Есть ли способ измерить одностороннюю скорость света?

« Односторонняя» скорость света от источника к детектору не может быть измерена независимо от соглашения о том, как синхронизировать часы в источнике и детекторе . Чтобы синхронизировать эти часы, нужно знать скорость света в одном направлении, так как это «наибольшая доступная скорость» и мгновенная передача сигнала невозможна. Итак, круговое рассуждение.

Однако экспериментально можно измерить скорость прохождения туда и обратно (или «двустороннюю» скорость света) от источника к детектору и обратно. Измеренная скорость света туда и обратно всегда равна константе c.

Синхронизация А. Эйнштейна - это соглашение о синхронизации часов, которое предполагает, что скорость света во всех направлениях равна c или изотропна. Он синхронизирует удаленные часы таким образом, что скорость света в одном направлении становится равной скорости света в двух направлениях.

Конвенция Х. Райхенбаха (или Райхенбаха - Грюнбаума) о синхронии является самосогласованной и допускает, что скорость света различна в разных направлениях, а измеренная "туда и обратно" скорость света равна c. Например, скорость света в одном направлении может быть бесконечно большой, а в другом бесконечно близкой к с/2.

Поскольку определение одновременности зависит от схемы синхронизации часов и является условным, то любая односторонняя скорость всего также зависит от этой же схемы и является условной.

Поэтому, учитывая аберрацию - в инерциальной системе отсчета, помимо угла наклона телескопа, нужно знать скорость лаборатории. Но схема синхронизации часов повлияла бы на одностороннюю скорость этой лаборатории. Следовательно, как только с помощью часов, синхронизированных с Эйнштейном, будет определена скорость лаборатории, угол наклона телескопа покажет, что скорость света в точности равна постоянной с.

Метод №. 2 известен как транспорт с медленными часами и эквивалентен соглашению о синхронии Эйнштейна. Измеряемая этим методом синхронизации односторонняя скорость света будет в точности равна постоянной c.

Первое экспериментальное определение скорости света было сделано Оле Кристенсеном Рёмером. Может показаться, что этот эксперимент измеряет время прохождения светом части земной орбиты и, таким образом, определяет его скорость в одном направлении. Однако австралийский физик Лео Карлов показал , что Рёмер действительно измерил скорость света, неявно сделав предположение о равенстве скоростей света туда и обратно.

Также невозможно «мгновенно» синхронизировать часы с помощью жесткого стержня, так как абсолютно твердых тел не существует и сигнал не может двигаться внутри стержня быстрее света.

Было предложено много экспериментов, которые пытаются напрямую исследовать одностороннюю скорость света, но ни один из них не увенчался успехом.

Например, из центра комнаты с помощью одинаковых катапульт бросают на одинаковое расстояние двое одинаковых часов. Но в движущейся системе отсчета эти часы будут замедляться в разной степени. Даже если односторонняя скорость света анизотропна, из-за этого несоответствия скорость света, измеренная с помощью этих часов, будет в точности равна константе c.

С. Маринов в свое время предложил синхронизировать часы с помощью цепи (или конвейерной ленты). (См.: С. Дж. Поховник, «Пустые призраки Майкельсона и Морли: критика эксперимента Маринова со связанными зеркалами») . Но нужно иметь в виду, что в движущейся лаборатории противоположные стороны цепи будут лоренцево сокращаться на разную величину. Это привело бы к «рассинхронизации» часов и измеренная таким образом скорость света будет в точности равна постоянной с.

Р. Вуд рассмотрел модификацию метода Физо для определения скорости света, в котором два зубчатых колеса установлены на концах длинной оси, а свет направляется только в одном направлении (этот метод применил С. Маринов, доктор медицинских наук Фарид Ахмет). ). Однако релятивистский поворот оси без напряжения был бы дополнительным компенсирующим фактором. Измеряемая этим прибором односторонняя скорость света также будет точно равна с (Герберт Э. Айвс, «Теория двойного зубчатого колеса Физо») .

«Концепции одновременности» Макса Джаммера представляет собой всесторонний и доступный отчет об историческом развитии концепции, а также критику многих предложенных экспериментов по измерению скорости света в одном направлении.

Во вращающихся системах отсчета, даже в специальной теории относительности, нетранзитивность эйнштейновской синхронизации снижает ее полезность. Если часы 1 и часы 2 (равноудаленные от центра кольца) на ободе вращающегося кольца синхронизируются не напрямую, а с помощью цепочки промежуточных часов, то синхронизация зависит от выбранного пути. Синхронизация по окружности вращающегося диска дает неисчезающую разницу во времени, зависящую от используемого направления. Если синхронизировать часы 1 и 2 с помощью вспышки света из центра кольца, измеренной с помощью этих часов в одном направлении, скорости света будут разными по часовой стрелке и против часовой стрелки, но все же будут удовлетворять условию синхронии Рейхенбаха.

Теория Лоренца предполагает, что скорость света изотропна только в предпочтительной системе отсчета (эфире). Введение сокращения длины и замедления времени для всех явлений в «предпочтительной» системе отсчета, играющей роль неподвижного эфира Лоренца, приводит к полному преобразованию Лоренца. Поскольку в обоих случаях используется один и тот же математический аппарат, экспериментально различить LET и SR невозможно (см.: Моделирование кинематических эффектов специальной теории относительности с помощью классической механики в водной среде ) .

Хотя синхронизация Райхенбаха более «универсальна», несомненно, с практической точки зрения синхронизация Эйнштейна наиболее удобна в инерциальных системах отсчета. Преобразование Лоренца определено таким образом, что измеряемая скорость света в одном направлении не зависит от выбранной инерциальной системы отсчета.

Как насчет того, чтобы использовать что-то с четко определенной скоростью, но не со скоростью света? В качестве крайнего примера предположим, что у вас есть конвейерная лента, отмеченная через равные промежутки времени, и очень хорошо откалиброванная скорость. Тогда вы знаете, сколько времени требуется одной отметке, чтобы пройти от начальной точки до места, где находится наблюдатель. Синхронизируйте выходной импульс света с отметкой и запишите время прибытия как светового импульса, так и отметки.

Я понимаю, что вам понадобится чрезвычайно хорошо откалиброванный ременный привод (и, возможно, ремень на 20 км :-) ), но, возможно, можно расширить концепцию, скажем, до скорости звука в однородной породе.

Способ сделать это (могут быть и другие способы, но это тот, который не включает рассеяние) состоит в том, что мы можем использовать само искривление пространства-времени, чтобы привести фотон обратно к нашим часам. Фотоны следуют геодезическим, на самом деле это называется нулевой геодезической.

Вокруг черных дыр есть нечто очень интересное, называемое фотонной сферой. Фотон внутри фотонной сферы может обойти черную дыру.

Фотонная сфера 1 или фотонный круг[2] — это область или область пространства, где гравитация настолько сильна, что фотоны вынуждены двигаться по орбитам. (Иногда ее называют последней фотонной орбитой.) [3] Радиус фотонной сферы, который также является нижней границей для любой стабильной орбиты, для черной дыры Шварцшильда:

$${\displaystyle r={\frac {3GM}{c^{2}}}={\frac {3r_{\rm {s}}}{2}}}{\displaystyle r={\frac {3GM}{c^{2}}}={\frac {3r_{\rm {s}}}{2}}}$$ где G — гравитационная постоянная, M — масса черной дыры, c — скорость света в вакууме, а rs — радиус Шварцшильда (радиус горизонта событий) — вывод этого результата см. ниже.

Что делает это очень сложным, так это то, что многие забывают, что нынешнее определение скорости света использует локальное измерение. Поэтому нам нужно провести локальное измерение.

Теперь, если у нас есть часы, которые парят над фотонной сферой, и стреляем фотоном вокруг черной дыры, и ждем, пока фотон пролетит вокруг, проверим время, прошедшее по часам, и узнаем длину окружности, то теоретически мы можем их проверить. реальная скорость света в одну сторону.

Один из способов измерения скорости света можно было бы свести к синхронизации удаленных часов. Давайте воспользуемся экспериментом Эйнштейна с товарным вагоном с небольшой модификацией: сначала возьмем стационарный товарный вагон и точно отметим точки А, А', В, В', где А и В находятся на насыпи, а А' и В' прикреплены к товарному вагону. в точке A давайте установим лазер, направленный прямо на зеркало в A' (прикрепленное к товарному вагону), которое отражает лазерный луч обратно на фотодатчик в A. Давайте сделаем то же самое в точках B и B'. Если мы переместим товарный вагон с нерелятивистской скоростью (равномерной) v от A до B (или от B до A) зеркала в A'и B' будут отражать свет точно в один и тот же момент, поэтому мы можем синхронизировать часы в A и B. Точность такой синхронизации будет зависеть от того, насколько точно отмечены A, A'и B и B',

Есть способ проверить, распространяется ли свет с одинаковой скоростью в одном направлении между двумя зеркалами резонатора. Если свет распространяется с одинаковой скоростью в обоих направлениях, сила осциллирующего поля будет следовать простой синусоидальной волне вдоль резонатора.

Если, с другой стороны, скорости разные, то мы имеем разные длины волн в разных направлениях. Мы бы увидели, как волновая картина падает и растет по амплитуде вдоль резонатора.

Итак, взяв обычный излучатель, отражатель и детектор, можем ли мы сделать следующее? Сделайте первое измерение и запишите время. Поместите среду, пропускающую свет, но слегка «замедляющую» его, поместите перед стороной излучателя, проведите еще одно измерение. Затем возьмите ту же среду и поместите ее перед детектором, сделайте последнее измерение и сравните.

Тест «а» является контролем без среды. Если свет движется с одинаковой скоростью во всех направлениях, тест b и c должен дать результат, отличный от контрольного, если, скажем, есть изменение, когда среда находится перед излучающей стороной, но нет никаких изменений перед детектором. стороны, то это означает, что в одном направлении свет движется в$\frac{1}{2}c$, а другой мгновенно, и наоборот.

Один из теоретических способов измерения скорости света в одном направлении без необходимости синхронизации часов состоит в использовании фотонной сферы черной дыры на$1.5R_S$. На этом расстоянии фотоны, отправленные по касательной, будут двигаться вокруг отверстия и достигать излучающего наблюдателя с другого направления. Световой импульс может быть отправлен, и время задержки до прибытия покажет скорость.

Заметим, что в этом случае локальную кривизну пространства-времени можно сделать сколь угодно малой, используя более массивную черную дыру (т.$1.5R_S$расстояние до отверстия также увеличивается). Искривление светового луча — это нелокальное явление, обусловленное общим пространственно-временным многообразием, и по мере приближения к пределу бесконечной массы мы приближаемся к пределу прямого светового луча. Так что, если бы с односторонними измерениями света происходило что-то странное, это проявлялось бы в решении Шварцшильда.

Для этого требуются две разные светоизмерительные машины. Одним из них является стандарт «как далеко туда и обратно», где лазер стреляет (точка а), стреляет в зеркало (точка б), которое отражает его обратно в механизм (точка а), который останавливает часы, которые активируются, когда лазер уволенный. Следующим шагом будет аналогичный механизм, но с третьей точкой, таким образом, что Лазер (точка x) стреляет в зеркало (точка y), которое отражается в другое зеркало (точка z), которое, наконец, отражает его обратно в (точка x). с таким же часовым механизмом. Расстояние между точками x и y, y и z и x и z должно быть таким же, как расстояние от точки a до точки b. Зеркала должны отражаться на втором приспособлении под углом 60 градусов.

Активируйте первый и получите двухстороннее измерение скорости света (расстояние от точки а до точки b и обратно). Ну, назовите время, которое требуется, «t». С этой информацией использование второй машины дает трехстороннее измерение с другим временем. Мы назовем это время (u).

Теперь эксперимент может пойти двумя разными путями в зависимости от того, верна ли теория о том, что свет распространяется с разной скоростью в зависимости от направления. Если (t/u) =/= (2/3), то свет распространяется с разными скоростями и его становится труднее измерить.

Если предположить, что первое неверно, свет распространяется с той же скоростью. Просто сделайте уравнение (ut) для вашего ответа.

Если вы возьмете один и тот же треугольный набор зеркал и поместите 6 из них рядом так, чтобы они образовали шестиугольник, вы можете определить, сколько времени требуется свету, чтобы двигаться в каждом направлении, сравнив соприкасающиеся стороны этих «треугольников». Сколько времени свету требуется, чтобы пройти через один из этих треугольников, является полным периметром. Поскольку каждый треугольник имеет общую сторону с другим треугольником в том же месте, это означает, что стороны двух соприкасающихся треугольников должны быть равны, или их лазеры направлены в противоположные стороны. Это требует много заполнения пробелов, но если вы продолжаете размещать треугольники рядом друг с другом и записывать их возможную длину, вы в конечном итоге получите шаблон и сможете определить, какая длина какая. Теперь вы можете просто найти длину стороны любого треугольника, и это скорость света в одном направлении,

Я думаю, мы можем измерить одностороннюю скорость света. нам нужно переопределить одновременность. Мое предложение состоит в следующем: если твердое тело AB длины l движется без всякого ускорения параллельно оси X и в момент времени t0 его точка A находится в точке x, то одновременно его точка B находится в точке x+l

Давайте теперь разработаем эксперимент для синхронизации удаленных часов и измерения скорости света в одном направлении:

Представьте себе четыре космических корабля, летящих точно по квадрату EFGH к (или от) не движущихся (по крайней мере друг относительно друга) точек ABCD, где AD параллелен EF, а расстояние EF равно AD. Точки EG должны быть коллинеарны точкам AB, а точки FH коллинеарны CD. Убедиться в том, что ABCD (и EFGH) является квадратом, относительно легко, поскольку двухсторонняя скорость света постоянна: мы можем измерить (и при необходимости скорректировать) расстояния BD и CA, посылая световые сигналы из B в D (и из C к A) и обратно Теперь в определенное время (часы в A и D можно предварительно синхронизировать по эйнштейновскому соглашению, но это не обязательно) мы можем измерить расстояние от A до G (L) и от D до H (L '), используя световой (лазерный) сигнал, посылаемый от A к G (и отражаемый обратно к A), а также расстояние от D до H. Если расстояние AG (L) равно DH (L'), то сигналы от A и D были отправлены одновременно; в противном случае было бы легко настроить часы так, чтобы они синхронизировались.

Пожалуйста, дайте мне знать, если я сделал какое-либо неправильное предположение. Конечно, теоретически было бы достаточно, чтобы только линии AD были параллельны GH, но на практике может быть трудно убедиться, что они параллельны друг другу.