В чем проблема со светом, движущимся со скоростью выше, чем ccc?

Я пытаюсь понять, как Эйнштейн пришел к выводу, что время относительно, основываясь на мысленных экспериментах, таких как факел, прикрепленный к концу ракеты. Основываясь на ответах на такие вопросы, как этот , этот и этот , я понимаю, что специальная теория относительности говорит нам, что около скорости света нельзя просто суммировать скорости ракеты и скорости света, исходящего от факела. чтобы в сумме получить скорость больше, чем с . Чего я не понимаю, так это того, что до появления теории относительности какие теории, предположения и/или уравнения привели Эйнштейна к признанию проблемы с идеей светового луча, движущегося с относительной скоростью больше, чем с ? Я не физик, просто кто-то пытается лучше понять Эйнштейна и теорию относительности, так что постарайтесь не делать это слишком нелепо глубоким :)

Теория Максвелла предсказывала, что скорость света постоянна, но не говорила скорость относительно того, что . Вопрос, на который ответил Эйнштейн, заключался в том, на что была бы похожа Вселенная, если бы скорость света была постоянной по отношению к тому, кто ее измерял?

Ответы (3)

Было несколько подсказок, которые Эйнштейн и другие обнаружили, что привело к выводу, что скорость света особенная.

Во-первых, используя уравнения Максвелла , вы можете вывести существование электромагнитных волн, распространяющихся со скоростью

с "=" 1 мю о ϵ 0 ≈ 300 , 000 км/сек
где мю 0 и ϵ 0 константы, которые можно измерить с помощью простых электрических экспериментов. Но это странно. Все скорости измеряются относительно другого объекта. Если я еду со скоростью 60 миль в час по автостраде, то эти 60 миль в час относятся к Земле. От чего зависит скорость света? Более поздние эксперименты показали, что он не был ни излучателем, ни поглотителем света. Скорее, оба измерили одну и ту же скорость света независимо от их относительного движения. Это привело к самому известному нулевому результату в физике: эксперименту с интерферометром Майкельсона-Морли .

Во-вторых, Эйнштейн представил себе, что он увидит, если сможет поймать луч света и пролететь рядом с ним, чтобы увидеть, как он выглядит. Он понял, что увидит неподвижную волну электрических и магнитных полей. Но, согласно уравнениям Максвелла, это невозможно. Уравнение, показывающее, как электрические поля генерируются зарядами

∇ ⋅ Е → "=" р ϵ 0 ,
где р - локальная плотность электрического заряда, означает, что в отсутствие электрических зарядов
∇ ⋅ Е → "=" 0
в пространстве не может быть точек, где электрическое поле максимально или минимально. Итак, рассуждал Эйнштейн, если максимальное поле невозможно наблюдать, а это то, что вы наблюдали бы, если бы догнали световой луч, то догнать световой луч невозможно.

Как только максимальная скорость будет принята в качестве основного факта о нашей вселенной, пространство, время и то, как наблюдатели измеряют пространство и время, должны быть переосмыслены. Это привело к появлению специальной и общей теорий относительности.

Эйнштейн писал, что его мало интересовали эксперименты с ММ, его в основном интересовала логическая непротиворечивость мысленных экспериментов, подобных тому, что вы улавливаете световую волну.

Один аргумент выглядит следующим образом:

Уравнения Максвелла предсказывают многое, но вы можете преобразовать их в форму, в точности похожую на уравнение, описывающее широкий спектр волн . Назовите это «волновым уравнением».

Итак, представьте, что у вас есть контейнер с водой, и вы создаете рябь. Вы можете двигать головой и двигаться вместе с одной рябью, так что с вашей точки зрения рябь будет казаться стационарной.

Теперь электродинамика (свет) и малые волны подчиняются одному и тому же уравнению. Вы можете двигать головой вдоль ряби воды, чтобы рябь казалась неподвижной. Можете ли вы двигать головой вдоль световой ряби так, чтобы рябь казалась неподвижной? Экспериментаторы хотели попробовать это и обнаружили, что нет, нельзя .

Этот эксперимент теперь используется для обоснования постулата о том, что уравнения Максвелла одинаковы во всех системах отсчета. Это означает, что вы должны использовать преобразование Лоренца вместо преобразования Галилея .

Так что же произойдет, если вы воспользуетесь специальной теорией относительности, чтобы позволить путешествовать со скоростью, превышающей скорость света? Ответ на этот вопрос содержится в вопросе: « Может ли FTL-связь между двумя точками в одной системе отсчета нарушить причинно-следственную связь? ». Если вы позволяете объектам перемещаться со сверхсветовой скоростью только в одной привилегированной системе отсчета, парадоксов не возникает. Но если вы разрешаете сверхсветовые путешествия в произвольных системах отсчета, вы разрешаете путешествия во времени и парадоксы «убить себя, прежде чем отправиться в прошлое, чтобы убить себя»!

И именно поэтому идея сверхсветовых путешествий так ужасна для физиков.

Спасибо! Как эксперимент Майкельсона-Морли проверял, можете ли вы «двигать головой вдоль световой ряби так, чтобы рябь казалась неподвижной»? Мне кажется, что это в основном просто проверяло, изменяется ли свет, движущийся в разных направлениях, по-разному на разных скоростях относительно эфира.
@BenLindsay Извините, точность в обмен на удобочитаемость! Именно: то же самое поведение, которое позволяет двигать головой вдоль световой ряби, — это то же самое поведение, которое заставило людей предсказать, что эксперимент Майкельсона-Морли позволит выяснить, как быстро Земля движется в эфире. Это поведение является «галилеевой инвариантностью», которая, как теперь известно, не выполняется при высоких скоростях.

Никакой физический сигнал не может распространяться со скоростью, превышающей скорость света, потому что в этом случае следствие предшествовало бы причине. Это следствие преобразований Лоренца.

«следствие предшествовало бы причине ». Я думаю, что вопрос больше в том, почему Эйнштейна заставили принять преобразования Лоренца. Размещение событий в полях «причина» и «следствие» не имеет большого значения в физике.
В чем проблема со светом, движущимся со скоростью выше, чем ccc?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v