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  • 1 # 量子科學論

    在一輛向前飛馳的車上,從天窗向上發射一束光線,光會發生彎曲嗎?

    這個問題看似有點繞,畢竟光的性質和我們生活中的物質有些不同,但只要我們找到這個問題的本質所在,經典的基本力學就可以解決這個問題。

    先舉例子:小球和水柱

    這個問題乍一想,光線貌似會彎曲,因為光源在向前移動,光被髮射出去後,在前進的方向上如果失去速度,整個光線不就彎曲了?但真實的情況會是這樣嗎?

    產生這樣的想法是我們被日常生活中的現象所迷惑,例如:我們拿根水管,開啟水龍頭,假如水管裡得水大概能向上衝個兩米,如果我們此時抓著水光往前跑得話,那麼水管出來的水柱就會向後彎曲,這一點沒有錯。是我們生活中經常能看到的現象!

    我再舉一個粒子,跟光這個初始條件一樣,也是在一輛向前飛馳的車上,但我們這會不發射光線,而是向上發射不斷的發射小球或者子彈,那麼這些小球組成的運動軌跡也會發生彎曲。不管是水管中連續不斷出來的水,還是向上連續不斷髮射的小球,它們之所以會彎曲,是因為它們在平移的方向上逐漸失去了速度。於是就在空中劃出了一條曲線。

    也就是說,小球在被髮射出去的那一刻,有一個向上初始速度,還有一個向前的初始速度,這個速度與我們在車上的速度一樣。對吧!根據牛頓力學的定律:一個物體在不受到任何淨外力的情況下它會一直保持自己的運動狀態,當然,這個運動狀態也包括靜止狀態,其實我們常說的靜止狀態其實只是一個運動狀態的特殊形式而已。

    現在的問題是水管中的水和小球為什麼會失去,在水平方向的初速速度呢?這個問題相信你應該直到,也很明瞭,是受到了向後方向的空氣阻力,才導致了水平方向上速度的喪失。這就是問題的根本所在,如果我們有能力將以上的兩個思想實驗搬到太空中重新做一遍?你認為會發生什麼?水和小球的軌跡會不會發生彎曲?

    答案是肯定不會,不管你發射多少顆小球,不管你先前運動的速度有多快,這些小球都會在你的頭頂上,跟你保持一樣的水平速度,在不同的高度上排列。在牛頓定理下事實就是這樣的。這說明一個物體的運動,只要不受力它就可以保持自己初始的運動狀態。小球在脫離了空氣以後就可以保持直線!那光在空氣中呢?

    光會彎曲嗎?

    我們知道光的最小單位為一個光量子,我們可以將其比作一個小球,一束光就是一束連續不斷的光量子,也是連續不斷的小球,而小球在地球上受到空氣阻力的影響,那現在的問題是,光子會受到空氣阻力影響嗎?

    我想,如果你經常看科普文章的話,應該從來沒聽說過,空氣能給光子施加一個阻力,這簡直是在開玩笑!對於光子來說,它只能被物質吸收、反射、折射、透射!吸收不會改變光子的路徑,只會使得光束的能量衰減直到消失,反射,折射確實可以改變光子的路徑,但是空氣對光子是透明的,折射只會發生在從一個介質到另外一個介質的過程中。所以不管空氣怎麼運動,都不會影響到光子的運動。其實到這裡問題都解決了,但是有一點很重要,我不得不提一下。這個問題最主要的是,光的傳播也不依賴於任何介質,更不會依賴於空氣傳播,這個性質才是關鍵,以前人們認為聲音傳播要空氣,水面上的波紋擴散需要介質,當光被證明是一種波的時候,人們根據直覺就想到了光一定也有其依賴於傳播的介質。於是就假象了以太這種介質。

    這種假象的以太不會與任何物質發生相互作用,於是我們根本感受不到它,但它卻充斥著宇宙的所有空間,地球的自旋和公轉也在以太中穿行,那麼如果以太真的存在,地球的運動就會造成所謂的“以太風”,那麼順著以太風傳播的光速就更快,逆著以太風傳播的光線就更慢,而垂直於以颱風傳播的光線肯定會發生彎曲。這就跟我們在河中游泳一樣,順流遊的快,逆流遊的慢,想要橫穿一條河流路徑肯定會彎曲。

    只要光傳播依賴於以太,那麼車在向前行駛的過程中就會和以太發生相對運動,光就會發生彎曲。但是著名的邁克爾遜-莫雷實驗為我們證明了,以太根本不存在,也就是說光的傳播不需要任何介質,不管你有沒有空氣,光的傳播不會發生任何影響。這就跟我們在太空中向上跑小球一樣。

    所以這個問題的結論就是,不管你的車開的有多塊,光還是向上以直線傳播。並不會發生滯後,或者因為向前運動把光甩在了後面。但是如果你向上發出聲波的話,聲音肯定會在水平方向上減速,如果你超音速前進,就會把聲波甩在身後。

  • 2 # 攬山曉月

    在一輛飛馳的車上,向上發一束光,光看上去會什麼樣呢?

    首先建一個平面座標,x軸為汽車的速度,y軸為光子的速度299792458米每秒。假設汽車勻速直線運動,那麼在2997

    9245.8分之一秒的時候,光子在y軸上1米高這個位上,以此類推。

    由於人的視覺有視覺暫留現象,比如看電影的影象是連續運動的。所以看到的現象和現實並不會一樣。

    光源不動的時候,由於源源不斷的發射光子,所以它是一條直線。由於隨著光源的移動,起始處也就沒有後續光子。

    所以呢?用肉眼看到應該是一個很窄斜四邊形。

    (胡亂講別當真,水平太低)

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