光在真空直线传播,相对什么参考系?

吴建国  教学研究与讨论 

光在真空直线传播,相对什么参考系?这个问题的答案,不存在争议:相对惯性系。

具体考虑阳光。阳光由太阳大气层上方,传到地球大气层上方,所经空间几乎是真空,相对那个参考系沿着直线传播?

可选项:

  1. 日心参考系(原点位于太阳中心,坐标轴指向足够遥远的天体)
  2. 地心参考系(原点位于地球中心,坐标轴指向足够遥远的天体)
  3. 地球参考系(坐标轴固联于地球)

答案应该是日心参考系。理由呢,三者比较,日心参考系最接近惯性系。

阳光由太阳到达地球,大约需要8分钟。这8分钟内,地球参考系相对日心参考系旋转的角度约为:360度×8/60/24=2度。

所以,日心参考系中光所走过的直线,在地球参考系看来是弯曲的,偏转2度。按比例来画,这个曲度画不出来,看上去逼近一条直线。

看来,在太阳系尺度,关于光的传播,不强调所选坐标系,问题往往不大。

从太阳系之外的恒星射到地球的星光,就不同了。太阳系之外,最近的恒星是比邻星,离地球有4.22光年。在比邻星质心参考系(坐标轴指向足够遥远的天体),由比邻星射到地球的光线比较接近直线。光线行进耗时4.22年=(365.25+1)恒星日*4.22=1546恒星日。此间,相对比邻星质心参考系,日心参考系几乎没有旋转,地球参考系旋转1546圈。

在地球参考系,比邻星的光到达地球,路径不是逼近直线,不是偏转几十度,而是绕一千五百多圈。

 

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2 条评论:

  1. 吴建国说道:

    本文的问题还需加一个前提:远离大质量的天体。光在恒星附近的真空区域,相对惯性参考系,也会略有偏折;光在黑洞附近弯曲会很显著。

  2. 吴建国说道:

    发现有些关键之处表述不好,作了一些修改。这个话题可以引发对于参考系、惯性参考系的思考。

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