在洛伦兹变换中,有光速c,似乎光速决定了一切。
我们来分析,是否我们一定需要光。
结论:
我们观察一个远处物体的位置,可以使用光,当然也可以用手摸(如果摸得到的话),所以光并不是必须的。
我们先看一般波动方程:
\(\frac{\partial^2 \phi}{\partial t^2} = u^2 \frac{\partial^2 \phi}{\partial x^2}\)
在u=光速c时,为:
\(\frac{\partial^2 \phi}{\partial t^2} = c^2 \frac{\partial^2 \phi}{\partial x^2}\)
将两边代入洛伦兹变换:
\(x=\gamma(x’+vt’)\)
\(t=\gamma(t’+xv/c^2\)
\(\frac{\partial}{\partial x} = \gamma ( \frac{\partial}{\partial x’} - \frac{v}{c^2} \frac{\partial}{\partial t’} )\)
\(\frac{\partial}{\partial t} = \gamma ( \frac{\partial}{\partial t’} - v \frac{\partial}{\partial x’} )\)
最终可以验证:
\(\frac{\partial^2 \phi}{\partial t’^2} = c^2 \frac{\partial^2 \phi}{\partial x’^2}\)
这说明,在一般波动方程速度为光速c时,是符合洛伦兹变换的,也就是只要一个波,在任何坐标系下符合波速恒定为c,则它符合洛伦兹变换。
但如果我们让上面波动方程中的c变成u, 洛伦兹因子里的c也变成u,\(\gamma=\frac{1}{1-v^2/u^2}\), v<u
洛伦兹变换里的c也变成u,\(t=\gamma(t’+xv/u^2)\)
那么上面的推导过程,也是完全和c一样,是符合新的洛伦兹变换的。
这说明,我们可以不使用光,而使用其他稳定的波来测量远处的物体,也是完全可能的,不一定非要使用光。这给了我们使用波研究洛伦兹变换的新视角。
只不过光在我们的时空中的特殊性,光速作为时空的特殊性质,是不可替代的,特别是物质构成方面,也就是光不仅仅是测量工具,还是构成整个空间物体的部件。