电磁波的群速与能量传播速度

众所周知,在某些场合波的相速可能超过真空中光速C.典型的例子有波导管。其中电磁波的色散关系为式中为截止频率。由式(1)可得按相对论,任何物体或信号的速度不能超过C,否则将导致因果律的破坏.每当教学中遇到的场合,往往要作如下解说:相速不代表信号速度,群速才是波能或信号的传播速度.按式(1)有从而不与因果律冲突。 在色散介质中光的群速与相速之间有如下关系式中 为折射率。在介质的正常色散区;在反常色散区,且数值往往很大,这时不仅它还可能大于。群速超过真空中光速C!这又当如何解释?原来群速的概念只适用于吸收很少的透明波段,此时…     

《导行电磁波的色散、相速和群速》

本文以在波导管中传播的导行电磁波为例，阐明了导行电磁波色散的概念，得出了电磁波的相速ｖｐ和波长λ的关系．并且指出了波导管作为一种实际的微波传输，当线传输占有一定频带宽度的微波信号时，必须引入群速的概念．以一个调幅信号在波导管中传播的情况为例，导出了群速的计算公式以及群速和相速的普遍关系．最后指出了群速概念的局限性和在微波波段的实用性．     

小于1的折射率

介质折射率小于１的事实导致这样的疑问：介质中光速会比真空中光速ｃ还大吗？事实上，光在介质中的传播速度可分为三种：相速ｖ、群速ｖｇ、信号速度ｖσ．ｖ和ｖｇ可以等于Ｃ，也可以小于Ｃ或大于Ｃ．ｖσ恒小于ｃ，其极限值为ｃ．     

相速和群速

目前,大多数工科物理教学中难以对相速和群速两概念详细论述,但对部分专业却必须明确地将它们区分开来。例如,在研习共用天线电视工程的内容时就必须严格区分相速和群速的概念。本文将按这类专业的需要,阐述电磁波中相速和群速的基本物理概念。     

不能把相对论绝对化

相对论的建立,是有一定条件的,即相对的.不能绝对化地看待相对论的规律,列宁教导我们:要“任何关于物质构造及其特性的科学原理都具有近似的、相对的牲质;自然界中没有绝对的界限”;因此,从分析相对论的内在矛盾入手,弄清相对论的适用范围与限制,批判把相对论绝对化的倾向,是很重要的. 一、关于相对论的两条原理 相对论是建立在两条原理上的:(1)狭义相对性原理:物理体系的状态据以变化的定律,同这些状态的变化是以两个彼此作相对匀速平行移动的坐标系中的哪一个为参考,是无关的;(2)光速不变原理:光在真空中总是以一个确定的速度c传播着,这个…     

光子静质量及检测方法

 一、检测光子静质量的意义首先,这对狭义相对论是一个很好的检验。我们知道,比起“惯性系地位等价”来说,“光速不变原理”在狭义相对论的理论基础中显得有些突兀,好像是爱因斯坦(Einstein)为使麦克斯韦(Maxwell)方程满足洛仑兹(Lorentz)协变而直接塞入的。不过非常凑巧的是,麦克斯韦电磁场方程刚好能够预言所有的电磁辐射在真空中都以相同的速度c传播,且与其频率无关。     

超光速存在吗？

本文通过实例说明自然界确实存在超光速现象，但这与狭义相对论并不矛盾。问题在于狭义相对论说的是“实物粒子的速度不可能大于真空中的光速”，它并没有排除存在超光速现象的可能性。     

几种测量光速的方法

 光在真空中的传播速度是自然界的基本常数,说明麦克斯韦关于光的电磁理论是正确的。准确测定光在不同介质中的传播速度,特别是在真空中的传播速度,引出了群速的概念,它在现代量子物理学中也很重要。真空中光的传播速度与频率、光源和观测者的运动无关,是一切物体运动速度的极限速度,它为建立狭义相对论奠定了一定基础。光速的测定是光学乃至整个物理学的重要课题。最早进行光速测量的实验,是由伽利略于1607年提出并实施的。他的实验没有获得任何结果而失败了,但实验表明:如果光速是有限的,那么其速度是非常之大的。     

多模光纤模式场群速与相速的关系

为了从理论上统一射线光学和导波光学关于多模光纤中各模式场传播过程中时延的论述,试从介质波导理论出发,根据模式的特征根U随光纤归一化频率R的变化关系,在弱波导近似下导出了描述模式场相速Vp与群速Vg关系的重要结果:Vp*Vg=(c/n1)2。根据这一结果可以得出结论:对于低阶模式,由于相速Vp慢,所以群速快;高阶模式其相速Vp快,所以群速慢。对于给定的光纤,利用射线光学和波导光学进行了带宽估计,2种理论计算结果的一致性,印证了上述关系的正确性。     

相对论问答录之二

<正>问题一、相对论诞生前夜,物理界对相对性原理有什么争论?麦克斯韦电磁理论出现之后,一些人对相对性原理产生了怀疑。这是因为在电磁理论中,真空中的电磁波速度是一个常数c。当时已经认识到     

关于色散介质中的光速问题

近年来关于所谓的"超光速"现象的实验与理论引起了广泛的关注,得到了很多不同的讨论[1,2].这源于在特殊的介质里,一个光脉冲的各个单色模式虽有小于真空中光速c的相速度,其群速度却可以大于c,甚至变为负值.这使人们设想是否可利用此现象进行"超光速"的信息传送?但这样一来是否违背了爱因斯坦的相对论?     

狭义相对论中的几个佯谬(讲课札记)

真空光速c既是一个具有运动学品性的量,又是一个电磁场理论中具有动力学品性的量.因此狭义相对论中的光速不变原理不但可以给出洛伦兹时空变换,进而给出钟慢、尺缩等运动学观测效应,而且同时也对理论的动力学结构提出了在经典力学中不可能出现的约束.本文设计并详细分析了几个典型的佯谬问题,旨在说明狭义相对论的运动学如何约束其动力学结构.具体来说,运动学的观测效应要求动力学上与其协调的一定是以有限速度传播的场相互作用理论,其传播速度上限即为真空光速,而场量的变换应由洛伦兹时空变换所决定.进一步分析表明,场具有动量等物质属性,是物质存在的一种形式.     

狭义相对论时空观的教学探讨

当代大学生对相对论理论感兴趣,希望在广义相对论方面能进行深入的研究。然而狭义相对论原理是广义相对论理论的基础,同学们得先掌握狭义相对论理论。教学实践中发现,初学者常常不能很好地理解狭义相对论时空观。本文以两道典型的习题为例,分别基于K系和K′系来处理问题,分析事件发生的时空坐标,求解狭义相对论的时空问题。方法相互印证,使学生更容易掌握解决狭义相对论时空问题的方法。本文还提出了用相对论速度求解时空问题时容易忽视的问题,分析了错误产生的原因,并给出了正确的求解方法。     

FOI-PERFECT程序对电磁驱动高能量密度系统的三维弛豫磁流体力学模拟

提出一个完整的弛豫磁流体力学模型用于电磁驱动高能量密度系统的数值模拟, 它由弛豫电磁波动、弛豫热输运、P1/3近似辐射输运以及流体力学构成。电磁部分在真空区退化为电磁传播, 在等离子体物质区退化为磁扩散近似, 并且相速和群速是有上界的。这意味着弛豫磁流体力学能退化到传统的电阻性磁流体力学, 并且能用显式方法数值求解, 便于大规模高效并行化。基于此弛豫磁流体力学模型开发了三维辐射磁流体力学程序FOI-PERFECT, 指出了所采用的关键数值技术, 并给出了一些应用例子。     

从引力场方程的建立到引力波的直接探测

1引力场方程的建立1905年,爱因斯坦在对时间概念经过长久思考后,提出了两个基本公设:(1)相对性原理(伽利略的相对性原理的推广):物理规律在所有惯性系中都具有相同的形式.(2)光速不变原理:在所有的惯性系中,光在真空中的速度c是恒定的,它不依赖于发光物体的运动速度.在此基础上,建立了狭义相对论.1905年后,爱因斯坦企图把引力现象归纳在狭义相对论的范畴之     

速度为零的光

狭义相对论中的光速不变原理，叙述的是真空中的光速。在媒质中，光速是可变的，甚至，我们可以“看见”静止的光波。     

狭义相对论可解释超光速运动

澳大利亚阿德莱德大学数学学院教授吉姆-希尔和巴里-考克斯研究发现,爱囚斯坦的狭义相对论可用于描述超光速运动。根据爱因斯坦提出的这一著名理论,任何物体的速度都无法超过光速,但澳大利亚的数学家们研究出新的方程式,对狭义相对论进行扩展,能够解释打破这一速度极限的物体运动。     

理论,批判和哲学(续)

 抛弃旧概念 科学进展到这个阶段最困难之处在于抛弃一些重要的旧概念,任何好的物理学家都愿意接受新概念,但即使是最优秀的物理学家有时却非常不情愿放弃某些显然可靠的旧概念,在量子力学的发展中人们不能从旧概念摆脱产出来的情绪也是十分强烈的,大家都知道在相对论的发展中这种情绪一直非常强烈,即使在今天还时而出现一些论文,其作者依然拒不承认狭义相对论.     

光速

 光的传播速度在物理学中起着十分重要的作用,因为原子世界中的一切事件都同光速有关.因此,有关光速的知识对于我们近代文明显得特别重要.过去几百年来,已有很多人利用直接或间接的方法,在真空中或在各种透明介质中对光的传播速度作了测量.在测量光速中,需要区分两种不同性质的光速,一种是相速或称波速,一种是群速或称信号速.现对它们分别作一简述.     

引力波

一、引 言 万有引力是物质之间一种极为普遍的相互作用.按照牛顿的万有引力定律,自然界中任何两个物质之间都存在着相互的吸引力,这种作用力的大小是与它们质量的乘积成正比,与它们之间的距离平方成反比.但是,在牛顿的引力理论里,认为这种作用的传递是不需要时间的.牛顿的场方程中不包会任何时间的微商项,这就意味着物质分布的改变将立即引起空间各点引力势φ的变化,即引力作用的传递是“瞬时”的.换句话说,即引力相互作用的传播速度为无穷大,而这是与狭义相对论关于任何物理效应都不能快于真空中光速的要求相矛盾的.1916年,爱因斯坦提出了…