От чего зависит универсальное ограничение скорости? [дубликат]

Предположим, мы играем в гоночную игру. Я разбрасываю немного пыли по космосу, потом ты прилетаешь ко мне на своем космическом корабле на какой-то скорости$v$. Давайте начнем с$v = c/2$, просто чтобы мы не спорили. Когда вы проходите мимо, я запускаю очень яркий лазерный импульс в том направлении, куда вы идете. Вы мчитесь с лазерным светом. Пыль означает, что вы видите ее отражение, поэтому вы можете измерить в своих координатах, где, по вашему мнению, она находится.

Вот основная проблема: я (неподвижный относительно пыли) измеряю этот свет как удаляющийся от меня со скоростью$c$. Ты, двигаясь относительно меня со скоростью$v$, также увидеть, как он удаляется от вас на скорости$c$. Чем лучше ваши инструменты, тем лучше вы обнаружите, что свет удаляется от вас со скоростью$c$.

Теперь давайте еще немного ускорим вас. К этому моменту я уже далеко, так что не рассчитывайте на мою помощь: вместо этого вы бросаете маленький маркер в пространство, а затем ускоряетесь до тех пор, пока этот маркер не начнет двигаться назад со скоростью$c/2$относительно вас. Как быстро лазерный импульс удаляется от вас? Все еще на скорости$c$. Итак, вы бросаете еще один маркер и ускоряетесь до скорости$c/2$относительно того. Тем не менее, свет удаляется от вас на скорости$c$.

Вы не можете победить. Так говорит современная теория. Поскольку я всегда буду видеть те же события, что и вы, я никогда не увижу, как вы опережаете этот световой импульс. Так что, с моей точки зрения, ничто из того, что вы можете сделать, кроме магической телепортации, не позволит вам убежать от импульса света.

Допустим, вы можете измерить скорость моего удаления от вас — или, может быть, вы просто измерите скорость пыли. Не идет на скорости$(-1/2)c$, затем на скорости$(-1)c$, затем на скорости$(-3/2)c$относительно вашего космического корабля. В теории относительности сложение скоростей работает иначе. Скорее, он идет со скоростью$(-1/2)c,~(-4/5)c, (-13/14)c$. Пыль никогда не движется быстрее света.

Вам будет приятно узнать, что парадоксов не бывает. Мы можем доказать, что математика непротиворечива на 100%.

Причина, по которой все это происходит, заключается в том, что когда вы начинаете двигаться относительно меня, мы начинаем расходиться во времени, когда «настоящее» находится в отдаленных местах. Эти разногласия начинают накапливаться довольно быстро, когда вы начинаете двигаться со значительной долей скорости света, и когда вы приближаетесь к ней, мы оба видим, что часы друг друга движутся медленно, и мы оба видим, что космические корабли друг друга кажутся медленными. становятся короче в направлении, в котором они движутся.

Это также дает вам ответ на ваш второй абзац: потому что не существует «абсолютной системы отсчета», относительно которой относилась бы скорость света (все видят, как свет движется со скоростью$c$), нет, мы не можем определить наше движение относительно этой абсолютной системы отсчета. (Но мы знаем нечто похожее: мы смогли определить наше движение относительно космического микроволнового фона, что на самом деле довольно важно, если подумать; по сути, это говорит: «Мы знаем, как мы движемся относительно нашего местная часть Большого Взрыва».)

Оно относится ко всем инерциальным системам отсчета — в специальной теории относительности координаты одной инерциальной системы связаны с координатами другой посредством преобразования Лоренца , и это преобразование обладает тем свойством, что все, что имеет координатную скорость (изменение положения координат, деленное на изменение в координатном времени) c в одной инерциальной системе отсчета будет иметь скорость c и во всех других инерциальных системах отсчета (этот факт можно понять немного более интуитивно с точки зрения замедления времени, сокращения длины и относительности одновременности, см. мой ответ здесь ). Таким образом, тот факт, что существует верхний предел скорости, не подразумевает никакого абсолютного нижнего предела — хотя разные системы отсчета согласны в том, какие частицы/волны имеют скорость с, они недоговоритесь о том, какие объекты имеют скорость 0.

Физическая причина использования этого преобразования заключается в том, что оно, по-видимому, гарантирует, что фундаментальные законы физики будут подчиняться одним и тем же уравнениям, независимо от положения системы отсчета и временных координат, в терминах которых они записаны — законы физики кажутся быть «лоренц-инвариантным». Это означает, например, что если вы находитесь в лаборатории без окон, перемещаясь по инерции в пространстве вдали от любого источника гравитации, и все ваши измерения ограничены вещами внутри лаборатории, а положения и время определяются с использованием инерциальной системы отсчета, в которой лаборатория находится в состоянии покоя. , то результаты данного эксперимента будут одинаковыми независимо от скорости лаборатории относительно любого конкретного выбора инерциальной системы отсчета.

Краткий ответ: один и тот же свет движется с одинаковой скоростью ( с ) относительно любого наблюдателя. Нет сетки.

Это противоречит здравому смыслу: если вы стоите в автобусе, едущем со скоростью 30 миль в час, и идете со скоростью 3 мили в час по направлению к водителю, вы идете со скоростью 30 + 3 = 33 мили в час относительно дороги. Но это не работает для света: если автобус движется со скоростью c /2, и вы посветите фонариком на водителя, излучаемый свет движется со скоростью c относительно автобуса, и тот же свет также движется со скоростью c относительно дороги.

Нет "правильной" скорости. Все скорости относятся к наблюдателю, но это не означает, что вы можете наблюдать, как что-то движется быстрее света, даже если вы движетесь в одну сторону со скоростью 0,6с (60% скорости света), а кто-то еще движется в другую сторону со скоростью 0,6с. . Несмотря на то, что типичная логика подсказывает, что вы видите друг друга движущимися со скоростью 1,2с (на 20% быстрее скорости света), это не так, вы фактически будете наблюдать друг друга движущимися со скоростью 0,882с из-за законов относительности Эйнштейна. Уравнение, стоящее за этим:

$$u'=(u-v)/(1+uvc^2)$$ Из-за этого скорость света не зависит ни от чего. Независимо от того, с какой скоростью вы движетесь, вы всегда будете видеть свет, движущийся с одной и той же скоростью. Это в основном делает все точки отсчета одинаково действительными в качестве точки зрения, которую можно назвать «стационарной».