Может ли свет двигаться медленнее, чем максимум?

Прежде всего, я знаю, что свет действительно распространяется медленнее в среде, такой как воздух или вода, но это потому, что фотоны отражаются от частиц среды и в разных направлениях, поэтому световой луч в целом замедляется (или, по крайней мере, это классическое объяснение, которое я где-то читал).

Но мой вопрос касается света, свободно путешествующего в вакууме.
Что, если космонавт во время выхода в открытый космос включит фонарик в направлении, противоположном его движению. Будет ли этот свет двигаться медленнее, чем обычно?

Если нет, есть ли другой способ заставить свет двигаться медленнее?
Например, можете ли вы заставить луч света двигаться так медленно, чтобы вы могли визуально воспринимать его воздействие гравитации?

Чтобы ответить на конкретный вопрос об астронавте и фонарике: специальная теория относительности гарантирует, что скорость света всегда будет с в этом случае.
также по теме: physics.stackexchange.com/q/76240/28528
Кстати, я не думаю, что правильно говорить, что свет замедляется, потому что он прыгает от частицы к частице в разных направлениях. Я прокомментировал это в предыдущем обсуждении. Если бы это было так, фотоны выходили бы из среды во всех случайных направлениях и с разными видимыми скоростями, а это не так.

Ответы (5)

Скорость света локально инвариантна, то есть, если вы измерите ее в своем положении, вы всегда получите значение с . Другие ответы объясняют, почему в вашем примере космонавта с факелом мы все равно измеряем скорость света так, чтобы она была с .

Однако в общей теории относительности скорость света не является глобально инвариантной. Например, если ваш астронавт парит прямо над горизонтом событий черной дыры и светит фонариком наружу, мы увидим, что свет первоначально движется со скоростью менее с и ускоряется к с по мере удаления от черной дыры. На самом горизонте событий мы увидели бы, что скорость света падает до нуля. См. эту статью в Википедии для некоторых полезных ссылок, хотя сама статья не говорит намного больше, чем я сказал здесь.

Вы должны быть немного осторожны, придавая этому физическое значение, потому что любые скорости, которые мы измеряем, не являются инвариантными величинами в ОТО. Собственная скорость света является инвариантом и остается с даже на горизонте событий черной дыры. Тем не менее, это пример того, как скорость света может быть изменена и на свет может влиять гравитация.

Постоянство скорости света не только гарантировано теорией, но и доказано экспериментально. На самом деле, как вы, возможно, знаете, именно экспериментальное открытие того, что скорость света постоянна независимо от (инерциальной) системы отсчета, вдохновило Альберта Эйнштейна на разработку специальной теории относительности.

Математически, чисто из релятивистской формулы сложения скоростей, можно видеть, что свет по-прежнему будет двигаться со скоростью с в вакууме. В самом деле, скажем, космонавт имеет скорость − в по отношению к земле. Он наблюдает, как свет покидает его фонарик со скоростью ты "=" + с (по отношению к нему). 1 Тогда релятивистская теория говорит нам, что свет движется со скоростью с по отношению к земле, заданной

с "=" ( − в ) + ( + с ) 1 + ( − в ) ( + с ) с 2 "=" с − в 1 − в с "=" с − в с − в с "=" с − в с − в с с "=" с .

Вы можете ходить с любой скоростью, которая вам нравится, вы никогда не получите другого результата. За исключением случаев, когда вы вставляете − с вместо − в , то ответ не определен, однако вы все равно получаете с если вы рассчитываете его с использованием пределов .

1 Почему мы можем это сказать? Ну и помните, что в системе отсчета космонавта, он сам вообще не движется и ожидал бы, что свет будет покидать его фонарик со скоростью с (напишите ему). Это становится яснее, когда вы заменяете фонарик маленькой пушкой, а свет — маленьким шариком.

Предположим, вы можете установить скорость выхода этого шара из пушки. Скажем, вы установили его на в . Когда вы ходите с этой маленькой пушкой, вы ожидаете, что шар по-прежнему будет покидать пушку со скоростью в по отношению к вам, когда вы его стреляете. Классически, если вы идете со скоростью ты относительно земли шар покинет пушку со скоростью ты + в по отношению к земле.

Релятивистски единственное, что неверно во всем вышесказанном, — это простое суммирование скоростей. Вам нужна формула, которую я использовал в основном тексте этого поста, которая сводится к простому суммированию, если оба ты и в намного меньше, чем с . Так что вполне можно сказать, что свет покидает фонарик космонавта со скоростью с относительно космонавта, даже не зная о постоянстве скорости света в вакууме.

Я приму ваш ответ, потому что вы упомянули тот факт, что это подтверждается эмпирическими наблюдениями, а не только чьей-то теорией. Однако вы говорите: « Он наблюдает, как свет покидает его фонарик со скоростью u=+c », как будто это очевидный факт, но это именно мой вопрос: почему скорость света не уменьшается, как теннисный мяч. Я предполагаю, что ответ таков... просто потому, что экспериментально было замечено, что свет ведет себя именно так.
@GetFree На этой идее построена специальная теория относительности: действительно экспериментальный факт, что скорость света в вакууме постоянна и равна с во всех инерциальных системах отсчета. Но можно сказать, что космонавт наблюдает свет, выходящий из его фонаря со скоростью с (по отношению к нему), не нуждаясь в этом постоянстве. Я отредактировал свой ответ, чтобы, надеюсь, прояснить это.
Но если бы вы знали о постоянстве скорости света, то вы бы подумали... если мы вспыхнем светом назад, а мы движемся в обратном направлении со скоростью v, то относительно нас свет должен двигаться со скоростью c + v . Но доказательства говорят об обратном. Постоянным является восприятие скорости, а не скорость как таковая.
@GetFree Нет, вспомните еще раз, что вы никогда не двигаетесь. Так в в вашей собственной системе отсчета всегда 0 . Поэтому свет в вашей собственной системе отсчета будет удаляться от вас со скоростью с независимо от постоянства скорости света. Странно то, что он еще и движется со скоростью с в системе отсчета земли, пока вы движетесь со скоростью в ≠ 0 относительно этой системы отсчета (где в может быть положительным или отрицательным). В классическом понимании вы ожидаете, что он будет двигаться со скоростью с + в относительно этой системы отсчета (но не вашей собственной!).
Меня неправильно понимают. Я хочу сказать, что если вы знаете о постоянстве скорости света и если вы ошибочно полагаете, что эта постоянство относится к фиксированной неподвижной точке (как я изначально сделал), то вы думаете, что свет следует измерять с разными скоростями в зависимости от того, вы двигаетесь не. Итак, мой вывод таков: постоянна не сама скорость, а ее восприятие.
@GetFree Я не уверен, какую часть вашего предыдущего комментария вы считали правдой в какой момент этого разговора. Когда вы говорите «как я изначально», это относится к тому времени, когда вы изначально задали вопрос, или ко времени до моего редактирования? И верите ли вы в настоящее время, что скорость света (в вакууме) не постоянна, а восприятие ее постоянно? Если да, не могли бы вы объяснить, что именно вы подразумеваете под «восприятием»?
Это почти философия. Если все, что у нас есть, — это измерение скорости света, и все эти измерения оказываются одинаковыми независимо от (инерциальной) точки отсчета, то все, что мы можем сказать, — это то, что воспринимаемая скорость света всегда одна и та же. Но мы не можем сказать, что свет всегда движется с одной и той же скоростью, потому что на наше восприятие влияет наша собственная скорость. Вот что я имел в виду, когда сказал, что постоянной является воспринимаемая скорость света, а не сама скорость.
@GetFree Кажется, вы не совсем понимаете, как определяется скорость объекта. Скорость всегда относительная величина. Мы можем только приписать скорость любому объекту относительно системы отсчета, как мы можем только определить его положение относительно системы отсчета. Итак, абсолютной инерциальной системы отсчета не существует , а следовательно, и абсолютной скорости. Как я уже сказал, скорость всегда относительная величина. А скорость света одинакова во всех инерциальных системах отсчета. [будет продолжать]
[продолжение] Это кажется странным - и это так - но это правда. Скорость света постоянна, а не воспринимается как-то (поскольку скорость всегда относительная величина). Но скорость — это расстояние, пройденное за единицу времени, а это означает, что эти понятия — расстояние и время — ведут себя своеобразно, когда мы переключаем инерциальные системы отсчета. Действительно: из-за постоянства скорости света происходят такие явления, как замедление времени и лоренцево сокращение. И нет необходимости в концепции восприятия, потому что именно так определяются скорости: относительно системы отсчета.

Что, если космонавт во время выхода в открытый космос включит фонарик в направлении, противоположном его движению. Будет ли этот свет двигаться медленнее, чем обычно?

В ньютоновской механике объект А движется со скоростью ты относительно B, и B движется со скоростью в относительно C, то скорость A относительно C просто ты + в . Но в специальной теории относительности уравнение ( ты + в ) / ( 1 + ты в ) (при условии, что ты и в оба относятся к скорости света, т. е. единицы таковы, что с "=" 1 ). Если ты "=" 1 , то результат сложения скоростей по-прежнему равен 1.

Будет сдвиг частоты (сдвиг цвета) в свете фонарика относительно неподвижного наблюдателя из-за эффекта Доплера. Однако каждый мгновенный «кусочек» света по-прежнему будет исходить из факела с той же скоростью (С, скорость света) и двигаться из его мгновенной точки излучения с этой постоянной максимальной скоростью.

свет по своей сути является электромагнитной волной. с 0 2 "=" 1 ε 0 мю 0 где ε 0 - диэлектрическая проницаемость и магнитная диэлектрическая проницаемость в вакууме. поэтому не имеет значения, включает ли космонавт фонарик в любом направлении. скорость определяется естественным свойством среды или вакуума, в котором распространяется свет. Итак, ответ на ваш вопрос - «Нет».

Может ли свет двигаться медленнее, чем максимум?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v