看板 Gossiping作者 b852258 (Lion)標題 Re: [問卦] 光速為何是固定的時間 Mon Nov 6 23:42:37 2017
※ 引述《seafox5566 (老貓)》之銘言:
: 各位安安
: 小弟上通識課
: 老師教愛因斯坦的相對論
: 但我看一切理論原始於
: 光速是不變得
: 到底為什麼光速永遠一樣
: 有大師可以跟我說嗎?
: 我要證明不是實驗喔
: 嘻嘻
最近剛好看了一本科普書,來拋磚引玉一下
原PO的問題是「為什麼光速是不變的」
其實這個說法不太精準,應該說「在任何的觀測者眼中,光速是恆定的」
說明之前,有幾個前提
首先要能接受宇宙中沒有絕對速度,只有相對速度。
這句話是什麼意思呢?
如果今天把你放在一個毫無一物的空間中,沒有任何的參照物,那麼就算
你以10km/s的速度前進,也和靜止無異。
若今天有了一個靜止的人和你同在一個空間中,這個空間中只有你們,你
以10km/s的速度前進,在他看來,是你以10km/s的速度向前進,但是在你
看來,是他以10km/s的速度向後退。
這兩種說法都對,差別只在於觀測者的不同,速度永遠只能用相對來表示
,沒有絕對速度。
有人會覺得無法接受,認為是誰動就是誰動,就算觀測者不一樣,那也只
是換個說法而已,實際上就是我動了啊。
其實有這個想法並不意外,因為這是人們對宇宙認知的直覺。
我今天換個話說,今天你在地球上以10km/s的速度向前行,這是相對地球而
言,這並不是你真正的速度,你沒有考慮到地球的自轉速度。
我今天如果在外太空看你的話,就算你躺在床上不動,睡了八小時後,你已
經跟著地球轉了13248公里(地球自轉速度平均0.46km/s)
有人說,那我的真實速度就把地球自轉也考慮進去啊。
可是地球還有繞著太陽公轉。那也把公轉的速度考慮進去。
可是太陽系也在銀河系公轉。那也把太陽系公轉的速度考慮進去。
除非你有辦法找出宇宙的正中心,一個恆定靜止的參照點,否則這樣考慮下
去沒完沒了。
所以今天你說你靜止不動,你真的有辦法確定你是靜止不動嗎?
因為宇宙如此浩瀚,我們根本無法確定我們是真的靜止還是在運動,因此,
在沒有參照物的情況下,速度是沒有意義的。
到這裡如果你能接受的話,那我們再接著講下去。
西元1864年,馬克士威總結歸納出了一組方程式,後世就以他的名字命名,
馬克士威方程組。
以下的內容因為我也是從書上直接照本宣科,所以更深的內容我也不清楚。
細節不用深究,簡言之,馬克士威方程組是一個描述電磁作用的方程組。
根據書上所說,馬克士威將「位移電流」引入了方程組中,這使得新得到的
方程式能以「波動」的方式表達,亦即波動方程式。
其中的波是以振動的電場與磁場構成的。
而馬克士威方程式預測了兩者的強度比就是波的速度。
經過計算,波的速度是 299,792,458 m/s,好巧不巧,就是光的速度。
而在推導出電磁波的速度中,並沒有提及波源或接受裝置本身的速度。
我們前面提及了,沒有參照物的速度是沒有意義的,而馬克士威方程組
從頭到尾都沒有接觸到這個問題。
也就是說,這個速度是宇宙中的不變量,不因觀測者不同而有所變化。
這會導致了一種詭異的結論,無論我是以什麼速度前進,我觀測光的速度
永遠都會是299,792,458 m/s。
而邁克森-莫立實驗也驗證了這一點,光速是恆定不變的。
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大概4這樣。
以上內容是摘自「為什麼E=mc2? 探索時空、質量之源與希格斯粒子」
Brian Cox & Jeff Forshaw 著
有興趣的板友可以找來看看,裡面講的內容也更多更有趣
如果有誤的話,還請專業的大大指出來
不過我也只是業餘愛好者,更深入的內容我也講不出個所以然
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※ 同主題文章:
Re: [問卦] 光速為何是固定的
11-06 23:42 b852258.
推 ptrpan: 地球週長也不過四萬公里…為什麼睡八小時會跑八十萬公里…8F 11/06 23:48
推 emptie: 簡單來說,這是觀測結果,實驗做出來就是這樣。不為什麼9F 11/06 23:49
→ b852258: 地球公轉速度每小時10萬7000公里11F 11/06 23:49
→ emptie: 樓上,地球軌道半徑1.5億公里,八小時差不多會繞行1/1000圈13F 11/06 23:50
推 ptrpan: 簡單說來,其他地方沒有問題,上面那句話是錯的…15F 11/06 23:50
→ howard0113: 套用老子說的:「天下皆知美之為美 斯惡矣」 他們可能比較懂16F 11/06 23:50
→ ptrpan: emptie當原文講這句話的時候,只考慮自轉…後一句才開始考慮到公轉的影響…18F 11/06 23:51
→ ptrpan: 雖然我的物理沒有很強,不過通篇我是沒有疑問的…只針對敘述有誤的地方而已21F 11/06 23:52
→ b852258: 其實這個我也是抄書的 沒有去仔細想過24F 11/06 23:53
→ ptrpan: 內文自己說[那我就把地球自轉也考慮進去啊,可是地球還有公轉,那也把公轉...]這些都是寫在80萬公里之後27F 11/06 23:54
→ b852258: 我剛剛看了一下 是我敘述錯誤了 感謝指正29F 11/06 23:55
※ 編輯: b852258 (123.205.154.124), 11/06/2017 23:57:15
推 iphone0: 那是不是只要找得到一個參照點,就可以說速度是絕對的30F 11/06 23:56
理論上是這樣,不過我記得宇宙空間因為暗能量的關係也持續在膨脹,也就是說宇宙
沒有恆定靜止的參照點。
推 forgetyou322: 其實敘述也沒有錯誤啊 後面講的 "有人說" 開始是另一個假設
這裡由自轉開始再提到公轉,不代表前面的觀測就不考慮公轉吧?!31F 11/06 23:56
推 ptrpan: 原文有80萬公里的那四行真的很難看懂文字敘述錯誤嘛?……37F 11/06 23:57
推 VOLK11: 好文
很有料,打得出來很佩服
應該是說對宇宙而言啥速率和時空都可以辯證40F 11/06 23:59
→ VOLK11: 但是宇宙也是有一個定則,要不然每個人早解離了
所有宇宙粒子的路徑和變化,是有漸次的44F 11/07 00:01
推 ptrpan: 原po您好:其實現在這樣還是敘述可能有誤導的感覺。46F 11/07 00:02
→ ptrpan: 人在床上睡覺,在地球上觀察,速度為0。48F 11/07 00:03
→ VOLK11: 只是粒子的置放時空的參差問題49F 11/07 00:03
→ VOLK11: 我們在地球看到的是線性的概念51F 11/07 00:03
→ ptrpan: 在南北極上空觀察(若睡覺的人在赤道)八小時位移13333km54F 11/07 00:04
→ VOLK11: 要說到相對概念,愛因斯坦有提出理論55F 11/07 00:04
推 lanthanum: 位移電流只是補充安培定律在電容之類的狀況下不足之處58F 11/07 00:05
→ ptrpan: 由太陽處觀察,八小時位移43萬公里61F 11/07 00:07
推 carrey8: 你有在看書發優文 為什麼我身邊有在看書的都發廢文 好慘62F 11/07 00:07
→ ptrpan: 對不起,86萬公里63F 11/07 00:07
→ b852258: 感謝指教,我直接改成自轉的速度比較不會有誤解64F 11/07 00:08
→ ptrpan: 其實講得都是事實,不過敘述如果誤導比較不懂的人,再傳出65F 11/07 00:09
推 sank: !推66F 11/07 00:09
→ ptrpan: 去就都是以訛傳訛,更要預防記者亂抄,登上新聞貽笑大方67F 11/07 00:10
推 poppyvampire: 如果速度只是空間的波動呢,有沒有基準點好像沒差哦 空間中速度發生後的起源已是過去的起始點68F 11/07 00:11
推 Sinreigensou: 其實我有疑問,假如把相對速度算出動能,難不成靜止在地球上的人對於太陽而言也具有動能?71F 11/07 00:14
→ Sinreigensou: 雖然我站著不動,但是地球公轉自轉也會賦予我動能,而且這個能量還不小…地球轉動速度超快74F 11/07 00:15
推 sDwlr: 推77F 11/07 00:16
推 meloxxl: 長知識了 原來地球轉這麼快 不說完全感受不到呢79F 11/07 00:18
推 ptrpan: Sin,在光速之下,地球自轉公轉都很慢,不影響你用1/2mV2去算另一個物體相對於你的動能
當速度要接近光速時,m不再是m,V(s/t)也不再是V,因為都要用L轉換成相對論質量與相對論長度與相對論時間
當然也沒這麼簡單,不過不影響我們算火車的動能就是了80F 11/07 00:18
推 arnold3: 所以為什麼光速可以不辨85F 11/07 00:22
根據書裡面的說法,要維持因果律,宇宙需要有一個極限速度,而經過推理,
這個速度就是光速,如果光速沒有這種恆定的性質,因果律會被打破
推 alladult: 所以宇宙極速就是30萬公里/秒,沒人知道為什麼87F 11/07 00:22
推 ptrpan: 另一個解釋光速不變的方式是:當觀察者相對於光有一個速度(比如靠近或遠離)時,觀察者手上的尺與碼表,都會變長或90F 11/07 00:25
→ ptrpan: 變短,因此拿來測量光速時又得到相同的結果。
當然這是講給小學生聽的解釋了…93F 11/07 00:26
推 lavign: 光被黑洞吃掉的時候速度也恆定?223F 11/07 14:15
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