Spørgsmål:
Hvorfor og hvordan er lysets hastighed i vakuum konstant, dvs. uafhængig af referencerammen?
SMUsamaShah
2010-12-24 19:25:22 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Jeg fik at vide, at reglen om relativ hastighed i Galilien ikke gælder for lysets hastighed. Uanset hvor hurtigt to objekter bevæger sig, forbliver lysets hastighed den samme for dem begge.

Hvordan og hvorfor er dette muligt?

Hvorfor kan ikke noget rejse hurtigere end lys?

Lysets hastighed, der er konstant, er et udgangspunkt for teoretisering snarere end en konklusion.Med det mener jeg, at vi har ment, at vi har prøvet at måle det, og det ser ud til at være konstant.Relativitetsteorien siger "hvis dette er sandt, hvad er så konsekvenserne"?Nå, en af konsekvenserne er, at intet kan rejse hurtigere.
@Carlos Fra et eksperimentelt synspunkt forsøger interferometriske eksperimenter ikke rigtig at "måle lysets hastighed";i stedet er de eksplicit følsomme over for * variationer i lysets hastighed * uden at være følsomme over for, hvad hastigheden er.Og hvis de er godt designet og konstrueret, kan de være meget præcise med hensyn til at udelukke sådanne variationer.
Tolv svar:
Mark Eichenlaub
2010-12-27 13:42:15 UTC
view on stackexchange narkive permalink

De fleste fysikers opfattelse er, at man spørger "Hvordan kan det være, at lysets hastighed er konstant?" svarer til spørgsmålet "Hvordan kan det være, at ting ikke altid går i retning af styrken på dem?" eller "Hvordan kan det være, at kvantemekaniske forudsigelser involverer sandsynlighed?"

Det sædvanlige svar er, at disse ting simpelthen er . Der er ingen dybere, mere grundlæggende forklaring. Der er en vis lighed her med det synspunkt, du måske har lært i studiet af euklidisk geometri; vi er nødt til at starte med nogle aksiomer, som vi antager at er sande og ikke kan retfærdiggøre. Filosofisk set er disse ideer ikke nøjagtigt de samme (matematiske aksiomer er ikke underlagt eksperimentel test), men den konstante lyshastighed beskrives ofte som et "postulat" af relativitet. Når vi antager, at det er sandt, kan vi finde ud af dets logiske konsekvenser.

Dette betyder ikke, at postulater i fysik forbliver postulater. For eksempel er mange mennesker især bekymrede over sandsynligheden i kvantemekanik og forsøger at forstå det baseret på mere grundlæggende ideer (se decoherence som et eksempel). Som et andet eksempel blev Newtons bevægelseslove oprindeligt taget som ubevisbare postulater, men forklares nu via kvantemekanik (se Ehrenfests sætning).

På dette tidspunkt er konstansen af lyshastighed, eller mere generelt princippet om Lorentz symmetri, er ikke berettiget af noget, der anses for at være mere grundlæggende. Faktisk har antagelsen om, at det er sandt, været et ledende lys for teoretiske fysikere; kvantefeltsteori blev opfundet ved at tænke over, hvordan kvantemekanik kunne bringes til at respektere relativitetstanken.

Selvom vi ikke har en teoretisk begrundelse for lysets hastighed, har vi meget nøjagtige eksperimentelle tests af ideen. Den mest berømte er Michelson-Morley-eksperimentet, som målte lysets relative hastighed i forskellige retninger for at se, om det var påvirket af jordens bevægelse. Dette eksperiment afviste hypotesen om, at Jordens bevægelse påvirker lysets hastighed. Ifølge Wikipedia-artiklen, jeg linkede, konkluderede en moderne version af dette eksperiment af Hils og Hall, at forskellen i lysets hastighed i retninger parallelt og vinkelret på Jordens bevægelse er mindre end en del i $ 5 * 10 ^ {12} $. Ud over direkte test af lysets hastighed har der også været mange andre eksperimentelle tests med særlig relativitet. (Jeg har ikke læst denne sidste side omhyggeligt, men når jeg bladrer igennem, ser den godt ud.)

Der er et par advarsler, der er værd at nævne. I generel relativitet er lysets hastighed kun konstant lokalt. Dette betyder, at afstanden mellem to objekter kan øges hurtigere end lysets hastighed, men det er stadig umuligt for lys at lynhurtigt forbi dig med en hastighed hurtigere end den normale. Også i kvanteteori er lysets hastighed en statistisk egenskab. En foton kan bevæge sig lidt langsommere eller hurtigere end lys og kører kun i gennemsnit med let hastighed. Imidlertid vil afvigelser fra lysets hastighed sandsynligvis være for små til at kunne observeres direkte.

Jeg har nøjagtig den samme tanke, hvis afstand s / h to objekter naturligvis kan øges med mere hastighed, hvad vil der ske? Den relative hastighed for et objekt vil være mere end lysets hastighed?
Ja, man kan sige, at den relative hastighed oversteg $ c $, hvis afstanden steg hurtigere end $ c $. Lysets hastighed som maksimum er kun en lokal begrænsning af hastighederne.
Jeg antog altid, at det var fordi (i en nøddeskal) lys bevæger sig så hurtigt, at vi ikke har noget at sammenligne det med, så derfor kan intet være hurtigere. Er det ikke enklere?
@MarkEichenlaub: er ikke amplituden for nogen off-shell-proces nul? Jeg er ret sikker på, at S-matrixen forudsiges på en sådan måde, at enhver superluminal frihedsgrad har nul amplitude.
@JerrySchirmer For at være ærlig beskrev jeg fysik, der var uden for mig. Jeg huskede simpelthen at have læst dette i Feynmans QED. Når man ser det op, står der på s. 89 "Det største bidrag sker ved den konventionelle lyshastighed ... men der er også en amplitude for lyset til at gå hurtigere (eller langsommere) end den konventionelle lyshastighed. Du fandt ud af, at det sidste foredrag, at lys ikke kun går i lige linjer; nu finder du ud af, at det ikke kun går med lysets hastighed! ”Måske misforstår jeg dog netop, hvad det betyder. Jeg kender ikke kvantefeltsteori.
** En foton kan bevæge sig lidt langsommere eller hurtigere end lys og kører kun i gennemsnit med let hastighed. ** Ovenstående linje af Mark, når fotoner er den bestanddel af lys og intet andet (lys == fotoner, uden tvivl) hvorfor siger han ovenstående udsagn [Faktisk kan spørgsmålet fortolkes som hvorfor fotoner bevæger sig med en konstant hastighed 3,00.000 km / s i vakuum]
"Hvordan kan det være, at ting ikke altid går i retning af styrken på dem?"For når du skubber et objekt, bevæger det sig i den retning."Hvordan kan det være, at lysets hastighed er konstant?"Det har altid været sådan: '(
Sklivvz
2010-12-24 19:34:40 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Faktisk gælder den relative hastighedsregel aldrig nogensinde.

Den relativistiske korrekte hastighedstilsætningsregel er følgende:

$$ s = \ frac {v + u} {1+ \ frac {vu} {c ^ 2}} $$

Når $ \ frac {vu} {c ^ 2} $ er tæt på nul ( med andre ord når de påkrævede hastigheder er meget mindre end lysets hastighed), så tilnærmes den korrekte formel til den galileiske version $ s = u + v $.

Intet kan grundlæggende være hurtigere end lys , fordi når du accelererer, vinder du ikke kun hastighed, men også masse. Når du nærmer dig lysets hastighed, bidrager den energi, som den kraft, der forårsager accelerationen, dig dybest set mere og mere til forøgelsen af ​​din masse og mindre og mindre til forøgelsen af ​​din hastighed. Det gør det nøjagtigt, så du aldrig når lysets hastighed. I stedet bevæger masseløse partikler som fotoner altid sig med lysets hastighed.

ja, men for at udlede denne ligning skal du først acceptere en hypotese og acceptere at lysets hastighed er konstant.
Dette svar ville være bedre, hvis det ikke brugte det forældede begreb relativistisk masse.
Faktisk gælder den relative hastighedsregel aldrig **, hvis lysets hastighed er konstant i alle referencerammer **.
@SaravanabalagiRamachandran ja, i et andet univers gælder det muligvis ikke
Gordon
2011-02-07 01:08:42 UTC
view on stackexchange narkive permalink

John Moffat og Moffat og Albrecht og Magueijo har variabel hastighed af lysteorier, hvor hastigheden varierede i det tidlige univers og ikke er konstant. Majueijo har en populær bog hurtigere end lysets hastighed, der beskriver hans teorier. IMO bogen er ret skandaløs og fornærmer forskellige mennesker. Jeg nævner kun dette svar for fuldstændighed, da jeg mener, at lysets hastighed i et vakuum er konstant.

Rummet kan ekspandere hurtigere end lysets hastighed, men ingen information kan overføres.Se Alcubierre kædedrev til sjov.

Tau23
2014-01-28 03:51:51 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Lysets hastighed er hastighedsgrænsen i universet, fordi den i uformel forstand er uendelig. Hvis et rumfartøj blev bygget til at køre med en konstant 1 g acceleration, ville det meget hurtigt nå 99,9% af lysets hastighed, hvilket gør det muligt at rejse gennem hele det observerbare univers i en levetid på grund af virkningen af ​​tidsudvidelse. Der er ingen hvilestel for fotonet i relativitet, men når man nærmer sig dens hastighed, får man mere til et mere subjektivt tæt på uendelig hastighed. Så fra det hypotetiske 'synspunkt' af fotonet bevæger det sig en vilkårlig afstand på nul tid. Emission er det samme punkt som absorption for en foton. Når jeg nu svarer, hvorfor det er konstant for alle observatører og ikke uendeligt, må jeg sige, at det kommer til kausalitets- og lokalitetslove.

Også i relativitetsfysik bruges hurtighed (φ) som et alternativ til hastighed som et mål for bevægelse. Ligningen er φ = artanh (v / c). Ved at erstatte v = c får du artanh (1) = uendelig. Så lysets hurtighed er uendelig.

sigoldberg1
2010-12-27 12:49:04 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Hvad angår del 2 af dit spørgsmål "Hvorfor kan intet være hurtigere end lys?", svaret er, at det ikke kun er lys. Pointen er, at c er maksimal hastighed for enhver kausal, information, der transmitterer interaktion i universet , medieret af alt, hvad der bevæger sig fremad i tiden (se fodnote). Det er netop, at fotoner, der har 0 hvilemasse, rejser i vakuum nærmer sig den grundlæggende grænse, c.

Fodnote: Undtagen måske 'tachyoner' - aldrig set og rejser baglæns i tiden, fordi de går hurtigere end c. (Bemærk, at Norbert Wiener engang påpegede, at for en kausal indflydelse, der rejser baglæns i tiden, ville vi opleve det som "tilfældigt", da det tilsyneladende ville være en begivenhed uden forudgående årsag for os).

Hypnosifl
2014-10-21 03:18:29 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Det faktum, at forskellige observatører i relativ bevægelse kan måle den samme lysstråle til at bevæge sig med en hastighed på c, har at gøre med det faktum, at hver observatør definerer "hastigheden" med hensyn til afstand / tid på linealer og ure i hvile i forhold til sig selv . Det er afgørende at forstå, at forskellige observatører bruger forskellige linealer og ure til at måle hastighed, fordi i relativitet ser hver inertial observatør, at herskerne fra andre inertiale observatører bliver krympet ( længdekontraktion), og urene til andre inertiale observatører kører langsomt ( tidsudvidelse) og er ude af synkronisering med hinanden ( relativitetens relativitet). Hver observatør kan forestille sig at måle hastigheden ved hjælp af et par ure i forskellige positioner langs en lineal (urene synkroniseret i deres egen ramme ved hjælp af Einstein-synkroniseringskonventionen), og måler tiden T1 på det første ur når lysbølgen passerer den, og tiden T2 på det andet ur, når lyset passerer den, og hvis deres lineal derefter viser, at uret er en afstand D fra hinanden, konkluderer denne observatør, at lysstrålens hastighed var D / (T2 - T1).

Men overvej nu, hvordan denne observatørs linealer og ure vil se ud i min ramme, hvis jeg ser observatøren bevæge sig med en hastighed v langs min x-akse (med linealen parallel til x-aksen). Fra mit perspektiv er linealen, som den bevægende observatør brugte til at måle afstanden, krympet med en faktor på $ \ sqrt {1 - v ^ 2 / c ^ 2} $ på grund af længdekontraktion, tiden mellem flåter på urene på bevægelig observatør udvides med $ 1 / \ sqrt {1 - v ^ 2 / c ^ 2} $ på grund af tidsudvidelse (eller tilsvarende i $ T $ sekunder i min ramme ser jeg kun den bevægende observatørs ur tikke fremad med $ T \ sqrt {1 - v ^ 2 / c ^ 2} $), og det bageste urs tidslæsning er foran $ urLæsningen med $ vL / c ^ 2 $ på grund af relativitetens relativitet, hvor $ L $ er afstanden mellem urene i observatørens egen ramme, målt ved hjælp af deres egen lineal.

Lad os se på et numerisk eksempel. Sig, at linealen er 50 lyssekunder lang i sin egen hvilestel og bevæger sig med 0,6 c i min ramme. I dette tilfælde er den relativistiske gamma-faktor $ 1 / \ sqrt {1 - v ^ 2 / c ^ 2} $ (som bestemmer mængden af ​​længdekontraktion og tidsudvidelse) 1,25, så i min ramme er linealens længde 50 / 1,25 = 40 lys sekunder lang. For og bag på linealen er der ure, der er synkroniseret i linealens hvileramme; på grund af relativitetens relativitet betyder det, at de i min ramme er ude af synkronisering, idet fronturets tid ligger bag bagurets tid med $ vL / c ^ 2 $ = (0.6c) (50 lyssekunder ) / $ c ^ 2 $ = 30 sekunder.

Nu når den bageste ende af den bevægelige lineal er opstillet med 0-lys-sekunder-mærket på min egen lineal (med min egen lineal i hvile i forhold til mig), satte jeg en lysblitz op på den position. Lad os sige i dette øjeblik, at uret bag på den bevægelige lineal læser en tid på 0 sekunder, og da uret foran altid er 30 sekunder bag det i min ramme, så skal uret foran læse i min ramme -30 sekunder i det øjeblik. 100 sekunder senere i min ramme vil bagenden være flyttet (100 sekunder) * (0,6c) = 60 lyssekunder langs min lineal, og da linealen er 40 lyssekunder lang i min ramme, betyder det frontenden vil være opstillet med 100-lys-sekunder mærket på min lineal. Da der er gået 100 sekunder, hvis lysstrålen bevæger sig ved c i min ramme, skal den have bevæget sig 100 lyssekunder på det tidspunkt, så det vil også være ved 100-lys-sekunders mærket på min lineal, bare efter at have fanget med den forreste ende af den bevægelige lineal.

Da der er gået 100 sekunder i min ramme, betyder det, at 100 / 1,25 = 80 sekunder er gået på ure foran og bag på den bevægelige lineal. Da uret bagpå læste 0 sekunder, da blitzen blev slået fra, læser det nu 80 sekunder; og da uret foran læser -30 sekunder, læser det nu 50 sekunder. Og husk, linealen var 50 lyssekunder lang i sin egen hvilestel! Så i sin ramme, hvor uret foran er synkroniseret med uret bagpå, blev lysblitzen slukket bagpå, da uret der læste 0 sekunder, og lysstrålen passerede uret foran, når det var tid læse 50 sekunder, så da linealen er 50-lys-sekunder lang, skal strålen have bevæget sig med 50 lyssekunder / 50 sekunder = c også! Så du kan se, at alt ordner sig - hvis jeg måler afstande og tider med linealer og ure i ro i min ramme, konkluderer jeg, at lysstrålen flyttes ved 1 c, og hvis en bevægende observatør måler afstand og tider med linealer og ure ved hvile i sin ramme, konkluderer han også den samme lysstråle, der flyttes ved 1 c.

Hvis du også vil overveje, hvad der sker, hvis du efter at have nået forenden af ​​den bevægelige lineal i 100 sekunder i min ramme, lyset hopper derefter tilbage mod ryggen i den modsatte retning mod bagenden, så på 125 sekunder i min ramme vil lyset være i en position på 75 lyssekunder på min lineal, og den bageste ende af den bevægelige linjal vil være også i den stilling. Da der er gået 125 sekunder i min ramme, vil der være gået 125 / 1,25 = 100 sekunder på uret bag på den bevægelige lineal. Husk nu, at på uret foran læste 50 sekunder, når lyset nåede det, og linealen er 50 lyssekunder lang i sin egen hvilestel, så en observatør på den bevægelige linjal vil have målt lyset for at tage yderligere 50 sekunder for at rejse de 50 lyssekunder fra forenden til bagenden.

Quantumplate
2014-11-17 15:12:25 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Overvej lydbølger. Hvis du har en bil med en sirene, påvirker bilens hastighed lydens hastighed? Nej, i stedet bevæger lyd altid med den samme hastighed (lad os ignorere for øjeblikket det faktum, at lydens hastighed kan ændre sig, f.eks. Af densiteten af ​​mediet, den kører igennem).

Varierende bilens hastighed vil forårsage en Doppler-effekt, hvor lydbølgerne komprimerer (eller udvides afhængigt af retning), og bølgefrekvensen påvirkes (f.eks. tonehøjden er højere, når lydkilden nærmer sig dig eller lavere, når den bevæger sig væk fra dig).

I det væsentlige skaber du lydbølgen, når du bevæger dig gennem mediet, det bevæger sig i. Det betyder, at når du opretter det, bølger bunkerne sig foran og udvider sig bagud. Det er endda muligt at rejse hurtigere end lydens hastighed, hvor du er ude og køre den netop oprettede bølge (og det hele ligger bag dig, intet foran).

Lys opfører sig på en lignende måde (godt) . Vi ved fra eksperimentet, at det altid måles med den samme hastighed (i vakuum) uanset den hastighed, hvormed det blev udsendt (teknisk set hastigheden på det materiale, som det blev udsendt fra). Dette burde ikke være så overraskende, da det er sådan, lydbølger opfører sig også.

Hastigheden på det materiale, der udsender lyset, vil påvirke lysets frekvens (f.eks. Hvis det bevæger sig væk fra dig, vil bølgerne spredt ud, og det vil blive skiftet rødt, eller hvis det bevæger sig mod dig, bølgerne bunker op og bliver blå forskudt).

Sammenfattende:

  • Lys har kun en hastighed (den hastighed, vi måler den ved eller C). Indtil videre god og enkel. Denne figur er ikke rigtig speciel eller overraskende (det skal være noget).

  • Det er hastighed uafhængigt af det materiale eller den referenceramme, det udsendes fra (svarende til hvordan lydhastighed er uafhængig af sirenens / bilens hastighed).

  • Mere om lydens hastighed. Den er uafhængig af hastigheden på dens kilde, fordi der er en afkobling fra bølgekilden (kompression / udvidelse af luftmolekyler) og dens udbredelse gennem mediet (luftmolekyler, der hopper mod hinanden).

  • Objekter (f.eks. fly) kan bevæge sig hurtigere end lydens hastighed. Dette er ikke tilfældet med lys. Intet kan rejse hurtigere end lysets hastighed.

Hvorfor er stof begrænset til langsommere end lyshastighedskørsel? Kort sagt kræver det mere og mere energi for at accelerere masse, jo tættere du kommer på lysets hastighed. At komme til lysets hastighed kræver uendelig energi, og du kan ikke gå forbi uendelig (at gå hurtigere).

Så en af ​​grundene til, at relativiteten er så forvirrende, er at lysets hastighed er konstant uanset din referenceramme. Forestil dig masser af flyvende ambulancer, og du kunne kun måle en anden ambulance ud fra dens lyd. En ambulance, der flyver mod dig, kan have en lydbølge med højere frekvens, men du kunne ikke fortælle, om det skyldtes din bevægelse mod lydbølgen eller bevægelsen fra ambulancen, der udsendte den (ingen absolut referenceramme, der hjælper dig).

Jeg er ikke sikker på, hvor meget analogien af ​​lydbølger holder op med lysbølger, men forhåbentlig giver det dig en mere intuitiv idé om, hvordan dette kan forekomme.

lydbølgens hastighed foran svarer ikke til lysets hastighed, fordi det afhænger af hastigheden på referencerammen, der bruges til at måle den.
Denne lydanalogi hjalp mig med at visualisere lysets hastighed nu, tak for det.Dette betyder, at for en konstant afstand er lysets hastighed også konstant, og emitterens hastighed simpelthen ikke betyder noget. Hvis det er så simpelt, hvorfor forklares det ikke sådan (som du lige gjorde)?
Men som @Zarko sagde, vil lysets hastighed måles den samme konstant, selv i relativ bevægelse.Nu passer det ikke til lydbølgen analogi.f.eks.Hvis to objekter bevæger sig væk fra hinanden, og en måler lydhastigheden fra den anden genstand, vil den være mindre end den faktiske hastighed.
Žarko Tomičić
2014-11-17 16:26:21 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Der er en vis forvirring omkring to punkter ... for det første er lysets hastighed uafhængig af dens kildes hastighed intet overraskende. Det er det samme som uafhængighed af vandbølgernes hastighed på en båds hastighed. Intet sjovt der. MEN uafhængighed af lysets hastighed på referencerammen for to observatører i forhold til den samme kilde, det er de sjove ting. Jeg gætter på, at du ikke er ligeglad med svar som på grund af Lorentz-transformationer eller lignende ting. Måske undrer du dig over, hvorfor nogen (f.eks. Einstein) kommer til denne idé. Ting er, det er på grund af Michaelson-Morley eksperiment og på grund af Maxwell ligninger. MM-eksperiment gav os bevis for, at dette er sandt, og Maxwell-ligninger gav os motivation. I disse ligninger vises lysets hastighed som en hastighed af elektromagnetiske bølger. Så det bliver noget af en naturlig konstant. Det spiller en særlig rolle, som du kan se, det samme som Planck konstant eller tyngdekraft konstant. Naturlove skal være de samme i alle referencerammer, så lysets hastighed skal være den samme som. Der er også det faktum, at hvis du kunne rejse med lysets hastighed, ville du observere en stationær lysbølge, og det er bare IKKE muligt. Der er ikke noget faktisk bevis for alt dette, bare en stærk tarmfølelse.

Beviser MM-eksperimentet ikke kun det første punkt, at lysets hastighed er uafhængig af dens kildes hastighed?
Faktisk var det designet til at opdage ether, en særlig form for medium, som nogle blev foreslået at eksistere ..
For at forklare MM exp-resultater er du nødt til at antage længdekontraktion osv ... alle de ting, der er forbundet med lorentz-transformationen og konstanten af lysets hastighed ...
jak
2016-12-10 14:26:36 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Desværre kommer " Hvorfor " spørgsmål næsten altid her på StackExchange svaret " Fordi det er sådan, naturen er! ". Ikke overraskende fortæller det øverste svar dig præcis det.

Der er mange fysikere her på stedet, der mener, at det ikke er fysikkens mål at besvare "hvorfor" -spørgsmål, men snarere at tilpasse modeller til observationer. / rant

Der er dog -ideer til svar på flere af de vigtigste "hvorfor" -spørgsmål. Disse ideer er i øjeblikket ikke bekræftet eksperimentelt og er derfor ikke kanoniske svar. Så længe der ikke er noget eksperimentelt bevis, er disse ideer netop det: ideer. Ikke desto mindre nyder jeg altid at læse om sådanne ideer, og måske gør du det også.

S Her er en idé, der forklarer, hvorfor intet kan rejse hurtigere end med lysets hastighed:

Rumtid er ikke kontinuerlig, men diskret, og der er en minimal længde $ l_m $ og et minimalt tidsinterval $ t_m $.

Hvis dette er tilfældet, kan intet bevæge sig med en hastighed større end $ \ frac {l_m} {t_m} $. For at bevæge sig hurtigere end $ \ frac {l_m} {t_m} $ og objektet skal køre den minimale afstand $ l_m $ i et kortere tidsinterval end minimal tidsinterval $ t_m $.

Derudover har denne maksimale hastighed den samme værdi i alle referencerammer, fordi den minimale længde og minimale tidsinterval er den samme i alle referencerammer. Hvis dette ikke ville være tilfældet, ville der være en foretrukken referenceramme, der er uenig med relativitetsprincippet.

Så forklarer vi faktisk noget med denne idé? Nu skal vi selvfølgelig besvare spørgsmålet: Hvorfor skal rumtiden være diskret, og hvorfor skulle der være et minimalt længde og tidsinterval?

Først og fremmest er denne idé ikke så mærkelig, som den måske lyder, hvis du hører den første gang. Et diskret spektrum med en vis minimal mængde er nøjagtigt det, vi er vant til at arbejde med i kvanteteori. Derfor kan vi formulere ideen forskelligt og sige: rumtid er kvantiseret. Naturlige kandidater til den minimale længde og det minimale tidsinterval er Planck-længden og Planck-tiden.

Det er en attraktiv idé alene at tro, at rumtiden består af "rumtid-atomer", dvs. minimale byggesten. For eksempel er "hovedoutputet af [Loop Quantum Gravity] et fysisk billede af rummet, hvor rummet er granulært. Granulariteten er en direkte konsekvens af kvantiseringen. Det har samme natur som granulariteten af fotonerne i kvanteteorien om elektromagnetisme og atomernes diskrete energiniveauer. Her er det selve rummet, der er diskret. Med andre ord er der en minimumsafstand mulig at rejse gennem det. "

Jeg er ikke ekspert på noget af dette, men jeg synes, det er en meget pæn måde at forklare, hvorfor der er en maksimal hastighed. Måske kan vi endda vende tingene om og sige, at observationen om, at lysets hastighed er den maksimale hastighed, er et stærkt antydning til ideen om, at rumtiden er kvantificeret.

Denne tankegang svarer til konklusionen om, at den observerede kvantisering af elektrisk ladning er et stærkt antydning til ideen om en Grand Unified Theory.

Den største advarsel at huske på er, at der i øjeblikket ikke er noget eksperimentelt bevis for, at rumtiden er kvantificeret. (Og selvfølgelig intet eksperimentelt bevis for en Grand Unified Theory.)

Ikke desto mindre giver ideen om, at rumtiden er kvantiseret, en så smuk forklaring på noget, der ellers simpelthen er en eksperimentel kendsgerning, at det ser ud til at være værd at skubbe fremad i denne retning.(Tilsvarende er den måde, hvorpå en Grand Unified Theory forklarer, hvorfor elektrisk ladning kvantiseres, så smuk, at mange fysikere mener, at grundideen til en Grand Unified Theory er korrekt, selvom der i øjeblikket ikke er noget eksperimentelt bevis.)
JakobH: "_Underhovedet," "Hvorfor" får spørgsmål næsten altid svaret her: "Fordi det er sådan, naturen er!" ._ "- Faktisk uheldigt, så vidt de måske bliver besvaret i stedet for` På grund af den eksperimentelle metodehvormed vi forsøger at finde ud af "Hvorvidt"! `."_For at bevæge sig hurtigere end $ L_m / T_m $ skal et objekt bevæge den minimale afstand $ L_m $ i et tidsinterval, der er kortere end det minimale tidsinterval $ T_m $ ._" - Men det kan muligvis gøre diskrete spring $ L>L_m $ under $ T_m $;især diskrete spring $ L <2 ~ L_m $.
@user12262 Dejlig tanke!Jeg finder det dog ganske plausibelt, at ingen har lov til at springe punkter over på et grundlæggende rumtidsgitter.Ikke desto mindre er ideer ud over de almindelige altid et spørgsmål om smag.Det, der normalt generer mig, er, at folk opfører sig som om der slet ikke var nogen ideer.
JakobH: Nå, jeg mente også at udtrykke, at jeg blandt andet finder dit nuværende valg af notation ubehageligt.(Men for at være retfærdig har jeg endnu ikke indsendt mit eget eksplicitte svar / rant om _` "Hvordan den eksperimentelle metode, hvormed vi definerer hastighed og bestemmer hastighedsværdier, indebærer endelig og uforanderlig signalfronthastighed" '_ på denne særlige side...)
Hvad du ikke er klar over er, at den nuværende fysikmodel, især partikelstandardmodellen, både indeholder postulatet for lysets hastighed og den særlige relativitet, men også et enormt antal data, der stammer fra eksperimenter, der ikke kan beskrives ved håndbølgning a a lavognløsning til lysets hastighed.For at blive taget alvorligt skal man bruge matematisk model, der også integrerer standardmodellen og de data, den repræsenterer, så nøjagtigt som standardmodellen gør.Tiden til debat om det heliocentriske versus det geocentriske system er gået siden introduktionen
beregning og matematik i modelleringen af naturens opførsel, og da fysik adskilt fra filosofi og matematik, og er en disciplin, der modellerer matematisk eksisterende data og forudsiger ny adfærd.Når et spørgsmål "hvorfor" i fysik rammer et postulat, er svaret "fordi".Udfordrere har vægten af at bevise, at deres nye postulat forklarer alle de data, der hænger fra det fordrevne postulat.
at fortsætte, for eksempel er strengteorier også smukke, og folk studerer dem, fordi de tilbyder kvantisering af tyngdekraften, og efter min eksperimentals opfattelse har de muligheden for at indlejre standardmodellen med dens symmetrier elegant og i denne forstand at blive valideret.Modellen har brug for nye forudsigelser, som for eksempel supersymmetri, hvilket også er spekulativt, hvis det bliver opdaget ved LHC, ville det også være en validering.
@annav Jeg er virkelig ikke sikker på, hvad du prøver at antyde her.Ideen om, at rumtiden er kvantiseret, er et af hovedresultaterne af Loop Quantum Gravity og ikke noget "håndbølget".Derudover er der meget seriøs forskning i lignende tanker, f.eks.dobbelt speciel relativitet.Matematisk udtrykt kræver en kvantiseret rumtid, at vi forstår Poincare-gruppen som en Wigner-sammentrækning af De Sitter-gruppen.Dette har vidtrækkende eksperimentelle konsekvenser, der kan testes i eksperimenter.
@annav Jeg forstår ikke, hvorfor du tror, at en kvantiseret rumtid som en forklaring på den konstante lyshastighed på en eller anden måde er i modstrid med standardmodellen.De Sitter-gruppen bliver i Limit $ R \ rightarrow 0 $ Poincare-gruppen, hvor $ R $ er den uændrede længdeskala.Dette er anonymt, hvordan Poincare-gruppen bliver i grænsen $ c \ rightarrow \ infty $ Galilei-gruppen.Effekter af De Sitter-rumtiden bliver kun relevante ved meget høje energier (= små længdeskalaer) sammenlignet med, hvordan effekter af Poincare-gruppen kun bliver relevante ved høje hastigheder.
@JakobH standardmodellen er baseret på c er en konstant, da alle de eksperimentelle tal ekstraheres fra målinger ved hjælp af specielle relativitetsrelaterede fire vektorer og energimomentbevarelse.Det er ikke nok at have de konstante tal på de transformationer, du har brug for.
@annav uhm hvad?Jeg håber, du ved, at der er en tæt forbindelse mellem konstanter og transformationer.Poincare-gruppen er DEFINERET som det sæt af transformationer, der bevarer c ... De sitter-gruppen bevarer også c ... Hvor fik du ideen om, at jeg tror, at c ikke er konstant?
Undskyld, jeg er forkølet og var tydeligvis forvirret i går aftes.Du laver plads diskret.Se på dette spørgsmål og svaret fra Motl http://physics.stackexchange.com/questions/67211/why-is-standard-model-loop-quantum-gravity-usually-not-listed-as-a-theory-of-e om sløjfekvantum og standardmodellen.Jeg tror, jeg vil stoppe her, fordi dette er uden for mit niveau.Når jeg ser en "granularity of space" -teori komme naturligt ud med symmetrierne i standardmodellen, bliver jeg interesseret.
@annav ikke noget problem.Ah nu ser jeg ... Motl er kendt for at hader alt, hvad der ikke er strengteori, og alt hvad han siger, skal tages med et saltkorn (jf. Http://rationalwiki.org/wiki/Lubo%C5%A1_Motl#cite_note-1).Jeg er ikke en forkæmper for LQG, men Motl hævder åbenbart vrøvl for at fremme sin favoriserede strengteori, c.f.http://physics.stackexchange.com/questions/4027/are-there-any-versions-of-lqg-that-claim-to-not-violate-lorentz-symmetry
Så tiltalende og indlysende som kvantiseret rumtid er, er det i sidste ende en foretrukken referenceramme og uforenelig med relativitet.
@SoftwareEngineer kan du uddybe?
Joel Rice
2011-02-07 02:19:02 UTC
view on stackexchange narkive permalink

At lysets hastighed er uforanderlig er en egenskab for Minkowski rumtid, og der bør være masser af det i Wiki - eller søg efter 'geometrisk algebra' eller Clifford Algebra.

kakaz
2018-05-27 17:28:41 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Det er relativt let at få konstant lyshastighed som konstant af naturen fra galilæisk ækvivalens af inertiale observatører (GP) -princippet.

GP siger, at to observatører, der bevæger sig med (enhver) konstant hastighed relativt til hinanden, er ækvivalente, dvs. de beskriver begge den fysiske virkelighed på samme måde.

Især betyder det, at de deler de samme kinematikprincipper, og at de bruger isomorfe koordinatrammer. Det er, hvis observatør O har dette koordinatsystem $ (t, x) $, og observatør O 'har $ (t', x ') $, de er beslægtede. Hvis vi betragter det enkleste forhold, lineær afhængighed, beskrives det af følgende ligninger, der er gyldige for observatør O ':

$$ x '= ved + bx $$ $$ t '= ct + dx $$

Da observatør O er ækvivalent med observatør O ', og fysisk virkelighed observeret fra koordinatramme O er nøjagtig den samme, de samme forhold skal være gyldige for observatør O :

$$ x = ved '+ bx' $$ $$ t = ct '+ dx' $$

Vær opmærksom på, at de samme koefficienter a, b, c, d bruges!

Hvis O og O 'har synkroniserede ure, kan vi kombinere begge beskrivelser og forsøge at opnå yderligere krav til koefficienter a, b, c, d, som beskrevet (på polsk) her. Antag at O og O 'bevæger sig med relativ hastighed V.

Vi skal definere (ukendt) funktion d (V)

$$ x = d (x '+ Vt') $$ $$ t = d (t '+ x' V \ frac {1-d ^ {- 2}} {V ^ 2}) $$

Hvis vi antager, at der er tredje observatør O '', der bevæger sig med hastighed U relativt til observatør O ', kan vi spørge, hvad er hendes hastighed for observatør O? Ved hjælp af ovenstående formler opnår vi følgende resultat: $$ O ("U + V") = \ frac {U + V} {1 + UV \ frac {1 + d ^ {- 2} (V)} {V ^ 2}} $$

Hvis vi indstiller $ d (V) = 1 $, får vi den gililenske fysik gendannet. Men der er intet argument for at gøre dette!

Vi brugte observatør O som basis, og observatør O 'bevæger sig med hastighed V relativt til det. En anden observatør O '' bevægede sig med hastigheden U relativt til O ', og vi opnår relateret hastighed af O' 'gyldig for observatøren O. Hastighed U var hastigheden af ​​O' 'i ramme O', som blev "trukket" for ramme O 'wirth "dragehastighed" af V.

Hvad hvis vi ville starte med observatør O '' og beregne det samme? Da O og O 'er ækvivalente, er den eneste forskel, at "trækhastighed" denne gang vil være U, mens en anden, V ville være relativt til O'. Med andre ord udveksler U og V sin rolle. Det betyder, at den relative hastighed $ O ("U + V") $ og $ O '' ("V + U") $ skal være den samme! Observatører er ækvivalente, husk!

Så vi kan skrive:

$$ \ frac {U + V} {1 + UV \ frac {1 + d ^ {- 2} (V)} {V ^ 2}} = \ frac {V + U} {1 + VU \ frac {1 + d ^ {- 2} (U)} {U ^ 2}} $$

Efter omarrangering af termer opnår vi følgende formel: $$ \ frac {1 + d ^ {- 2} (V)} {V ^ 2} = \ frac {1 + d ^ {- 2} (U)} {U ^ 2} $$

Der er kun en måde at udføre følgende ligning på: $ f (x) = f (y) $. $ f (x) $ skal være konstant! Så hele fraktionen.

Vi opnår det endelige resultat: $$ \ frac {1 + d ^ {- 2} (V)} {V ^ 2} = C $$ hvor fra dimensionel analyse cames at konstant C har dimension 1 / hastighed ^ 2. Det skal være universelt konstant under forudsætning af gyldigheden af ​​GP, og streng galilensk fysik genoprettes, når C er lig med 0.

Funktion $ d (V) $ er som følger: $$ d (V) = \ frac {1} {\ sqrt {(1-CV ^ 2)}} $$

På denne måde opnår vi Lorentz-transformationer forudsat GP og følger generelle regler med lineært forhold mellem tre inertiale observatører.

Hvis vi vil vide værdien af ​​(ukendt endnu) konstant C, skal vi udføre forskellige eksperimenter. Men vi bemærker måske, at Lorenz-transformationer efterlader Maxwell-ligninger uændrede, og det giver os sammenhæng mellem vores konstante C og lysets hastighed i vakuum: $$ C = \ frac {1} {c ^ 2} $$

Ovenstående begrundelse blev udført (og offentliggjort i 60'erne) af den polske fysiker Andrzej Szymacha.

Sean
2014-11-05 17:08:04 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Folk siger måske ting som "... vi har ikke en teoretisk begrundelse for konstanten af ​​lysets hastighed ..." eller siger "Disse ting er simpelthen, derfor er der ingen dybere, mere grundlæggende, forklaring. ". Således accepterer sådanne mennesker generelt effekten, men alligevel har de ikke noget ønske om at finde årsagen.

Det skal dog bemærkes, at hvis du analyserer den enkle idé om absolut bevægelse, der finder sted inden for en absolut 4-dimensionel struktur kendt som rumtid, ender du snart uafhængigt af at udlede alle de specielle relativitetsligninger, og selvfølgelig får du samtidig en fuld forståelse af speciel relativitet. Hvis du er interesseret, se bevis på denne enkle analyse af bevægelse på http://goo.gl/fz4R0I

Ved at starte på det absolutte fundament, dette til gengæld afslører den absolutte årsag.

Således ved at have set den absolutte årsag, uanset hvor hurtigt to observatører bevæger sig over rummet via to forskellige hastigheder, bliver det krystalklart, hvorfor lysets hastighed forbliver den samme for begge disse observatører .

Desværre, selvom man fuldt ud kan omfatte speciel relativitet via en uafhængig undersøgelse af det absolutte fundament, kan dette absolutte fundament ikke detekteres som et kendetegn ved speciel relativitet. En sådan udforskning er således begrænset til at være begrænset til en envejs tur. Da disse absolutter ikke kan detekteres, blev de betragtet som uden betydning, og de blev hurtigt kastet ud af vinduet. Relativitet blev derefter accepteret som værende alt vigtig snarere end absolut betragtes som alt vigtig.

Udlejeren blev anset for at have klart overdimensioneret jo større!

Således når absolutte forklaringer bliver bedt om, gives absolutte svar generelt ikke, da absolutter betragtes som uden betydning.

Er der nogen * visuel * forklaring på disse 4 dimensioner?


Denne spørgsmål og svar blev automatisk oversat fra det engelske sprog.Det originale indhold er tilgængeligt på stackexchange, som vi takker for den cc by-sa 2.0-licens, den distribueres under.
Loading...