Что касается вашего вопроса, вам нужно сразу же уточнить: константа относительно чего ?

Как СР отвечает на этот вопрос

Скорость света обычно считается постоянной по отношению к системам отсчета . Другими словами, если мы оба находимся в одном и том же месте в открытом космосе, но вы пролетаете мимо меня на своем космическом корабле, то каждый фотон в любой из наших координат движется с одинаковой скоростью.$c$.

Это вызывает много нелогичных эффектов, например, создает реальный парадокс Зенона, где никто не может двигаться быстрее скорости света. Сейчас наши ускорители частиц в значительной степени основаны на этом предположении: мы выбрасываем сгустки и сгустки энергии в протон, движущийся по круговой траектории с постоянным магнитным полем; если бы протон не «выходил за пределы» на определенной скорости, то все , что мы знаем об электромагнетизме, говорит о том, что магнитное поле должно было бы увеличиваться , а не быть постоянным , поскольку мы вкладываем в него энергию: если бы не было «предела космической скорости» протоны должныпробить стены, но есть, поэтому они остаются на трассе. Для нас, физиков, это стало повседневным инженерным предположением; это "так оно и есть".

Точно так же важны и другие принципы относительности. Итак, мы видим эти мюоны, созданные космическими лучами в верхних слоях атмосферы. Мюоны — это своего рода тяжелый радиоактивный электрон; после определенного периода полураспада они распадаются на электрон плюс немного света. Мюоны, подобно электронам и протонам, также, кажется, достигают скорости света. И если вы вычислите это, умножив период полураспада на скорость света, вы получите «расстояние периода полураспада» в 450 метров. Таким образом, к тому времени, когда они пройдут через 10 км или около того атмосферы, мы говорим, что прошло 20 периодов полураспада, мы должны увидеть$(1/2)^{20}$из них или один из двух миллионов созданных мюонов, верно? Но это не то , что мы видим. Мюоны, созданные в верхних слоях атмосферы, наблюдаются на Земле с гораздо большей частотой, потому что из-за их «сокращения длины» они измеряют атмосферу настолько же тоньше, чем мы: поэтому они преодолевают более короткое расстояние всего за пару периодов полураспада, если что. То же самое можно сказать и о том, что мы их видим, потому что думаем, что их часы отстают по той же причине: они проходят полные 10 км, но их эффективный период полураспада гораздо дольше. В любом случае мы делаем математику, мы получаем гораздо большее число. А на поверхности мы видим что-то около десяти тысяч на квадратный метр в минуту.

Итак: учитывая, что все, кто движется относительно меня в этом нынешнем месте, согласны со скоростью света, почему бы не использовать ее в качестве универсального коэффициента преобразования местного прошедшего времени в локальное расстояние?

Как гравитация взаимодействует с этим

Вы спрашиваете о гравитации, но на самом деле это очень частный случай: в общей теории относительности мы, физики, проделываем трюк, очень похожий на то, что ваш офис представляет собой двумерное плоское пространство, когда он тайно расположен на большой круглой сфере, которая это Земля: каждая точка на сфере получает небольшую «окрестность», где все примерно плоско, и вы можете просто использовать декартовы координаты. В общей теории относительности каждая точка пространства-времени получает небольшую окрестность, где свет движется со скоростью$c$во всех направлениях для всех систем отсчета; просто пространство имеет общую кривизну, поэтому, если вы «отступите» от пространства-времени, чтобы увидеть глобальную картину, вы сможете увидеть, например, фотоны, не покинувшие горизонт событий черной дыры. Это очень похоже на то странное явление, что, скажем, мусульманин в США, который обычно рассматривает Мекку как восток-юго-восток от нее (местные координаты), на самом деле будет молиться Мекке по геодезическому пути, который там указывает на север-северо-восток ( Глобальная перспектива).

Поэтому, если вы просто находитесь «в гравитационном колодце», вы не видите связанных эффектов; там пространство-время «локально плоское». Просто по мере того, как вы удаляетесь все дальше и дальше от своего локального окружения, вы видите все большие и большие отклонения от этих ожиданий плоскостности.

Однако из-за этих отклонений секундомеры снаружи гравитационного колодца и внутри гравитационного колодца видят друг друга как рассинхронизированные . И это реальная проблема, с которой мы должны столкнуться. Вы хотите, чтобы время было постоянным? Что вы собираетесь делать с известным эффектом, когда часы на орбите вокруг Земли идут быстрее, чем часы с таким же механизмом на поверхности Земли?

Не то чтобы ты не прав, но...

Я не говорю, что вы не можете получить эти эффекты с помощью теории «время объективно», такой как ньютоновская механика. Природа физических теорий состоит в том, что они полны по Тьюрингу и поэтому могут моделировать что угодно с помощью достаточно сложной модели. Поскольку гармонический осциллятор с массой$m$и жесткость пружины$k$имеет период$T = 2\pi \sqrt{m/k}$вы можете, например, смоделировать массу как уменьшающуюся с расстоянием от центра планеты,$m = m_0 / [1 - 2 G M/(rc^2)]$, или, может быть, вы моделируете, что пружины становятся жестче, когда они покидают гравитационное поле, или что-то в этом роде. Также нужно наращивать массу со скоростью,$m = m_0 / \sqrt{1 - v^2/c^2}$, чтобы заставить мюоны «внутренне колебаться» медленнее, когда они летят через атмосферу. Вы можете полностью вносить такие исправления, пока ваша модель не будет соответствовать эксперименту.

Но у нас есть физическая теория, называемая специальной теорией относительности, которая довольно просто моделирует все эти вещи, так что большинство физиков будут использовать ее и научат этому вас. Это действительно суть. Модели становятся проще, если вы заранее оплачиваете теоретическую стоимость мышления релятивистски, а не традиционно . Именно потому, что общая теория относительности сформулирована таким «локально-релятивистским» способом, например, мы смогли понять, почему Меркурий не сцеплен в приливном отношении с Солнцем 1:1, как Луна с Землей, а вместо этого имеет Спин-орбитальный резонанс 3:2. Вы можете получить это с помощью какой-нибудь очень сложной ньютоновской модели, но почему бы не сделать это проще?

Даже если это кажется немного странным: специальная теория относительности проистекает из совокупной суммы очень простого маленького эффекта: если вы ускорите небольшую скорость$u$по отношению ко мне, то мы начинаем расходиться во мнениях относительно того, синхронизированы ли далекие часы, так что часы на расстоянии$L$в направлении вашего движения, которое, по вашему мнению, синхронизировано с вашими часами здесь, будет смотреть на меня «вперед» или «позади» на величину$u L / c^2$. В дополнение к тому, что это можно описать как совокупную сумму этих простых небольших «синхронных разногласий», мы можем доказать, что математика полностью, на 100% непротиворечива. И это предлагает бесплатные услуги, такие как$E^2 = m^2 c^4 + p^2 c^2$которые объединяют то, что мы знаем о световых волнах$(m = 0, E = p c)$со всем, что мы знаем о материи (в некоторой системе отсчета$p = 0$и$E = m c^2$, с отклонениями от этой системы покоя$E \approx m c^2 + \frac 12 m v^2$). Таким образом, физики платят небольшую цену за то, что «небольшие ускорения создают небольшие расхождения в синхронизации, которые могут привести к сокращению длины и замедлению времени», чтобы в конечном итоге упростить все свои модели.

Является ли скорость света постоянной или математика просто работает?

Ни один из вышеперечисленных. Это тавтология. Что происходит, так это то, что вместо одной машины вы насчитали 9 192 631 770 машин, проезжающих мимо вас. См. определение второго , которое включает в себя микроволны, проходящие мимо вас. Затем вы объявляете, что прошла секунда. Если эти машины едут медленнее, ваша секунда больше. Тогда, что бы это ни было, вы используете эту секунду, чтобы определить метр как длину пути, пройденного светом в вакууме за временной интервал 1/299 792 458 секунды.

Обратите внимание, что это означает, что вы всегда будете говорить, что скорость автомобилей всегда равна 299 792 458 м/с. См. http://arxiv.org/abs/0705.4507 .

Скажем ради аргумента, что свет — это мчащаяся машина.

Это довольно глупая аналогия, потому что под автомобилем обычно понимают что- то , что можно наблюдать во время движения по дороге (например, по ориентирам, таким как разметка вдоль дороги , или по другим машинам), и которое может наблюдать. их по очереди.

Сходство со светом заключается лишь в том, что (управляющей) машине также может быть приписано значение (средней) скорости по отношению к подходящим участникам (таким как набор разделителей) для ее перехода от одного такого разделителя к следующему. , например.

Мы знаем, что он прошел 300 м. Итак, мы рассчитываем timeкак:speed = distance / time

Здесь правильнее было бы написать

speed = distance / duration;

потому что durationэто мера времени (какого-то конкретного участника, от какого-то конкретного первоначального указания этого участника до какого-то конкретного окончательного указания этого участника).

Важно отметить:
мы приписываем значение distanceподходящей паре участников, например разделителям.$A$и$B$ только если бы они были и оставались в покое друг к другу .
Как следствие,$A$и$B$может определить, какое указание одного было одновременным с каким-либо конкретным указанием другого; и они могут договориться о соответствующем значении durationв рассматриваемом испытании (предполагая, что машина уехала из$A$к$B$):

• $A$продолжительность от$A$индикация проезда автомобиля до$B$индикация одновременно с$B$показатель проезда автомобиля равен

• $B$продолжительность от$B$индикация одновременно с$A$индикация проезда автомобиля до$B$индикация проезда автомобиля.

Следовательно, (средняя) скорость автомобиля относительно делинеаторов$A$и$B$можно определить однозначно (по уже известной вам формуле); а также скорость света (или, точнее: (средняя) скорость фронта сигнала , также известная как «скорость света в вакууме») относительно делинеаторов.$A$и$B$можно было бы оценить однозначно.

Еще одно следствие делинеаторов$A$и$B$быть и оставаться в покое по отношению друг к другу заключается в том, что их продолжительность пинга между собой равна и постоянна; таким образом характеризуя$A$и$B$как система. Соответственно определяем расстояние$A$и$B$относительно друг друга (что актуально для рассматриваемого испытания), в первую очередь, по характерной для них продолжительности пинга; как

distance[ A, B ] := c/2 ping_duration_AB,

где на основе последующей оценки скорости, описанной выше, символ cоказывается идентифицированным как скорость сигнального фронта (скорость света в вакууме).

Сейчас:

огромный гравитационный колодец или что-то в этом роде

Кажется, это относится к случаю, когда соответствующие участники (скажем, «верх и низ башни,$J$и$K$") не находятся (строго) в покое по отношению друг к другу, а просто неподвижны по отношению друг к другу;
в частности, случай, когда$J$продолжительность пинга (отн.$K$) и$K$продолжительность пинга (отн.$J$) по отдельности постоянны, но не равны .

Фактически,$J$постоянная продолжительность пинга wrt.$K$(т.е. всегда от указания сигнала до наблюдения$K$отражение этого сигнала) было больше, чем $K$постоянная продолжительность пинга wrt.$J$(т.е. всегда от указания сигнала до наблюдения$J$отражение этого сигнала); вот почему$J$упоминалось выше как «верхний», и$K$как «дно».

Следствие таково:
мы не можем приписать (какое-то одно) значение distanceсистеме, состоящей из$J$и$K$;
и (поэтому) мы не можем приписать (какое-либо одно) значение (среднее) speedпо отношению к$J$и$K$, например, к машине, которая могла быть "выброшена из$J$к$K$";
точно так же мы не могли бы приписать (какое-либо одно) значение (среднее) speedсигнальному фронту сигнала, которым обменялись между собой$J$и$K$.

(Конечно, мы могли бы прибегнуть к некоторым приближениям, учитывая предел, в котором отношение между$J$продолжительность пинга wrt.$K$и$K$продолжительность пинга wrt.$J$приблизился к значению$1$; но я считаю, что это не было целью вашего вопроса.)