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1 # 黎松祥
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2 # 張祥前安徽
最近,有網友看我的統一場論,問:“在你的統一場論中,光速為什麼那麼的重要?你說的光速守恆性是什麼意思?”
在物理學上,光速顯得特別的神秘和詭異性,讓科學家頭疼不已。特別是光速不變,一個科學家感慨:我就是想死了,都不能明白光速為什麼會不變。
光速,就是物體發光時候,相對於我們觀察者,每秒以30萬公里離開光源,向四周輻射式運動。
人類很早就認識到光速是很快的,甚至有人認為光的運動不需要時間,因為一開燈,整個房間都亮了。
最早認真測量光速的是伽利略,但是,他的簡陋裝置,測量失敗了。
人類是怎麼認識到光速是一個常數?
光速不變包括了兩個方面,一個是光源相對於我們觀察者靜止的時候,發出的光是每秒30萬公里,當光源從以某一個速度相對於我們觀察者勻速直線運動的時候,仍然是每秒30公里。
特別是光源的運動居然不改變光的運動速度,讓人匪夷所思。我們知道聲波的波源運動的時候,會改變聲音的傳播速度,現在發現光速在氣壓、溫度等條件一致的情況下,是一個恆定的常數。
人類最早認識到光速可能是一個常數,是麥克斯韋。
蘇格蘭物理學家麥克斯韋和英國物理學家韋伯,最早發現了真空中磁導率和介電常數乘積恰巧是光速平方的倒數,這個原因是什麼?
對於這個問題,現在普遍的看法是,麥克斯韋方程組認為:
電荷加速運動的時候,周圍空間在有限曲面上分佈的電場發生變化的時候,可以產生沿著曲面邊界環繞線狀分佈的變化線性磁場。這個變化磁場線穿越某一個曲面,可以產生沿著這個曲面邊界的線狀分佈的變化電場,這個變化電場又可以產生垂直方向的變化磁場,而變化磁場又可以產生垂直方向的變化電場。
這樣,變化電場和變化磁場相互激發,產生波動,這個波動以某一個速度向外傳播,這個就是電磁波。
透過數學方程分析,加上對真空磁導率來自於畢奧---薩閥爾定理,真空介電常數來自於庫倫定理,使人認定這個波動速度是常數。
麥克斯韋方程匯出的這個電磁波波動速度的平方是真空中磁導率和介電常數乘積的倒數,後他們發現這個波動速度和光速數值高度吻合,麥克斯韋在這個發現的基礎上大膽預言光的本質就是電磁波。
麥克斯韋在給朋友的信中提到了光速可能是不變的,並且不隨光源運動速度而變化,並且要求朋友尋找合作伙伴來實驗驗證光速不變。
最終美國的邁克爾孫和莫雷用實驗證實了光速不變。相對論以光速不變為基礎而建立起來的,但是,相對論沒有解釋光速為什麼不變。
我們知道,在物理學中,時間、位移、速度、場、質量、電荷、力、動量、能量這些物理概念是物理學中的基礎概念。
自從相對論誕生後,光速也成為了一個最基礎的物理概念,越來越受到人們的重視。
統一場論是在相對論的基礎上發展的,所以,在統一場論中,光速更加的重要。
統一場論的基本原理是:
宇宙是由物體和它周圍空間構成的,不存在第三種與之並存的東西,一切物理現象都是我們對物體和物體周圍空間運動的一種描述。
統一場論的基本假設為:
宇宙中任何物體【包括我們觀察者的身體】相對於我們觀察者靜止時候,周圍空間都以物體為中心、以光速度C【統一場論認為光速可以為向量,用大寫字母C(數量或模、或標量為c ,c不變)表示,向量光速C方向可以變化】向四周發散式運動。
時間是我們觀測者對自己身體在空間中運動的一種感受。
時間的物理定義:
宇宙中任何物體【包括我們觀察者的身體】周圍空間都以物體為中心、以向量光速度C向四周發散運動,空間這種運動給我們觀察者的感覺就是時間。
原來時間的物理定義和光速的物理定義是捆綁在一起的,難怪光速概念重要性和時間、空間位移、質量、電荷、能量····等相提並論。
以上的時間物理定義,同時又定義了光速,光速反映了時空同一性,即時間的本質就是我們對光速運動空間描述出來的,空間和時間是同一個起源。
時間的本質就是我們觀測者周圍以光速運動的空間:
光速運動的空間 = 時間。
我們觀察者把光速運動空間叫了另一個名字----時間。時間實際上和光速運動空間是同一個東西,是我們人為叫出了兩個名字。
為什麼叫了兩個名字?主要原因人類是從自己的感覺來認識時間的,不是從理性、分析的角度去認識到時間。人類沒有能力認識到時間的本質就是光速運動的空間。
光速反映了時空同一化,時間和空間本來是我們對同一個東西描述出來的兩個概念,是光速把二者聯絡在起來。
光速的守恆性是怎麼一回事情?
宇宙中任何一個物體【包括我們觀察者的身體】靜止的時候,周圍空間以向量光速C發散運動,當物體以速度V運動的時候,周圍的向量光速C方向發生變化,導致C的數量減少,並且和V合成後的速度的標量形式仍然是恆定的光速c。
當物體以光速相對於我們運動,周圍空間本來的光速運動將消失,變為零,無論是物體靜止還是運動,始終存在一個恆定不變的光速。
這個就是光速的守恆性。
光速守恆性是非常嚴格的,和光速不變一樣,是宇宙中核心秘密之一。
光速的守恆性還可以說是光速不變的另一種表述。
你看到的一個靜止物體,具有質量,是因為物體周圍空間在光速運動,所以,這個物體有相對論的靜止能量【質量乘以光速的平方】。
你看到一個物體以光速相對於我們運動,這個物體周圍的空間本來的光速運動變成了零,靜止質量變成了零。
光速的守恆性、不變性背後的原因都是-----運動狀態是人描述出來的,當然靜止狀態也是人描述出來的。時間的本質是我們觀察者對自己周圍空間運動的描述。
那麼,光速為什麼不變?
相對論以光速不變為基礎而建立起來的,但是,相對論沒有解釋光速為什麼不變,相對論只是把光速不變作為事實依據,展開了對牛頓力學的擴充套件、修改。
相對論中光速不變是指:
光源靜止或者以速度v運動時候,光源發出的光的速度c相對於我們觀察者始終不變。
如果你知道時間的物理定義,你就立即知道了光速為什麼不變。
宇宙中任何物體【包括我們觀察者的身體】周圍空間以物體為中心點、以光速c向四周發散運動,而光是靜止於空間中被空間這種運動帶著向外跑的,空間這種運動給觀察者的感覺就是時間。
這樣說來,時間的量t與光速c運動空間的位移量r成正比,也就是:
r = c t
光速c = r/t是一個分式,從數學中我們知道,分式就是分子除以分母。
光速中的分子----空間位移r和光速中的分母-----時間t是一個東西,是我們人為的把一個東西叫成兩個名字。
比如,張飛,又名張翼德,雖然是兩個名字,但是,指的是同一個人。
所以,光速的分子------空間位移r如果有什麼變化,光速的分母------時間t一定會同步變化【因為r和t本來是同一個東西,是我們觀察者叫成了兩個名字】,這樣光速的數值c = r / t始終不變,這個就是光速不變的原因。
比如說,我們看到了張飛胖了,體重增加了5斤,我們馬上就可以斷定張翼德體重肯定的增加5斤,因為兩個名字指的是同一個人。
張飛和張翼德的體重在增加,但是,張飛的體重和張翼德的體重的比值始終不變。
當光源相對於我們以速度v運動的時候,引起了光速的分子----空間位移r的變化,一定會引起光速的分母------時間t同步變化。
因為光速的分子---空間位移r和光速的分母---時間t本質上是同一個東西,是我們人叫成兩個名字,如同我們把張飛又叫了另一個名字----張翼德。
當光源相對於我們以任意方式運動的時候,引起了光速的分子----空間位移r的變化,一定會引起光速的分母------時間t同步變化。
從以上可以推理出,光源相對於我們觀察者無論是勻速還是加速運動,光速始終不變。這個表明廣義相對論基本正確。
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宇宙只有兩種力,都是長程力。就是電磁力和萬有引力,短程力不存在。因為短程力不符合距離平方反比關係,傳遞出去的力,不可能停止。
光能在真空中傳播,只可能是這兩種力,萬有引力強度太小,只有電磁力了。
光是電磁波,是同時變化電磁場,不是交替變化電磁場。恆定電流可以產生恆定磁場,變化電流可以產生變化磁場。
固定電場不能產生磁場,變化電場可以產生變化磁場,是同時的發生的。電子震盪就有變化電場同時出現變化磁場,這就是電磁波,原子就發光。質子震盪發出伽馬射線。
固定磁場不能產生電場,變化磁場也不能產生變化電場。因為電場是有源場,源是有質量的,是帶電荷粒子。磁場無質量,不能無中生有。
電動機發電機的磁場不是產生電場。而是磁場與電子發生力的作用。
光是電磁波,是同時變化電磁場。光的傳播速度就是電磁場變化速度,電磁場的傳播速度。光的傳播不需要介質,光是電磁力,沒有質量沒有力的作用點。沒有任何力量可以改變光速,光速永恆不變。