单来说就是x射线的波长×频率=紫外光的波长×频率=可见光的波长×频率=无线电波的波长×频率=一个常数
麦克斯韦的光速恒定不变实质是指光的空间传播速度不变,是个常量,而相对论的光速不变是指同一束光对于不同的观测者,恒定不变。通俗来讲,前者一万束不同的光穿越相等的距离,所消耗时间必然相等,后者是一万个人,速度不同,但是测量同一束光,测得的数值却相同。这两者根本不是一个概念。要实现后者的数值相等,这一万个人每个人的时间都要不同才行,速度越快的人时间越小(慢)。
麦克斯韦的光速恒定不变和相对论的光速恒定不变是两码事。前者正确,后者逻辑不通。
那么,为什么光在空间中传播速度不变?因为形变。
这是光的红移蓝移图片,上面的是红移,波长变长。下面的是蓝移,波长变短。
一个匀速远离的光源,波长肯定要比静止时要长,因为光是连续的波,为了维持连续的状态,波形会被拉长,这个既很好理解,也是被公认的。
但是,频率不变。在官方的红移定义中,频率是随红移变小的。因为只有这样才能保持波长与频率的乘积保持不变,才能使得光速=波长×频率是一个固定的常数。
但,这是错误的,频率是单位时间内产生的完全波的个数,不是单位长度内的个数。
因此频率并无变化。
然而这样的话,红移之后波长与频率的乘积是变大的,光速是变大的,这与光速是个不变常数相悖。
其实,完全不相悖!
以上图红移为例,波长与频率的乘积是变大了,但这个变大的速度值是相对于波源的。在抵消掉波源速度后,光的速度就是恒定不变的。
通俗来说,如果光源的速度是3万公里每秒,那么波长的形变量就增加十分之一,波长×频率=33万公里每秒,这个速度是相对光源而言的,在抵消掉波源速度后,光的传播速度依然是30万公里每秒,而且这个速度是相对于空间而言的,这也才是光的真实传播速度。
如果光源的速度是5万公里每秒,那么波长×频率=35万公里每秒,
如果光源的速度是10万公里每秒,那么波长×频率=40万公里每秒
.。。。。
抵扣掉波源速度后,光的传播速度依然是30万公里每秒,是个常数。
人们都在说,光速不受光源速度影响,但再往深里讲,就没有下文了。
为什么光速不受光源影响?现在明白了么。
并不是C=λf,而应该是C=(λ0 ± △λ)f,这个值是变化的, 抵消掉光源速度△λ f后,光速λ0×f是恒定不变的。
波长的形变量因波源速度而生,又因波速而灭。
观点很新颖,但仔细想想,很容易理解。先跳出挺相和反相的立场,再去琢磨这个问题。
3.理解了这一点再回首看百年前的世纪谜团--迈克尔逊莫雷实验。我先放两张图片,可以跳过。
迈莫实验,简单归纳一下就是,光路1的第m个波与光路2的第n个波发生干涉,观测屏上显现清晰的明暗条纹,当两水平光路同时旋转90°后,考虑到地球公转速度的影响,单路光程差改变了0.2个波长,一个增一个减,末端发生干涉的波变成了第m+0.2个波和第n-0.2个波,发生干涉的两处光波累积相位差达到了约0.4个波长(计算过程略),反映到观测屏上就是条纹应该移动0.4个条纹间距,上述实验之前的推导,然而实验结果出乎人们意料,条纹并没有移动。
条纹没有移动没有差异引申出了两条光路没有差异,继而引申出了同一束光,对于不同观测者来说,所测得的数值是没有差异的。这就是传统光速不变原理的由来。人们在经典物理层面实在解释不了迈莫实验现象,于是最终接受了怪异的光速不变原理,最终诞生了相对论。
那么,为什么实验台旋转90°后条纹没有差异,零移动?问题出在哪里?事实上,在这个实验中,人们计算光程时考虑了外在速度-地球公转速度,却忽略了外在速度对于光源对于波长的影响,认为光在旋转90°的过程中维持着固定波长,从而计算出了0.4个波长的相位差,而真相是在不同速度下,光波波长都会进行自调整,但无论怎么调整,同样的距离,短波和长波总会同时抵达终点,也就是说初始是光路1的第m个波与光路2的第n个波发生干涉,在旋转90°后,两路光的波长改变了,造成依然是第m个波与第n个波干涉,没有相位差,所以不管实验重复多少次,变换诸多不同的环境,其结果均为零移动。
你再返回迈莫实验第二张图,看一下推导时是不是按照固定不变的波长计算的?
590纳米,是的,问题就出在这里。
上面只是定性,半年后做了定量分析。初始,光传播方向与光源移动方向相同,因此蓝移,波长=λ-△λ,水平方向的速度沿用伽利略速度变换公式,去追镜子时是C-V,折返时C+V,这个也不难理解。
由上图可见,由于波长的改变,两光路的波的数目并没有发生变化,都是2k个波,并不会变成2k+0.2个波和2k-0.2个波,波的数目没有变,也就没有产生波的相位差,没有相位差,所以明暗条纹也就没有移动。
我用经典物理解释了这个实验,尽管自认为合情合理,但也仅仅是猜测,如何去验证这个猜想,很简单,就是去测量同一光路的往返波长是否真的不一致。这是最关键的一步。
说起来很简单,做起来也很简单,但关系重大。有条件的可以做一下,很有意义。
《与资本为伍》 刘顺国
2022.2.15