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光速不变的两种理论证明方法

2017-11-19 23:16阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/1169475872

当光速已被实地观测证明了是沿曲线传播。只在观测点的邻域内才可视为是沿直线传播。这可从几何上这样解释放：光传播所在的几何空间不是线性空间中的欧几里得空间，但它的一点的切公间是欧氏空间。则于切空间是线性可测空间，因此光的传真播所在的空间应是一个非线性的可测空间。是一个非欧黎曼空间、光在这样的空间内，沿最短路径传播，也就是说光的轨迹是黎曼空间内的测地线。通过无数次的多种方式测量，得出光速的速率是一个不变量。如何从理论上加以证明？
在未证实光沿曲线传播前，认为一切电磁波都是波直线传播。几何理论也没有充分发展起来，认为几何空间就是线性空间。当证实电磁波波速不随参照系统的改变之后。就创建了一个四维时空空间，与一个点变换，称为洛论兹变换。
洛伦兹变换是在电磁波沿直线传播的条件下，设定传播路线为一条坐标轴，时间也是一条直线坐标轴，构成四维时空空间。然后建立起来的一个线性变换。

光速不变的两种理论证明方法 x’= 光速不变的两种理论证明方法
y’=y
z’=z
t’= 光速不变的两种理论证明方法

逆变换
光速不变的两种理论证明方法 x= 光速不变的两种理论证明方法
y=y’
z=z’
t= 光速不变的两种理论证明方法
这个时空四维空间的线性变换，系数行列式之值
1 0 0 -v 光速不变的两种理论证明方法 光速不变的两种理论证明方法
0 1 0 0 /（ 光速不变的两种理论证明方法 * 光速不变的两种理论证明方法）=1
0 0 1 0
- 光速不变的两种理论证明方法 0 0 1
对于逆变换，系数行列式之值
1 0 0 v 光速不变的两种理论证明方法 光速不变的两种理论证明方法
0 1 0 0 /（ 光速不变的两种理论证明方法 * 光速不变的两种理论证明方法）=1
0 0 1 0
光速不变的两种理论证明方法 0 0 1

当作为坐标变换来看待时，新基向量为
e1=(1 , 0, 0 , v) /（ 光速不变的两种理论证明方法）
e2=(0 ,1 ,0, 0) , e3=(0, 0, 1 ,0)
e4=( 光速不变的两种理论证明方法 0 0 1 ) /（ 光速不变的两种理论证明方法)
当作为坐标变换来看待。则新坐标系中，只有ox’,ot’不再是直角坐标系。如下图。
光速不变的两种理论证明方法 光速不变的两种理论证明方法 t t’



光速不变的两种理论证明方法 x’
光速不变的两种理论证明方法 O X






只不过长度微分公式不再是ds2=dx2+dy2+dz2+dt2.
而是 ds2=Adx2+dy2+dz2+2Bxt+Cdt2
A= e1•e1=c2(1+v2)/(c2-v2)
B= e1•e4=v(c2+1)(/v2-c2)
C= e4 •e4 =(c4-c2v2)/c2(c2-v2)
作为点变换来看待。
原表示位移的坐标点（1，0，0，0）变换成点（ 光速不变的两种理论证明方法 ,0,0,0）长度增大了。原表示时间的坐标点（0，0，0，1）变换成点（0,0,0, 光速不变的两种理论证明方法）用时增长了。
位移与时间的比值没有改变，还是1。存在关系 dx/dt=dx’/dt’
对于只沿OX轴运动的运点（x,0,0,t）来说。dy=dz=0 ,｜
ds2=dx2+dy2+dz2+dt2= dx2+02+02+dt2
ds2/dt2= dx2/ dt2+02+02+1= dx’2/ dt’2+02+02+1=ds’2/dt’2 .
由于电磁波沿此直线传播，故在这条路线上的速度与这个点的变换无关，是不变的。
当光不沿OX轴远动，而是沿一条曲线运动时，dy≠0,dy=dy’, dz≠0,dz≠dz’
dy/dt≠dy’/dt’, dz/dt≠dz’/dt’
ds2/dt2≠ds’2/dt’2.
这种情况之下，光速速率不再是常数了。
由于在洛论兹点变换下，距离不于是几何不变量，这样的几何空间内就没有曲线长短的比较。“光的轨迹是沿弯曲的测地线传播”中的测地线就不存在了。测地线是根据空间的距离是几何不变量，则连接两点的曲线之中，存在着距离最短的一条曲线，称为短程线。短程线还具有类似直线的两个性质。“过两点有且只有一条短程线”，“过一点与一个方向有且只有一条短程线”。因此又称短程线为可测空间的测地线。如果空间不再是可测空间同，即距离不现是几何不变量。则这样的空间内就不存在测地线。
在线性空间内，有这样的空间，直线变换之后还是直线，直线上的点还是直线上的点。两点确定一直线还是真命题。罗论兹变换所在的空间就是这样的空间。在这样的空间内，当直线上两个点已知后，直线确定了。当这样的两点中，光源不变，测点沿直线变化时，光总是沿原来的直线传播。光速方向也不改变光的速率也不改变故光速不变为真。当光沿曲线前进时，方向改变了，光速已发生了改变。光的速率还可不变，但罗论兹变换证明不了光速速率不变。而且，光源测地曲线传播与空间内距离可以变是逻辑冲突的。在几何上，这种冲突同不能在同一几何空间内出现。但是，可以在不同的几何空间内分别同为真。
光速速率不变是客观存在。需创建另外的理论来加以充分性解释。
因为光速为常数。故距离与时间必然同时变化。
这个说法不正确，不是必然条件。只是一个充分解释。还有其它的充分解释。如果距离可变，则光传播所在的空间就不可测空间。不是可测空间，“光沿测地线传播”还能成立吗？测地线一个重要性质就是过两点有且只有唯一的一条测地线。光距离可变之后，这个唯一性就无法证明。过去证明唯一性，是根据过两点的长度最短的曲线只有一条，称为短程线。这需要空间是可测的，距离是几何不变量才可完成证明。
过去是在光沿直线传播的条件下。过两点的直线只有一条，虽然可以变长，但还是同一条。光的轨迹过两点是唯一的。现已证实光的轨迹非真线。故不能再把传播所在空间看成是非可测空间了。不然，光的轨迹过两点时并不唯一了，就如过两点的圆弧一样，可以有无数多个不同半径的圆弧同时通过该确定的两点。光速为常数就说不清原理了。解决的办法是存在的。
先看一个实例，在太平洋上，有两个小岛A,B.已知地震引起的海啸波之波L0,频率为n0,经过长为时间T0由点A传播到点B.则利用波速就可计算出AB的波速距离d0=n0L0T0.几乎同时，地震波也由点A向点B传播。地震波波L，频率为n,经过长为时间T由点A传播到点B.则利用波速就可计算出AB的波速距离d=nLT.d是AB之弦长，
地震引起的海啸波是沿海面传播.实际是沿着过AB的大圆弧传播. d0是这段大圆弧之长.根据地球半径R,可计算出AB之弦长.d=2Rsin(d0/2R)< d0
这两个轨迹各在不同的空间内沿测地线传播。在地球表面上的人，只看得见海啸波的运动。看不见地震波的运动。如果想象，人是位于这个大圆所在平面内观察，则两个轨迹都可看见，但是，大圆不能判断为该平面内的测地线。当观测者在球面上时，看不见弦所在直线，担可通过球面上的点在大圆所在平面的投影为同一点而看到该轨迹，但只是球面上的一小圆，不再是球面上的测地线。然后通过想象，在平面上认识该直线的存在位置，且具有测地线之性质。
从这个实例可以看到，过两个定点，有两个不同的波分别在两点间沿不同的轨迹传播。每一个波的传播轨迹都是不同空间内的测地线。当放在同一个三维经验空间内观测时，大圆弧就不是这个空间内的测地线。另外，当存在直线时，大圆弧不是测地线，但并不排斥大圆弧在球面上成为测地线。只是当限定一个观测者只在球面内观察时，看不到直线。为了解决看到直线的点

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