在使用GPS进行光速恒定的关键实验中——对阿什比的《相对论与全球定位系统》的评论
王如勇,圣克劳德州立大学,明尼苏达州圣克劳德,美国
罗纳德·R·哈奇,纳夫康技术公司,美国
简介
王如勇毕业于北京航空航天大学,并在中国科学院力学研究所工作过。目前在圣克劳德州立大学工作。他长期以来对于特殊相对论及其关键实验很感兴趣,并在这个领域发表了几篇论文。
罗纳德·R·哈奇于1962年从西雅图太平洋大学获得物理和数学学士学位。他曾在约翰斯·霍普金斯应用物理实验室、波音和Magnavox工作,并曾担任GPS顾问。1994年,他与吉姆·利顿、K·T·吴和贾拉尔·阿利索巴尼共同创立了现在的纳夫康技术公司。他在导航学会(ION)中担任了多个职务,包括卫星部门主席。他目前正在完成ION的一年任期作为主席。罗恩曾因卫星部门获得了约翰内斯·开普勒奖和ION的托马斯·瑟洛奖。他也是ION的会士。他作为发明人或共同发明人获得了十二项专利,其中大部分与GPS相关。
摘要
与特殊相对论的主张相反,光速并不总是相对于运动观察者保持恒定。全球定位系统(GPS)表明,在地心惯性(ECI)非旋转框架中,光速相对于框架保持为c,但相对于在该框架中移动的观察者或接收器并非如此。当GPS接收器相对于ECI框架改变其平移速度时,相对于接收器测量的光速也会改变。光速相对于移动接收器的恒定性的关键实验可以通过以下方式进行:让两颗GPS卫星和两架飞机位于一条直线上。让两架飞机以相同速度直接向其中一颗卫星飞行,并直接远离另一颗卫星。测量并记录两架飞机接收GPS信号的到达时间差,其中一架飞机首先朝着其中一颗卫星飞行,然后朝着另一颗卫星飞行。将两架飞机朝着相反方向飞行时得到的时间差进行比较。如果在改变飞机速度时,时间差相同,则光速相对于移动飞机是恒定的;否则不是。使用GPS距离方程和实时运动动态GPS测试的结果计算表明,相对于移动飞机,光速的恒定性是不正确的。时间差的变化对于亚音速飞机约为10纳秒,对于超音速飞机约为30纳秒。这一关键实验的结果不仅在科学上重要,还表明了直接测量车辆速度相对于ECI框架的可能性。
引言
光速恒定原理断言,在真空中光的传播速度始终具有确定的速度,与观察者的运动无关。也就是说,无论观察者是运动还是静止,以及观察者的运动有多快,无论是0.000001c还是0.999999c,光速始终为c。事实上,这个断言实际上是特殊相对论中最具争议的部分。相对论物理学家声称,拒绝接受光速恒定的人简直无法放弃通过缓慢运动经验获得的常识。然而,这并不正确。人类是聪明的,也是灵活的。一旦人们接触到扎实的实验事实,他们就愿意接受新的观念。一个物体下落的速度与其重量成正比这一常识已经变成了,如果没有空气阻力,所有物体都以相同的速度下落。这种感知上的变化是实验数据的直接结果。事实上,一些人不相信光速相对于运动观察者的恒定性,是因为有实验事实表明了相反的情况。
直接支持光速相对于运动观察者的恒定性的几个实验之一是迈克耳孙-莫雷类型的实验。然而,迈克耳孙-莫雷实验具有一些独特的特征,不适用于GPS类型的实验。首先,迈克耳孙-莫雷实验是围绕往返(双程)光速进行的。这意味着这是一个二阶实验,即两个光路径之间可能的时间差与(v/c)²成正比。其次,光程所走的距离由一个同样以相同速度移动的物理结构决定。显然,如果运动引起了沿运动方向的长度收缩,正如菲兹杰拉德和洛伦兹所假设的那样,那么即使光速不受运动影响,迈克耳孙-莫雷实验也将得到零结果。此外,还有一些实验,例如Sagnac实验,产生了不同的结果。在GPS系统中,当观察者相对于地球中心移动时,相对于该观察者的光速不等于c。只有通过实验才能确定真相。今天,全球定位系统为我们提供了一个非常大的实验室,一个全球实验室,用于研究光速。我们不再需要想象中的长爱因斯坦火车。在本文中,我们提出了一个关键实验,以检验光速相对于运动观察者的恒定性。然而,我们首先要对阿什比最近提出的一些论点进行评论。根据那篇文章,GPS不能确认光速相对于移动接收器的恒定性的唯一原因是接收器在一个圆形路径上移动,或者是计算在一个旋转坐标框架中完成的。我们不同意他的说法。GPS与光速恒定GPS导航的操作基于地心惯性(ECI)非旋转框架中的传播延迟方程:|rr(tr)–rs(ts)| = c(tr – ts)。这里,ts是信号从源传输的时刻,tr是接收器接收的时刻;rs(ts)是源在传输时刻的位置,rr(tr)是接收器在接收时刻的位置。阿什比表示,传播延迟方程是对光速恒定原理的简单应用。Wolf和Petit得出结论,如果这个方程是正确的,那么特殊相对论就是正确的。这些说法正确吗?
王如勇,圣克劳德州立大学,明尼苏达州圣克劳德,美国
罗纳德·R·哈奇,纳夫康技术公司,美国
简介
王如勇毕业于北京航空航天大学,并在中国科学院力学研究所工作过。目前在圣克劳德州立大学工作。他长期以来对于特殊相对论及其关键实验很感兴趣,并在这个领域发表了几篇论文。
罗纳德·R·哈奇于1962年从西雅图太平洋大学获得物理和数学学士学位。他曾在约翰斯·霍普金斯应用物理实验室、波音和Magnavox工作,并曾担任GPS顾问。1994年,他与吉姆·利顿、K·T·吴和贾拉尔·阿利索巴尼共同创立了现在的纳夫康技术公司。他在导航学会(ION)中担任了多个职务,包括卫星部门主席。他目前正在完成ION的一年任期作为主席。罗恩曾因卫星部门获得了约翰内斯·开普勒奖和ION的托马斯·瑟洛奖。他也是ION的会士。他作为发明人或共同发明人获得了十二项专利,其中大部分与GPS相关。
摘要
与特殊相对论的主张相反,光速并不总是相对于运动观察者保持恒定。全球定位系统(GPS)表明,在地心惯性(ECI)非旋转框架中,光速相对于框架保持为c,但相对于在该框架中移动的观察者或接收器并非如此。当GPS接收器相对于ECI框架改变其平移速度时,相对于接收器测量的光速也会改变。光速相对于移动接收器的恒定性的关键实验可以通过以下方式进行:让两颗GPS卫星和两架飞机位于一条直线上。让两架飞机以相同速度直接向其中一颗卫星飞行,并直接远离另一颗卫星。测量并记录两架飞机接收GPS信号的到达时间差,其中一架飞机首先朝着其中一颗卫星飞行,然后朝着另一颗卫星飞行。将两架飞机朝着相反方向飞行时得到的时间差进行比较。如果在改变飞机速度时,时间差相同,则光速相对于移动飞机是恒定的;否则不是。使用GPS距离方程和实时运动动态GPS测试的结果计算表明,相对于移动飞机,光速的恒定性是不正确的。时间差的变化对于亚音速飞机约为10纳秒,对于超音速飞机约为30纳秒。这一关键实验的结果不仅在科学上重要,还表明了直接测量车辆速度相对于ECI框架的可能性。
引言
光速恒定原理断言,在真空中光的传播速度始终具有确定的速度,与观察者的运动无关。也就是说,无论观察者是运动还是静止,以及观察者的运动有多快,无论是0.000001c还是0.999999c,光速始终为c。事实上,这个断言实际上是特殊相对论中最具争议的部分。相对论物理学家声称,拒绝接受光速恒定的人简直无法放弃通过缓慢运动经验获得的常识。然而,这并不正确。人类是聪明的,也是灵活的。一旦人们接触到扎实的实验事实,他们就愿意接受新的观念。一个物体下落的速度与其重量成正比这一常识已经变成了,如果没有空气阻力,所有物体都以相同的速度下落。这种感知上的变化是实验数据的直接结果。事实上,一些人不相信光速相对于运动观察者的恒定性,是因为有实验事实表明了相反的情况。
直接支持光速相对于运动观察者的恒定性的几个实验之一是迈克耳孙-莫雷类型的实验。然而,迈克耳孙-莫雷实验具有一些独特的特征,不适用于GPS类型的实验。首先,迈克耳孙-莫雷实验是围绕往返(双程)光速进行的。这意味着这是一个二阶实验,即两个光路径之间可能的时间差与(v/c)²成正比。其次,光程所走的距离由一个同样以相同速度移动的物理结构决定。显然,如果运动引起了沿运动方向的长度收缩,正如菲兹杰拉德和洛伦兹所假设的那样,那么即使光速不受运动影响,迈克耳孙-莫雷实验也将得到零结果。此外,还有一些实验,例如Sagnac实验,产生了不同的结果。在GPS系统中,当观察者相对于地球中心移动时,相对于该观察者的光速不等于c。只有通过实验才能确定真相。今天,全球定位系统为我们提供了一个非常大的实验室,一个全球实验室,用于研究光速。我们不再需要想象中的长爱因斯坦火车。在本文中,我们提出了一个关键实验,以检验光速相对于运动观察者的恒定性。然而,我们首先要对阿什比最近提出的一些论点进行评论。根据那篇文章,GPS不能确认光速相对于移动接收器的恒定性的唯一原因是接收器在一个圆形路径上移动,或者是计算在一个旋转坐标框架中完成的。我们不同意他的说法。GPS与光速恒定GPS导航的操作基于地心惯性(ECI)非旋转框架中的传播延迟方程:|rr(tr)–rs(ts)| = c(tr – ts)。这里,ts是信号从源传输的时刻,tr是接收器接收的时刻;rs(ts)是源在传输时刻的位置,rr(tr)是接收器在接收时刻的位置。阿什比表示,传播延迟方程是对光速恒定原理的简单应用。Wolf和Petit得出结论,如果这个方程是正确的,那么特殊相对论就是正确的。这些说法正确吗?