Налагают ли уравнения Максвелла независимые ограничения на скорость света?

Мой вопрос касается соотношений и уравнений, которые заставляют нас накладывать ограничения на скорость распространения электромагнитных волн.

  • Налагают ли уравнения Максвелла независимые ограничения на скорость электромагнитных волн?

  • Совместимы ли эти уравнения с двумя принципами специальной теории относительности без необходимости учитывать некоторые ограничения?

  • Нарушает ли превышение ограничения скорости света последствия уравнений Максвелла?

  • Нарушает ли рассмотрение неодинаковых постоянных значений скорости света для разных инерциальных отсчетов то, что подразумевают уравнения Максвелла?

  • Кто наложил такое ограничение теоретически изначально? Что побудило его/ее предположить, что существует ограничение на групповую скорость электромагнитных волн?

Мы знаем, что преобразования Лоренца построены на предположении о постоянной скорости света в движущихся системах отсчета. Что заставило его задуматься над таким предположением, если Эйнштейн не был первым, кто рассмотрел второй постулат специальной теории относительности (т.е. скорость света в вакууме одинакова для всех наблюдателей, независимо от их относительного движения или движения источник света)?

Добавлен:

Эйнштейн предполагал «постоянство скорости света для всех наблюдателей всех движущихся систем отсчета», чтобы вывести и использовать свое «преобразование Лоренца» как преобразование! Затем он построил свою специальную теорию относительности, основанную на двух принципах, о которых мы все слышали. Я правильно понял?

Учитывая преобразование для движущейся системы отсчета вдоль Икс ось для рамы, движущейся со скоростью в Вы получаете

Икс 2 "=" Икс 1 − в 1 т 1 1 − ( в с ) 2 .
Это преобразование математически означает, что ни один кадр не может двигаться со скоростью выше, чем с . Таким образом, это предположение также накладывает некоторые ограничения на скорость любого движущегося кадра!

Суммируя все это, скажите:

А) «максимальная скорость света имеет верхнюю границу, которая называется с "

Б) «ничто не движется быстрее света»

в) "скорость света считается одинаковой для всех наблюдателей"

Отсюда возникают некоторые вопросы:

  1. Принимая во внимание определение системы отсчета и наблюдателя, который мог находиться в совершенно произвольном режиме скорости и т. д., что побудило его принять такое ограничение скорости системы отсчета? Я имею в виду, что такое точное предположение не может появиться ниоткуда! Особенно когда его последствия кажутся невероятными!

  2. Почему свет? Почему он был так уверен, что ничто другое не может быть быстрее света? Были ли доказательства того, что свет является самой быстрой вещью из когда-либо существовавших?

  3. Какова роль уравнений Максвелла в истории создания этого предположения?

Я имел в виду группу из них по отдельности. Независимо от любого другого предположения или отношения, такого как преобразование Лоренца или любой другой теоремы. Я имею в виду, могут ли вклады Максвелла в электромагнетизм привести нас к выводу такого ограничения? И вы правы, лучше "самостоятельно". Спасибо!

Ответы (4)

  • Скорость электромагнитных волн является следствием одних лишь уравнений Максвелла. Однако они налагают ограничения не индивидуально, а коллективно. Они позволяют вывести волновое уравнение, которое содержит (фазовую) скорость в качестве параметра.
  • Электродинамика (описываемая уравнениями Максвелла) — это то, что мы называем ковариантной теорией, т. е. она соответствует специальной теории относительности. Например, когда у вас есть статическая плотность заряда, и вы переключаетесь на движущуюся рамку, также будет плотность тока из-за движущейся плотности заряда. Это точно так же, как в релятивистской механике, где время и положение смешиваются в преобразовании Лоренца. На самом деле трансформация такая же. Существует даже («ковариантный») способ перезаписи уравнений Максвелла таким образом, чтобы они не меняли форму при преобразованиях Лоренца.
  • Исторически сложилось так, что электродинамика была тем, что побудило Эйнштейна продолжить идею о том, чтобы преобразование Лоренца также управляло механикой. Действительно, исходная статья, в которой он предложил специальную теорию относительности, называлась «Über die Elektrodynamik bewegter Körper» («Об электродинамике движущихся тел»). Таким образом, в электродинамике не потребовалось никакой дополнительной работы, чтобы сделать ее готовой к теории относительности. Это была ньютоновская механика, которая была ошибочной и нуждалась в исправлении Эйнштейном.
  • Относительно легко показать, что преобразование Лоренца таково, как если бы вы предположили, что скорость света является верхней границей скорости. Также можно показать, что при наличии верхней границы скорости она должна быть скоростью света, но это сложнее. Я думаю, что трудно сделать точное заявление о важности здесь уравнений Максвелла. Невозможность превысить скорость света является следствием преобразования Лоренца, мотивированного электродинамикой. Но понадобился гений Альберта Эйнштейна, чтобы понять, что можно также применить преобразование Лоренца к механике, что необходимо, когда вы хотите сделать утверждение о движущихся телах и их скоростях.
  • Что касается истории преобразования Лоренца, я знаю, что она была известна до того, как Эйнштейн опубликовал свою специальную теорию относительности. (Вот почему это преобразование Лоренца после Хендрика Антона Лоренца, а не преобразование Эйнштейна). Но люди не осознавали, что такова была «истинная» природа пространства и времени. Некоторые думали, что это эффект, вызванный движением эфира, но это было экспериментально опровергнуто Michaelson & Morely.

Надеюсь, это немного поможет.

Группа уравнений Максвелла приводит к соотношению для групповой скорости через диэлектрическую и магнитную проницаемости. Вы знаете, что уравнения Максвелла не имеют никакого смысла в том, что такое «электрическая диэлектрическая проницаемость» или «магнитная проницаемость». Под «ограничениями» я подразумеваю, налагают ли вместе уравнения Максвелла ограничения на то, насколько большим (например, бесконечно!) может быть/не может быть это отношение? т.е. предположим, что мы можем принимать во внимание отрицательные или даже очень малые значения диэлектрической и магнитной проницаемости.
Мой вопрос как раз о том, как доказать и показать, что «существует верхняя граница скорости»? И почему «это должна быть скорость света»? Если это просто предположение и принцип, который предполагал Эйнштейн? Или есть доказательство ведет нас к нему. Если это просто предположение, которое не нуждается в доказательстве, то откуда оно взялось?? Нарушение этого предположения должно нарушать некоторые предшествующие принципы и отношения. Я ищу их.
Я отредактировал свой вопрос и добавил к нему кое-что. Пожалуйста, взгляните на это. Спасибо за помощь в изучении физики :)
Ответ на ваши три вопроса в основном дан в моем ответе. Электродинамика ковариантна, т. е. преобразуется по Лоренцу, поэтому это послужило поводом предположить, что механика также должна быть лоренц-ковариантна. Это мотивация специальной теории относительности.
Спасибо за вашу помощь и ваш ответ. Но мой вопрос касается не только того, как Эйнштейн повлиял на механику с помощью преобразований Лоренца. Мой вопрос касается гипотезы постоянной скорости света, которая повлияла на физику. И я спросил об этом предположении, сделанном Эйнштейном, и мне любопытно, откуда оно взялось и откуда оно взялось. Да, ты прав! Электродинамика ковариантна! Но многие другие ученые знали, что это ковариантно. Вы не можете сказать, что скорость света в вакууме постоянна, потому что электродинамика ковариантна. Я нашел ответ .. В любом случае спасибо.

Ответ Джонаса хорош. Я просто скажу несколько дополнительных вещей.

Особая роль света в теории относительности чисто историческая. Современные физики не думают о с в теории относительности как скорость света, а скорее как своего рода коэффициент преобразования между пространством и временем. См. Можно ли разработать специальную теорию относительности, не зная о свете? .

Нарушает ли превышение ограничения скорости света то, что подразумевают уравнения Максвелла?

Как объясняет ответ Йонаса, первые шаги заключаются в том, чтобы заметить, что преобразование Лоренца является симметрией, лежащей в основе уравнений Максвелла, а затем подумать об этом как о более общем применении. Теперь мы думаем, что преобразование Лоренца применимо не только к свету и механике, но и к самим пространству и времени. Как только вы это сделаете, вы получите полную теорию СТО как логическое следствие. SR не запрещает скорости больше, чем с , но это накладывает очень сильные ограничения на такое движение: https://physics.stackexchange.com/a/61129/4552

Нарушает ли рассмотрение неодинаковых постоянных значений скорости света для различных инерциальных отсчетов то, что пытаются подразумевать уравнения Максвелла?

Да, в том смысле, что уравнения Максвелла требуют, чтобы вы представляли усиления с помощью усилений Лоренца, если вы хотите, чтобы форма уравнений была одинаковой во всех системах отсчета. При ускорении Лоренца существует только одна инвариантная скорость, которую мы называем с .

Я в замешательстве! это (вторая часть) очевидно! Потому что преобразование Лоренца основано на учете постоянного (C) значения скорости света для всех наблюдателей во всех движущихся системах отсчета. Таким образом, любое преобразование, выполняемое с использованием бустов Лоренца, не должно нарушать это предположение! Но мой вопрос касается индивидуальной роли уравнений Максвелла. Спасибо.
@2physics: Что ты имеешь в виду под "индивидуально"? Вы имеете в виду, например, заставляет ли закон Гаусса сам по себе с быть постоянным или быть некоторым значением?
:Нет нет! Я говорю о целых уравнениях вместе. Я имею в виду одновременное рассмотрение всех четырех уравнений (например, без учета преобразования Лоренца и его предположений или любого другого принципа, закона и т. д.). Под «отдельно» я подразумеваю «все работы Максвелла» по отдельности, без помощи теории относительности или какой-либо другой теоремы («независимо» — лучший выбор). Еще раз спасибо.
@2physics: относительность неявно присутствует в уравнениях Максвелла. Не имеет смысла пытаться их разделить. Выполнять уравнения Максвелла, скажем, с помощью теории относительности Галилея было бы все равно, что пытаться делать законы Ньютона с аристотелевским взглядом на движение.
Я пытался найти точку зрения, с которой Эйнштейн смотрел на вопросы электродинамики. К тому времени теории относительности еще не существовало, и он постулировал некоторые принципы и теоретизировал теорему относительности. Уравнения Максвелла, помимо экспериментов по измерению скорости света, вместе приводят к теории относительности. Спасибо.

Уравнения Максвелла и специальная теория относительности эквивалентны друг другу в том смысле, что одно можно вывести из другого. В специальной теории относительности скорость света постоянна во всех системах отсчета как одна из ее аксиом, в то время как постоянство скорости света можно вывести из уравнений Максвелла, используя константы электрической и магнитной проницаемости.

Путешествие быстрее скорости света не нарушает уравнения Максвелла. На самом деле можно предсказать, что произойдет с заряженными частицами, если они будут двигаться со сверхсветовой скоростью, используя уравнения Максвелла. Например, если бы у вас было два электрона, движущихся в одном направлении со скоростью, превышающей скорость света, то они фактически притягивались бы друг к другу, а не отталкивались, как если бы они двигались назад во времени. Однако я думаю, что из уравнений Максвелла также можно вывести, что на самом деле невозможно разогнать заряженную частицу до сверхсветовых скоростей, потому что единственный способ ускорить заряженную частицу — это использовать фотоны, которые движутся только со скоростью света, поэтому по мере того, как частица движется быстрее, фотонам становится все труднее «догнать» частицу, чтобы ускорить ее.

Исторически уравнения Максвелла появились раньше специальной теории относительности, потому что они были получены из экспериментальных результатов, в то время как специальная теория относительности возникла из мысленных экспериментов, в которых была установлена ​​связь между некоторыми выводами уравнений Максвелла, например, два электрона тем слабее отталкивались друг от друга, чем быстрее они двигались относительно друг друга. для наблюдателя и течения времени.

1 голос за первую часть второго абзаца. особенно первое предложение :)
Я не понимаю, уравнения Максвелла, показывающие, что невозможно достичь сверхсветовых скоростей из досветовых скоростей, прямо не подразумевают, что скорость света постоянна для всех наблюдателей, они только подразумевают, что скорость света является верхней границей, которую можно достичь используя уравнения. Можно ли вывести, что скорость «с» одинакова для всех наблюдателей? Я боюсь, что нет, если только уравнения Максвелла не будут представлены с readMe, в котором говорится, что «эти уравнения не меняются ни в одной системе отсчета», что, поправьте меня, если я ошибаюсь, должно было быть проверено экспериментально и не предполагалось в то время.

Как и сказал Томас, я думаю, что движение со скоростью, превышающей скорость света, не нарушает уравнений Максвелла. Это означает, что уравнения Максвелла могут привести к постоянному значению скорости света, но эта константа не обязательно является скоростью, с которой свет распространяется в вакууме. Эти уравнения просто отражают результаты некоторых экспериментов и не могут быть использованы для обобщения глобальных правил и законов природы. Они говорят что-то, но определенно не все, что достаточно, чтобы интерпретировать проблему скорости света.

Дело в том, что сделанное Эйнштейном предположение о глобальной постоянной скорости света было всего лишь хорошим предположением, вызванным только его изобретательностью и сильным воображением. Поставьте себя на его место. Уравнения Максвелла ковариантны, учитывая принципы Галилея, скорость света не должна быть постоянной. Но эксперименты показывают ее постоянство.. У вас есть два варианта: 1. интерпретировать существование эфира 2. Считать время и расстояние относительными переменными и не более чем абсолютными!(для чего нужно постоянство скорости света для всех наблюдателей). В отличие от всех других своих современных ученых, он решил подумать о второй вероятности, которая в то время считалась невозможной и невероятной! И это его самая важная черта, которая отличала его от других.

Может быть, поэтому он говорит: «Воображение важнее знания. Ибо знание ограничено всем, что мы сейчас знаем и понимаем, тогда как воображение охватывает весь мир и все, что когда-либо будет знать и понимать».

Предположение о постоянстве скорости света приводит к теории, которая описывает явления нашего мира лучше, чем все другие существующие теории его века. Путешествие со скоростью, превышающей скорость света, не обязательно нарушает законы природы. Это нарушает законы теории, в которой лучше всего описывается наш мир. Эта теория адаптирована к физическим явлениям. и нет явных доказательств нарушения этой теории, поэтому мы приняли ее как общую и наиболее точную теорию описания различных явлений нашего мира. Может быть что-то, что он не может объяснить. И, конечно, может быть более точная теория, которая лучше объясняет, и эта текущая теория будет заменена более новой, более мощной.

Я нашел это в "Азбуке относительности" Бертрана Рассела (1872 - 1970):

Прямая математическая задача состоит в том, чтобы выяснить, какие различия должны быть между мерами, примененными одним наблюдателем, и мерами, примененными другим, если, несмотря на их относительное движение, они должны найти те же проверенные уравнения. Ответ содержится в «преобразовании Лоренца», найденном в виде формулы Лоренцем, но интерпретированном и сделанном понятным Эйнштейном. Наше решение этой задачи должно удовлетворять некоторым условиям. В результате должно получиться, что скорость света одинакова для всех наблюдателей, как бы они ни двигались. И она должна заставить физические явления — в частности, явления электромагнетизма — подчиняться одним и тем же законам для разных наблюдателей, как бы они ни обнаружили, что их меры расстояний и времени зависят от их движения. И это должно сделать все подобные воздействия на измерение взаимными. Иными словами, если вы находитесь в поезде и ваше движение влияет на вашу оценку расстояний вне поезда, должно произойти точно такое же изменение в оценке расстояний внутри поезда людьми, находящимися вне поезда. Этих условий достаточно, чтобы определить решение задачи».

Налагают ли уравнения Максвелла независимые ограничения на скорость света?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v