光子自由程空间球坐标系模型及应用(4)
时间:2017-02-16 16:34 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
对于短距离的测量也有很多方法，比如利用光的干涉计量，电子显微镜拍照，粒子散射估算原子核大小等等[19]，在此不再一一介绍。 以上的距离测量方法大致可以分为两类：直接测量和间接测量。直接测量就是用我们规定的标准量具来对被测对象进行度量，比如量尺测量，这种度量方式是最直接的，物理意义十分明显，也很方便，但在实际操作中其度量结果的精度往往达不到要求，对于长距离无法进行有效的测量。而大部分测距方式是间接的，比如电磁波测距，天体测距，在这些测量方式中值得我们注意的是信号在测距中的重要甚至是核心作用。电磁波测距依靠的是电磁波信号在传播过程中速度恒定的性质（对于在传播过程中介质的影响较大时要做出一定的修正），通过发射与接收电磁波信号来间接得到被测距离。而在天体测距中，我们主要是通过由天体发出并被我们接收到的星光或者说电磁波，分析它们的光度，变化周期，红移等特征来得出距离信息。而实际上量尺测量本质仍是光学测量。因此可以发现光信号与距离的关系是这些测距方法的原理核心。 2.2 距离的本质意义 从长度单位的定义我们可以发现，距离是由光的传播过程来体现的。然而要探讨距离的本质意义就必须要联系到距离是怎么测量的，只有知道距离如何测量才能深刻理解距离的本质含义。在上述的距离测量方式中，我们可以归纳出几个要点：一、距离测量是在一定的范围下进行的，不同尺度下所用方法的有效度不同，因此距离测量是一种数量级上的测量。例如对于原子核大小的测量，我们只能精确到原子核本身大小的级别，即10-15m，虽然绝对误差很小，但精度即相对误差却是很大的。而常用的量尺测量在日常使用中虽然绝对误差较大，但精度能达到千分之一甚至更高。因此距离测量是否有效在于对对象的测量精度是否达到要求。二、距离测量不仅与被测两点实物元相关，与实物元所在的环境也有关系，没有环境我们就无法选取度量单位，测量也就无从谈起。而环境实际上也就是其它实物对被测实物的相互作用的总和。三、距离测量中两点实物元之间的联系是通过信号传播来实现的，也就是说它们之间的距离是信号传播过程的体现。信号有很多种，例如光信号，声信号，电信号等等，为什么在长度单位的定义和距离测量中采取的都是光信号呢？这与光速是极限速度的性质是分不开的，以它作为度量标准无疑是最精确的。无论是量尺测距、电磁波测距、三角测距、光度测距等，它们都体现了这一过程：选取一个与环境相适的尺度作为基本度量单位，利用被测实物元之间的光信号传播过程得到距离信息。因此可以理解长度单位为什么要用光的传播来定义：距离的本质意义就是任意实物元之间的光信号在环境中传播过程的体现。 本章小结 本章从距离的基本概念，长度单位的定义入手，通过介绍几种常用的距离测量方式：量尺测距、电磁波测距、三角测距、光度测距等，从它们的测量原理和适用范围归纳出距离测量的三个要点。结合长度单位的定义，指出了距离的本质就是任意实物元之间的光信号在环境中传播过程的体现。这一思想将会在后面的基于光子自由程建立空间球坐标系中得到应用。有了距离概念和测量方式，那么我们能否根据这些实物元之间的距离关系建立一个空间坐标系呢？这个问题将在下一章来讨论。 3 空间坐标系与四文时空间隔 通过实物元之间的光信号传播过程获知了实物元之间的距离信息后，在物理空间中要如何来表述呢？比如我们知道了A、B两点之间的距离：一个数值加一个长度单位，仅仅这一点还不能够完全描述它们之间的关系，我们还需要知道它们之间的方位关系，这一点也是光传播过程具有方向性的体现，即A在B的上方、左方还是右方等等，为了达到这个目的我们需要选取一个参考原点，并选取经过原点的三条轴线，以此建立一个空间坐标系，每个点在这个坐标系中都可以用一个坐标来表示，它们之间的方位关系也能够在其中得到反映。这就是物理学中的空间坐标系，可以用来描述所有物体之间的相对位置关系，下面将具体介绍。 (责任编辑：qin) |