[閒聊] 時空與電磁波傳播

看板 Physics
作者 sarsenwen (sarsenwen)
時間 2024-06-21 02:48:24
留言 138 ( 8推 0噓 130→ )
廣義相對論的核心 "物質告訴時空如何彎曲 時空告訴物質如何運動" 也準確算出了光波行經太陽附近的偏折 就是所謂的重力透鏡 但是在愛因斯坦的時空模型下 應該稱光線傳播的路徑是彎曲後時空的測地線 該模型沒有重力引力的概念 只有彎曲的時空 光線可以在真空中傳播 光的本質就是電磁波 電磁波是電場和磁場的交互耦合 電場以及磁場傳播能量不需要任何介質 但是電磁波會行經彎曲時空後的測地線 所以至少時空被彎曲的區域 是否已經不是所謂的真空 因為如果是真的空無一物 那巨大質量彎曲的是什麼? 勢必有某個???被巨大質量彎曲 這個被彎曲後的??? 實實在在影響著電磁波的傳播路徑 所以電磁波是否還是需要介質?? 這個介質 就是會被質量彎曲後的時空 -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 116.89.141.233 (臺灣) ※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/Physics/M.1718909307.A.645.html

留言

crazyjonas 記得以前也有學者討論過應該要有介質 以太 但後來發 06/21 05:09 1F
crazyjonas 現沒有以太的話理論反而更簡潔 所以就捨棄以太 那是 06/21 05:09 2F
crazyjonas 種選擇 就像光速不變其實也是種選擇 06/21 05:09 3F
Bugquan 真空是指無源的部分,例如考慮太陽周圍的時空,不包含太 06/21 10:22 4F
Bugquan 陽本身 06/21 10:22 5F
我想搞清楚的盲點是 電場跟磁場在交互偶合的過程中 是 如何知道自己進入到彎曲時空 然後走側地線 而被觀察到 偏折 不是一開始的直線 這裡的參考系是對遠方的觀察者 而言 是時空彎曲也把電磁場的空間彎曲嗎 上面是說電磁場行走過的空間 假如太陽不在 那時空沒有被彎曲 太陽存在 則太陽的質量彎曲了時空 所以即時太陽不在的時候 存在沒有被彎曲的時空 太陽只是來負責彎曲它 所以我是想說 這個會被質量彎曲的時空 就是電磁波傳播時的介質 所以太陽彎曲了這個時空介質 進而彎曲了電磁波傳遞路徑 如果是真的空無一物 什麼都不存在 那巨大質量到底彎曲了什麼呢?
Bugquan 不管有無完全一直走的都是測地線啊 06/21 15:11 6F
sunev 一般說波傳播的介質,是指波傳播的同時導致該介質在振盪 06/21 16:41 7F
sunev 或說該介質的振盪即為波動本身。例如水波就是指水在振盪。 06/21 16:41 8F
sunev 所以時空並不是電磁波的介質,時空振盪對應到的是重力波 06/21 16:42 9F
sunev 而不是電磁波。 06/21 16:42 10F
感謝樓上 所以時空傳遞重力波 但其實不應該說是重力波 因為時空是新模型 重力是舊古典模型 但我目前想不到更好的描述方式 然而電場與磁場 並沒有極化或磁化時空 時空並不能稱為電磁波介質 那到底磁化或極化了什麼 是我的盲點
venusringo 你覺得若為真空則根本不會有「東西」被彎曲,是想知 06/22 12:34 11F
venusringo 道那被彎曲之物為何嗎 06/22 12:34 12F
我想知道的是愛因斯坦光義相對論模型中 質量是如何彎曲時空的 這種機制只要知道 如果能再瞭解質量的來源 人類不就 能實現控制引力了嗎? 邏輯上應該是這樣吧 因為透過瞭 解這種機制 就能抵銷這種機制 那愛因斯坦說這種機制的 來源是質量 所以首先要知道質量的本質 現在的基本粒子 模型好像有在探討這種機制? 可是那對我來說很複雜 還 看不懂...
sunev 電磁波就只是電磁場在振盪,時空只是電磁場振盪的畫布或背 06/22 12:37 13F
sunev 景;時空背景(畫布)扭曲後,在上運動及傳播的任何東西( 06/22 12:37 14F
sunev 包括電磁波)都會受到影響。如果你覺得疑惑,請嘗試把你的 06/22 12:37 15F
sunev 觀點轉述成一個物理實驗及其結果,會比較好討論。 06/22 12:37 16F
我忽然想到我不就原PO 可以編輯阿! sunev 所以時空(畫布)扭曲 導致電磁波只能經過扭的路徑 電磁場也沒有極化路徑上的時空 我是這樣理解的 物理實驗的話 最先很想知道的是 在無任何質量存在的時空中 相對於觀察者而言 擺一個靜止正電荷 就是正電荷跟觀察者的距離保持固定 紀錄下此時的電場分布圖 之後再在靜止正電荷跟觀察者中間再擺一個 能顯著彎曲時空的巨大質量的物體 再紀錄此時的電場分布圖 兩個電場的分布圖會相同嗎?
Eriri 對沿著測地線運動的坐標系觀察者(不限於光) 它所看到的一切 06/22 13:56 17F
Eriri 跟感受的一切 (局域而言)都是慣性坐標系 這就是等效原理 06/22 13:58 18F
Eriri 所以 以你的問題 光自己並沒有感覺有甚麼區別 06/22 13:58 19F
Eriri 時空彎曲 更切確指的是 時空上不同位置上不同坐標系觀測者 06/22 14:00 20F
Eriri 對同一個物理事件彼此觀測結果的詮釋差異 06/22 14:01 21F
Eriri 或者 更具體的例子 如果你在太空自由的沿著重力運動 只要你 06/22 14:17 22F
Eriri 不要觀看別的地方 對你而言 你只覺得自己一直在慣性座標 感 06/22 14:18 23F
Eriri 感受不到任何差別 只不過對在地球上的人而言 他們會看見你 06/22 14:19 24F
Eriri 受重力影響運動 06/22 14:19 25F
Eriri 時空彎曲 並不是指 空間上某個點真的被彎曲或改變性質 06/22 14:19 26F
Eriri 而是指...時空上不同位置的 觀測者 為了描述同一個物理事件 06/22 14:20 27F
Eriri 於是必須得用(相對論框架下)彎曲的時空來描述 06/22 14:21 28F
Eriri 真正被彎曲的 其實是不同時空座標系之間的聯繫 06/22 14:21 29F
venusringo 哇我順便從別人的疑惑跟解答中看懂了我其他疑惑 感謝 06/22 16:46 30F
leptoneta 能夠證實那些機制 保證拿諾貝爾獎 06/23 17:31 31F
希望能在我死之前看到這個獎>_< 所以他只說了質量改變 時空分布 但沒說質量"如何"改變時空分布 是這樣嗎? 這也太不負責任了吧! 好啦 我開玩笑的XD 我知道愛因斯坦 已經替全人類對於宇宙的認識 跨了非常巨大的一步了 只是如果他能再說明 彎曲的機制 這樣人類離星際旅行又更近了>///<
Eriri 廣義相對論解決重力下物理定律的邏輯 跟你的圖像是完全反過 06/24 09:06 32F
Eriri 來的 它並不是試圖解釋質量的存在 在時空某個點如何具體影 06/24 09:06 33F
Eriri 響(扭曲)物理 06/24 09:06 34F
Eriri 反過來 等效原理是在說 重力場下的觀察者並不是慣性座標 06/24 09:07 35F
Eriri 但隨著重力自由移動的觀察者(測地線坐標系)是慣性座標 06/24 09:07 36F
Eriri 所以 這個測地線慣性座系座標下 物理定律(包含電磁場方程 06/24 09:07 37F
Eriri )都是我們本來熟知的形式 06/24 09:07 38F
Eriri 只是 這個觀察者的座標是局域的 如果想要描述時空其他地方 06/24 09:08 39F
Eriri 的物理 和聯繫時空其他地方的觀察者 那麼在本來狹義相對論 06/24 09:08 40F
Eriri 的數學架構下 就必須使用彎曲的時空 06/24 09:08 41F
Eriri 這就是廣義協變性 它其實只是要求 物理定律在所有慣性座標 06/24 09:08 42F
Eriri 下的形式 都是一致的 06/24 09:08 43F
Eriri 只是 等效原理告訴你 重力場下真正的慣性座標 其實是隨著 06/24 09:08 44F
Eriri 重力自由運動(測地線)的觀察者 06/24 09:08 45F
Eriri 簡而言之 所謂的時空彎曲 是為了要宏觀地將時空上不同局域 06/24 09:09 46F
Eriri 測地線座標下的物理聯繫在一起 而使用的數學語言 06/24 09:09 47F
Eriri 回答你後來問的帶電粒子的問題 答案是 重力場下電場的確是 06/24 09:55 48F
Eriri 不同的 因為本來的馬克士威方程組在”非”慣性座標(重力 06/24 09:55 49F
Eriri 場觀察者)下就是不成立 06/24 09:55 50F
Eriri 廣義協變性 以及 使用彎曲時空的數學語言 讓我們知道 如何 06/24 09:55 51F
Eriri 把將本來在慣性座標(測地線觀察者)的馬克士威方程組 推廣 06/24 09:55 52F
Eriri 到重力場觀察者的座標 06/24 09:56 53F
所以正確的圖像應該是 廣義相對論沒有對於引力來源-質量做深入的探討 更多的是用更準確的模型-時空模型 去描述宇宙中物體的移動路徑 然後為了要讓以下三種情況的物理定律保持一致 1.慣性座標系觀察者 觀察 慣性座標系的物體 2.慣性座標系觀察者 觀察 測地線座標系的物體 3.測地線座標系觀察者 觀察 測地線座標系的物體 所以只能引入了非常複雜的張量運算 非歐氏幾何等等...之類的 因為如果不這樣做 就會有問題 例如馬克斯威方程組在 1.慣性座標系觀察者 觀察 慣性座標系的物體 甚至是 3.測地線座標系觀察者 觀察 測地線座標系的物體 (因為等校原理 所以等同1) 都能可以做出相當好的描述 但是在 2.慣性座標系觀察者 觀察 測地線座標系的物體 就會出現問題 像是水星進動 跟 光線偏折 這樣嗎?
Eriri 不是 在重力場下 真正的慣性座標系 只有一個:隨著重力自 06/24 11:40 54F
Eriri 由移動(測地線座標)觀察者 06/24 11:40 55F
Eriri 簡單的說 只有沿著重力場自由移動(測地線)觀測者 局域的 06/24 11:48 56F
Eriri 電磁場 才符合馬克士威定律 06/24 11:48 57F
Eriri 可是 重力場是不均勻的 而應用等效原理 透過加速度消除重力 06/24 11:48 58F
Eriri 只能消除均勻的重力 所以是局域的 06/24 11:48 59F
Eriri 但是 即使等效原理只是局域的 還是很有用 因為 我們現在知 06/24 11:51 60F
Eriri 道每一個點 都能各自應用等效原理 回到慣性坐標 只是每個點 06/24 11:51 61F
Eriri 各自都要使用不同的加速度 06/24 11:51 62F
Eriri 彎曲時空的數學語言 是為了將這一切整體的連在一起 06/24 11:51 63F
Eriri 所以 關於你的123 首先 1 重力場下只有測地線座標才是( 06/24 11:54 64F
Eriri 局域的)慣性坐標 06/24 11:54 65F
Eriri 但是 由於重力場不均勻 即使在這個測地座標下 如果它觀測 06/24 11:55 66F
Eriri 較遠處的電磁場 一般而言它得不到馬克士威方程 06/24 11:55 67F
Eriri 再來 2 我猜你這裡所謂的慣性坐標 是指在重力場下等速移動 06/24 11:57 68F
Eriri 的座標 但這其實不是在重力場下真正的慣性坐標 至少相對論 06/24 11:57 69F
Eriri 的語言裡不是 06/24 11:57 70F
Eriri 所以 由於重力場下的等速運動座標 並不是真正的慣性坐標 06/24 11:59 71F
Eriri 馬克士威方程自然並不成立 06/24 11:59 72F
Eriri 這就是出問題的原因 06/24 12:03 73F
Eriri 至於 你中間所謂質量如何影響時空 或者 更精確來說 為什麼 06/24 12:16 74F
Eriri 質量一旦存在 就會影響不同點上的慣性坐標…愛因斯坦場方程 06/24 12:16 75F
Eriri 就只是為了滿足廣義協變性而拼湊出來的 這不是它嘗試回答 06/24 12:16 76F
Eriri 的問題 06/24 12:16 77F
大概看懂妳的意思 頭腦熱熱的 >_< 在重力場中,真正的慣性座標系只有一個,那就是隨著重力自由移動的觀測者 (測地線座標)。只有在這個座標系中,才能"局域地"符合馬克士威方程組。 雖然等效原理說可以透過加速度來抵消重力,但只能消除均勻的重力場。 由於宇宙尺度下重力場通常是不均勻的,所以等效原理只能在局域成立。 雖然等效原理是局域的,但卻可以在每一個很小的局部區域上都應用它, 有點類似微積分處理曲線,切成很多段近似直線。 處理直線比直接處理曲線容易非常多。 愛因斯坦把不均勻重力場,拆成很多很多均勻重力場處理。 宇宙尺度下重力場是不均勻,但每一個局部是均勻的。 應用這個近似就能回到人類熟悉的慣性座標系。 因為如何處理慣性座標系人類已經在地球上發展了一兩百年? 回到慣性座標系。只需要將每個局域使用不同的加速度來抵消重力。 彎曲時空的複雜數學就是為了將這些不同的慣性座標系聯繫起來。 在重力場下,即使是等速運動的座標系也不是真正的慣性座標系。 因此,馬克士威方程組在這樣的座標系中並不成立。 所以展現在宇宙中的實例就是引力透鏡 愛因斯坦場方程式並沒有試圖回答質量如何影響時空的問題, 它只是為了滿足廣義協變性而建立的數學模型。 廣義協變性就是物理定律在任意座標變換下形式不變。 那質量如何影響時空是大強子對撞機那群人負責的事情嗎? 因為好幾年前,大強子對撞機有在尋找基本粒子的質量來源。 希格斯場被認為是賦予基本粒子質量的機制。 質量彎曲了時空跟希格斯場有什麼關係? 這是目前物理學的尚未解開的謎題嗎? 如果是 這樣我想人類要實現星際旅行還非常遠 >_<
Eriri 總結的很不錯! 06/25 13:00 78F
Eriri 你要了解 所謂的解釋…到頭來 永遠有一些沒法再進一步的東 06/25 13:01 79F
Eriri 西 06/25 13:01 80F
Eriri 古典場論認為 一旦有質量 就會有重力場 而廣義相對論是進一 06/25 13:02 81F
Eriri 步說 重力場等價於加速度 這就是它對於”質量究竟如何影響 06/25 13:02 82F
Eriri 時空”的”解釋” 06/25 13:02 83F
Eriri 但這個解釋 當然可以繼續追問:為什麼質量會產生重力場 以 06/25 13:02 84F
Eriri 及 為什麼重力會等價加速度 06/25 13:02 85F
Eriri (局域的) 06/25 13:02 86F
Eriri 可是 本來古典場論 就沒有回答”為什麼會產生場” 這種大哉 06/25 13:03 87F
Eriri 問 無論是廣義相對論 或是古典電磁場論 06/25 13:03 88F
Eriri 甚至 哪怕是量子場論 無論是試圖量子化處理電磁場 或者重力 06/25 13:03 89F
Eriri 場 也並沒有在本質上真正更進一步回答這種問題 只是換了敘 06/25 13:03 90F
Eriri 述跟圖像 電磁場變成了光子 重力場變成了重力子 而重力子會 06/25 13:03 91F
Eriri 影響時空度規 06/25 13:04 92F
Eriri 這只是看起來比較符合機械式的圖像 其實也沒有真正回答 為 06/25 13:05 93F
Eriri 什麼質量存在就會有重力子 以及 為什麼重力子會改變時空度 06/25 13:05 94F
Eriri 規(其實 這只是前面那兩個問題 換了一套圖像的變種罷了) 06/25 13:05 95F
Eriri 當然 這不是說…追問進一步的解釋沒有意義 只是 要小心 到 06/25 13:09 96F
Eriri 底”解釋”有沒有真正讓我們對世界的理解更加簡化 06/25 13:09 97F
有吧 想當年厄斯特發現 "通電的導線 偏轉了 指南針的指針" 他一定冒出一個大大的問號 Why? 經過200年的發展人類陸續有了馬達 發電機 對電與磁的本質更加認識 伴隨材料科學的進步 人類又有了半導體 然後現在AI已經會依據提示產生影片 所以 "巨大質量物體 偏轉了 電磁場的傳播路徑" Why? 愛因斯坦一定有想過這個問題 我原本以為這些是廣義相對論的內容 現在看起來 人類正在尋找解答中呢:)
Eriri 如果重力場等價加速度座標 那麼光偏移 不是很自然的事嗎? 06/25 21:45 98F
Eriri 光在慣性座標下直線前進 在加速度座標觀察者自然看起來是 06/25 21:45 99F
Eriri 彎曲的 06/25 21:45 100F
Eriri 就像這裡的圖: 06/25 21:45 101F
已刪除
Eriri 如果你”接受跟理解等效原理” 那麼"巨大質量物體 偏轉了 06/25 21:47 102F
Eriri 電磁場的傳播路徑" 就是很直接的結論 06/25 21:47 103F
Eriri 總之 我只是想提醒…你前面提到的某些圖像 其實未必真的比 06/25 21:53 104F
Eriri 廣義相對論 真正在本質上更簡化和解釋的更多 只不過可能比 06/25 21:53 105F
Eriri 較接近大多數人日常的圖像 愛因斯坦厲害的東西地方 就是他 06/25 21:53 106F
Eriri 並不被日常的圖像給侷限 06/25 21:53 107F
Eriri 你的圖像是…重力場下 電磁場因為某些還未理解的方式 跟 06/25 22:10 108F
Eriri 重力或時空耦合 於是產生彎曲 這大概也比較符合日常的世界 06/25 22:10 109F
Eriri 06/25 22:10 110F
Eriri 愛因斯坦則反過來 他說…幹嘛在重力場下考慮這問題? 如果 06/25 22:10 111F
Eriri 等效原理是對的 那麼 先在隨著重力場運動的慣性座標下考慮 06/25 22:11 112F
Eriri 這問題 然後再轉換回來就好了 06/25 22:11 113F
Eriri 乍看起來 愛因斯坦的圖像 好像多了個等效原理的假設 可是 06/25 22:11 114F
Eriri 如果要在你的圖像要回答這問題 其實勢必也必須假設 電磁 06/25 22:11 115F
Eriri 場跟重力或時空之間的特地耦合形式 06/25 22:11 116F
Eriri 更重要的是 愛因斯坦的圖像 不僅成功了解決這問題 而且其 06/25 22:12 117F
Eriri 實揭示了自然定律存在的一種一般性的對稱(廣義協變性)並 06/25 22:12 118F
Eriri 不只是試用於電磁方程 就這層意義下 他的圖像其實能更加簡 06/25 22:12 119F
Eriri 潔的統合跟推廣 06/25 22:13 120F
Eriri 只是…被重力束縛靈魂的日常人們 大概多數還是會覺得 重力 06/25 22:16 121F
Eriri 場等價於加速度座標 然後 而自由落體才是慣性座標 是件很 06/25 22:17 122F
Eriri 不自然的事 傾向留在重力的座標看待跟回答問題 06/25 22:17 123F
Eriri 忽略我給上面的短網址 甚至可以幫我刪掉 抱歉我只是想用他 06/26 00:47 124F
Eriri 的示意圖 但那裡面的物理是錯的 06/26 00:47 125F
Eriri 這裡才是正確的: 06/26 00:48 126F
Eriri https://reurl.cc/Ejl5zg 06/26 00:48 127F
OK
WINDHEAD 等效原理從古典力學來看蠻容易理解的,只是要先接受 06/26 10:10 128F
WINDHEAD 引力質量=慣性質量 這個假設, 其實很難類推到光或電磁 06/26 10:11 129F
WINDHEAD 但如果比較仔細的思考等效原理, 會發現很難避免掉 06/26 10:13 130F
WINDHEAD 彎曲時空的圖像. 既然如此, 那乾脆就用彎曲時空來解釋 06/26 10:14 131F
WINDHEAD 包含光與電磁學的相對論現象 06/26 10:15 132F
我大概知道我的問題在哪了 我一直想知道物理中的形上學問題 例如光速在真空中是定值 不僅在真空中是定值 在任何坐標系下測量也通通都是定值 總之不管怎麼測 就是一個定值展現給你看 WHY? 我知道可以由馬克斯威方程組推導出電磁波在真空傳播是個常數 但為何是個常數 WHY? 也許我會得到 因為時空對稱性之類的答案 那問題就會變成 時空是什麼? 為何時空具有對稱性? 有沒有比較具體描述可以讓我建構出時空的圖像? 總之就是這樣 問不完的XDDD :) 雖然問不完 但是我覺得尋找解釋的過程很有趣 大概就是這樣
※ 編輯: sarsenwen (60.249.166.104 臺灣), 06/26/2024 16:30:40
mantour 時間跟空間是不是對稱也是很有趣的問題。比如量子力學裡 06/26 18:03 133F
mantour 面位置是可觀測量,時間是參數,那有沒有可能把時間跟位 06/26 18:03 134F
mantour 置一樣當作可觀測量?這樣的formalism會不會有什麼有趣 06/26 18:03 135F
mantour 的後果可以被實驗觀察到? 06/26 18:03 136F
WINDHEAD 時間與能量有類似測不準原理的結果,這幾年有實驗驗證 06/26 18:28 137F
WINDHEAD 06/26 18:28 138F

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