Как мы можем показать, что скорость света действительно постоянна во всех системах отсчета?

Вам трудно это опровергнуть, потому что ваш друг прав в одном смысле: эксперимент ММ не доказал второй постулат относительности Эйнштейна, а именно, что скорость света постоянна для всех инерциальных наблюдателей.

Напомним, что эксперимент Майкельсона-Морли был разработан для обнаружения движения относительно эфира или материальной среды для света. Если бы в вашем эксперименте с открытым вагоном измерялась скорость звука, то вы действительно измерили бы разные скорости вдоль и поперек вагона. Таким образом, эксперимент ММ поставил под серьезное сомнение понятие эфира.

Теперь было хорошо известно, что уравнения Максвелла не сохраняют свою форму при преобразованиях Галилея между инерциальными системами отсчета. Это считалось правильным, потому что понятие среды для света существовало еще до эксперимента с ММ, так что волновое уравнение для света должно преобразовываться так же, как волновое уравнение для звука между инерциальными системами отсчета.

Итак, приходит Эйнштейн и говорит: раз нет среды, давайте посмотрим, что произойдет с нашей физикой, если мы предположим, что уравнения Максвелла сохраняют свою форму при преобразовании между инерциальными системами отсчета. Поэтому он постулировал, что скорость света будет измеряться одинаково для всех инерциальных наблюдателей, и пришел к выводу, что (1) группой преобразования является группа Лоренца, а не группа Галилея, и (2) время, измеренное между двумя событиями, в общем случае будет зависеть на наблюдателя. (1) уже было известно во время статьи Эйнштейна 1905 года, (2) было радикальным.

Таким образом, эксперимент ММ мотивировал предполагаемую лоренцеву ковариантность уравнений Максвелла и, таким образом, новый постулат относительности о том, что скорость света будет измеряться одинаковой для всех инерциальных наблюдателей.

Следовательно, второй постулат относительности вступает в силу только тогда, когда мы сравниваем скорость света, измеренную разными инерциальными наблюдателями. Кто-нибудь, наблюдающий источник света в вашем поезде, заметит, что закон преобразования сильно отличается от закона приближенного преобразования Галилея, который описывает преобразование скорости шарика для пинг-понга, до отличного приближения.

Проще всего было бы заметить, что скорость света можно измерять разными приборами, и что она всегда измеряется одной и той же (с учетом среды) независимо от его пути относительно нас.

Никогда не было измерено, чтобы свет в вакууме двигался быстрее или меньше, чем$c$, независимо от того, двигалась ли Земля к ней, от нее или перпендикулярно ей.

http://math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/SR/experiments.html

http://en.wikibooks.org/wiki/Special_Relativity/Эфир

Что касается эксперимента, упомянутого Франсуа Араго в 1810 году, по измерению скорости света, когда он попадает в телескоп, мы измеряем скорость света только после того, как он достигает земной атмосферы. Это не говорит нам о скорости света в космосе.

Чтобы строго проверить лоренц-инвариантность, необходимо рассмотреть теоретические модели, в которых лоренц-инвариантность нарушается, которые еще не исключены. Это можно сделать, рассмотрев Стандартную модель, а затем добавив члены, нарушающие лоренц-инвариантность, и изучив наиболее общую такую ​​модель, которая физически правдоподобна. Это было сделано в этой статье , где были сделаны новые предсказания экспериментальных сигнатур нарушений лоренц-инвариантности, такие как:

• Количественные предсказания вакуумного черенковского излучения

• Распад фотона высокой энергии на пару электрон-позитрон

• Распад мюонов высоких энергий на электроны и фотоны

• Стабильные нейтральные пионы высокой энергии из-за распада на два фотона становятся кинематически запрещенными

• Стабильные нейтроны высоких энергий, в то время как протоны становятся нестабильными при высоких энергиях.