《广义相对论入门讲座》连载——时间与空间

1坐标钟与标准钟对于弯曲时空的任意坐标系x~μ(μ=0,1,2,3),如果视x0为时间坐标,则以速率t=x~0/c运行的钟,叫坐标钟.t称为坐标时间.c是平直时空中的真空光速.     

在掺铒光纤中直接观测慢光和超光速信号的演化

最近几年中,慢光和超光速的研究取得了很多进展.慢光和超光速产生的物理机制作为慢光和超光速研究领域的一个重要方面也吸引了研究者的关注.设计了一个新颖的实验,在掺铒光纤中观测了慢光和超光速信号的演化.分别在慢光(0相似文献   

利用高精度时间间隔测量技术实现光速测定方法的研究

为了实现实验室环境下测定光速，采用已知长度及折射率的单模零色散光纤作为传输介质，利用高精度时间间隔测量技术测量了光在该光纤中的传输延时。经过理论推导，求出光速c与作为传输介质的光纤长度L、折射率n及光纤延时τ之间的关系式，从而通过测量得到L，n及τ的值即可计算得到真空中的光速值。与传统的利用天文法及精密仪器测量光速的方法相比，采用比较先进的高精度时间间隔测量技术可使时间分辨率达到125ps，从而在实验室环境下，利用简单仪器得到了高精度的测量结果。最终测量所得光速为299928077m/s，误差为30860m/s。     

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?     

光脉冲通过含有色散与增益型缺陷的一维光子晶体的传播

研究了光脉冲通过含有色散和增益型缺陷的一维光子晶体的传播行为.缺陷的色散与增益性质用Lorentz振子模型描述.随着振子强度的变化，脉冲峰的传播呈现极慢光速和超光速的传播行为，但能量速度小于真空中的光速c.脉冲峰的超前与落后是各Fourier分量在介质中获得了不同的相移和幅度改变后重新相干叠加的结果. 关键词： 光子晶体 缺陷 光脉冲传播 能量速度     

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。     

空气折射率测量装置

1983年第17届国际计量大会通过“米’划新定义 是基于光在真空中的速度 C.“1m 是光在真空中1s/ 299792458的时间间隔内所经过路径的长度”.从定 义出发测量长度,可以得到最准确的量值,但是一般测 量只能在空气中实现.空气中光速v和真空光速c之 间有以下关系:v=c/n, 式中n是空气折射率. 因此,大地测量中的光波测距仪和长度测量中的 激光干涉仪,在测量时必须同时测定该时刻的空气折 射率值.上述仪器的测量精度很大程度上依赖于空气 折射率的测量精度. 现在配备在上述仪器上的装置是三个空气参量 (气压、温度和湿度)传感器.根据三者测量值由…     

电磁波速度可以大于光速c吗?

我们都知道狭义相对论有任何物体的运动速度小于c的结论,(本文中把真空中的光速简写为c),根据因果关系不能颠倒的要求,狭义相对论又有任何信号传输速度不大于c的结论。我们还知道电磁波在真空中速度为c,在介质中速度为c/n,而n>1,电磁波可以传输信号,能否得出结论:电磁波速度不能大于c呢?本文将通过对波速的讨论,论证在两种情况下,电磁波的相速可以大于c,但是电磁波传输信号的速度仍不大于c。 一、相速和群速 许多光学书上都有相速和群速的讨论,因此,我们只简单地叙述与本文有关的内容。 园频率为。,波长为A;波数为七一2。/几,振幅为人,沿X…     

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.     

光脉冲在铷原子蒸汽中的减慢与存储的理论与实验研究

光速是描述光子的诸多特性中的一个重要参量,由于真空中光速不变及粒子的速度上限是光速这二个重要的特性,光速一直是人们关注的问题,也是激励一代又一代科学家不断研究的长期课题.     

光速测量现状

自从1958年弗鲁姆(Froome)利用微波干涉仪法得到当时公认的光速值c=299,792.5±0.1km/sec[1]以来,所有的光速精密测量均是基于c=λ·v而得到的,即电磁波在真空中的传播速度等于电磁波的频率与其相应真空波长之乘积.当时的不确定度是3×10～(-7),其主要原因是使用的波长较长(λ=4mm),因此波长测量的准确度较低,衍射效应带来的误差也较大.激光器的出现为这一方法提供了合适的光源.采用饱和吸收技术可以得到频率稳定性和复现性均十分优良的激光辐射,并且使用的波长可以比原先小三个量级(微米量级),接近位于可见光谱区的长度基准.这使波长测量…     

用光学吸收法测量钠蒸汽的原子密度

原子蒸汽密度对解释原子碰撞的实验数据很为重要,特别是对于碱金属(如钠、铷等)更是如此。利用光抽运实验,能够研究它们的碰撞情况。通过共振线的吸收系数可以测量蒸汽密度。设此共振线的波数为ν,光强为I_ν~0,它通过长度为L的吸收泡后的光强为I_ν,则由吸收定律: I_ν=I_ν~0e~(K_νL) (1)可定出吸收系数K_ν;对整个吸收线的积分可得到吸收泡中的原子密度。∫K_νdν=(λ_0~2g_2/8πg_1cτ)·N (2)其中,λ_0是吸收线中心波长;g_1和g_2分别是相应吸收线激发态和基态的统计权重;c为真空中的光速;τ是激发态原子的寿命;     

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。     

对E=mc2的实验验证

质能关系E=mc^2（其中E是物质的能量，m是物质的质量，c是真空中的光速）是狭义相对论的重要结论之一．在核裂变反应和核聚变反应中释放出的巨大能量已准确地证明了该关系的正确性，但科学家们仍拟用实验方法验证此关系究竟精确到什么程度．     

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。     

相速度、群速度与超光速问题

相对论中指出了:真空中的光速c是信号传播的极限速度.然而.在一些力学、电磁学和光学书里,却常常看到相速度、群速度出现超光速的情况,这是否与相对论的理论相矛盾呢? 相速度、群速度都是用来描述波的传播的物理量.由于在实际情况中,无论是单色光源或者调谐锐度很高的无线电发射机,所发射的波总有一定的频率宽度,形成一个波列.因此,我们研究波的传播时,必须考察这一波列中所有单色波的合成波,它可以写作此频率区间 内所有各波的一个积分:由于ω=ω(K),ω0对应K0,△ω对应△K,将ω(K)在ω0附近展开:略去(2)式中的高次项,代入(1)式;由于A(K…     

最小型测光速仪

如众所知,光速c是最重要的物理常数之一。由于光速的测定问题与物理学中的许多基本问题都有非常密切的关系,所以测定光速始终是物理学,特别是光学中的一个十分重要的课题。事实上,对光速的直接测定包括了极短的时间间隔和光在此时间间隔内所通过的很大的距离两者的测量。由于光速特别高,所以给测     

控制光速的有效方法——电磁诱导透明的原理和应用

光速减慢是自然界的一种普遍现象，并不是什么新奇的发现．例如，光在不同介质中的传播速度不同，都比真空中慢．问题的关键在于我们能将光速减慢到什么程度，怎样控制光速为人类社会服务．经过不懈努力，人们已经初步实现了控制光速的减慢，甚至还可以将光速减慢为零，进而把光存储起来．上述进展都是通过20世纪90年代发展起来的电磁诱导透明技术实现的．本文对该技术的原理和应用前景作一简要介绍．     

光前驱波

文章回顾了近一百年来光前驱波的研究历史及最新的进展.自爱因斯坦的狭义相对论发表以来,真空中的光速不变原理已经被广泛地接受.然而对光在介质中的传播速度,由于复杂的色散关系,却一直存在不同的解读,尤其是对光载信息传播速度以及单个光子的运动.光前驱波的研究旨在回答这个问题.作者和其研究团队在最近的研究中找到了前驱波在光学波段的清晰的证据,并首次发现了单光子波包里的光前驱波.研究结果表明,光载信息传播速度不可能超光速,单光子的运动满足真空光速极限原理,即便是在所谓的“超光速”(群速度超光速)介质中.     

超光速群速度与信息传输的有效速度

研究了反常色散介质中脉冲形变对超光速群速度的影响,发现即使光脉冲完全不产生形变群速度仍会超过真空中的光速。但波包的群速度并不等同于信号的传输速度,采用信息论方法,定义了信号的有效传输速度,并用于解释WKD(Wang,Kuzmich,Dogariu)实验。通过计算入射光与出射光信号所携带的信息量,发现由于光的波动衍射及光子散粒噪声的影响,出射光所携带的信息量会损失,使得光信号的有效传播速度不会超过真空中的光速。