Второй постулат специальной теории относительности

То, что скорость света постоянна для всех инерциальных систем отсчета, является вторым постулатом специальной теории относительности, но это не означает, что ничто не может двигаться быстрее света.

  • так возможно ли, что утверждение о том, что ничто не может двигаться быстрее света, было ошибочным?
То, что скорость света постоянна для всех инерциальных систем отсчета , является вторым постулатом специальной теории относительности.

Ответы (5)

Существуют различные способы формулирования специальной теории относительности. Различные подходы иллюстрируют различные аспекты теории, поэтому один из приемов состоит в том, чтобы выбрать формулировку, наиболее подходящую для заданного вами вопроса. Мой любимый подход основан на инвариантности собственного времени, и на самом деле это довольно точно отвечает на ваш вопрос.

Если вы вспомните изучение теоремы Пифагора, это говорит вам о том, что расстояние от начала координат до точки в пространстве (x, y, z) равно:

г 2 "=" Икс 2 + у 2 + г 2

Специальная теория относительности расширяет эту идею и определяет величину, называемую собственным временем. т , определяется:

с 2 т 2 "=" с 2 т 2 − Икс 2 − у 2 − г 2

где с постоянная, которая и будет скоростью света.

Ключевым моментом специальной теории относительности является то, что она утверждает, что собственное время является инвариантом, то есть все наблюдатели будут считать, что оно имеет одно и то же значение. Все странные эффекты в SR, такие как сокращение длины и замедление времени, происходят из-за того, что т является константой.

Так что насчет этой константы с ? Ну, количество т 2 не может быть отрицательным, иначе вы не сможете извлечь квадратный корень — ну, вы можете, но это даст вам мнимое число, а это нефизично. Предположим, мы позволим т 2 получить как можно меньше, т.е. ноль, тогда:

0 "=" с 2 т 2 − Икс 2 − у 2 − г 2

и перестановка этого дает:

с 2 "=" Икс 2 + у 2 + г 2 т 2

но Икс 2 + у 2 + г 2 это просто расстояние (в квадрате), рассчитанное Пифагором, поэтому правая часть - это расстояние, деленное на время (в квадрате), так что это скорость, в 2 , то есть:

с 2 "=" в 2

или очевидно

с "=" в

Так что постоянная с на самом деле скорость, и более того, это самая высокая скорость, с которой что-либо может двигаться, потому что если в > с собственное время становится воображаемым. Вот почему в специальной теории относительности есть максимальная скорость для всего, что может двигаться. Хотя принято называть это скоростью света, на самом деле это скорость, с которой будет двигаться любая безмассовая частица. Так уж получилось, что свет не имеет массы.

Только что видел это. Я думаю, что это немного тавтология. Конечно, если собственное время равно нулю, тогда скорость равна скорости света, потому что она была определена в формуле как таковая. Но ничто в вашем аргументе не идентифицирует константу с левой стороны, умножающую собственный квадрат времени, на с правой стороны? Это должно постулироваться, имхо.
@annav: Я думаю, что его точка зрения в том, что постулат о скорости света можно заменить постулатом об инвариантности пространственно-временного интервала.
@annav: как говорит MBN, я показываю, что постоянство скорости света может быть получено из постулата о том, что собственное время является инвариантом. В конце концов, у нас должен быть где-то постулат. Дело в том, что инвариантность собственного времени является геометрическим свойством, и это кажется более элегантным, чем просто установка некоторой скорости постоянной (или, по крайней мере, Эйнштейна, хотя и так, и кто я такой, чтобы не соглашаться :-).
@Джон Ренни: мне нравится ваш аргумент, но я не нахожу его полностью убедительным в качестве аргумента, почему ничто не может двигаться быстрее света. Собственное время 4-вектора или между двумя событиями является инвариантом, и у него есть определенная физическая интерпретация (как минимальное временное разделение между событиями среди всех систем отсчета), но оно остается абстрактным и я не думаю, что оно очевидно что это должно быть действительное число (вместо того, чтобы говорить, например, что за пределами скорости света физическая интерпретация не работает)...
...(продолжение) С другой стороны, я не думаю, что ясно, почему, с другой стороны , физически допустимо, что различные события могут иметь нулевое собственное временное разделение (которое мы знаем, например, разные точки на траектория свободной безмассовой частицы).
@doetoe: это математическая модель, предназначенная для приблизительного описания вселенной, и, конечно, эксперимент показывает, что это очень хорошее описание. Требование, чтобы собственное время было реальным и могло быть равным нулю, является частью модели. Это лучшее, что мы, физики, можем сделать — у нас нет роскоши четких и четко определенных аксиом.
Я не думаю, что правильное время должно быть реальным. Если собственное время двух событий реально, то оно соответствует интервалу, в котором всегда можно найти инерциальную систему отсчета, в которой два события произошли в одном и том же месте, но в разное время. Если собственное время двух событий является воображаемым, то вы всегда можете найти инерциальную систему отсчета, в которой они происходят одновременно, но произошли в разных местах. @JohnRennie

Тот факт, что скорость света является максимальной скоростью, является производным выводом из постулатов специальной теории относительности. это не одна из аксиом.
Вы можете продемонстрировать это множеством способов, наиболее убедительным из которых является тот факт, что энергия, необходимая для создания частицы и ускорения ее до скорости в дан кем-то

Е "=" м с 2 1 − ( в с ) 2

которая стремится к бесконечности как в → с .

Это не исключает существования «тахионов», т. е. рожденных частиц, движущихся быстрее света.
@KarsusRen: у таких вещей была бы воображаемая энергия. И, как я уже сказал, есть и другие способы получить этот результат. Лучший аргумент против тахионов заключается в том, что вы всегда можете подняться до системы отсчета, в которой тахион вообще не путешествует во времени или не путешествует в прошлое.
Нет, у таких вещей не будет мнимой энергии, но вместо этого их масса покоя (и энергия покоя) будут мнимыми. Поскольку они никогда не могут находиться в состоянии покоя, воображаемая природа массы покоя не является проблемой.
@KarsusRen: как я уже сказал, есть система отсчета, в которой они будут находиться постоянное время и «эволюционировать» в пространстве. Нет смысла делать из динамической частицы, которая ведет себя подобным образом.

В нем говорится: «Скорость света в вакууме постоянна во всех инерциальных системах отсчета (т.е. для всех инерциальных наблюдателей)». Проще говоря , «Свет нельзя измерить относительно каких-либо объектов, и он всегда постоянен во всех инерциальных системах отсчета. Другими словами, Свет — это максимальная скорость, разрешенная природой. Если что-то приближается к с - Время, длина и даже масса изменений.

Нет ... Конечно, второй принцип специальной теории относительности не может быть ошибочным. И по этой причине он был принят и существует уже почти столетие. Это ограничение увеличило интерес физиков к сосредоточению внимания на тахионах.

Так возможно ли, что утверждение о том, что ничто не может двигаться быстрее света, было ошибочным?

Нет. Ограничение «ничто не может двигаться быстрее света» логически следует из двух постулатов специальной теории относительности.

Я постараюсь кратко показать вам, как прийти к заключению.

  1. Сначала вы должны убедить себя, что два постулата подразумевают явление, называемое относительностью одновременности . Это первое, что обсуждается в каждом учебнике по специальной теории относительности, поэтому я не буду вдаваться в подробности.

  2. Теперь воспользуемся следующим утверждением из п.1: « Если бы человек мог попасть от события А к событию В только в том случае, если бы он мог двигаться со сверхсветовой скоростью ( пространственноподобные события ). Тогда мы можем изменить временной порядок событий события A и B, просто изменив нашу систему отсчета ». Мы можем сделать A и B одновременными, сделать A предшествующим B или сделать B предшествующим A — и все это, просто перейдя в другую систему отсчета.

  3. Теперь мы можем начать доказательство от противного. Предположим , что у нас есть какой-то способ передавать сигналы со скоростью, превышающей скорость света. Тогда сразу следует из п.2, что мы можем передавать мгновенные сигналы (за счет одновременного выполнения событий излучения и приема) и даже сигналы, которые принимаются до их передачи (путем замены порядка событий излучения и приема).

  4. Представьте, что у нас есть два парня α и β , оснащенный таким эффектным каналом связи. Затем α может послать сигнал β "в прошлое", а затем β вернет сигнал на α мгновенно. Которое значит что α получит свой собственный сигнал из будущего. Такая способность мгновенно приводит к множеству внутренне противоречивых ситуаций. Следовательно, наше предположение было ложным.

Но 4. требует смены системы отсчета, не так ли? Почему это не делает аргумент недействительным? Кроме того, внешний наблюдатель воспринимает одновременность и т. д., верно? что наблюдают a и b?

С чисто теоретической точки зрения Специальная теория относительности (СТО) основана на метрике пространства-времени.

η "=" [ + 0 0 0 0 − 0 0 0 0 − 0 0 0 0 − ]
Наиболее общее преобразование для сохранения метрики η - глобальная группа Пуанкаре, которая является пределом группы де Ситтера с радиусом сферы р → ∞ . Существует другой тип преобразования де Ситтера с р → конечно, что также приводит к специальной теории относительности. В основном играют с cphoton и c.

Но имейте в виду, что если возможно, что SR будет конечным большим р де Ситтера, это не было подтверждено экспериментально, и, насколько нам известно, мы можем использовать специальную теорию относительности Эйнштейна.

Второй постулат специальной теории относительности
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v