什麼是光行差理論

2021-03-05 09:18:22 字數 4471 閱讀 9817

1樓:匿名使用者

3. 在各種情況下的光行差

對於靜觀測者而言,當他使用望遠鏡可以看到光源時鏡筒的方向即是觀測者附近的光線方向,但此時他所看到的光源只是光線初發時的光源。當觀測者運動起來之後,他就看不到光源了。

(1)當觀測者運動起來之後,他若想能再看到光源,那麼就必須將鏡筒旋轉乙個角度才行。這個角度因為是由觀測者自身運動狀態的變化引起的,所以當然是光行差。設觀測者的運動v方向與光源的運動u方向之間的夾角是β,那麼該光行差的大小將是

δα= v sin(α+β) / c

此時望遠鏡鏡筒的新方向即光的觀測方向,為光線的速度c與觀測者的運動速度v的向量差的方向。

(2)當光源與觀測者的距離非常遙遠、光源的運動速度遠遠小於光速且方向變化十分緩慢時,觀測者附近的光線可以認為方向是不變的。此時觀測者如果只是單向勻速運動而無其狀態的變化,那麼將看不到光行差。只有當觀測者由運動變為靜止或由靜止改做反向運動時才能看到光行差。

其中當觀測者由正向運動改為反向運動、且觀測者的運動方向與光線方向垂直時,所產生的光行差為最大。此時sin(α+β) = 1

δα= 2 v/c 與光源的運動情況無關.

(3)如果光源的運動和觀測者的運動相關,比如當觀測者在由正向運動改為反向運動的同時,光源則由反向運動改為正向運動,那麼此時所產生角差可以仍叫"光行差",但數值將會加大。為

δα= 2(v + u sinα)/c

當α= 90°時,光源和觀測者就好象圍繞之間的某點做往返的擺動。這種情況非常少見。

(4)當觀測者的運動方向與光線方向並不垂直、且與光源的運動方向呈夾角β時,我們可得在一般情況下,觀測者"由正向運動改為反向運動、光源由反向運動改為正向運動"時的光行差公式

δα= 2[v sin(α+β) + u sinα] /c

(5)當觀測者和光源都"由正向運動改為反向運動"時的光行差公式則為

δα= 2[v sin(α+β) - u sinα] /c

其中當觀測者和光源運動方向平行時,β= 0

得 δα= 2(v - u)sinα/c

(6)特別是當觀測者和光源同體平動時,因為v = u ,

所以 δα= 0 .

當觀測者和光源同體平動時,不管我們怎樣變速、往返,都將看不到光行差。光線方向始終和整體靜止時的情況一樣。我們的觀測方向也將始終直指光源現在的位置。

如將它們放進與之同步運動的慣性系中,這個結果將極易理解。

綜合上述各種情況,我們可以得出這樣乙個結論:光行差的大小實際上是由觀測者-光源之間的相對運動速度的變化在與光線垂直方向上的分量決定的。當光源運動狀態始終不變、只有觀測者正反向運動時,光源的速度這一項將被抵消,故使我們看上去好象光行差與之無關了。

4. "時光線"的概念

因為光的傳播速度是有限的,所以觀測者所看到的光都是光源在這之前發出的,我們據此所認定的光源方向實際上是它當初所在的方向。在現今的同一時刻,由於不同的光源有著不同的方位,所以我們可以看到它們在當時所構成的群體圖象。如果它們彼此的距離遠遠小於與我們的距離,那麼這個圖象是能夠正確反映它們在當時的形態的。

例如在天文觀測中我們所看到的各種星團的形態就是這樣。

但對於其中的任一光源來說,由於它相對觀測者總是在不停的運動,所以我們的觀測方向也就總是在不停地變化。這反映了光源的相對運動軌跡。如果光源的運動範圍遠遠小於與我們的距離,且我們正處於靜止或勻速直線運動狀態,那麼這個反映將是比較正確的。

但反映該運動軌跡的光線可不是一條,而是有無數條;且這些光線也不是同時讓我們看到的,而是按照時間順序依次顯現的。所以當我們看到光源軌跡的始端時,反映光源方位的其它光線還在行進途中。我們可以利用光速和時間推出這些光線的前鋒與我們的距離。

這樣以來,由光線所有的前鋒點又構成了一條從觀測者到光源現在位置的曲線。我們把這條從現在通向到未來的曲線叫做"時光線"。

"時光線"的形狀也是在不停地隨時間變化,且在不同的情況下具有不同的形狀。例如當觀測者靜止、光源做勻速直線運動時,它的時光線將是一條螺線 [ρ= a (tgθ。- tgθ) c/u ];當光源圍繞靜觀測者做勻速圓周運動時,時光線則是一條等速螺線;當光源在一條線段上做往返擺動時,時光線是一條波浪線;而當光源只是在小範圍內做勻速圓周運動時,時光線則是一條錐面螺線。

如天上相互纏繞旋轉的雙星即是這樣。其形狀就象消防用的高壓水槍在搖晃時射出去的水流。

因為時光線取用的並不只一條光線,所以它上面各點的切線方向一般都不同該點的光線方向。但這些點卻始終以光速做勻速直線運動,直指未來的觀測者。

因為我們總是位於時光線的始端,按照光線方向所指示的光源位置總是滯後於光源現在的位置,所以在兩者之間時光線總是存在的,但我們卻看不到它。在黑暗的環境裡我們揮動手中的亮點,雖然可以看到它的運動軌跡,但這只是被我們的眼睛所暫留下的一段圖象,而在亮點後面的時光線我們則是看不到的。它的形狀就好象一條被光源拖著的黑飄帶。

通過以上的研究,筆者認為:這種"以太-光行差"理論比其它光行差理論具有更高的可信度。由於以太為光的波動性奠定了堅實的物質基礎,從而保證了光的速度與光源的運動速度無關。

且由於以太在空間中各向同性、處處均勻,這又保證了各向光速的相等,使點光源的波面總是為一正球形;保證了光在各個方向上都能以恆定的速度向遠處無限延伸。而"狹義相對論"則否認以太的存在,這就使空間變成了一無所有的絕對真空,從而使物體及光在其中的運動沒了任何參照和制約。它不僅使物體的慣性無從產生,還使物體間的距離、相對運動以及運動速度的變化都沒了物理意義。

且在這樣的空間中,光的波動性無從產生,使得光只能是一束束、一層層的粒子流。使光的速度在運動過程中沒了不變的理由,在微觀上也沒有什麼意義。

由光行差現象還間接證明了"對於運動的觀測者來說,各向光速不再同性"這一情況。在充滿以太的空間中,當觀測者由正向運動改做反向運動時,既然與之垂直的光線能夠前傾、後傾,那麼與之共線的光速就一定會有增加、減少。這就從很大程度上否定了"狹義相對論"的基點之一"光速不變原理",從而動搖了"狹義相對論"的基礎。

光速不變原理認為:在任何運動的慣性系中,各個方向的光速測量值都是相等的。但實際情況並非如此。

由光線的形成原理還使我們認識到:即使觀測者所在的星球能夠完全拽引其附近的光線,那麼光行差現象也依然存在。因為光線在進入拽引區前後始終是連續的,光線在拽引區內的形狀與它的入射角和入射速度有關。

所以光線在進入拽引區前的光行差在進入拽引區之後仍然能夠顯示出來。由光行差現象既不能證明光能被拖拽,也不能證明光不被拖拽。

光行差現象雖然在理論上意義重大,但對它的應用卻有著不可克服的侷限性。例如利用天文觀測所得到的光行差只能使我們推斷地球的自轉速度和公轉速度,而更高階別的運動速度我們則無法推出;還有因為是同體運動,所以我們不可能觀察到由地球上的光源所產生的光行差,並依此推出地球的絕對運動速度。故以前所設想的"地面光行差"(或曰"地面光斑漂移")實驗我們只有放棄。

錯誤的東西終究要被拋棄,只有真理才能永恆。"狹義相對論"既然錯在根本,當然它身上就千瘡百孔,捉襟見肘,無法圓滿。從這個意義上看,光行差現象無疑又象一把利刃插入它的要害。

如此以來我們不免設想:年已過百的相對論究竟還能活多久呢?乙個雲開霧散、豔陽高照的日子難道還會

2樓:匿名使用者

光行差指光行差現象是英國天文學家布拉德雷在1725~2023年發現的。 光的有限速度率和地球沿著繞太陽的軌道運動引起的恆星位置的視移位。在一年內,恆星似乎圍繞它的平均位置走出乙個小橢圓。

這個現象在2023年由詹姆斯·布拉德雷(james bradley)發現,並被他用來測量光的速率。在同一瞬間,運動中的觀測者所觀測到的天體視方向與靜止的觀測者所觀測到天體的真方向之差。下雨的時候,如果在雨中站立,很自然手中的雨傘要直立握在手中。

當人們走動時,大家都自覺的把手中的傘傾向走動的方向,而且走動愈快,傘愈要向前傾。在雨天乘坐公共汽車或火車的時候,你同樣會發現雨水在車輛在玻璃上的痕跡是傾斜的,從車輛前進方向的上端斜向玻璃的下端。 同樣的道理,由於天文觀測者是在地球上,他隨地球一起作運動,這時他所看到的星光方向,就與假設地球不動時所看到的方向不一樣,而是傾向於天文觀測者或者說是地球運動的方向。

地球的公轉速度約為30公里/秒,光速為30萬公里/秒,由此可以估算出光行差帶來的角度變化約為幾十角秒。 在精細的天文觀測計算中,需要考慮這種光行差引起的星星視位置的影響。 地球上的觀測者與天體之間的相對運動可以分解為各種成分,分別對應下面幾種相應的光行差:

周年光行差——地球繞太陽公轉造成的光行差,最大可以達到20.5角秒。天文學中定義周年光行差常數(簡稱光行差常數)為κ=v/c,其中c是光速,v是地球繞太陽公轉的平均速度; 週日光行差——地球自轉造成的光行差,比周年光行差小兩個數量級,約為零點幾角秒; 長期光行差——太陽系在宇宙空間中的運動造成的光行差,包括:

太陽本動造成的光行差,約為13角秒,但方向不變; 太陽系繞銀河系自轉造成的光行差,約為100多角秒,但週期很長。 aberration光行差 由於地球的運動所導致的天體的視位置與真實位置之間的差異 有人誤認為相對論的光速是恆定的,與參照系無關,因而不應該有與光速的速度合成出現。 其實是對相對論的誤解,相對論認為速度合成會造成光速方向的變化,但光速大小不變。

若用相對論來解釋的話,星球表面隨星球自轉而做圓周運動,有乙個圓周平面的徑向加速度,使時空直線沿圓周平面徑向有彎曲,而光會沿著此彎曲時空直線進入人眼,其實際方向與人的視覺直線方向有差異。(差異大小,也與光線和人所在位置徑向的夾角有關) 至於差異夾角有多大,與星球的自轉角速度和半徑,還有人的位置有關,因此會隨不同星球而改變。

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