Что особенного в скорости света в вакууме?

Специальная теория относительности основана на неизменности величины, называемой собственным временем.$\tau$, то есть время, измеряемое свободно движущимся (т.е. не ускоренным) наблюдателем. Правильное время определяется:

Это похоже на теорему Пифагора, которую усвоили поколения школьников, за исключением того, что она включает время (преобразованное в расстояние путем умножения на$c$) и имеет смесь плюсов и минусов. Смесь знаков ответственна за все странные эффекты, такие как замедление времени и сокращение длины, и поскольку существует смесь знаков, значение$d\tau^2$может быть положительным, отрицательным или нулевым.

Если$d\tau^2$меньше нуля, то$d\tau$должны быть воображаемыми и, следовательно, нефизическими. Немного математики покажет вам, что$d\tau^2$может быть отрицательным, только если вы путешествуете быстрее света, и поэтому$c$это самая высокая скорость, на которой может двигаться что-либо во Вселенной.

Так$c$является особенным, поскольку определяет фундаментальную симметрию Вселенной.

Сноска:

я сказал$c$особенный, а Костя сказал обратное, но на самом деле мы оба правы.

Костя прав в том, что в скорости 299 792 458 м/с нет ничего особенного (правда, если сильно ее изменить, то физика изменится настолько, что нас здесь может и не быть :-). Однако скорость , с которой распространяется свет , очень особенная, потому что все, что движется с этой скоростью, следует нулевой геодезической, т.е.$d\tau^2 = 0$. Это смысл в том, что я имею в виду, что$c$особенный.

Ничего такого. С точки зрения Природы скорость света — совершенно искусственное число.

Представьте, что вы обнаружили инопланетную культуру, которая измеряла горизонтальную длину $\ell$и высота $h$в разных единицах. Они живут на планете с очень сильной гравитационной силой, и им очень сложно вращать предметы в вертикальной плоскости. Такие повороты действительно неестественны и нелогичны для инопланетянина-дилетанта. А инопланетяне-физики их открыли и ввели специальный коэффициент перехода$\alpha$которые преобразовали одно измерение в другое, позволив инопланетянам понять, что обе эти величины являются просто проекциями более общей вещи, называемой «расстоянием»:

Тогда представьте, что есть alien-physics.stackexchangeсайт и кто-то там спросил "Что такого особенного в этом$\alpha$?" И ответ опять "ничего". Ничего особенного в$\alpha$-- эти инопланетяне просто привыкли к особым условиям.

То же самое относится и к homo sapience — мы просто привыкли к очень низким скоростям, что заставляет нас думать, что время и пространство совершенно не связаны между собой и не могут «вращаться» друг в друге. В то время как физики, не являющиеся инопланетянами, обнаружили, что это не так, введя коэффициент перехода$c$...

Эйнштейн в 1905 году вывел$c$из уравнений Максвелла . Точное название статьи, в которой была опубликована специальная теория относительности, было «Об электродинамике движущихся тел» . По сути, он только что решил проблему двух электронов, движущихся относительно друг друга. Движущиеся электроны создают изменяющееся магнитное поле и в то же время ускоряются силой Лоренца и электрической силой, исходящей от поля.

В инерциальной системе отсчета, связанной с любым электроном, нет магнитной силы ($q\mathbf{v}\times\mathbf{B}$,$\mathbf{v}$существование$\mathbf{0}$), на электрон действует только электрическое поле. Решение таково: если мы изменим нашу систему отсчета на систему отсчета, которая движется с постоянной скоростью, произойдет перенос между магнитным и электрическим полями. По своей сути в преобразовании есть константа, единицами которой являются метры в секунду. Ее назвали «постоянной Эйнштейна».

Эйнштейн посмотрел на скорость электромагнитных волн, рассчитанную с использованием известных в то время магнитной и электрической констант (кстати, та же формула, что и для постоянной Эйнштейна), и заметил, что сходство с наблюдаемой скоростью света... интригует. Это было просто предположение, что свет представляет собой электромагнитную волну.

Так:

• постоянная Эйнштейна
• скорость света

две отдельные вещи. Но поскольку свет — это электромагнитная волна, его скорость в вакууме равна постоянной Эйнштейна.$c$.

Сегодня мы обычно называем ее просто «скоростью света» для удобства, но во многих контекстах ее можно было бы назвать «постоянной Эйнштейна».

c — коэффициент преобразования между пространством (расстоянием) и временем, где 3 x 10^8 метров расстояния равно 1 секунде времени.

c — это также максимальная скорость, с которой информация может распространяться без причинно-следственных связей. Это означает, что все наблюдатели должны договориться о последовательности событий. Будет большая несогласованность, если я нажму на курок пистолета, и пуля попадет в цель; и наблюдатель где-то, путешествуя с любой скоростью, «измерил, чтобы пуля попала в цель, прежде чем я нажал на курок». Это эквивалентно «с — коэффициент преобразования пространства во время» и «Информация не может передаваться быстрее, чем с».

Поскольку фотоны света не имеют массы, свет движется со скоростью c(light) = c.

Итак, специальная теория относительности не имеет ничего общего со скоростью света . Современные выводы СТО не используют скорость света для вывода уравнений СТО.

Так уж получилось , что скорость света равна c в СТО, и что Эйнштейн вывел СТО через скорость света.

Если бы мы обнаружили (мы этого не сделаем, но потерпите меня), что фотоны имеют крошечную массу, свет теперь двигался бы со скоростью чуть меньше c. Нам пришлось бы изобрести новый символ с (свет) для скорости света. Но буква с в SR (E = mc^2, Лоренц и т. д.) осталась бы такой же, как сегодня. СТО не будет использовать скорость света с (свет).

Неудивительно, что все инерциальные наблюдатели измеряют c так, чтобы оно имело одно и то же значение, поскольку c является свойством пространства-времени .

Из уравнений Максвелла c = обратная величина (квадратный корень из (произведения диэлектрической проницаемости ε0 и проницаемости µ0 пространства)). Диэлектрическая проницаемость — это мера электрических свойств пространства (вакуума), а проницаемость — мера магнитных свойств пространства (вакуума).

Наблюдатели, движущиеся относительно друг друга, измеряют разные значения расстояния между двумя событиями и разные значения времени между этими двумя событиями, но они всегда измеряют одно и то же значение интервала между этими двумя событиями. Различные расстояния и время, которые они измеряют, связаны, потому что 3 x 10 ^ 8 метров расстояния равны 1 секунде времени.

Ну, один из способов взглянуть на это таков.

Представьте, что мы существуем в 4-х мерной среде, пространстве-времени. Теперь представьте, что у нас есть объект, простирающийся в пространстве, и этот объект покоится в Пространстве. Однако этот объект все еще находится в движении. Он все еще находится в движении в одном из этих четырех измерений. Он находится в движении в измерении, известном как измерение времени.

Теперь представьте, что величина этого движения эквивалентна скорости, с которой свет движется в пространстве (с), и что это специфическое (с) постоянное движение применимо ко всем объектам.

Независимо от того, в каком направлении любой из объектов движется в Пространстве-Времени, эта конкретная величина движения сохраняется. Если автобус поворачивает на углу, автобус изменил направление движения и, таким образом, в свою очередь повернулся. Таким образом, если какой-либо объект при движении в Пространстве-Времени меняет направление своего движения, то и здесь происходит вращение.

Теперь, если вы примете все это во внимание и проанализируете результат таких обстоятельств, вы столкнетесь с сокращением длины, замедлением времени, уравнениями преобразования Лоренца, уравнением сложения скоростей и относительностью одновременности.

Вы также обнаружите, что при таких обстоятельствах вы будете измерять скорость света как c, и делать это независимо от того, в какой системе отсчета измеряется свет, и не имеет значения, в каком направлении свет движется.