Может ли односторонняя скорость света быть мгновенной?

Это заставило меня задаться вопросом: принимает ли скорость света одинаковую во всех направлениях за какую-то аксиому?

Да, хотя это называется постулатом, а не аксиомой. Это знаменитый второй постулат Эйнштейна:

Любой луч света движется в «стационарной» системе координат с определенной скоростью с, независимо от того, испущен ли он неподвижным или движущимся телом. Следовательно

$${\rm velocity}=\frac{{\rm light\ path}}{{\rm time\ interval}}$$ где интервал времени следует понимать в смысле определения в § 1.

А. Эйнштейн, 1905 г., «Об электродинамике движущихся тел» https://www.fourmilab.ch/etexts/einstein/specrel/www/

Этот постулат просто считается истинным, и его последствия исследуются в его статье. Затем последующая проверка многих довольно странных следствий принимается за сильную эмпирическую поддержку постулата. Это сердце научного метода.

Итак, все ли наши физические теории основаны на предположении, и что произойдет, если окажется, что свет движется с разными скоростями в разных направлениях? Позволит ли это передавать информацию быстрее скорости света, и можем ли мы каким-то образом узнать, что передача происходит быстрее скорости света?

Да, все наши физические теории основаны на этом предположении, но само это предположение — просто условность. Что хорошо в соглашениях, так это то, что не существует «неправильных» или «правильных» соглашений. Это конкретное соглашение известно как соглашение о синхронизации Эйнштейна, и это то, что второй постулат, упомянутый выше как «временной интервал, следует понимать в смысле определения в § 1». Из той же статьи в разделе 1:

Пусть луч света начинается в «Время»$t_{\rm A}$от А к Б, пусть в «время Б»$t_{\rm B}$отразиться в B в направлении A и снова прийти в A в «время A»$t'_{\rm A}$.

В соответствии с определением часы синхронизируются, если

$$t_{\rm B}-t_{\rm A}=t'_{\rm A}-t_{\rm B}$$ А. Эйнштейн, 1905 г., «Об электродинамике движущихся тел» https://www.fourmilab.ch/etexts/einstein/specrel/www/

Если мы определим$\Delta t_A= t'_A-t_A$затем с небольшой перестановкой это становится$t_B=\frac{1}{2}(t_A+t'_A)=t_A+\frac{1}{2}\Delta t_A$. Это соглашение о том, что означает синхронизировать два часа. Но это не единственное возможное соглашение. На самом деле Райхенбах тщательно изучал альтернативную конвенцию, в которой$t_B=t_A+ \epsilon \Delta t_A$где$0 \le \epsilon \le 1$. Соглашение Эйнштейна восстановлено для$\epsilon = \frac{1}{2}$и видео Veritasium казалось странно взволнованным$\epsilon = 1$.

Обратите внимание, что выбор Райхенбаха$\epsilon$напрямую определяет одностороннюю скорость света, не изменяя двухстороннюю скорость света. Согласно соглашению Эйнштейна, односторонняя скорость света изотропна и равна двухсторонней скорости света, а для любого другого значения односторонняя скорость света анизотропна, но очень специфическим образом, который иногда называют «заговорщической анизотропией». Он анизотропен, но не влияет ни на какие физические измерения. Вместо этого это соглашение о синхронизации вызывает другие вещи, такие как анизотропное замедление времени и даже анизотропное кручение без напряжения, которые сговорились скрыть анизотропную одностороннюю скорость света от каких-либо экспериментальных эффектов.

Это важно, потому что подразумевает две вещи. Во-первых, нет возможности экспериментально определить истинное значение, истинного значения просто нет, это не факт природы, а описание соглашения о синхронизации нашей системы координат, природе до этого нет дела. Во-вторых, вы можете выбрать любое значение$\epsilon$и никакой эксперимент не будет вам противоречить.

Это значит, что$\epsilon=\frac{1}{2}$является соглашением, точно так же, как отрицательный заряд электрона является соглашением и точно так же, как правило правой руки является соглашением. Ни одно физическое предсказание не изменилось бы, если бы мы изменили какое-либо из этих соглашений. Однако в случае$\epsilon=\frac{1}{2}$многие расчеты и формулы становятся очень запутанными, если вы используете другое соглашение. Поскольку нет смысла делать вещи излишне беспорядочными, это довольно сильное соглашение.

И, наконец, о передаче сверхсветовой информации. Если мы используем$\epsilon \ne \frac{1}{2}$тогда есть какое-то направление, в котором информация может распространяться быстрее, чем$c$. Однако, поскольку в этом направлении свет также распространяется быстрее, чем$c$информация по-прежнему не распространяется быстрее света. Важно помнить, что под$\epsilon \ne \frac{1}{2}$соглашение о количестве$c$больше не скорость света в одну сторону, поэтому быстрее, чем свет и быстрее, чем$c$уже не эквивалентны.

Вопрос в том,

1. "Может ли скорость света в одном направлении быть мгновенной?"

2. "Является ли скорость света одинаковой во всех направлениях своего рода аксиомой?"

3. «Что произойдет, если окажется, что свет движется с разными скоростями в разных направлениях?» Позволит ли это передавать информацию быстрее скорости света, и можем ли мы каким-то образом узнать, что передача происходит быстрее скорости света?»

Мой ответ будет отличаться от некоторых других, опубликованных здесь, но это не из-за разногласий по поводу математики, это разногласия по поводу терминологии и того, что составляет четкое общение.

На Земле у нас разные часовые пояса. Например, Франция на час опережает Англию. Это означает, что можно отправиться в путешествие из Франции в Англию, отправившись в полдень (12:00) (по французскому времени) и через час в пути прибыть в Англию в полдень (по английскому времени). Означает ли это, что вы путешествовали с бесконечной скоростью? Конечно, нет. Является ли это прекрасным и удивительным пониманием физики относительности, которое бросает вызов нашим обычным представлениям о времени? Я так не думаю.

Эффект, обсуждаемый в видео, упомянутом в вопросе, является именно этим эффектом.

Далее я раскрою его алгебраически, что, надеюсь, прояснит, что это все, что нужно. Физика занимает промежуточное положение между специальной и общей теорией относительности (ОТО). Все это можно рассматривать с помощью специальной теории относительности, но поскольку здесь задействованы преобразования координат (а не только преобразования Лоренца), полезно также добавить немного ОТО.

Сначала представим стандартный подход. Эта первая часть будет немного технической для некоторых читателей, но вы сможете получить основную мысль о том, как определяется скорость света.

В ОТО мы утверждаем, что пространство-время — это 4-мерное пространство определенного вида, называемое «псевдоримановым многообразием, с сигнатурой$(-1,1,1,1)$или (эквивалентно)$(1,-1,-1,-1)$". Это означает, что вблизи любого события существует система координат, в которой можно вычислить интервал$ds$между соседними событиями можно использовать следующее уравнение:

Как широко известно, стандартная буква, используемая для этой константы,$c$.

Вот вам и скорость света согласно стандартному определению терминов в физике. Она везде одинакова и не зависит ни от какого направления движения.

Теперь, если кто-то решит принять другие системы координат, то можно найти координаты, скажем$T,X,Y,Z$в котором мировая линия луча света может иметь$dX/dT = c/2$при движении в одном направлении и$dX/dT = \infty$при движении в другом направлении. Величины такого рода называются «координатной скоростью света». Они варьируются от одного выбора координат к другому и не говорят нам много о каком-либо отношении к физике.

Вот пример.

Позволять$x,t$быть обычными координатами, которые можно использовать, например, для описания движения тел, движущихся вдоль линии между Землей и Марсом, где мы совмещаем$x$ось с этой линией (линия будет оставаться неподвижной в хорошем приближении в течение нескольких десятков минут, необходимых для обсуждаемых нами движений). Теперь определите две другие переменные следующим образом:

Теперь давайте рассмотрим что-то, движущееся по$x$ось. Если его скорость$v$затем$dx/dt = v$для движения в одном направлении и$dx/dt = -v$для движения в другом направлении. Мы можем отслеживать движение также с помощью$X,T$координаты. У нас есть

Так движется ли свет мгновенно от Марса к Земле? Нет: это точно так же, как разные настройки часов во Франции и Англии, с которых я начал. «Часы», обозначенные$T$устроены так, что часы на Марсе опережают часы на Земле. Удивительно, как это может показаться любому, кто смотрел видео Veritasium, на самом деле это не более чем это . Все это основано на человеческом решении обратиться к параметру$T$как «время».

Если мы решим использовать неприукрашенную фразу «скорость света» для обозначения «координатной скорости света», не прояснив, что именно этим мы и занимаемся, то мы просто введем людей в заблуждение, поскольку видео, упомянутое в вопросе, явно ввел спрашивающего в заблуждение. Фраза «скорость света в одну сторону» насторожит экспертов, что речь идет о чем-то более техническом и нестандартном, но этот нюанс не будет уловлен в контексте популярных презентаций. Тогда получается, что мы говорим о том, что свет действительно может добраться от Марса до Земли в мгновение ока, пересекая интервал, подобный пространству. Но свет не может пересечь пространственноподобный интервал. Итак, если кто-то утверждает, что световые сигналы могут пересекать пространственноподобный интервал, не добавляя однозначно, что на самом деле это невозможно,

Тогда ответ на три вопроса, перечисленных в начале, таков: «Если кто-то утверждает, что свет может перемещаться между разными точками мгновенно, будьте осторожны: он может принять какой-то нестандартный способ рассечения пространства-времени с использованием систем координат, и они могут использовать терминология «скорость света» вводящим в заблуждение образом».

Да, оно может. А может стать еще хуже. Настоящая суть того, что здесь происходит, заключается в том, что в теории относительности то, как определяется «скорость», является произвольным, что в более общем смысле является следствием того, что выбор настоящего «сейчас» является произвольным.

Помните, что скорость требует, чтобы мы говорили о том, какое расстояние в пространстве что-то проходит за время — таким образом, она требует разделения пространства-времени на отдельные компоненты «пространство» и «время», и, что наиболее важно, которые применяются в удаленных от нас местах , поэтому мы можем замерить движение в двух точках, проверить их пространственные координаты, измерить расстояние в пространстве, измерить время, необходимое для прохождения, и, наконец, взять частное, чтобы получить скорость.

Теперь вы можете думать о тех симпатичных диаграммах, которые они рисуют, которые показывают отдельные оси пространства и времени, и о том, как вы можете изменить их с помощью преобразования Лоренца и так далее. Но вот в чем дело: эти диаграммы произвольны . Ничего особенного в этой оси нет"$x$"там, это делает его необходимым, логическим следствием структуры пространства-времени. Это чистый вымысел, а это также означает, что все, о чем говорится в его терминах, в той мере, в какой он опирается на него, тоже чистый вымысел. Это означает, что идея измерения «длины» протяженного объекта произвольна (поэтому стоит ли вам удивляться, что теперь он сжимается при движении?), как и измерение времени, которое «вы видите» между двумя отдаленными событиями.

И относительно этой оси измеряется «скорость света». Но ничто не мешает нам использовать другую ось, и если мы это сделаем, то получим другой сценарий для этой скорости.

Теперь причина в том, что "$\frac{c}{2}$против.$\infty$«предел заключается в том, что, хотя да, эти вещи произвольны, не все характеристики пространства-времени произвольны, иначе теория была бы полностью лишена содержания. Вместо этого следующие вещи не произвольны, т. е. они являются структурными характеристиками пространства-времени:

1. В каждом отдельном событии (точке пространства-времени) трехчастное разделение окружающих событий на времениподобную, светоподобную и пространственноподобную области,
2. Пространственно-временной интервал или бонус за действие при общении от одной точки к другой.

И это накладывает некоторые ограничения на то, как вы можете нарисовать свой$x$-оси, но они дают еще много свободы: а именно, каждая точка на вашем$x$-ось, или ваша пространственная плоскость, должна быть пространственноподобна друг от друга. Для измерения скорости света$\infty$, вам нужен сегмент вашего$x$оси, совпадающей с путем светового сигнала. Это светоподобный путь, и это предельный случай пространственноподобных (и времениподобных) путей, поэтому он также является предельным случаем «возможных$x$-оси".

Первые оценки скорости света использовали задержку времени покрытия спутников Юпитера. Когда Земля находилась на противоположной стороне от Солнца, время задерживалось, а по мере того, как Земля перемещалась в ту же сторону, оно возвращалось к более раннему времени. Это был бы односторонний эксперимент. Это похоже на предыдущий ответ с использованием часов на Марсе по сравнению с часами на Земле.

Существует теория, согласно которой свет изотопически распространяется только в одной системе отсчета, так называемой «предпочтительной системе отсчета».

Согласно специальной теории относительности, односторонняя скорость света изотропна во всей инерциальной системе отсчета. Согласно теории эфира Лоренца , скорость света изотропна только в «предпочтительной» системе отсчета, или 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 используется один и тот же математический формализм, экспериментально различить LET и SR невозможно.

Более того, односторонняя скорость света заведомо анизотропна относительно поверхности Земли.

Представьте гигантское кольцо сколь угодно большого диаметра. Предположим, что кольцо вращается по часовой стрелке в некой инерциальной лаборатории, скажем С.

Предположим, что на краю этого кольца есть лаборатория S'. Эта лаборатория движется с линейной скоростью v. Скорость v очень близка к c. Кольцо настолько велико, что эту лабораторию S' можно считать квазиинерционной. Пусть на ободе кольца стоят двое часов – А и В.

Представьте себе, что наблюдатель, находящийся в центре этого вращающегося кольца, вспыхивает светом с целью синхронизировать эти часы. Этот наблюдатель использует соглашение о синхронии Эйнштейна , которое подразумевает изотропию скорости света в одном направлении. Как только лучи света достигают этих часов, поскольку эти часы равноудалены от центра, эти часы можно считать синхронными.

Теперь предположим, что наблюдатель в движущейся (вращающейся) лаборатории S' хочет с помощью этих часов измерить одностороннюю скорость света на отрезках AB, BA, BAB, ABA. Наблюдатель в центре кольца может «увидеть», что луч света движется очень-очень медленно от А к В, но очень-очень быстро от В к А.

Однако измеренная наблюдателем S скорость света в направлении от A к B или от B к A не будет равна cv или c+v, потому что надо помнить, что расстояние AB Лоренца – сжимается и часы A и B замедляются.

Из-за этих эффектов лаборатория будет «искажаться», а измеряемая этими часами односторонняя скорость света из А в В будет очень близка к с/2. На обратном пути из В в А луч света преодолеет это расстояние почти мгновенно.

Конечно, измеренная двухсторонняя скорость света, скажем, ABA или BAB, будет изотропна и точно равна константе c, см. эксперимент Майкельсона-Морли.

Следовательно, с точки зрения движущегося наблюдателя S' часы выглядели бы как часы Рейхенбаха – синхронизированные.

Конечно, наблюдатель S' на краю вращающегося кольца может синхронизировать часы A и B по Эйнштейну, и измеряемая этими часами скорость света будет изотропной. Однако возникает небольшая проблема: если часы A и часы B синхронизируются не напрямую, а с помощью цепочки промежуточных часов, синхронизация зависит от выбранного пути. Синхронизация по всей окружности вращающегося кольца дает неисчезающую разницу во времени, зависящую от используемого направления.

Этот интересный вопрос, поскольку асимметрия в скорости может возникать на любом пути движения света, прямом или отраженном пути света, также можно разбить и перевести в следующую серию из двух вопросов :

1. Однородно ли «пустое пространство»?

2. Отраженный или рассеянный свет объекта возвращается в пустое пространство медленнее?

Ответы:

1. Этот вопрос касается прямого пути света, идущего в пустом пространстве от источника его генерации к цели. Данные астрономических измерений и экспериментов до сих пор подтверждают, что в целом прямой свет, исходящий от разных положений и расстояний звезды (источника генерации света) в небе, распространяется с одинаковой скоростью c. Это в значительной степени доказывает, что пространство в целом однородно, и прямой путь света от источника генерации света не зависит от пространства и не зависит от его относительной ориентации в пространстве к цели.

2. Экспериментально также доказано, что отраженный или рассеянный свет от объекта обратно к нам (обратный путь света), который позволяет нам увидеть объект в первую очередь, не замедляется процессом,

Свет ускоряется или замедляется при отражении?

Объединив два ответа выше, ИМО, можно с уверенностью сказать, что постулат Эйнштейна верен, и свет движется по обоим путям, прямому и обратному, с одинаковой скоростью c в пустом пространстве.

Нет, это не может быть мгновенно. Как и некоторые другие видео по физике от Veritassium, это по большей части чепуха.

Если предположить, что вы находитесь в том, что Эйнштейн назвал «стационарной системой отсчета», то по определению односторонняя скорость света одинакова во всех направлениях. В системе отсчета, движущейся относительно вас со скоростью C/2, в направлении движения системы скорость света в одном направлении будет C/2, а в другом направлении 3C/2. Предельным случаем является случай, когда система отсчета движется относительно вас со скоростью почти C, и в этом случае скорость света составляет почти 2C в одном направлении и почти 0 в другом. Кто-то в движущейся системе отсчета измеряет одностороннюю скорость света, чтобы она была одинаковой из-за сокращения длины, замедления времени и единственного, в чем Веритассиум угадал, — синхронизации часов.

Вы слишком много думаете об этом. Причудливые уравнения, которых я не понимаю, не являются решением. Используя пример, основанный на видео Veritasium, если бы на Земле было 12:00 и сообщение прибыло через 20 минут, на Марсе они подумали бы, что оно было отправлено 10 минут назад, поэтому установили бы свои часы на 12:10. Затем они отправят сообщение, что сейчас 12:10, и люди на Земле будут думать, что оно было отправлено в 12:10, 10 минут назад. Затем они вернутся на Землю и измерят временную задержку. Если бы он был отклонен на 10 минут, скорость света была бы бесконечной. Если бы он был смещен на другое число, они рассчитали бы скорость на основе того факта, что если бы он был смещен на 0 минут, то до Земли было бы 10 минут, если бы на Земле было 12:00, а сообщение прибыло через 19 минут. , на Марсе бы подумали, что это было отправлено 10 минут назад, поэтому они установили свои часы на 12:10. На самом деле было 12:19. Затем через 1 минуту они отправят сообщение о том, что сейчас 12:10, и люди на Земле будут думать, что оно было отправлено в 12:10, 10 минут назад. Тогда на Марсе будет 12:11, а 12 :20 на Земле. Они измерили бы это как разницу в 9 минут, что означает, что сообщение Мара дошло до них за 1 минуту. И так далее, и так далее. Когда это произойдет, они вычислят расстояние между Землей и Марсом, а затем разделят его на время, необходимое для прохождения сигнала, и в конечном итоге получат скорость света в этом направлении. Они сделали бы то же самое для Земли на Марс. Они разделят расстояние от Земли до Марса, когда это произойдет, на 19 минут пути от Земли до Марса. И, Вуаля! Односторонняя скорость света требует космического путешествия! отправить сообщение, что сейчас 12:10, и люди на Земле подумают, что оно было отправлено в 12:10, 10 минут назад. Тогда на Марсе будет 12:11, а на Земле 12:20. Они измерили бы это как разницу в 9 минут, что означает, что сообщение Мара дошло до них за 1 минуту. И так далее, и так далее. Когда это произойдет, они вычислят расстояние между Землей и Марсом, а затем разделят его на время, необходимое для прохождения сигнала, и в конечном итоге получат скорость света в этом направлении. Они сделали бы то же самое для Земли на Марс. Они разделят расстояние от Земли до Марса, когда это произойдет, на 19 минут пути от Земли до Марса. И, Вуаля! Односторонняя скорость света требует космического путешествия! отправить сообщение, что сейчас 12:10, и люди на Земле подумают, что оно было отправлено в 12:10, 10 минут назад. Тогда на Марсе будет 12:11, а на Земле 12:20. Они измерили бы это как разницу в 9 минут, что означает, что сообщение Мара дошло до них за 1 минуту. И так далее, и так далее. Когда это произойдет, они вычислят расстояние между Землей и Марсом, а затем разделят его на время, необходимое для прохождения сигнала, и в конечном итоге получат скорость света в этом направлении. Они сделали бы то же самое для Земли на Марс. Они разделят расстояние от Земли до Марса, когда это произойдет, на 19 минут пути от Земли до Марса. И, Вуаля! Односторонняя скорость света требует космического путешествия! Они измерили бы это как разницу в 9 минут, что означает, что сообщение Мара дошло до них за 1 минуту. И так далее, и так далее. Когда это произойдет, они вычислят расстояние между Землей и Марсом, а затем разделят его на время, необходимое для прохождения сигнала, и в конечном итоге получат скорость света в этом направлении. Они сделали бы то же самое для Земли на Марс. Они разделят расстояние от Земли до Марса, когда это произойдет, на 19 минут пути от Земли до Марса. И, Вуаля! Односторонняя скорость света требует космического путешествия! Они измерили бы это как разницу в 9 минут, что означает, что сообщение Мара дошло до них за 1 минуту. И так далее, и так далее. Когда это произойдет, они вычислят расстояние между Землей и Марсом, а затем разделят его на время, необходимое для прохождения сигнала, и в конечном итоге получат скорость света в этом направлении. Они сделали бы то же самое для Земли на Марс. Они разделят расстояние от Земли до Марса, когда это произойдет, на 19 минут пути от Земли до Марса. И, Вуаля! Односторонняя скорость света требует космического путешествия! Они сделали бы то же самое для Земли на Марс. Они разделят расстояние от Земли до Марса, когда это произойдет, на 19 минут пути от Земли до Марса. И, Вуаля! Односторонняя скорость света требует космического путешествия! Они сделали бы то же самое для Земли на Марс. Они разделят расстояние от Земли до Марса, когда это произойдет, на 19 минут пути от Земли до Марса. И, Вуаля! Односторонняя скорость света требует космического путешествия!

Да. Односторонняя скорость света может приблизиться к мгновенной (но никогда не достигнет ее), НО только если вы проигнорируете или откажетесь от того, что называется Относительностью Одновременности.

Односторонняя скорость света (OWSOL) является антитезой относительности одновременности. Эти двое не могут сосуществовать. Тем не менее, похоже, все еще существует некоторый интерес к продвижению односторонней скорости света и нарушению некоторых законов физики, которые стоят на его пути. Видео Veritasium набрало более 17 миллионов просмотров и более 100 000 комментариев (июль 2022 г.). Интересно, что видео на YouTube задает вопрос «возможно ли это?» никогда не предлагая никаких подсказок, указывающих, как бы вы на самом деле ответили на вопрос.

Итак, просто для удовольствия и гипотетически, вот один из возможных способов вычисления скорости света в одном направлении, игнорируя при этом Относительность Одновременности.

. . .

Ниже приведен мысленный эксперимент, в котором я нарисовал положение одностороннего света во временных рамках [T0 – T7] в двух разных, но похожих ситуациях: поведение света в открытом космосе и поведение света внутри замкнутого объекта, движущегося в пространстве.

2-я диаграмма показывает, что односторонняя скорость света (OWSOL), показанная в движущейся системе отсчета, непостоянна.

Как показано внутри движущегося объекта на диаграмме 2, фотон, движущийся в прямом направлении движения, ударится о переднюю стенку позже по времени, чем фотон, движущийся в обратном направлении, ударится о заднюю стенку.

Когда скорость движущегося объекта приближается к скорости света, скорость фотона в прямом направлении (измеренная относительно движущегося объекта) приближается к нулю, а скорость фотона в обратном направлении приближается к мгновенной.

Диаграмма 1: Лампочка путешествует в пространстве, двигаясь вправо со скоростью, равной 50% скорости света. Вторая зеленая точечная лампочка не горит. Фотоны испускаются движущимися и неподвижными лампочками в прямом и обратном направлении точно в то же время, когда они проходят друг друга в пространстве.

Фотоны, испускаемые движущейся лампочкой, смещаются в синий цвет в прямом направлении, а в красный — в обратном.

Фотоны, испускаемые стационарной лампочкой, не сдвинуты по частоте, а путешествуют в пространстве точно с той же скоростью, что и фотоны со сдвинутой частотой.

Диаграмма 2: Та же диаграмма, что и выше, но теперь с проволочной рамкой вокруг движущейся лампочки.

Скорость света, нанесенная внутри движущегося ящика, такая же, как скорость света, нанесенная вне движущегося ящика, поскольку абсолютная скорость света постоянна во всех системах отсчета.

Наблюдение: с точки зрения человека, стоящего внутри коробки, скорость света в прямом направлении в движущейся системе отсчета (синий фотон) значительно меньше, чем скорость света в обратном направлении (красный фотон). Двусторонняя скорость света остается постоянной во всех направлениях.

Дополнительные примечания: Предположим, что диаграммы взяты из компьютерной симуляции, и что симуляцию можно остановить в любой момент времени, чтобы увидеть точное местоположение фотона (игнорирует проблемы одновременности, но все же позволяет нам обсуждать то, что происходит за пределами коробку и то, что происходит внутри коробки). Также предположим, что для движущегося объекта была сделана правильная лоренцевская поправка, тогда как для внешнего наблюдателя в неподвижной системе отсчета, когда скорость объекта, проходящего через пространство, приближается к c, внутри движущегося объекта время останавливается, а горизонтальная сокращенная длина объекта стремится к нулю.

Подтверждающие доказательства:

Ниже приведены две диаграммы, показывающие направление движения света, когда он излучается под углом 90 градусов к направлению движения.

Диаграмма 3:

На диаграмме 3 показан фонарик, путешествующий с разными горизонтальными скоростями в пространстве, излучающий свет в вертикальном направлении.

Диаграмма 4:

На диаграмме 4 изображен испускаемый фотон, движущийся вверх внутри закрытого ящика со скоростью 0,7с.

Я утверждаю, что поведение фотона в вакууме, испущенного в системе покоя, и фотона, испущенного в движущейся системе отсчета, одинаково. Положение фотона, нанесенного на график по отношению к системе покоя, находится в том же месте в пространстве, что и фотон, нанесенный по отношению к наложенной движущейся системе отсчета. Это соотношение основано на физике и может быть использовано для получения фактора Лоренца. Ссылка: ( https://medium.com/physics-scribbles/deriving-the-lorentz-factor-%CE%B3-of-special-relativity-d5462f3b3b91 )

После запуска единственное, что может изменить направление движения фотона, — это поглощение, отражение, прохождение через прозрачную среду или через гравитационное поле.

Таким образом, чтобы установить математическую основу для поведения фотона в кадре движущегося объекта, нужно только построить график поведения фотона в кадре покоя, а затем сопоставить это положение с кадром движущегося объекта, принимая во внимание любые объекты или стены. от которых фотон сталкивается или отскакивает.

Ссылаясь на рисунок 2, чтобы установить время и положение в системе покоя, когда испущенный фотон попадает в правую сторону ящика, все, что нам нужно сделать, это установить соотношение для пройденного расстояния, принимая во внимание тот факт, что в качестве система отсчета приближается к скорости света, в этой системе время замедляется, и объект сжимается в длину в направлении движения.

Если длина передней половины ящика в состоянии покоя равна 1 световой секунде, а коэффициент Лоренца при 50% скорости света равен 0,8660, то:

Расчет момента, когда выпущенный фотон попадает в правую сторону коробки:

  Speed of light * time = (speed of the right side of the box * time) 
         + Lorentz modified length of the box.

  c * t = (0.5c * t) + 0.866025

 0.5t = 0.866025

 t = 1.732051 

Фотон попадает в правую сторону ящика в момент времени t=1,732051 в системе покоя.

Аналогичный расчет для случая, когда выпущенный фотон попадает в левую сторону коробки:

Reverse Speed of light * time = (speed of the left side of the box * time)
   – Lorentz modified length of the box.

-c * t = (0.5c * t) – 0.866025

-1.5t = - 0.866025

t = 0.57735

Фотон попадает в левую сторону ящика в момент времени t=0,57735 в системе покоя.

На обратном пути фотону, движущемуся теперь вперед, требуется 1,732051 секунды, чтобы достичь центра ящика, а фотону, движущемуся теперь назад, требуется 0,57735 секунды, чтобы достичь центра ящика, при этом общая двусторонняя скорость для обоих фотонов составляет 1,732051. + 0,57735 секунды = 2,309401 секунды.

Выполнение перевода в движущуюся систему отсчета, умножение на коэффициент Лоренца 0,866, дает время в движущейся системе отсчета для скорости двустороннего света 2,309401 * 0,866 = 2 секунды в движущейся коробке. Время в одну сторону, чтобы добраться до правой стороны коробки, составляет 1,732051 * 0,866025 = 1,5 секунды. Время в одну сторону, чтобы добраться до левой стороны коробки, составляет 0,57735 * 0,866 = 0,5 секунды.

В движущейся системе отсчета скорость света в прямом направлении равна 1 световой секунде расстояния, пройденного за 1,5 секунды = 0,66667x скорости света. В обратном направлении фотон проходит 1 световую секунду за 0,5 секунды = 2x скорость света.

Когда движущаяся коробка приближается к скорости света, скорость движущегося вперед фотона в системе отсчета движущейся коробки приближается к внутреннему времени 2 секунды (50% скорости света), а скорость обратного направления близка к мгновенной.

Обратите внимание, что если коробка движется со скоростью 99,99% скорости света, измеренное время прохождения 1 световой секунды в прямом направлении, измеренное в системе покоя, составляет 2 / 0,0141 = 142 секунды. При 99,9999% скорости света значение составляет 2 / 0,00141 = 1418 секунд, и отсюда экспоненциально возрастает.

Дополнительное примечание:

Относительность одновременности постулирует, что в каждой системе отсчета свет движется в одном направлении со скоростью c, и любое появление в противном случае является разницей между реальным и воспринимаемым событием, поскольку вы можете измерить только воспринимаемое событие. Если расчет приводит к двум возможным результатам (различиям в том, что видят два разных наблюдателя), это называется парадоксом одновременности. Это оставляет за вами право решать, какой расчетный ответ является правильным.

Попытка построить компьютерную симуляцию сложного поведения, отображающего несколько движущихся систем отсчета, взаимодействующих с фотоном, при этом включая Относительность Одновременности, — это кошмар. Я даже не уверен, что это можно сделать. Насколько я понимаю, самый сложный из когда-либо созданных синхронизированных часов, известный как GPS, не использует в своих расчетах теорию относительности одновременности.

В качестве мысленного эксперимента: если бы вы представили мир, в котором не существовало бы «относительности одновременности», какие ужасные вещи произошли бы?

• Мир, в котором вы живете, будет продолжать существовать, как и сегодня.
• Спутниковая система GPS будет продолжать работать без изменений, поскольку она не использует «относительность одновременности» ни в одном из своих расчетов, связанных с пространством-временем.
• Вывод коэффициента Лоренца останется прежним, поскольку фактор Лоренца не полагается на концепцию «относительности одновременности» для правильного расчета различий в замедлении времени или сокращении длины между движущимися системами отсчета.
• Скорость света c остается постоянной в системе покоя.
• Двусторонняя скорость света c продолжает оставаться постоянной во всех системах отсчета.
• Физика должна была бы признать одностороннюю скорость света, которая равна с в системе покоя, но может быть меньше с или больше с при измерении в движущейся системе отсчета, в зависимости от направления движения фотона относительно локальный кадр и направление движения локального кадра относительно остальных кадров.
• Все парадоксы специальной теории относительности внезапно разрешились бы сами собой и прекратили бы свое существование.
• Моделирование Вселенной может вернуться к предсказанию места и времени, когда события происходят во «всех системах отсчета», без необходимости делать вид, что это нормально, что событие может произойти или не произойти в двух разных местах или в два разных времени, в зависимости от чья точка зрения используется для множества людей, наблюдающих за событием.
• Становится возможным идентифицировать «систему абсолютного покоя», приближая классическую физику к квантовой физике. Это также открывает логический путь обратно к абсолютному времени и абсолютному местоположению.

Проблема в том, что никто не придумал, как измерить одностороннюю скорость света или как синхронизировать часы, а относительность одновременности говорит, что это невозможно, так что даже не пытайтесь. Однако в воображаемом мире без Одновременности, интересно, будет ли это ограничение по-прежнему верным?