波动方程的变换

假设在介质运动后,y方向收缩成了y/\gamma,x变成了x-vt, t变成了t-xv/c^2,使用受力分析求新的波动方程 好的,让我们基于您提出的这个有趣的假设进行推导。这个假设混合了经典的伽利略变换和尺缩效应,让我们看看它会引导我们得到什么结果。 假设的变换关系 您假设了从静止系(O系)到运动系(O’系)的以下变换: 空间变换: \( x’ = x - v t \) (经典的伽利略空间变换) \( y’ = y / \gamma \) (假设y方向发生物理收缩) 时间变换: \( t’ = t - \frac{v}{c^2} x \) (洛伦兹变换中的同时性项) 其中 \(\gamma = \frac{1}{\sqrt{1 - v^2/c^2}}\)。 我们的目标是基于这些变换,推导出在运动参考系(O’系) 中的波动方程。 推导步骤 第一步:写出静止系(O系)中的波动方程 在静止介质中,标准的波动方程为: \[ \frac{\partial^2 \phi}{\partial t^2} = c^2 \left( \frac{\partial^2 \phi}{\partial x^2} + \frac{\partial^2 \phi}{\partial y^2} \right) \tag{1} \] 第二步:将偏导数变换到运动系(O’系) 我们需要将O系中的偏导数 \(\frac{\partial}{\partial t}, \frac{\partial}{\partial x}, \frac{\partial}{\partial y}\) 用O’系中的偏导数 \(\frac{\partial}{\partial t’}, \frac{\partial}{\partial x’}, \frac{\partial}{\partial y’}\) 表示。 ...

September 19, 2025

狭义相对论几个问题

飞机停止时,飞机上的原子钟比地球上的原子钟慢了一些时间。按说应该相同。除非在飞机上的1秒和地球上的1秒不同,也就是振荡的频率不同,或者在加速减速过程中时钟有了变化,但这种情况不应该和飞机匀速飞的时长有关,所以应该排除。 使用推迟势计算,为什么要保持y不同,才能推迟洛伦兹变换。 多普勒效应中,为什么x方向要多一个\(\gamma\),即\(\gamma(1-v/c)\), 正好对应推迟势中的\(\gamma(x-vt)=\gamma(1-v/c)(x-vt’)\), 如果是飞机上的原子钟的1秒和地球上的1秒不同,那么这些问题就都能解决了。 在洛伦兹变换下,推迟势中,R’中的接收时间\(\gamma(t-xv/c^2)\)对应R的t,发射时间\(t’/\gamma\)对应R的t' ===== 在静止坐标系内观察移动坐标系: \(\Delta t=\frac{x-vt}{c-v}\) 即:\(t_r-t_e=\frac{x-vt_r}{c-v}\) \(t_e =t_r-\frac{x-vt_r}{c-v}\) \(=\frac{ct_r-x}{c-v}\) \(=(ct_r-x)\frac{c+v}{c^2}\frac{c^2}{c^2-v^2}\) \(=\gamma^2 \frac{ct_r-x)(c+v)}{c^2}\) \(=\gamma^2(t_r-\frac{vx}{c^2}-\frac{x-vt_r}{c})\) \(=\gamma(\gamma(t_r-\frac{vx}{c^2})-\frac{\gamma(x-vt_r)}{c})\) \(=\gamma(t’_r-\frac{x’}{c})\) \(=\gamma t’_e\) 表示在发射点x’_e为0的时候,\(t_e=\gamma(t’_e+\frac{x’_e v}{c^2})=\gamma t’_e\) 所以上面我们使用到了: \(t’_r=\gamma(t_r-\frac{xv}{c^2})\) \(t_e=\gamma(t’_e+\frac{x’_e v}{c^2})\), 光源位置\(x’_e=0\) \(x’=\gamma(x-vt)\) 这些公式和前面的\(\gamma R’\)相同。这些公式说明了什么? 这个推导过程至少说明了,我们应该使用相同类型的时间来对比, \(t_e\)对比\(t’_e\), \(t_r\)对比\(t’_r\), 如果我们使用了\(t_e\)对比\(t_r\)或\(t’_r\),那么可能就会丢失\(\gamma\), 使得多普勒变换的频率丢失了\(\gamma\),只是\(dt/dt’\)而不是\(\gamma dt_r/dt_e\) ======= 在移动坐标系内, \(x’_r-x’_e=c(t’_r-c’_e)\), 光线接收时间\(t’_r\),发射时间\(c’_e\),接收位置\(x’_r\),发射位置\(x’_e\) 有: \((x’_r - x’_e) (1 - \frac{v}{c}) = (t’_r - t’_e) (c - v)\), \((x’_r - x’_e)+v(t’_r - t’_e)=c(t’_r - t’_e)+(x’_r - x’_e)\frac{v}{c}\), \((x’_r + vt’_r)-(x’_e + vt’_e)=c(t’_r + \frac{v x’_r}{c^2})-c(t’_e + \frac{v x’_e}{c^2})\), ...

September 18, 2025

不同坐标系下的原子钟总结

不同参考系下,有一个不变量,就是激发频率乘以时间 用原子激发频率来计时,那么频率乘以时间,就是个不变量。 于是出现了,在观察到原子内部激发频率变化了,导致了时空上计时的变化,这个变化是实实在在的。 但问题是:既然飞机上的激发频率和地球上的激发频率相同,只是不同参考系下观察时不同,那为什么飞机停了,飞机上的原子钟的振荡次数却与地球上的不同,忽略引力和加减速的影响 可能的原因,飞机上走的距离和时间更短,为\((c-v)(t’-t)和(c-v)(t-t’)/c\),飞机停下后,确实是时钟有差异。而之所以在地面上观察飞机上的时钟会有不同的时间,一个情况是看到光的频率发生了变化而导致的激发频率的变化,零一个情况是发射时间和接收时间是不同的,接收时间间隔与发射时间间隔遵从推迟势计算力的\(dt/dt’=1-vcos(theta)/c\)。这两种情况应该是等价的 目前最大的难题,就是为什么x方向会放大到\(\gamma\)倍,这个\(\gamma\)本来是和y方向相关的。使用普通方法计算,得到的x’坐标是\(x-vt=(c-v)(t-t’)\),y方向是\(y’=y/\gamma\),为什么洛伦兹变换里却要整体扩大\(\gamma\)倍。虽然从变换的方便些和美观上看是有好处,而且遵从时间线\((ct)^2-x^2=(ct’)^2-x’^2\),但似乎整体扩大\(\gamma\)倍,使得时间也扩大了\(\gamma\)倍,搞得时间并不同步了,这似乎是为了让y对其而导致的,但这种增加\(\gamma\)倍的方式又非常符合实际测量结果 也就是为什么不用变换: x’=x-vt t’=t-xv/c^2 \(y’=y/\gamma\) 用这个变换,应该是和洛伦兹变换等价的,但这个变换时间t’和t的时间间隔在x相同时,两个时间间隔相同,但在实验的测量中,却得到了时间间隔上的不同,也就是扩大了\gamma倍,似乎是为了让y相同,也就是时间间隔在y相同的时候,因为y’要扩大\(\gamma\)倍与y相同,导致时间扩大了\(\gamma\)倍。实验中难道都是在y相同的情况下?难道推迟势中的R’扩大到\(\gamma R’\)是必须的? 这说明了y,z相同,比x相同条件更强烈,更能代表不同坐标的同一个时空点 推迟势中,我们有公式: \(c [ \gamma (t - v x / c^2) - t’ / \gamma ] = \sqrt{ \gamma^2 (x - v t)^2 + y^2 }=\gamma R’\) 这体现了时间上的关系变换, 从静止参考系到运动参考系, 接收时间(y不为0)从t到\(\gamma(t-vx/c^2)\),在移动坐标系内的接收时间增加了\(\gamma\)倍。 发射时间(y为0)从\(t_e\)到\(t_e/\gamma\),静止坐标系内的时间增加了\(\gamma\)倍。 狭义相对论中,从静止坐标系到移动坐标系,变换使用的是接收时间(y不为0),那从移动坐标系到静止坐标系呢?

September 18, 2025

原子钟2-Qwen

狭义相对论的时间膨胀,是指从时钟的计时上就发生了变化,也就是时钟自己内部的时空变换导致计时变化,还是时钟外部的时空变换导致了时间膨胀。 这是一个非常好的问题,触及了狭义相对论中“时间膨胀”本质的理解。 简短回答: 时间膨胀不是时钟“内部”发生了物理变化,而是“外部”时空结构(即参考系之间的相对运动)导致对时间间隔的测量不同。换句话说,是观察者所处的参考系不同,导致他们对“同一过程”的时间流逝有不同的测量结果。时钟本身在其自身静止参考系中始终正常运行。 详细解释: 1. 时间膨胀的本质是“相对性”,不是“物理损坏” 狭义相对论中的时间膨胀(Time Dilation)是指: 一个相对于观察者运动的时钟,其时间流逝会显得“变慢”。 但这不是因为时钟内部结构被“压扁”或“损坏”,也不是它的齿轮或原子振荡变慢了——在时钟自己的静止参考系中,它完全正常工作。 例如: 一个原子钟放在高速飞行的飞船上。 地面上的观察者会看到这个原子钟“走得慢”。 但飞船上的宇航员看自己的原子钟,发现它完全正常,一秒就是一秒。 同样,宇航员看地面上的原子钟,也会觉得地面的钟“走得慢”(对称性!)。 这说明:时间膨胀是观察效应,是不同惯性参考系之间对“同时性”和“时间间隔”的测量差异,而不是时钟内部机制的物理改变。 2. 为什么说这是“外部时空变换”? 狭义相对论基于两个基本假设: 物理定律在所有惯性参考系中相同(相对性原理) 光速在所有惯性系中恒定 从这两个前提,通过洛伦兹变换(Lorentz Transformation),我们可以推导出: 时间间隔 Δt 在不同参考系中是不同的: Δt = γ Δτ 其中: Δτ 是“固有时”(proper time),即事件发生在同一地点时的时间间隔(时钟自身的参考系) Δt 是运动参考系中观察到的时间间隔 γ = 1/√(1−v²/c²) > 1,当 v ≠ 0 这个变换是“坐标变换”,是时空几何的属性,不是时钟内部发生了变化。 3. 实验证据支持“是测量效应,不是物理故障” μ子衰变实验:宇宙射线中的μ子以近光速飞向地球,按其半衰期本应衰变殆尽,但大量到达地面。从地球参考系看,是μ子的“寿命变长了”(时间膨胀);从μ子参考系看,是大气层“长度收缩了”。两种解释等价,都源于洛伦兹变换。 原子钟环球飞行实验(Hafele–Keating 实验):高速飞行的原子钟与地面钟比较,确实显示时间差,且符合理论预测。但飞行结束后,时钟本身没有任何“损坏”,只是累计的时间读数不同。 4. 类比帮助理解 想象你和朋友各拿一把尺子,站在不同角度测量同一根斜放的杆子的“长度投影”。 你看到的是“投影长度变短”,朋友看到的是“真实长度”。 但杆子本身没变短,只是你们测量的角度不同。 时间膨胀类似:“时间”在相对论中就像“长度”,是依赖于观察者运动状态的“投影”。 总结: 时间膨胀是外部时空结构(参考系之间的相对运动 + 洛伦兹变换)导致的测量效应,不是时钟内部物理机制的变化。时钟在其自身参考系中永远正常运行。 所以,准确地说: ✅ 是“时钟外部的时空变换”(即观察者与被观察时钟之间的相对运动所导致的时空坐标变换)导致了时间膨胀现象。 ❌ 不是“时钟自己内部的时空变换”或物理机制变化。 希望这个解释帮你清晰理解时间膨胀的本质!这是相对论中最反直觉、也最深刻的概念之一。 ...

September 18, 2025

原子钟2-deepseek

狭义相对论的时间膨胀,是指从时钟的计时上就发生了变化,也就是时钟自己内部的时空变换导致计时变化,还是时钟外部的时空变换导致了时间膨胀。 这是一个非常好的问题,它触及了狭义相对论的核心思想。简单直接的答案是: 时间膨胀是时钟自身所处时空的属性,而不是由任何外部因素“导致”的。更准确地说,时间膨胀源于两个观测者(参考系)对“同时性”的看法不同,从而对同一个时钟流逝的“时间”产生了不同的测量结果。 下面我们来详细拆解这个问题,并解释为什么“内部”和“外部”的说法容易引起误解。 1. 核心概念:时空与观测者 首先要理解,狭义相对论描述的是时空(Spacetime)本身的性质,而不是某种作用于物体的外力或场。 “时钟内部的时空”和“时钟外部的时空”是同一个时空。 时钟就存在于这个统一的时空中。不存在一个“外部时空”去影响一个“内部时空”。 关键的区别在于观测者。一个相对于时钟运动的观测者,和一个与时钟相对静止的观测者,他们对时间流逝的测量值会不同。 2. 时间膨胀的本质:世界线与固有时 世界线(Worldline):在四维时空中,任何一个物体(包括时钟)从过去到未来的整个历史,形成一条轨迹,这就是它的世界线。 固有时(Proper Time):这是沿着时钟自身世界线所流逝的时间。这是最本质、最直接的时间,由时钟自己“经历”和“记录”。一个时钟的固有时是绝对的,所有观测者都会同意这个值。固有时是时钟的“内部属性”。 时间膨胀说的正是:对于一个运动的时钟,其他观测者测量到的它的时间(坐标时),会大于它自身的固有时。 3. 一个思想实验:光钟 想象一个最简单的“光钟”,它由两面平行镜子组成,一束光在中间来回反射。光往返一次,时钟“滴答”一下。 情景A:你拿着光钟,相对它静止 你看到的光路是垂直上下的。 光的路径最短,“滴答”一次的时间就是固有时。 情景B:我相对你高速运动 从我(运动观测者)的视角看,你的光钟在移动。 我看到的光路是一条长长的斜线。 由于光速不变(这是相对论的基本公设),光走完这条更长的斜线路径所需要的时间,比我参考系里一个静止光钟走垂直路径的时间要长。 因此,我得出结论:你那个运动中的光钟,“滴答”得比我身边的时钟更慢。 发生了什么? 时钟本身(它的机制、内部结构)完全没有变化。光在它自己的参考系里,依然走着垂直的路径,它的固有时流逝速度是正常的。 变化的是我的观测。因为我和你处于相对运动状态,我们对“长度”和“同时性”的测量不再一致,导致我测量到你的时间变慢了。 4. 回答你的问题 是时钟自己内部的时空变换导致计时变化吗? 不是。时钟自身的固有时(内部计时)没有任何问题,它一如既往地正常工作。问题在于不同运动状态的观测者对“时间”这个坐标的测量方式不同。 是时钟外部的时空变换导致了时间膨胀吗? 也不是。不存在一个独立的“外部时空”来施加影响。整个现象是时空的几何性质以及光速不变原理的必然结果。是观测者和时钟的相对运动关系,决定了观测者会测量到时间膨胀效应。 总结与类比 你可以把时空想象成一块富有弹性的布料,世界线是画在上面的路径。固有时是路径本身的长度(类似于用尺子紧贴着曲线量出的长度)。而坐标时是一个处于不同角度的观测者,用他自己建立的网格坐标系去测量这条路径在时间轴上的“投影”长度。 时钟自己:只知道沿着自己路径(世界线)的固有长度(固有时)。 运动观测者:从他的坐标系看,这条路径是倾斜的,它在时间轴上的投影很长,所以他觉得这个时钟走得慢。 结论:时间膨胀既不是由时钟“内部”也不是由“外部”的某种神秘变换引起的。它是时空的基本几何属性,当两个参考系存在相对运动时,他们对“时间”这个坐标的测量就无法达成一致。运动的时钟本身没有出任何问题,只是从另一个参考系去“看”它时,它的时间流逝显得更慢了。 那卫星导航的原子钟的计时差别,也是因为测量?还是原子钟本身的频率就发生了变化 这个问题非常深刻,它触及了狭义相对论(速度导致的时间膨胀)和广义相对论(引力导致的时间膨胀)在现实应用中的核心。答案是: 两者都是!但对于导航卫星的原子钟,效应是真实的、物理的,而不仅仅是测量上的差异。原子钟本身的频率(即其计时速率)相对于地面观测者而言,确实永久性地发生了变化。 让我们来分解这个复杂的问题: 1. 核心原理:世界线与固有时 回顾一下之前的讨论:固有时是时钟自身经历的真实、物理的时间。任何时钟都严格地按其固有时速率运行。 狭义和广义相对论告诉我们,引力场和相对速度会改变时钟的固有时相对于其他时钟的流逝速率。也就是说,如果两个时钟经历了不同的引力场或具有不同的相对速度,它们从分开到再相遇时,它们所累积的时间(固有时)会实实在在地不同。这已经不再是“观测效应”,而是物理现实。 2. 卫星时钟的两种效应 对于地球轨道上的导航卫星(如GPS卫星),其原子钟同时受到两种相反的相对论效应影响: a) 狭义相对论效应(速度导致时间变慢) 由于卫星相对于地心参考系(一个近似惯性系)高速运动(约每秒4公里),根据狭义相对论,运动时钟走得慢。 这意味着,如果只考虑速度,卫星上的原子钟频率会变慢,每天会比地面的钟慢大约7微秒。 b) 广义相对论效应(引力导致时间变快) 卫星在离地约2万公里的高空,所处的引力势比地面高(引力更弱)。根据广义相对论,引力越弱,时间流逝得越快(引力红移效应)。 这意味着,如果只考虑引力,卫星上的原子钟频率会变快,每天会比地面的钟快大约45微秒。 c) 净效应 这两个效应方向相反,但引力效应更大。净结果是卫星的原子钟频率变快,每天大约比地面的钟快 45 - 7 = 38微秒。 这个38微秒/天的偏差是永久性、累积性的。如果不进行校正,仅仅一天之后,卫星定位就会产生超过10公里的误差,整个系统将完全失效。 3. 回答你的问题:是测量还是本身变化? 是原子钟本身的频率(计时速率)发生了真实的、物理的变化。 ...

September 18, 2025

卫星通讯的原子钟

卫星导航的狭义相对论时间误差的计算 在卫星导航系统(如GPS、北斗等)中,狭义相对论效应会引起卫星原子钟与地面钟之间的时间差。这是因为卫星相对于地面观察者高速运动,根据狭义相对论的时间膨胀效应,运动的钟会变慢。 一、狭义相对论时间膨胀公式 狭义相对论指出,一个相对于观察者以速度 \(v\) 运动的时钟,其时间流逝速率会变慢: \[ \Delta t’ = \Delta t \sqrt{1 - \frac{v^2}{c^2}} \approx \Delta t \left(1 - \frac{v^2}{2c^2}\right) \] 其中: \(\Delta t\):地面静止参考系中经过的时间(本征时间) \(\Delta t’\):卫星参考系中经过的时间(运动时钟显示的时间) \(v\):卫星相对于地面的速度 \(c\):光速,约为 \(3 \times 10^8 , \text{m/s}\) 注意:这里的“变慢”是相对于地面观察者而言。地面观察者看到卫星上的钟走得慢。 二、GPS卫星参数(典型值) 轨道高度:约 20,200 km 轨道半径 \(r = R_{\text{地球}} + h \approx 6371 + 20200 = 26571 , \text{km} = 2.6571 \times 10^7 , \text{m}\) 卫星轨道速度 \(v \approx 3.874 , \text{km/s} = 3874 , \text{m/s}\)(由 \(v = \sqrt{GM/r}\) 计算得出) 光速 \(c = 2.99792458 \times 10^8 , \text{m/s}\) 三、计算狭义相对论引起的时间误差率 代入公式: ...

September 18, 2025

多普勒蓝移红移

多普勒蓝移红移是指接收到的光的频率变化了? 是的,完全正确! ✅ 多普勒蓝移和红移,指的就是:观察者接收到的光(或电磁波)的频率(或波长)相对于源发射的频率发生了变化。 这是相对论性多普勒效应的核心物理现象。 ✅ 一、基本定义 名称 频率变化 波长变化 物理含义 蓝移(Blueshift) $ f_{\text{obs}} > f_{\text{emit}} $ $ \lambda_{\text{obs}} < \lambda_{\text{emit}} $ 源朝向观察者运动 → 光被“压缩” 红移(Redshift) $ f_{\text{obs}} < f_{\text{emit}} $ $ \lambda_{\text{obs}} > \lambda_{\text{emit}} $ 源远离观察者运动 → 光被“拉伸” 💡 “蓝”和“红”来自可见光谱: 蓝光频率高 → 波长短 红光频率低 → 波长长 所以频率升高叫“蓝移”,降低叫“红移” ✅ 二、经典 vs 相对论多普勒效应 1. 经典多普勒(声波、非相对论光) 适用于 $ v \ll c $,只考虑源与观察者的相对运动: 源运动,观察者静止: $$ f_{\text{obs}} = f_0 \left( \frac{c}{c \mp v_s} \right) $$ (上减号:源朝向观察者;下加号:源远离) ...

September 16, 2025

\mu子衰变

\mu子为什么会衰变? 这是一个深刻、基础、却又触及粒子物理核心的问题: μ子(muon)为什么会衰变? 我们来从实验现象 → 理论机制 → 深层本质,层层递进地回答。 ✅ 一、先看实验事实:μ子是什么? μ子(muon, μ⁻)是一种基本粒子,属于轻子家族; 质量约为电子的 207 倍:$ m_\mu \approx 105.7,\text{MeV}/c^2 $ 带负电荷(μ⁻),也有正电荷反粒子(μ⁺) 不参与强相互作用,只参与弱相互作用 + 电磁 + 引力 不稳定,平均寿命: $$ \tau_0 \approx 2.2,\mu\text{s} \quad (\text{在静止系中}) $$ 🌌 实验观测: 宇宙射线中的μ子在高层大气(~15 km)产生; 以接近光速($ v \approx 0.998c $)向地面运动; 按经典物理计算:它只能飞行约 660 米就该衰变; 但大量μ子能到达海平面! 实验测得:在地面探测到的μ子数量,与考虑时间膨胀后的预测完全一致! → 所以:μ子会衰变,而且它的寿命被相对论显著延长。 ✅ 二、μ子衰变成什么? μ子的典型衰变道是: $$ \boxed{ \mu^- \to e^- + \bar{\nu}_e + \nu_\mu } $$ (μ⁺ 则衰变为:$ \mu^+ \to e^+ + \nu_e + \bar{\nu}_\mu $) ...

September 16, 2025

两种变换比较

洛伦兹变换: \(x=\gamma(x’+vt’)\), \(t=\gamma(t’+vx’/c^2)\), \(y=y’\) \((ct)^2-x^2=(ct’)^2-x’^2\) 等价的伽利略变换: \(x=x’+vt’\), \(t=t’+vx’/c^2\), \(y=y’/\gamma\) \(\gamma^2((ct)^2-x^2)=(ct’)^2-x’^2\) == 在O’坐标系垂直发射一束光时,x’=0, y’=ct’, 洛伦兹变换: \(x=\gamma(x’+vt’)=\gamma vt’\) \(t=\gamma(t’+vx’/c^2) =\gamma t’\) \(y=y’=ct’=ct/\gamma\) \(y/x =\frac{c}{\gamma v}\) \( (ct)^2 = x^2 +y^2\) \( (ct)^2 -x^2 =(ct’)^2 -x’^2\) 等价的伽利略变换: \(x=x’+vt’=vt’\) \(t=t’+vx’/c^2 =t’\) \(y=y’/\gamma =ct’/\gamma=ct/\gamma\) \(y/x =\frac{c}{\gamma v}\) \( (ct)^2 = x^2 +y^2\) \( (ct)^2 -x^2 =\gamma^2((ct’)^2 -x’^2)\) 到底哪个符合实际情况: 使用y方向发射光子的情况验证: 在前面的例子里, \(ct=\gamma y’\),\(t=\gamma t’\), ct有两种理解, 一种是在静止坐标系里测到的光线路径是ct,光速扩大了\(\gamma\)倍,时间不变t=t' 另一种理解是在静止坐标系里要测相同的y’位置,需要发射光线路径为ct,扩大了\(\gamma\)倍,时间也延长为\(t=\gamma t’\), 所以第二种理解是符合实际的。 事实上,如果在移动坐标系O’里垂直发射一个光子,那么这个光子的方向在O看来就是斜的,那么在O看来,垂直方向的光速分量变成了\(c^2-v^2\),相同时间的话,光垂直方向走的距离为\(y=ct/\gamma\), 所以两个坐标系必须使用不同的时间,才能达到\(y=ct/\gamma =y’=ct’\),如果使用相同的时间,则\(y=y’/\gamma\),所以要想准确获得O’上的y’值,使用y=y’的洛伦兹变换是合适的,而对应x’=\gamma(x-vt)的值,则是个历史位置,不是t时刻相对于当前移动坐标系原点的位置。 洛伦兹变换下: \(c(t-t’)=\sqrt{\gamma^2(x_0-vt)^2+{y_0}^2}\), \(\frac{dt}{dt’}=1+\frac{\gamma v}{c} \frac{\gamma(x_0-vt)}{\sqrt{\gamma^2(x_0-vt)^2+y_0^2}}\) ...

September 15, 2025

泰勒展开求微分

使用c \Delta t’ =c Delta t-R(Delta t), R=\sqrt{(x_0+vt)^2+y^2}, 把R泰勒展开,能否得到 Delta t’/Delta t=1-v(x_0… 是的,完全可以! 你提出的这个形式: \[ c \Delta t’ = c \Delta t - R(\Delta t) \quad \text{其中} \quad R(\Delta t) = \sqrt{(x_0 + v \Delta t)^2 + y^2} \] 是一个非常聪明、物理直觉极强的写法 —— 它把推迟势从“隐式方程”转化为一个增量形式,并试图用泰勒展开来近似 \( R(\Delta t) \),从而得到 \( \dfrac{\Delta t’}{\Delta t} \)。 我们来一步一步严谨推导,最终完美推出: \[ \boxed{ \frac{\Delta t’}{\Delta t} = 1 - \frac{v(x_0 + v \Delta t)}{c \sqrt{(x_0 + v \Delta t)^2 + y^2}} + \mathcal{O}((\Delta t)^2) } \] ...

September 14, 2025