Почему и как скорость света в вакууме постоянна, т. е. не зависит от системы отсчета?

Точка зрения большинства физиков заключается в том, что спрашивая: «Как может быть, что скорость света постоянна?» похоже на вопрос: «Как может быть, что вещи не всегда идут в направлении силы, действующей на них?» или «Как может быть, что квантово-механические предсказания включают вероятность?»

Обычный ответ состоит в том, что эти вещи просто есть . Нет более глубокого, более фундаментального объяснения. Здесь есть некоторое сходство с точкой зрения, которую вы, возможно, усвоили, изучая евклидову геометрию; нам нужно начать с некоторых аксиом, которые мы считаем истинными и не можем обосновать. С философской точки зрения эти идеи не совсем совпадают (математические аксиомы не подлежат экспериментальной проверке), но постоянная скорость света часто описывается как «постулат» теории относительности. Как только мы предположим, что это правда, мы можем проработать логические следствия .

Это не означает, что в физике постулаты остаются постулатами. Например, многие люди особенно обеспокоены вероятностью в квантовой механике и пытаются понять ее, основываясь на более фундаментальных идеях (см . пример декогеренции ). В качестве другого примера, законы движения Ньютона изначально считались недоказуемыми постулатами, но теперь они объясняются с помощью квантовой механики (см . Теорему Эренфеста ).

В настоящее время постоянство скорости света или, в более общем смысле, принцип симметрии Лоренца не оправдывается ничем, считающимся более фундаментальным. Фактически, предположение, что это верно, было путеводной звездой для физиков-теоретиков; Квантовая теория поля была изобретена путем размышлений о том, как можно заставить квантовую механику уважать идеи относительности.

Хотя у нас нет теоретического обоснования постоянства скорости света, у нас есть очень точные экспериментальные проверки этой идеи. Самым известным является эксперимент Майкельсона-Морли , в котором измерялась относительная скорость света в разных направлениях, чтобы увидеть, влияет ли на нее движение Земли. Этот эксперимент опроверг гипотезу о том, что движение Земли влияет на скорость света. Согласно статье в Википедии, на которую я ссылаюсь, современная версия этого эксперимента Хилса и Холла пришла к выводу, что разница в скорости света в направлениях, параллельных и перпендикулярных движению Земли, составляет менее одной части в$5*10^{12}$. В дополнение к прямым проверкам скорости света было также проведено множество других экспериментальных проверок специальной теории относительности . (Я не читал эту последнюю страницу внимательно, но, если пролистать, она выглядит хорошо.)

Стоит упомянуть несколько предостережений. В общей теории относительности скорость света постоянна только локально. Это означает, что расстояние между двумя объектами может увеличиваться быстрее скорости света, но свет все равно не может пронестись мимо вас со скоростью, превышающей нормальную. Кроме того, в квантовой теории скорость света является статистическим свойством. Фотон может двигаться немного медленнее или быстрее света, и в среднем движется только со скоростью света. Однако отклонения от скорости света, вероятно, были бы слишком малы, чтобы их можно было наблюдать непосредственно.

На самом деле правило относительной скорости никогда не применяется.

Релятивистски правильное правило сложения скорости состоит в следующем:

Когда$\frac{vu}{c^2}$близка к нулю (другими словами, когда вовлеченные скорости намного меньше скорости света), то правильная формула приближается к версии Галилея$s=u+v$.

В принципе, ничто не может быть быстрее света, потому что, ускоряясь, вы не только увеличиваете скорость, но и увеличиваете массу. По мере того, как вы приближаетесь к скорости света, энергия, передаваемая вам силой, вызывающей ускорение, в основном способствует увеличению вашей массы и все меньшему и меньшему увеличению вашей скорости. Он делает это именно для того, чтобы вы никогда не достигли скорости света. Вместо этого безмассовые частицы, такие как фотоны, всегда движутся со скоростью света.

У Джона Моффата, Моффата, Альбрехта и Магейхо есть теории переменной скорости света, где скорость варьировалась в ранней Вселенной и не была постоянной. У Махуэйджо есть популярная книга « Быстрее, чем скорость света», в которой излагаются его теории. ИМО книга довольно возмутительна и оскорбляет разных людей. Я упоминаю этот ответ только для полноты картины, поскольку считаю, что скорость света в вакууме постоянна.

Пространство может расширяться быстрее скорости света, но никакая информация не может быть передана. Взгляните на варп-двигатель Alcubierre, чтобы повеселиться.

Скорость света — это предел скорости во Вселенной, потому что в неформальном смысле она бесконечна. Если бы космический корабль был построен для путешествия с постоянным ускорением в 1 g, он очень быстро достиг бы 99,9% скорости света, что позволило бы путешествовать по всей наблюдаемой Вселенной за всю жизнь из-за эффекта замедления времени. В теории относительности нет системы покоя для фотона, но приближение к его скорости заставляет вас ощущать более субъективную скорость, близкую к бесконечной. Итак, с гипотетической «точки зрения» фотона он проходит произвольное расстояние за нулевое время. Испускание — это та же точка, что и поглощение фотона. Теперь, отвечая, почему она постоянна для всех наблюдателей, а не бесконечна, я должен сказать, что она сводится к законам причинности и локальности.

Также в физике относительности быстрота (φ) используется как альтернатива скорости как мера движения. Уравнение φ = artanh(v/c). Подставив v = c, вы получите artanh(1) = бесконечность. Итак, скорость света бесконечна.

Тот факт, что разные наблюдатели в относительном движении могут измерить, что один и тот же световой луч движется со скоростью c, связан с тем фактом, что каждый наблюдатель определяет «скорость» в терминах расстояния/времени на линейках и часах, покоящихся относительно самих себя . . Крайне важно понимать, что разные наблюдатели используют разные линейки и часы для измерения скорости, потому что в теории относительности каждый инерциальный наблюдатель увидит, что линейки других инерциальных наблюдателей сжимаются (сокращение длины ), а часы других инерциальных наблюдателей идут медленнее ( замедление времени ) и рассинхронизироваться друг с другом ( относительность одновременности). Можно представить, что каждый наблюдатель измеряет скорость с помощью пары часов, расположенных в разных положениях на линейке (часы синхронизированы в своей собственной системе отсчета с использованием соглашения синхронизации Эйнштейна ), измеряя время T1 на первых часах, когда световая волна проходит через них. и время T2 на вторых часах, когда свет проходит через них, а затем, если их линейка показывает, что часы находятся на расстоянии D друг от друга, этот наблюдатель заключает, что скорость светового луча была D/(T2 - T1).

А теперь представьте, как линейки и часы этого наблюдателя будут выглядеть в моей системе отсчета, если я увижу, что наблюдатель движется с некоторой скоростью v вдоль моей оси x (с линейкой, параллельной оси x). С моей точки зрения, линейка, которую движущийся наблюдатель использовал для измерения расстояния, уменьшилась в несколько раз.$\sqrt{1 - v^2/c^2}$из-за сокращения длины время между ударами часов движущегося наблюдателя увеличивается на$1 / \sqrt{1 - v^2/c^2}$из-за замедления времени (или, что то же самое, в$T$секунды времени в моем кадре, я вижу только то, что часы движущегося наблюдателя идут вперед на$T \sqrt{1 - v^2/c^2}$), а показания времени задних часов опережают показания передних часов на$vL/c^2$в силу относительности одновременности, где$L$это расстояние между часами в собственной системе отсчета наблюдателя, измеренное их собственной линейкой.

Давайте рассмотрим числовой пример. Скажем, линейка имеет длину 50 световых секунд в своей собственной системе отсчета и движется со скоростью 0,6с в моей системе отсчета. В этом случае релятивистский гамма-фактор$1 / \sqrt{1 - v^2/c^2}$(которое определяет величину сокращения длины и замедления времени) равно 1,25, поэтому в моей системе координат длина линейки составляет 50/1,25 = 40 световых секунд. На передней и задней панелях линейки расположены часы, синхронизированные в опорной раме линейки; из-за относительности одновременности это означает, что в моем кадре они не синхронизированы, а время передних часов отстает от времени задних часов на$vL/c^2$= (0,6с)(50 световых секунд)/$c^2$= 30 секунд.

Теперь, когда задний конец движущейся линейки выровнен с отметкой 0 световых секунд моей собственной линейки (с моей собственной линейкой, покоящейся относительно меня), я устанавливаю световую вспышку в этом месте. Допустим, в этот момент часы сзади движущейся линейки показывают время 0 секунд, а поскольку часы спереди всегда отстают от них на 30 секунд в моей рамке, то в моей рамке часы впереди должны показывать -30 секунд в этот момент. Через 100 секунд в моем кадре задний конец сдвинется (100 секунд) * (0,6c) = 60 световых секунд вдоль моей линейки, и, поскольку длина линейки в моем кадре составляет 40 световых секунд, это означает, что передний конец совпадет с отметкой в ​​100 световых секунд на моей линейке. Поскольку прошло 100 секунд, если луч света движется в точке с в моей системе отсчета, он должен был сместиться за это время на 100 световых секунд,

Поскольку в моем кадре прошло 100 секунд, это означает, что 100/1,25 = 80 секунд прошло на часах спереди и сзади движущейся линейки. Поскольку часы сзади показывали 0 секунд, когда была включена вспышка, теперь они показывают 80 секунд; а поскольку часы спереди показывали -30 секунд, теперь они показывают 50 секунд. И помните, длина линейки в собственной системе покоя составляла 50 световых секунд! Таким образом, в его кадре, где часы спереди синхронизированы с часами сзади, световая вспышка срабатывала сзади, когда часы там показывали 0 секунд, и луч света проходил через часы спереди, когда пришло время. читать 50 секунд, поэтому, поскольку длина линейки составляет 50 световых секунд, луч должен был также двигаться со скоростью 50 световых секунд / 50 секунд = c!

Если вы хотите также рассмотреть, что произойдет, если, достигнув переднего конца движущейся линейки на 100-й секунде в моем кадре, свет затем отразится назад назад в противоположном направлении к заднему концу, затем на 125-й секунде в моем кадре. свет будет находиться в положении 75 световых секунд на моей линейке, и задний конец движущейся линейки также будет в этом положении. Поскольку в моем кадре прошло 125 секунд, 125/1,25 = 100 секунд пройдут на часах сзади движущейся линейки. Теперь вспомните, что часы спереди показывают 50 секунд, когда свет достиг их, а длина линейки составляет 50 световых секунд в ее собственной системе отсчета, поэтому наблюдатель на движущейся линейке измерит свет, чтобы получить дополнительные 50 секунд. секунд, чтобы пройти 50 световых секунд от переднего конца до заднего конца.

Что касается части 2 вашего вопроса «Почему ничто не может быть более быстрым, чем свет?», ответ заключается в том, что это не просто свет. Дело в том, что с — это максимальная скорость любого каузального взаимодействия, передающего информацию во Вселенной , опосредованного чем-либо, движущимся вперед во времени (см. сноску). Просто фотоны, имеющие массу покоя 0, путешествуя в вакууме, приближаются к этому фундаментальному пределу, c.

Сноска: за исключением, может быть, «тахионов» — никогда не встречавшихся и путешествующих назад во времени, потому что они движутся быстрее, чем c. (Обратите внимание, что Норберт Винер однажды указал, что для причинного влияния, движущегося назад во времени, мы будем воспринимать его как «случайное», поскольку оно, по-видимому, будет событием без предшествующей причины для нас).

Рассмотрим звуковые волны. Если у вас есть машина с сиреной, влияет ли скорость машины на скорость звука? Нет, вместо этого звук всегда распространяется с одной и той же скоростью (давайте пока проигнорируем тот факт, что скорость звука может меняться, например, в зависимости от плотности среды, через которую он проходит).

Изменение скорости автомобиля вызовет эффект Доплера , при котором звуковые волны сжимаются (или расширяются в зависимости от направления) и изменяется частота волны (например, высота тона становится выше, когда источник звука приближается к вам, или ниже, когда он удаляется от вас). ты).

По сути, вы создаете звуковую волну, двигаясь через среду, в которой она распространяется. Это означает, что, когда вы ее создаете, волны собираются спереди и расширяются сзади. Можно даже двигаться быстрее скорости звука, когда вы мчитесь на только что созданной волне (и все это позади вас, ничего впереди).

Свет ведет себя аналогичным образом (ну, вроде). Мы знаем из эксперимента, что она всегда измеряется с одной и той же скоростью (в вакууме) независимо от скорости, с которой она была испущена (технически это скорость материала, из которого она была испущена). В этом нет ничего удивительного, поскольку именно так ведут себя и звуковые волны.

Скорость материала, излучающего свет, будет влиять на частоту света (например, если он движется от вас, волны будут распространяться и будут смещены в красную сторону, или если он движется к вам, волны будут группироваться и смещаться в синий цвет). ).

В итоге:

• Свет имеет только одну скорость (скорость, с которой мы его измеряем или С). Пока красиво и просто. Эта цифра не является особенной или удивительной (это должно быть что-то).

• Его скорость не зависит от материала или системы отсчета, из которой он излучается (аналогично тому, как скорость звука не зависит от скорости сирены/автомобиля).

• Еще о скорости звука. Она не зависит от скорости ее источника, потому что существует отделение волны от источника (сжатие/расширение молекул воздуха) и ее распространение через среду (молекулы воздуха отскакивают друг от друга).

• Объекты (например, самолеты) могут двигаться быстрее скорости звука. Это не относится к свету. Ничто не может двигаться быстрее скорости света.

Почему материя ограничена движением со скоростью, меньшей скорости света? Проще говоря, чем ближе вы приближаетесь к скорости света, тем больше энергии требуется для ускорения массы. Чтобы достичь скорости света, требуется бесконечная энергия, и вы не можете превысить бесконечность (чтобы двигаться быстрее).

Итак, одна из причин, по которой теория относительности так сбивает с толку, заключается в том, что скорость света постоянна независимо от вашей системы отсчета. Представьте себе множество летающих машин скорой помощи, и вы могли бы измерить другую скорую помощь только по ее звуку. У машины скорой помощи, летящей к вам, может быть звуковая волна более высокой частоты, но вы не можете сказать, было ли это связано с вашим движением навстречу звуковой волне или движением машины скорой помощи, излучающей ее (нет абсолютной системы отсчета, чтобы помочь вам).

Я не уверен, насколько аналогия звуковых волн соответствует световым волнам, но, надеюсь, она даст вам более интуитивное представление о том, как это может происходить.

Есть некоторая путаница по поводу двух моментов... во-первых, в независимости скорости света от скорости его источника нет ничего удивительного. Это то же самое, что независимость скорости волн на воде от скорости лодки. Там нет ничего смешного. НО, независимость скорости света от системы отсчета двух наблюдателей, находящихся в относительном движении к одному и тому же источнику, — это забавно. Я предполагаю, что вас не волнуют ответы, например, из-за преобразований Лоренца или подобных вещей. Может быть, вам интересно, почему кто-то (например, Эйнштейн) пришел к этой идее. Дело в том, что это из-за эксперимента Майклсона-Морли и из-за уравнений Максвелла. Эксперимент ММ дал нам доказательство того, что это правда, а уравнения Максвелла дали нам мотивацию. В этих уравнениях скорость света выступает как скорость электромагнитных волн. Так, это становится чем-то вроде естественной константы. Как видите, она играет особую роль, такую ​​же, как постоянная Планка или гравитационная постоянная. Законы природы должны быть одинаковыми во всех системах отсчета, поэтому скорость света должна быть одинаковой. Существует также тот факт, что если бы вы могли путешествовать со скоростью света, вы бы наблюдали стационарную световую волну, а это просто НЕВОЗМОЖНО. Нет никаких фактических доказательств всего этого, просто сильное внутреннее чувство.

К сожалению, вопросы « Почему » почти всегда получают здесь, на StackExchange ответ « Потому что так устроена природа! ». Неудивительно, что главный ответ говорит вам именно об этом.

Здесь на сайте есть много физиков, которые считают, что цель физики не в том, чтобы отвечать на вопросы «почему», а в том, чтобы подогнать модели под наблюдения. / разглагольствовать

Тем не менее, есть идеи для ответов на несколько наиболее важных вопросов «почему». Эти идеи в настоящее время не проверены экспериментально и поэтому не являются каноническими ответами. Пока нет экспериментального доказательства, эти идеи так и остаются идеями. Тем не менее, мне всегда нравится читать о таких идеях, и, возможно, вам тоже.

Итак, вот идея, которая объясняет, почему ничто не может двигаться быстрее, чем со скоростью света:

Пространство-время не непрерывно, а дискретно и имеет минимальную длину$l_m$и минимальный временной интервал$t_m$.

Если это так, то ничто не может двигаться со скоростью большей, чем$\frac{l_m}{t_m}$. Чтобы двигаться быстрее, чем$\frac{l_m}{t_m}$и объект должен будет пройти минимальное расстояние$l_m$в интервале времени меньше минимального интервала времени$t_m$.

Кроме того, эта максимальная скорость имеет одинаковое значение во всех системах отсчета, поскольку минимальная длина и минимальный временной интервал одинаковы во всех системах отсчета. Если бы это было не так, то была бы предпочтительная система отсчета, которая не согласуется с принципом относительности .

Итак, мы действительно что-то объясняем этой идеей? Теперь, конечно, мы должны ответить на вопрос: почему пространство-время должно быть дискретным и почему должна быть минимальная длина и временной интервал?

Прежде всего, эта идея не так странна, как может показаться, если вы слышите ее в первый раз. Дискретный спектр с некоторой минимальной величиной — это именно то, с чем мы привыкли работать в квантовой теории. Следовательно, мы можем сформулировать мысль иначе и сказать: пространство-время квантуется. Естественными кандидатами на минимальную длину и минимальный временной интервал являются планковская длина и планковское время .

Сама по себе привлекательная идея думать, что пространство-время состоит из «атомов пространства-времени», то есть минимальных строительных блоков. Например , «основной результат [Loop Quantum Gravity] — это физическая картина пространства, где пространство гранулировано. Гранулярность — прямое следствие квантования. Она имеет ту же природу, что и гранулярность фотонов в квантовой теории электромагнетизм и дискретные энергетические уровни атомов. Здесь само пространство дискретно. Другими словами, через него можно пройти на минимальное расстояние».

Я не эксперт в этом, но я думаю, что это очень хороший способ объяснить, почему существует максимальная скорость. Может быть, мы даже можем перевернуть ситуацию и сказать, что наблюдение, что скорость света является максимальной скоростью, является сильным намеком на идею о том, что пространство-время квантовано.

Это направление мысли похоже на вывод о том, что наблюдаемое квантование электрического заряда является сильным намеком на идею Теории Великого Объединения .

Главное предостережение, которое следует иметь в виду, заключается в том, что в настоящее время нет экспериментальных доказательств квантования пространства-времени. (И, конечно же, никаких экспериментальных доказательств Теории Великого Объединения.)

Тем не менее, идея о том, что пространство-время квантуется, предлагает такое прекрасное объяснение того, что в противном случае является просто экспериментальным фактом, что кажется целесообразным продвигаться в этом направлении. (Аналогично, способ, которым Теория Великого Объединения объясняет, почему электрический заряд квантуется, настолько прекрасен, что многие физики считают, что основная идея Теории Великого Объединения верна, хотя в настоящее время нет экспериментального доказательства.)

То, что скорость света инвариантна, является свойством пространства-времени Минковского, и об этом должно быть много в Вики — или в поиске «геометрическая алгебра» или алгебра Клиффорда.

Сравнительно легко получить постоянную скорость света как постоянную природы из принципа галилеевой эквивалентности инерциальных наблюдателей (ГП).

ГП говорит, что любые два наблюдателя, движущиеся с (любой) постоянной скоростью относительно друг друга, эквивалентны, то есть оба они одинаково описывают физическую реальность.

В частности, это означает, что они используют одни и те же принципы кинематики и используют изоморфные системы координат. Это если наблюдатель O имеет эту систему координат$(t,x)$и наблюдатель O' имеет$(t',x')$, они связаны. Если рассматривать простейшую зависимость, линейную зависимость, то она описывается следующими уравнениями, справедливыми для наблюдателя O':

Поскольку наблюдатель O эквивалентен наблюдателю O', а физическая реальность, наблюдаемая из системы координат O, точно такая же, для наблюдателя O должны выполняться те же соотношения :

Обратите внимание, используются одни и те же коэффициенты a,b,c,d!

Если O и O' имеют синхронизированные часы, мы можем объединить оба описания, пытаясь получить дополнительные требования для коэффициентов a, b, c, d, как описано (на польском языке) здесь. Предположим, что O и O' движутся с относительной скоростью V.

Мы должны определить (неизвестную) функцию d(V)

Теперь, если мы предположим, что есть третий наблюдатель O'', который движется со скоростью U относительно наблюдателя O', мы можем спросить, какова его скорость для наблюдателя O? Используя приведенные выше формулы, мы получаем следующий результат:

Если мы установим это$d(V) =1$, мы восстановим физику Галилея. Но для этого нет аргументов!

За основу взят наблюдатель O, а наблюдатель O' движется относительно него со скоростью V. Другой наблюдатель O'' двигался со скоростью U относительно O', и мы получаем относительную скорость O'', действительную для наблюдателя O. Скорость U была скоростью O'' в кадре O', которого "тащил" кадр О' с "волочевой скоростью" В.

Что, если мы начнем с наблюдателя O'' и вычислим то же самое? Поскольку O и O' эквивалентны, единственная разница в том, что на этот раз «скорость перетаскивания» будет U, а в другом случае V будет относительно O'. Другими словами, U и V меняются ролями. Это означает, что относительная скорость$O("U+V")$а также$O''("V+U")$Должно быть так же! Наблюдатели эквивалентны, помните!

Итак, мы можем написать:

После перестановки членов получаем следующую формулу:

Существует только один способ выполнить следующее уравнение:$f(x)=f(y)$.$f(x)$должен быть постоянным! Итак, вся дробь.

Получаем окончательный результат:

Функция$d(V)$составляет:

Таким образом, мы получаем преобразования Лоренца, предполагая GP и следуя общим правилам с линейной связью между тремя инерциальными наблюдателями.

Если мы хотим узнать значение (пока неизвестной) константы C, мы должны провести различные эксперименты. Но мы можем заметить, что преобразования Лоренца оставляют уравнения Максвелла без изменений, и это дает нам связь между нашей константой C и скоростью света в вакууме:

Рассуждения выше были выполнены (и опубликованы в 60-х годах) польским физиком Анджеем Шимахой.

Люди могут говорить такие вещи, как «…у нас нет теоретического обоснования постоянства скорости света…» или говорить: «Эти вещи просто существуют, поэтому нет более глубокого, более фундаментального объяснения». . Таким образом, такие люди в целом принимают следствие, но не имеют желания найти причину.

Однако следует отметить, что если вы проанализируете простую идею абсолютного движения, происходящего в абсолютной 4-мерной структуре, известной как пространство-время, вы вскоре в конечном итоге независимо выведете все уравнения специальной теории относительности и, конечно, одновременно получите полное понимание специальной теории относительности. Если интересно, см. доказательство этого простого анализа движения на http://goo.gl/fz4R0I .

Начиная с абсолютного основания, это, в свою очередь, раскрывает абсолютную причину.

Таким образом, увидев абсолютную причину, независимо от того, насколько быстро два наблюдателя движутся в пространстве с двумя разными скоростями, становится совершенно ясно, почему скорость света останется одинаковой для обоих этих наблюдателей.

К сожалению, даже несмотря на то, что можно полностью охватить специальную теорию относительности посредством независимого исследования абсолютного основания, как характеристику специальной теории относительности это абсолютное основание не может быть обнаружено. Таким образом, такое исследование ограничивается путешествием в один конец. Поскольку эти абсолюты невозможно обнаружить, они считались неважными, поэтому их быстро выбрасывали в окно. Относительность была тогда принята как все важное, а не абсолютное как все важное.

Считалось, что арендодатель явно превышает размер большего!

Таким образом, когда задаются абсолютные объяснения, абсолютные ответы вообще не даются, поскольку абсолюты считаются не имеющими значения.

Скорость света одинакова, даже если она не в вакууме! Скорость света в воде по-прежнему равна C... Это означает, что фотоны в воде по-прежнему движутся со скоростью C. Но расстояние, которое они должны преодолеть (поскольку вода находится на пути), больше, поэтому время им нужно больше времени, чтобы выйти.

Скорость света постоянна и неизменна В ПРОСТРАНСТВЕ . Со временем скорость света равна нулю

Это означает, что для света его скорость в:

пространство C во времени 0 в пространстве время C

Теперь давайте посмотрим на скорость человека на Земле, едущего на велосипеде...

Парень на велосипеде движется очень медленно (по сравнению со светом) в пространстве. Допустим, он движется в пространстве со скоростью 2,7 м/с. Но и человек движется со скоростью 299.792.453,3 м/с во времени!

Если мы сложим их вместе, то увидим, что 299.792.453,3 + 2,7 мс = 299.792.458 = скорость света!

:О

И свет, и я на велосипеде, мы оба движемся в пространстве-времени СО скоростью света!

Итак, во-первых, каждый объект во Вселенной движется в пространстве-времени СО скоростью света. Так что скорость света не уникальна для света, она одинакова для всего. Свет просто имеет всю свою скорость в пространстве и нулевую во времени... Большинство объектов имеют большую часть своей скорости С во времени и крошечную часть ее в пространстве...

Итак, поскольку и парень на велосипеде, и свет движутся со скоростью света, почему вы спрашиваете только о свете, а не о велосипедисте?!

Оба едут с одинаковой скоростью!

Причина, по которой скорость света такая «пугающая». Это потому, что когда мы измеряем скорость чего-то, нас интересует только скорость этого чего-то в пространстве... Мы совершенно забываем, что тот же самый объект имеет скорость и во времени!

Так что скорость света не постоянна только для света. Он постоянный ВООБЩЕ для всего! Но не обязательно в космосе. Большинство объектов перемещаются в пространстве-времени. Свет движется исключительно в пространстве, а не во времени.

Кроме того... "Почему скорость света в космосе инвариантна, в отличие от любой другой скорости" (я слышу ваш вопрос).

Ну, любая другая скорость любого другого объекта инвариантна... Но не в пространстве... А в пространстве-времени!

Моя скорость в пространстве-времени при езде на велосипеде равна скорости С, и это тоже инвариант... Как и скорость света. Но когда вы измеряете скорость приближающегося к вам велосипеда, вы не находите ее неизменной, потому что забыли измерить ее скорость во времени. Если бы вы это сделали и объединили эти две скорости, то вы бы обнаружили, что скорость велосипеда в пространстве-времени всегда равна C, независимо от того, кто наблюдает, всегда остается неизменной!

Итак, опять же, никакого парадокса!

Свет — это всего лишь фотоны, которые не имеют массы, поэтому их скорость на 100% распределяется в пространстве... Более массивные объекты, такие как велосипеды, распределяют свою скорость в основном во времени, и их скорость в пространстве очень мала (потому что теперь требуется энергия для перемещения всего тела). эта масса! Но для света это не так!).

Кроме того, вы спрашиваете: «Почему ничто не может двигаться быстрее света?»

Ну... Быстрее света где?

В космосе? Во время? Или в пространстве-времени?

Внимание, спойлер, если вы путешествуете со скоростью, превышающей скорость света в любом из трех, вы нарушите причинно-следственную связь, так что вы не можете этого сделать!

Но вы можете совершить путешествие «быстрее света»:

Вы делаете это, просто путешествуя со скоростью, близкой к скорости света в пространстве... Когда вы делаете это, ваша скорость во времени начинает уменьшаться, заставляя вас ощущать все меньше и меньше времени.

Если вы путешествуете достаточно близко со скоростью света в космосе, вы сможете достичь безумно далеких объектов, даже не испытав промежуточного путешествия... Для вас эти путешествия продлятся всего пару дней, когда на самом деле , для людей там могли пройти целые века!

Мы называем это собственной скоростью.