影子是怎样形成的简短的,影子形成的原因是因为什么

首页 > 生活 > 作者:YD1662025-04-16 23:51:20

很多人不理解影子的速度超光速这件事。

咱们先来严格的计算一下,再来解释它的意义。

假想有一个点光源,处于一个球形玻璃罩A(半径为)的中心处,光透过玻璃罩射到一个半径更大的不透光的球壳B(半径为)上。

影子是怎样形成的简短的,影子形成的原因是因为什么(1)

设玻璃罩上有一个挡光点C,它以速度沿A的表面从左向右移动,这就会导致球壳B上投射的影子跟着移动,那么影子移动的速度是多少呢?

假设C移动了

根据几何关系可知,影子移动了

显然,影子的移动速度就是

只要足够大,影子的速度就可超光速。

一匹马跑过一盏灯前,假想远处墙面被推至月球,那么它在月球上投射的影子移动的速度将会超光速。

影子是怎样形成的简短的,影子形成的原因是因为什么(2)

有的人可能觉得这个计算没有考虑光速的有限性,因为光被挡住之后,并不是立刻在B上对应的点形成影子,而是需要等待的时间!

所以,影子完成移动的实际时间是

故影子的速度应为

没错!这样考虑当然更严谨。

代入到的表达式中,得

故影子移动的速度为

与前面纯几何方法结果一致。

根据互补思想,影子移动可看作亮斑反向移动。所以上述过程中相当于亮斑从右往左移动,其速度与影子速度反向,但大小一样。

再看一个例子。

考虑一个激光灯,它可快速改变瞄准方向。将它置于一个半径为的球壳的中心处。

影子是怎样形成的简短的,影子形成的原因是因为什么(3)

设某时刻,激光灯转过角,忽略激光灯转动所需时间。球壳上的光斑移动所需时间,正好是光从球心抵达球壳所花时间,即。

故球壳上光斑的移动速度为

显然,只要,就超光速了。

经过上述计算,影子或光斑可超光速移动这件事,你应该不会再怀疑了吧!

然而,为什么这些情形却并不违反相对论呢?

最简单的回答是:因为这种运动的并不是能量(物质)或信息的运动,而只是一种表观运动

所谓表观运动,意思是指,它只是一种视觉上的虚假运动,不是物体的真实运动。

例如,动物奔跑、飞机飞行、河水流动、光照射和天体运动等,都是物体的真实运动,其速度即物质(能量)移动的速度。

而像阴影和光斑的移动,没有涉及物质的运动,是一种虚假的运动。

这一点非常容易理解!

例如,当你晃动手电筒时,虽然投射到墙上的亮斑的确在移动,但光斑内的物质——墙体物质分子也好,亮斑中的光子也好,其实都还在原地——虽然光子可能会被吸收或反射,但它们绝对没有随着光斑移动到下一个位置

影子是怎样形成的简短的,影子形成的原因是因为什么(4)

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