光的单向速度可以测量吗?它是恒定的吗?

时间:2021-08-21 10:50:49   作者:
我们无法测量单向光速。这并不会让大多数物理学家变形,它最终对物理学家感兴趣的问题类型无关紧要。我们不能测量沿程光速,根据定义的规则来测量速度需要测量两个不同的点之间移动的东西,并结合观察从这两点我们需要将信息从一个地方移动到另一个地方,这需要回程。

更重要的是,你可以对狭义相对论方程做一个相当简单的转换让你将光速恒定的描述转换为光速与方向相关的描述有了正确的变化,你就可以使一个普遍的光速和在不同方向上的不同光速在数学上等价。所以它们之间不可能有物理上的区别(至少在狭义相对论中)。

然而,这等价于我们可以用一个数学上等价的地心说来代替太阳系的日心说模型。它的工作原理是建立一个非常复杂的方程,以正确的方式改变万有引力,将一种情况的解映射到另一种情况的解上。它们在数学上是等价的。这是否意味着我们不能说地球绕着太阳转,反之亦然。除非你是孤注一掷或是固执己见。

光的单向速度可以测量吗?它是恒定的吗?

一个非常复杂和任意的描述可以很好地符合观察结果。或者一个非常简单和推导得很好的描述可以很好地符合观察结果。第一个没有告诉我们任何一般化的东西,第二个让我们洞察基本原理和对称性。很少有物理学家会认为在对宇宙的描述中有一种比另一种更可取。

同样的道理也适用于光的单向速度。如果光速(我的意思是c是相对论中的不变速度,而不是光在介质中的速度)是普遍的,那么我们就得到了事物如何运行的一个非常简单的描述。这种描述具有潜在的对称性和模式,这些对称性和模式让我们对事物的工作原理有了深刻的了解,进而引导我们对事物进行更广泛、更丰富的描述。或者你可以假设光速是与方向相关的,但却没有得到任何东西,而且描述起来又复杂又混乱……在实践中,你只需要转换回一个普遍的光速来解决这个问题。

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所以,尽管从数学上讲,地心和日心的太阳系都可以被很好地描述,但就我们对物理学的理解而言,我们有很强的,而且我认为是合理的,选择第二种。虽然从数学上讲,光的方向和光速都可以很好地描述,但我认为,我们对物理学的理解,会引导我们做出强有力的,而且我认为是合理的,第二种选择。

还有一件事。如果我们接受地心宇宙的方程,我们就失去了一个简单的守恒性质,叫做动量。这是因为我们不再把翻译中的对称作为描述的一部分。如果我们相信动量是基础,那么我们就有另一个更喜欢正统机制的强大理由。类似地,在一个光速依赖于方向的模型中,我们会失去角动量守恒,因为我们在旋转中不再对称。我认为你在这个过程中失去了一些东西。
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