Возможно ли, чтобы информация передавалась быстрее света с помощью жесткого шеста?

Ответ - нет. Штанга будет гнуться/раскачиваться, а эффект на другом конце все равно будет отложен.

Причина в том, что сила, которая связывает атомы полюса вместе — электромагнитная сила — должна передаваться от одного конца полюса к другому. Передатчиком ЭМ-силы является свет, поэтому сигнал не может распространяться быстрее скорости света; вместо этого шест согнется, потому что ближний конец сдвинется, а дальний конец еще не получит известие о движении.

РЕДАКТИРОВАТЬ: более простая причина.
Чтобы сдвинуть весь полюс, нужно сдвинуть каждый атом полюса.
Вам может понравиться думать об атомах как о ближайших соседях. Если один из них решает переехать, он отправляет послание всем своим ближайшим соседям, сообщая им, что он переезжает. Затем все они тоже решают переехать, поэтому каждый из них отправляет гонцов к своим ближайшим соседям, чтобы сообщить им, что они переезжают; и так продолжается до тех пор, пока сообщение о перемещении не будет доведено до конца. Ни один атом не сдвинется с места, пока он не получит сообщение об этом, и сообщение не будет двигаться быстрее, чем могут работать все посыльные; и посланники не могут работать быстрее скорости света.

/B2S

Информация о толчках будет получена на другом конце со скоростью звука в веществе полюса. Для любого реального материала она намного медленнее скорости света (для стального стержня она будет около 5000 м/с).

Нет.

В теории относительности вы не можете считать протяженные объекты бесконечно «жесткими» — они должны сгибаться и растягиваться, как это делают реальные объекты. Когда вы двигаете один конец стального стержня, он заставляет его часть сгибаться и растягиваться, что оказывает силу на следующую часть, которая заставляет это движение двигаться, и которая заставляет новую часть сгибаться и растягиваться, и так далее и так далее, пока вы не достигнете Альфы Центавра. . Он движется с некоторой скоростью, характерной для металла, достаточно быстрой, чтобы мы не замечали ее в повседневной жизни. Вся теория относительности говорит нам, что эта характерная скорость меньше скорости света — оказывается, для настоящего металла она намного меньше скорости света.

Сигнал будет распространяться со скоростью звука в стали. Я случайно знаю скорость звука в алюминии, потому что мои студенты измеряют ее в лаборатории; это около 5000 м/с. Это на много порядков меньше скорости света.

Вот интересный сайт об этой и подобных идеях: http://math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/SpeedOfLight/FTL.html#3

По сути, проблема с этой идеей в том, что абсолютно твердых тел не существует. Таким образом, когда вы нажимаете, через материал проходит небольшая волна сжатия, которая распространяется со скоростью звука в материале, поскольку звук — это всего лишь разновидность распространяющегося сжатия.

Простое объяснение, почему скорость звука никогда не может быть выше скорости света:

Рассмотрим два атома$A$а также$B$. Дайте ядро ​​из$A$небольшой толчок. Как мы знаем, этот толчок будет перенесен на$B$, но почему? Это связано с их электростатическим отталкиванием. Таким образом, для$B$даже для того, чтобы отреагировать, вам сначала нужно, по крайней мере, пройти электромагнитную волну / фотон из$A$к$B$. Это, конечно, не может быть быстрее скорости света. Ядро$A$сам по себе, очевидно, тоже не может быть быстрее, так что даже грубой силой невозможно получить скорость звука$\,>\!c$.

Возможно ли, чтобы информация (например, 1 и 0) передавалась быстрее скорости света.

Нет.

Born2Smile сказал то же самое (что я +1), но я решил, что это стоит повторить для акцента. Это было бы нарушением причинно-следственной связи. Для получения дополнительной информации о том, почему это не разрешено, в дополнение к ответу Born2Smile, см. В каких сценариях передача информации FTL нарушает причинно-следственную связь? .

Теория относительности говорит, что разные инерциальные системы отсчета будут иметь разные измерения времени, но причинность соблюдается во всех системах отсчета. То есть несвязанные события А и В могут казаться некоторым наблюдателям происходящими одновременно, другие могут видеть А раньше В или В раньше А. Но если А вызывает В, то А будет восприниматься всеми наблюдателями как предшествующее В (хотя разные наблюдатели могут расходятся во времени между А и Б).

Если бы какая-либо информация распространялась со скоростью, превышающей скорость света, существовала бы инерциальная система отсчета, из которой казалось бы, что сигнал достигает пункта назначения до того, как покидает свой источник. До сих пор нет никаких доказательств того, что Вселенная не является причинной. (Еще одна причина сильно сомневаться в сверхсветовых скоростях нейтрино.)

Например, возьмем жесткий шест длиной в несколько а.е. [...] Человек на противоположном конце должен получать толчки и тяги мгновенно, поскольку ни одна частица не совершает полный путь.

Как указывали другие ответы, у вас не может быть идеальной жесткости, и сигнал будет распространяться со скоростью звука в материале.

Если постучать по стальному стержню небольшим молоточком с одного конца, он не сдвинется мгновенно с другого конца (хотя невооруженным глазом это может выглядеть так). Вместо этого постукивание просто сжимает материал с одной стороны, а сжатая область растягивается со скоростью звука в материале до тех пор, пока другой конец не начнет двигаться, и в конечном итоге стержень вернется в расслабленное состояние. При этом стержень совершает механические колебания и в результате может издавать слышимый звук.

Вы можете думать о «жестких» материалах как об очень жестких пружинах между атомами. Чем жестче материал, тем жестче пружины. Но движение должно по-прежнему распространяться через пружины со скоростью звука в материале и всегда ниже скорости света. Причина, по которой она всегда должна быть ниже скорости света, заключается в том, что межатомные силы являются электростатическими силами, которые сами по себе не могут распространяться быстрее скорости света.

Что произойдет, если вы постучите по стальному стержню с такой силой, что вы придадите ему скорость, превышающую скорость звука в материале? Ответ заключается в том, что он будет подвергаться пластической деформации. Жесткость разрушается гораздо раньше, чем относительность.

Когда вы сказали «на самом деле», как в «Это действительно сработает?» ответ - нет, поскольку предположение о жесткости самого полюса является всего лишь приближением, и каждое приближение не работает в некоторых критических пределах. Кроме того, шест длиной в несколько AU — еще одна нереальная вещь, по крайней мере, насколько я могу судить. Но если рассматривать ваш вопрос как мозгоемкую игру, то это интересный вопрос. Вот мои два цента на это:

Толкание и вытягивание в первую очередь являются актом приложения силы, поэтому мы, скорее всего, находимся на игровой площадке Динамики, а не на площадке Статики. Суммарная сила вызовет движение, которое вы можете смоделировать, используя либо классическую физику, либо теорию относительности, основанную на экспериментах, никогда не являющуюся аксиоматической или полностью рациональной. Однако в зависимости от того, как рассматривать полюс в пространстве (есть ли какое-либо трение или что-то еще) и на двух концах (опорные реакции), свободная диаграмма может измениться так, что мы будем иметь в игре и другие силы, то если приложенная сила толчка/тяги сопротивляется, даже локально, мы войдем во двор Статики и Сопротивления материала, где мы можем говорить о том, как информация распространяется внутри полюса, через волну сжатия или разрежения.

• Если окружающие силы и опорные реакции мешают движению полюса, то при малой амплитуде приложенных сил волны будут распространяться со скоростью звука. Если вы искусственно предполагаете, что полюс полностью жесткий (полностью несжимаемый), то вы уже предполагаете, что скорость волны бесконечно велика, намного больше скорости света. Но, как уже было сказано вам, жесткость ни одного объекта в реальном мире не является полной, поэтому никакая бесконечная скорость для информационной волны и никакое нарушение теории относительности не обязательно. Поскольку другие обращались к этому вопросу в других ответах, информация о скорости, которая будет проходить через полюс, действительно будет меньше скорости света.

• Однако что, если полюс может свободно двигаться? Сразу после того, как вы приложите силу, шест почувствует внутреннее сопротивление, удерживающее его от движения, собственную инерцию. Сила инерции (сила Даламбера) может сама преобразовать движение в сжатие, так что мы снова получим изложенную выше историю. Обратите внимание, что такой длинный шест был бы очень инертным, то есть, даже если он полностью свободен в пространстве, для движения вам все равно потребуется бесконечно большая сила, приложив которую шест может достичь конечного ускорения. Итак, опять же, это нереалистично, поскольку вы не можете заставить такой большой шест двигаться в каком-либо наблюдаемом движении. Единственная возможность, когда у вас есть очень длинный полюс бесконечно малой плотности, тогда да, если он ДОСТАТОЧНО ЖЕСТКИЙ, я думаю, вы должны быть в состоянии побить рекорд скорости передачи информации. Но я не

Возможно ли, чтобы информация (например, 1 и 0) передавалась быстрее света?

Нет
. Этот ответ уже был дан. Однако я хотел бы отметить, что это совершенно очевидно:
невозможно, чтобы сигналы передавались быстрее, чем вообще передаются какие-либо сигналы.

(В контексте релятивистской кинематики « свет » означает любой сигнал, которым обмениваются системы, состоящие из электромагнитных (или даже электрослабых) зарядов, таких как атомы, люди или любая наблюдаемая материя, которую можно вообразить. в мысленных экспериментах.)

Только на этой основе определяются геометрические отношения; например (ссылаясь на пример, приведенный в вопросе), отделены ли два человека друг от друга или встречаются ли они; либо два (разделенных) конца двигались жестко (по отношению друг к другу), либо один отставал от другого.

Конкретно, недостаток вашего примера заключается в том, что два участника, которые общаются мгновенно, называются «встречающими» друг друга; их расстояние друг от друга оценивается как ноль. И в противном случае, рассматривая двух участников, А и В, которые всегда обнаруживают, что они отделены друг от друга, а в состоянии покоя друг к другу, они вполне могут найти «два конца шеста », такие, что А, толкая один конец, одновременно с тем, что В выбрасывает шест. другой конец (или таким образом, чтобы B толкал один конец одновременно с выбросом A другого конца); но только в том случае, если эти события не распознаются/рассматриваются как обмен сигналами.

Нет, даже если ни одна частица не проделает весь путь, полюс обладает упругими свойствами, т. е. вы толкаете одни молекулы, те толкают следующие, и так далее, пока информация, которая путешествует вместе с толчками, не достигнет другой стороны. По сути, вы посылаете волну плотности через полюс. Это видео падающего слинки в замедленной съемке показывает это.

Нет, специальная теория относительности полностью запрещает информации двигаться быстрее скорости света. Предположим, у вас есть шест из самого твердого вещества на Земле — алмаза. Если вы надавите на конец, он просто прогнется при сжатии. Продольные волны в твердом теле имеют другую скорость, чем поперечные волны. Если вы потянете за конец, вы пошлете через него продольную волну, а если закрутите конец, то пошлете через него поперечную волну. Я читал, что скорость звука в алмазе составляет 12 км в секунду, но я не знаю, для какого типа волны это было, но я уверен, что ни одна из них не движется со скоростью, близкой к скорости света. На самом деле может существовать вещество, объемный модуль которого больше, чем его плотность, умноженная на c^2, поэтому волновое уравнение предсказывает, что продольная волна в нем будет двигаться быстрее света, из которого состоит нейтронная звезда. Меня это интересует, потому что я читал, что у некоторых нейтронных звезд есть фотонная сфера. Очевидно, даже если это так, если вы бомбардируете его поверхность, ударная волна в нем не будет двигаться быстрее света, потому что тогда она будет двигаться назад во времени в другой системе отсчета и, следовательно, не подчиняется волновому уравнению. Однако это не нарушает никаких законов, чтобы в определенных ситуациях подчиняться волновому уравнению и иметь синусоидальную волну, проходящую через него быстрее, чем свет. Движение каждой части будет определяться только частью рядом с ней, а не далекой частью. ударная волна в нем не будет двигаться быстрее света, потому что тогда она будет двигаться назад во времени в другой системе отсчета и, следовательно, не подчиняется волновому уравнению. Однако это не нарушает никаких законов, чтобы в определенных ситуациях подчиняться волновому уравнению и иметь синусоидальную волну, проходящую через него быстрее, чем свет. Движение каждой части будет определяться только частью рядом с ней, а не далекой частью. ударная волна в нем не будет двигаться быстрее света, потому что тогда она будет двигаться назад во времени в другой системе отсчета и, следовательно, не подчиняется волновому уравнению. Однако это не нарушает никаких законов, чтобы в определенных ситуациях подчиняться волновому уравнению и иметь синусоидальную волну, проходящую через него быстрее, чем свет. Движение каждой части будет определяться только частью рядом с ней, а не далекой частью.

Ответ - нет .

Ключевым словом является то, что кулоновская сила (которая не была разъяснена), основные силы, связывающие атомы вместе в решетке твердого тела или конденсированного вещества для длинного полюса, предположительно замедляли время для передачи силы/информации. между атомами.

Опять же, кулоновская сила является частью электромагнитной (E&M) силы, которая уже подчеркивалась другими. Все силы E&M каким-то образом становятся согласованными между различными системами отсчета, только если мы принимаем во внимание постоянную скорость света и эффект замедления потенциала/силы E&M.

Вы можете легко прочитать запаздывающий электромагнитный потенциал$(\varphi,\mathbf A )$/сила здесь :

где «r» — вектор положения в пространстве, «t» — время,

Запаздывающее время равно:

Есть также гравитация и сильная сила, связывающая ядро; но они находятся в гораздо более слабой энергетической шкале по сравнению с E&M в отношении связывания атомов на решетке. Также все силы и все безмассовые частицы (фотоны/глюоны/гравитоны) могут иметь одинаковую скорость распространения, скорость света .

Нет, простое объяснение без математики состоит в том, что любая сила, приложенная к любому концу, будет посылать волну сжатия или расширения через объект не быстрее, чем скорость звука в материале, которая всегда намного медленнее, чем c.

Ваше решение для дистанционной мгновенной связи действительно привлекательно, но у него есть свои недостатки. Столб вибрирует и, таким образом, производит звуковые волны внутри столба; звук, конечно, движется с гораздо меньшей скоростью по сравнению со светом, поэтому какая бы сила ни была приложена человеком А, она будет производить звуковые волны, которые достигнут В через века (учитывая расстояние), следовательно, информация НЕ будет передаваться мгновенно.