Как именно постоянная измеренная скорость света выводится из уравнения Максвелла?

Ключ, я думаю, в том, что, когда вы устанавливаете уравнения для стержня, вы неявно предполагаете систему отсчета, а именно, в покое относительно стержня. Однако уравнения Максвелла более фундаментальны и основаны на законах, которые не должны зависеть от системы отсчета, по крайней мере, так казалось.

Итак, когда вы получаете уравнение, указывающее на фиксированную скорость, вы, естественно, задаете вопрос относительно какой системы отсчета. Но в случае уравнений Максвелла не было неявного предположения о системе отсчета. Так что это озадачило. Итак, первой реакцией было постулировать, что он должен быть. Эфир или что-то в этом роде. Но это оказалось провалом.

Вы действительно спрашиваете, почему скорость света не зависит от относительного движения наблюдателя? Я постараюсь ответить на это, хотя я действительно заржавел в Максвелле.

Обычно считалось, что существует «эфир», через который распространяется свет, подобно звуковым волнам в материи. Если это так, то, поскольку Земля движется в космосе с довольно высокой скоростью, если вы измерите скорость света вдоль труб, ориентированных под прямым углом, вы должны увидеть разницу. Это был эксперимент Майклсона-Морли, и, как ни странно, никакой разницы не было. Оно появляется, пока вы движетесь стабильно по прямой линии, независимо от того, где и как быстро, если вы измеряете скорость света, оно получается таким же.

Чтобы объяснить эту загадку, родилась новая теория, специальная теория относительности. В нем говорится, что наши часы и наши измерительные палочки (вещи, которыми мы измеряем скорость) начинают вести себя забавно, когда мы идем быстрее по отношению к кому-то другому. Вот как это работает.

Предположим, вы построили часы, имея два параллельных зеркала в вакууме на расстоянии полуметра друг от друга, и вы отбрасываете небольшой импульс света вертикально между зеркалами. Вы считаете отскоки. 299792458 оборотов туда и обратно занимает одну секунду, потому что с такой скоростью движется свет.

Теперь вы устанавливаете эти часы на железнодорожный вагон и смотрите на них, когда они проезжают мимо вас. Поскольку свет теперь движется в наклонном направлении, поскольку все часы движутся, световой импульс должен проходить дальше между отражениями, что с вашей точки зрения займет больше времени . Итак, с вашей точки зрения часы в поезде идут медленнее, но с точки зрения человека в поезде кажется, что они идут с той же скоростью, потому что это единственные часы, которые у него есть.

На самом деле, если бы вы, предположительно неподвижный человек, также имели часы, человек в поезде сказал бы, что ваши часы идут медленнее.

Итак, если эксперимент Майклсона-Морли верен, это то, что вы и человек в поезде должны наблюдать. Что ж, эксперимент подтверждает это. Это то, что на самом деле видно . Когда сравнивают очень точные часы, и одни из них движутся по прямой линии с постоянной высокой скоростью относительно других, они действительно идут медленно. Чем быстрее он движется, тем медленнее он бежит. Теоретически, если бы он мог двигаться со скоростью света, он бы остановился.

Кроме того, по тем же причинам укорачиваются измерительные стержни, выровненные по направлению движения.

Итак, если вы пытаетесь объяснить, почему скорость света постоянна вне зависимости от движения наблюдателя, ответ таков: мы на самом деле не знаем, но похоже, что это так, и следствием этого является то, что часы и измерительные рейки должны работать забавно. вещи. И на самом деле они это делают. Это имеет глубокие последствия, к лучшему или к худшему, включая ядерную энергию и войну.

Измененный ответ @Raskolnikov (отсюда вики сообщества, потому что недостаточная часть Incnis Mrsi, чтобы претендовать на авторство):

Оно не «выводится из уравнения Максвелла» только как чисто математическое следствие, но также опирается на окружающую физику. Уравнение Максвелла и волновое уравнение для звука (даже если мы для простоты игнорируем дисперсию P/S в твердых телах, а также ударные волны) сходны в том, что допускают симметрию O(1, 3). Кстати, наличие такой симметрии в гиперболическом УЧП не является неожиданным. Но действительно ли физика O(1, 3)-симметрична в каждом из случаев? Физика – это не только уравнения поля – в случае электродинамики мы имеем (релятивистскую) динамику частиц вместе с уравнением Максвелла.

В сплошной среде нет симметрии О(1, 3) даже локально (в малом куске), хотя если среда изотропна, то она допускает симметрию О(3). У нас нет физически разумного аналога «бустеров Лоренца», потому что у любого маленького кусочка среды есть предпочтительная система отсчета. Почему это так? Есть несколько аргументов:

• Непосредственное наблюдение: сплошная среда «кажется» имеющей определенную скорость в любом своем отрезке. Движение отдельных частей (например, мелких неоднородностей) во многих случаях можно проследить визуально.
• Микроскопический: есть система отсчета, в которой сумма импульсов молекул (составляющих частиц) равна нулю, тогда как в других системах это не так.
• Трение: силы, действующие на частицы, взаимодействующие со средой, демонстрируют «предпочтение» системе отсчета среды.
• Оптика: свет, распространяющийся через прозрачную среду, не проявляет никакого уважения к «звуковому конусу», но имеет свою собственную особенность O (1, 3), намного быстрее.

Но если мы посмотрим на электродинамику в вакууме , то увидим, что ни одно из этих препятствий не имеет места. Частицы пыли в Солнечной системе движутся не так, как в воздухе (или воде), потому что нет трения◗, нет составных частиц самого вакуума с их импульсами, а все известные и предполагаемые волны, распространяющиеся в вакууме (такие как гипотетические гравитационные волны) подчиняются одному и тому же световому конусу электромагнетизма. Это не просто уравнение — это относительность .

Вывод: механика сплошной среды и электродинамика в вакууме похожи лишь внешне.

◗ Иногда это происходит с межзвездной пылью, но на самом деле это случай очень разреженной сплошной среды, а не вакуума.

На самом деле, вы можете так легко измерить относительное движение звука только с помощью чего-то, что движется быстрее звука. В этом случае твердые тела (например, стержень) состоят из квантовых электромагнитных связей, которые могут передавать информацию со скоростью вплоть до скорости света.

В интересной статье 2008 года, которую вы можете найти здесь http://arxiv.org/abs/0705.4652 , Барсело и другие сообщают об объектах, состоящих из фононов в конденсированном веществе, и о системе Лоренца, основанной на скорости звука, а не света. «Наблюдатели», состоящие из фононов, использующие интерфермотер, состоящий из фононов, обнаружат, что скорость звука является предельной скоростью.

Если бы у нас был доступ к чему-то, что движется быстрее света, мы, вероятно, смогли бы измерить относительное движение света, но мы этого не делаем. В основном мы состоим из света. В соответствии с E=mc^2 свет свободно преобразуется туда и обратно в материальные частицы, из которых мы состоим. С точки зрения квантовой механики кажется, что свет каким-то образом попадает в стоячую волну, но я не знаю ни одного физика, который утверждал бы, что понимает это. Если вы найдете его, я хотел бы сам услышать объяснение.