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~~~~
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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：
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）。
「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？ 
發表於 2021-4-20 19:22:48
樓主