理论教育 光速不变与波动方程的矛盾

光速不变与波动方程的矛盾

时间:2023-11-21 理论教育 版权反馈
【摘要】:假设发出球面波的光源是静止于S参照系,具体分析该球面波在参照系S和S′中的传播。从图中可以看出,该球面波对应的实体是一个以光速扩散的球面(实线)。而球面波的球心即光源事实上相对于参照系S′以速度v做惯性运动,并不静止于O′点。这与“光速与光源的运动无关”相悖,与人类实践相悖。这说明两个球面波方程表示的是两个不同球面波。因此,两个球面波方程与“光速不变”矛盾。

光速不变与波动方程的矛盾

现在具体分析两个球面波方程的物理意义,以说明它与“光速不变”矛盾。

假设发出球面波的光源是静止于S参照系,具体分析该球面波在参照系S和S′中的传播。如图f1。

图f1 球面波传播示意图(www.daowen.com)

为了直观,假设图f1是在时刻t=t′=1时通过两个参照系原点的一个截面示意图。图中,发出球面波的光源静止于S参照系。根据推导洛伦兹变换的“题设”,该光源相对于参照系S′以速度v向x′轴的负方向运动。从图中可以看出,该球面波对应的实体是一个以光速扩散的球面(实线)。按照数理逻辑,其方程应为x2+y2+z2=c2。而球面波的球心即光源事实上相对于参照系S′以速度v做惯性运动,并不静止于O′点。因此球面波的球心除了在时刻t=t′=0时与O′点重合外,其他任何时候都不与O′点重合。具体到t=t′=1时,所有位于x2+y2+z2=c2位置上的观察者,无论这些观察者与光源相对速度如何,都将观察到该脉冲波。这当然也包括此刻位于x2+y2+z2=c2位置上的S′中的观察者(这些位于x2+y2+z2=c2位置上的观察者与参照系S存在相对速度v)。另一方面,此刻位于参照系S′x′2+y′2+z′2=c2位置上的观察者却不能观察到该脉冲波。因为,如果能够观察到,则说明这些观察者将观察到球面波是从现在的球心O′点发出的。说明天文观察中观察者观察到的星光都是光源从现在的实际位置,而不是从“视位置”发出的。这与“光速与光源的运动无关”相悖,与人类实践相悖。这说明两个球面波方程表示的是两个不同球面波。

因此,两个球面波方程与“光速不变”矛盾。

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