Два постулата специальной теории относительности
- Законы физики принимают одинаковую форму во всех инерциальных системах отсчета.
- Скорость света в свободном пространстве имеет такое же значение во всех инерциальных системах отсчета
( Источник )
Я недавно подумал о том, что они чем-то похожи в том, что оба утверждают, что что-то одно и то же в инерциальных системах отсчета.
Так можно ли рассматривать постоянство скорости света как частный случай принципа относительности (первый постулат), если считать скорость света своего рода «законом физики»? Подразумевает ли первый постулат второй?
Первое не подразумевает второе, но тем не менее вы находитесь на пути к чему-то, что я попытаюсь разъяснить.
Второй постулат можно сделать более минимальным образом. Вместо того, чтобы упоминать все инерциальные системы отсчета, достаточно упомянуть только одну:
Затем можно ввести первый постулат и утверждать, что если существует только одна инерциальная система отсчета с этим свойством, то оно также должно быть истинным во всех инерциальных системах отсчета. Можно также выдвинуть дополнительный аргумент, что скорость, наблюдаемая для света в вакууме, должна быть одинаковой во всех системах отсчета (пока термин «вакуум» не используется для обозначения какой-либо среды, которая сама может иметь обнаруживаемое движение). Так что ваше подозрение было почти верным: первый постулат действительно что-то говорит об универсальности скорости света. Но тем не менее принцип относительности (т.е. постулат 1) сам по себенельзя использовать для получения информации о скорости света или максимальной скорости сигналов. Ибо, не забывайте, ньютоновская физика соблюдает принцип относительности (ваш постулат номер 1), а в ньютоновской (или галилеевой) физике нет конечной максимальной скорости. В галилеевской версии пространства-времени сигналы в принципе могут передаваться бесконечно быстро, и все согласны с тем, какие события одновременны, а какие нет. Поэтому второй постулат, конечно, не следует целиком из первого.
Наконец, я хотел бы отметить, что вам не нужно упоминать о свете при формулировании второго постулата, и, возможно, полезно не упоминать его. Достаточно сказать, что существует конечная максимальная скорость, с которой может произойти причинность, и оставьте это на этом. Под «причинно-следственной связью» я подразумеваю конечную максимальную скорость, с которой влияние любого данного события может оказывать влияние на другие события. Иногда мы используем слово «сигналы» для таких влияний; тогда утверждение будет заключаться в том, что существует конечная максимальная скорость для сигналов. Или, чтобы отточить это немного больше:
Бессмысленно беспокоиться о том, являются ли два постулата логически независимыми. Аксиоматизация специальной теории относительности Эйнштейном в 1905 году не была набором аксиом, которые имеют в виду математики, когда говорят о формальной теории.
Эйнштейн хотел принять уравнения Максвелла как фундаментальные законы физики, отбросить эфир и применить один и тот же принцип симметрии (то, что мы сегодня назвали бы лоренц-инвариантностью) как к механике, так и к оптике.
Его современники подумали бы, что уравнения Максвелла применимы только к системе покоя эфира, и они не пришли к единому мнению о том, какая всеобъемлющая система должна быть общей для механики и оптики, если таковая имеется.
Если предположить, что скорость света должна быть величиной, предсказываемой законами физики, то из постулата 1 следует постулат 2. Современники Эйнштейна этого предположения не разделяли.
Второй постулат о том, что скорость света в свободном пространстве одинакова во всех инерциальных системах отсчета, не следует из первого, ибо, конечно, это относится не ко всем скоростям!
Скорость движущегося поезда не одинакова во всех инерциальных системах отсчета. (Для человека, сидящего в поезде, поезд неподвижен.) Скорость звука в среде не одинакова во всех системах отсчета. Если бы существовала такая вещь, как физический эфир, скорость волн, распространяющихся в эфире, не была бы одинаковой во всех системах отсчета.
Таким образом, второй постулат действительно утверждает нечто нетривиальное: скорость света в вакууме особенная и необычная — очень особенная и необычная — в том смысле, что она одинакова во всех инерциальных системах отсчета, независимо от движения источника. или наблюдатель.
Очарование