Преобразование Лоренца в различных системах отсчета

ДЛЯ ВСЕХ: Благодаря помощи многих преданных участников форума я узнал, что эту проблему можно объяснить, поняв диаграммы Минковского. Вот сводный список полезных ссылок: https://www.khanacademy.org/science/physics/special-relativity/minkowski-spacetime-2016-01-18T22:56:14.718Z/v/starting-to-set- up-a-ньютоновская диаграмма пространства-времени https://www.physics.byu.edu/faculty/allred/222%2011/minkowski%2011.pdf

Как может скорость света оставаться постоянной в системах отсчета, которые воспринимают время по-разному?

Возможно, некоторый контекст был бы полезен, так что давайте проведем быстрый мысленный эксперимент: представьте, что вы стоите на платформе железнодорожного вокзала. Поезд приближается к вам со скоростью 99% скорости света. Его фара мигает, когда локомотив находится прямо перед вами*. Что вы видите в этот момент?

  • Примечание. Тот факт, что фара находится прямо перед наблюдателем, когда она мигает, имеет решающее значение для этой версии мысленного эксперимента. Источник света не удаляется от наблюдателя ни в каком направлении, что упрощает задачу, устраняя релятивистский эффект Доплера.

Хотя общий анализ этого мысленного эксперимента был бы очень признателен в комментариях, есть конкретный вопрос, на который я пытаюсь ответить: действительно ли абсолютная (в отличие от наблюдаемой) скорость света постоянна? Давайте рассмотрим этот сценарий с двух точек зрения. Машинист в локомотиве заметит, что фотоны, испускаемые фарой, движутся относительно него со скоростью света С. Он также ощущает время с той же скоростью или, так сказать, находится в том же «временном пузыре», что и источник света, потому что они оба движутся с одинаковой скоростью. С другой стороны, с какой скоростью движутся фотоны с точки зрения (относительно) стационарного наблюдателя на платформе? Этот человек находится в другом временном пузыре, чем инженер и источник света. так как он движется с другой скоростью. Если наблюдаемая скорость света постоянна, то человек на платформе заметит, что фотоны движутся в точке C относительно него. Однако не означает ли это, что свет распространяется в двух разных направлениях?абсолютные скорости? На самом деле кажется, что абсолютная скорость фотонов для наблюдателя на платформе больше, чем для инженера, поскольку человек на платформе наблюдает за фотонами, удаляющимися от движущегося поезда, с той же скоростью, с которой наблюдает инженер. их при движении вместе с поездом.

По сути, как замедление времени может объяснить, почему наблюдаемая скорость света остается постоянной в сценарии, когда наблюдатель воспринимает время с другой скоростью, чем наблюдаемый источник света?

Согласно специальной теории относительности (СТО), движение относительно , поэтому понятия абсолютной скорости не существует (хотя есть инвариантная скорость, с ). Что вы имеете в виду под абсолютной , когда пишете: «Однако не означает ли это, что свет двигался с двумя разными абсолютными скоростями?»?
Я понимаю, что все движения относительны, и было замечено, что C является инвариантным. Насколько я понимаю, преобразования Лоренца корректируют все переменные, чтобы поддерживать постоянное соотношение Расстояние/Время. Однако как можно пропорционально настроить эти переменные, если наблюдатель не подвергается тем же преобразованиям Лоренца, что и источник света? Возможно, расширение первоначального вопроса (в моем ответе Вилли Билли Уильямсу ниже) также будет полезно для понимания проблемы.

Ответы (3)

(Из комментария ОП)

Насколько я понимаю, преобразования Лоренца корректируют все переменные, чтобы поддерживать постоянное соотношение Расстояние/Время. Однако как можно пропорционально настроить эти переменные, если наблюдатель не подвергается тем же преобразованиям Лоренца, что и источник света?

Во-первых, наблюдатели не испытывают преобразований Лоренца.

Преобразование Лоренца — это преобразование координат, которое связывает пространственно-временные координаты в одной инерциальной системе отсчета (ИСС) с пространственно-временными координатами другой, относительно движущейся ИСО.

Чтобы было ясно, нет предпочтительной ИСО, из которой мы «преобразуем Лоренца». Для инерциального наблюдателя все другие относительно движущиеся ИСО, которые движутся, пока он находится в состоянии покоя.

Во-вторых, если сущность имеет скорость с в одном IRF тот же объект будет иметь скорость с во всех ИРФ; это легко показать с помощью преобразований Лоренца.

В-третьих, преобразование Лоренца сохраняет пространственно-временной интервал, своего рода «расстояние» в пространстве-времени. Два события, A и B, имеют инвариантный интервал Δ с А Б 2 ; все инерциальные наблюдатели находят один и тот же интервал для событий А и В.

В-четвертых, в специальной теории относительности (СТО) существует различие между наблюдением (записью пространственно-временных координат события) и видением (фотографированием).

В своем посте вы пишете:

Его фара мигает, когда локомотив находится прямо перед вами*. Что вы видите в этот момент?

Вы наблюдаете (запишите координаты с помощью своих стержней и синхронизированных часов в состоянии покоя), что фара вспыхнула в этот момент и в этом месте, но вы не видите свет до тех пор, пока он не появится, потому что он должен сначала распространиться (со скоростью с ) расстояние между фарой и вашими глазами (или камерой).

Если событие A — это мигание фары, а событие B — попадание света в ваши глаза (камеру), вы обнаружите, что интервал Δ с А Б 2 является нулевым (светоподобным).

Однако другие наблюдатели не согласятся с пространственным расстоянием. Δ Икс А Б и временное расстояние с Δ т А Б но все согласны с этим Δ Икс А Б 2 "=" ( с Δ т А Б ) 2 так как интервал нулевой.

Спасибо за это объяснение. В сочетании с новым и более четким пониманием диаграмм Минковского (спасибо Вилли Билли Вильямсу) все это имеет смысл. Это была проблема, которую я с трудом понимал в течение многих лет, но только сейчас набрался смелости опубликовать ее на форуме. Однако я уверен, что впереди будет еще много вопросов и мысленных экспериментов.

Оба они измеряют одну и ту же скорость, которая не зависит от скорости источника. Два наблюдателя не только видят, что часы другого наблюдателя идут медленнее, они также видят сокращение длины и рассинхронизацию часов. Предположим, парень в поезде синхронизирует часы с парнем на платформе в момент прохождения друг друга и испускания света. Оба наблюдателя измеряют скорость света, разделив расстояние до следующей станции на время, за которое свет достигает станции. Наблюдатель в поезде увидит, что расстояние меньше. Он также увидит, что часы на следующей станции не синхронизированы с часами на исходной станции. Если вместо часов на соседней станции использовать часы на излучающей станции, то наблюдатель в поезде увидит, что человек остановит часы после светофора,

Я понимаю, что сокращение длины является фактором в этом мысленном эксперименте. Однако, хотя я могу неправильно понять ваше объяснение, я не думаю, что оно полностью объясняет то, что увидит наблюдатель на платформе. Если фотоны всегда движутся с одной и той же скоростью, то как они могут казаться «обгоняющими» поезд (вылетая из фары) в точке C, если поезд имеет начальную скорость с точки зрения (относительно) неподвижного наблюдателя?
(Продолжение) Если скорость света постоянна, почему наблюдатель на платформе не увидит свет, удаляющийся от поезда со скоростью (С — скорость поезда)? Однако я должен признать, что мое понимание теории относительности далеко от понимания настоящего физика. Прошу извинить меня за элементарное непонимание этой темы, если таковое возникнет.
Вы мыслите галилеевым образом. Вторая интуиция верна, парень на платформе видит, что разница в скорости между светом и поездом равна cv. Он не увидит свет, движущийся со скоростью c+v, увидит, что свет движется со скоростью c. Даже если поезд двигался со скоростью 0,99999999% c, оба наблюдателя увидят свет, движущийся со скоростью c. Вот почему пространство и время смешиваются, это не имело бы смысла, если бы время было абсолютным.
Я не могу дать легкого объяснения, если вы не знакомы с диаграммами Минковского. Если бы вы могли этому научиться, все стало бы понятно en.wikipedia.org/wiki/Minkowski_diagram
Спасибо за ссылку! В ближайшие дни я буду больше читать о диаграммах Минковского. Чтобы прояснить предыдущий момент, вы говорите, что скорость света постоянна благодаря тому, что скорость, с которой наблюдается удаление света от движущегося объекта, является переменной?
@JoeSmith Конечно. Если я увижу космический корабль, проходящий мимо меня в с / 2 , и он испускает вспышку света, я измерю скорость этой вспышки как с , и, таким образом, в направлении, в котором движется космический корабль, я буду измерять относительную скорость как с / 2 , и в обратном направлении, как 3 с / 2 . Это просто арифметика. Конечно, наблюдатель на космическом корабле заметит, что импульс удаляется в с во всех направлениях.
В этом есть смысл. Я также хотел бы поблагодарить Вилли Билли Уильямса за то, что он направил меня к ресурсам диаграмм Минковского. Хотя я продолжаю более подробно изучать эту концепцию, я считаю, что теперь я понимаю ее достаточно хорошо, чтобы применить ее к этому сценарию.
да, под константой я подразумеваю неважно, как генерируется свет относительно вас (стационарным или движущимся объектом). Свет всегда будет двигаться на c относительно вас (многим кажется парадоксальным то, что парень, двигающийся относительно первого, также увидит, что свет движется на c относительно него самого). То есть каждый наблюдатель во Вселенной увидит, что свет движется со скоростью с относительно него самого, независимо от состояния его движения. (Обратите внимание, это в специальной теории относительности, общая теория немного меняет ситуацию)

Мне кажется, вы путаетесь в одновременности событий.

Человек на платформе наблюдает за проходящим поездом и одновременно включенными фарами.

С точки зрения машиниста эти два события не происходят одновременно.

Оба видят свет, путешествующий в точке c.

Преобразование Лоренца в различных системах отсчета
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v