Почему классическое сложение скоростей не применимо к свету?

классическое сложение скоростей неприменимо к свету

На самом деле, если это то, о чем говорится в книге, то этого недостаточно. Надо было сказать, что «классическое сложение скоростей неприменимо». Верно, что это неприменимо к свету, но оно также неприменимо ни к чему другому.

Формула сложения релятивистской скорости:

Скорость света должна быть одинаковой для всех. Если вы будете двигаться со скоростью близкой к скорости света от меня, а я пошлю луч света в вашем направлении, вы не увидите свет, движущийся к вам с меньшей скоростью. Вы не вычитаете свою скорость из скорости света. Вместо этого вы видите свет, движущийся к вам тоже со скоростью света. Однако вы увидите другую частоту. Можете ли вы представить себе световой луч, стоящий на месте или медленно движущийся? На самом деле это не так. Это одинаково для всех, и это основа специальной теории относительности. В специальной теории относительности скорости складываются по-разному, а пространство и время преобразуются между различными системами отсчета, движущимися с постоянной относительной скоростью. Так,$c+c=c$.

В специальной теории относительности скорости не складываются, как в классической механике. Рассмотрим, например, два объекта, движущихся навстречу друг другу со скоростью$v_1$и$v_2$в системе отсчета наблюдателя. Если наблюдатель движется вместе с объектом 1, то есть в системе покоя объекта 1, то классическая механика дает скорость объекта 2

Я думаю, вы должны посмотреть на это с другой стороны: что такое «сложение скоростей» и почему оно вообще имеет смысл? Вы можете добавить многое, но результат не обязательно будет осмысленным или полезным.

Вы можете привести такой аргумент в пользу взятия суммы скоростей: если у вас есть два поезда, движущихся навстречу друг другу со скоростями$v$и$w$, то через время$Δt$, расстояние между ними уменьшилось на$vΔt$на одном конце и$wΔt$с другой, всего$(v+w)Δt$, что придает ясное значение$v+w$. Если они на расстоянии$d$порознь во времени$0$то они сталкиваются во время$d/(v+w)$.

Пока вы используете последовательное определение расстояния и времени, этот аргумент действителен даже в специальной теории относительности. Оно остается в силе, если вы замените поезда лучами света. Если они начинают дистанцию$d$порознь, они встречаются во время$d/(2c)$.

Это не работает, когда у вас есть более одного эталона расстояния и времени — когда у вас есть часы и измерительные рейки, прикрепленные к земле, а также часы и метрические линейки, прикрепленные к поездам, и вы используете их для измерения скорости. Аргумент из предыдущего не проходит, потому что, например, он предполагает существование «времени».$Δt$", но у нас больше нет единого эталона времени. Выходит, что вывод рассуждения также неверен, и когда у вас есть скорости, измеренные по разным эталонам, связь между ними более сложная. Как сказано в ответе Дейла, связь отличается для всех скоростей, а не только для скорости света.

Если бы скорость света была аддитивной со скоростью его источника, то существовала бы система отсчета, в которой мы увидели бы, что следствия предшествуют своим причинам, чего наша Вселенная не демонстрирует.

Например, представьте, что по дороге прямо на вас мчится пожарная машина с горящими сигнальными огнями. Между вами и грузовиком медленно движущийся автомобиль приближается к дороге по перпендикулярному переулку и идет навстречу пожарной машине, т.е. они займут перекресток в один и тот же момент.

Теперь представьте, что скорость света прибавляется к скорости его источника.

Водитель грузовика сворачивает, чтобы не пропустить машину на перекрестке, но поскольку скорость грузовика добавляется к скорости света, исходящего от его фар, вы увидите свет от движущегося грузовика раньше, чем свет от автомобиля. и поэтому вы увидите, как грузовик сворачивает еще до того, как автомобиль въедет на перекресток .

Примечание : скорость света всегда постоянна. И ничто не может двигаться быстрее скорости света.

Если вы сможете это запомнить, то подумаете, что классическое правило сложения не подчиняется постулатам относительности. Давайте посмотрим на математику.

Предположим, что вы находитесь в поезде, и этот поезд едет со скоростью$0.98c$и ты тоже бежишь в поезде со скоростью$0.55c$(Это бред. Но предположим). Таким образом, ваша общая скорость будет (из классического правила сложения или с использованием преобразований Галилея).

ничто не может двигаться быстрее скорости света.

Но если вы подставите свою скорость в правило сложения скоростей теории относительности. Тогда вы найдете:

ХОРОШО! Посмотрим, подойдет ли он для света. Снова предположим, что в движущемся поезде есть световой луч, и скорость этого движущегося поезда равна$0.99c$