Fråga:
Varför och hur är ljusets hastighet i vakuum konstant, dvs. oberoende av referensramen?
SMUsamaShah
2010-12-24 19:25:22 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Jag fick veta att den galiliska regeln om relativ hastighet inte gäller ljusets hastighet. Oavsett hur snabbt två objekt rör sig, kommer ljusets hastighet att förbli densamma för dem båda.

Hur och varför är detta möjligt?

Varför kan inte någonting resa snabbare än ljus?

Ljusets hastighet är konstant är en utgångspunkt för teoretisering snarare än en slutsats.Med det menar jag att vi menar att vi har försökt mäta det, och det verkar vara konstant.Relativitetsteorin säger "om detta är sant, vad är följderna"?En av konsekvenserna är att ingenting kan resa snabbare.
@Carlos Ur ett experimentellt perspektiv försöker interferometriska experiment inte riktigt "mäta ljusets hastighet";istället är de känsliga uttryckligen för * variationer i ljusets hastighet * utan att vara känsliga för vad hastigheten är.Och om de är väl utformade och konstruerade kan de vara mycket exakta när de utesluter sådana variationer.
Tolv svar:
Mark Eichenlaub
2010-12-27 13:42:15 UTC
view on stackexchange narkive permalink

De flesta fysikers uppfattning är att man frågar "Hur kan det vara att ljusets hastighet är konstant?" liknar att fråga "Hur kan det vara så att saker inte alltid går i riktning mot kraften på dem?" eller "Hur kan det vara att kvantmekaniska förutsägelser innebär sannolikhet?"

Det vanliga svaret är att dessa saker helt enkelt är . Det finns ingen djupare, mer grundläggande förklaring. Det finns en viss likhet här med den synvinkel du kanske har lärt dig när du studerar euklidisk geometri; vi måste börja med några axiomer som vi antar är sanna och inte kan motivera. Filosofiskt är dessa idéer inte exakt desamma (matematiska axiom är inte föremål för experimentellt test), men den konstanta ljushastigheten beskrivs ofta som ett "postulat" av relativitet. När vi väl antar att det är sant kan vi räkna ut dess logiska konsekvenser.

Detta är inte att säga att postulat i fysik är postulat. Till exempel är många människor särskilt oroade över sannolikheten i kvantmekanik och försöker förstå det baserat på mer grundläggande idéer (se dekoherens som ett exempel). Som ett annat exempel togs Newtons rörelselagor ursprungligen som obevisbara postulat, men förklaras nu via kvantmekanik (se Ehrenfests sats).

För närvarande är ljusets hastighet, eller mer allmänt principen om Lorentz-symmetri, motiveras inte av något som anses vara mer grundläggande. Faktum är att antagandet att det är sant har varit ett vägledande ljus för teoretiska fysiker; kvantfältsteorin uppfanns genom att tänka på hur kvantmekanik kunde göras för att respektera relativitetens idéer.

Även om vi inte har någon teoretisk motivering för ljusets hastighet, har vi mycket noggranna experimentella tester av idén. Det mest kända är Michelson-Morley-experimentet, som mätte ljusets relativa hastighet i olika riktningar för att se om det påverkades av jordens rörelse. Detta experiment avvisade hypotesen att jordens rörelse påverkar ljusets hastighet. Enligt Wikipedia-artikeln som jag länkade kom en modern version av detta experiment av Hils och Hall fram till att skillnaden i ljusets hastighet längs riktningar parallellt och vinkelrätt mot jordens rörelse är mindre än en del i $ 5 * 10 ^ {12} $. Förutom direkta tester av ljusets hastighet har det också förekommit många andra experimentella tester av särskild relativitet. (Jag har inte läst den sista sidan noggrant, men när jag bläddrar igenom ser den bra ut.)

Det finns några försiktigheter som är värda att nämna. I allmän relativitet är ljusets hastighet bara konstant lokalt. Detta innebär att avståndet mellan två objekt kan öka snabbare än ljusets hastighet, men det är fortfarande omöjligt för ljus att bli förbi dig i en hastighet snabbare än den normala. I kvantteorin är ljusets hastighet också en statistisk egenskap. En foton kan röra sig något långsammare eller snabbare än ljus, och bara färdas i genomsnitt i ljushastighet. Avvikelser från ljusets hastighet skulle dock troligen vara för små för att observeras direkt.

Jag har exakt samma tanke, om avstånd svartvitt två föremål uppenbarligen kan öka med mer hastighet, vad händer? Den relativa hastigheten för ett objekt kommer att vara mer än ljusets hastighet?
Ja, man kan säga att den relativa hastigheten översteg $ c $ om avståndet ökade snabbare än $ c $. Ljusets hastighet är högst är endast en lokal begränsning av hastigheterna.
Jag antog alltid att det berodde på (i ett nötskal) ljuset färdas så snabbt, att vi inte har något att jämföra det med, så därför kan ingenting vara snabbare. Är det inte enklare?
@MarkEichenlaub: är inte amplituden för någon off-shell-process noll? Jag är ganska säker på att S-matrisen förutses på ett sådant sätt att alla superluminala frihetsgrader har nollamplitud.
@JerrySchirmer För att vara ärlig beskrev jag fysik som var bortom mig. Jag mindes helt enkelt att jag läste detta i Feynmans QED. På sidan 89 står det "Det största bidraget sker vid konventionell ljushastighet ... men det finns också en amplitud för att ljuset ska gå snabbare (eller långsammare) än den konventionella ljushastigheten. Du fick reda på att i den sista föreläsningen att ljuset inte bara går i raka linjer; nu får du reda på att det inte bara går med ljusets hastighet! "Kanske missförstår jag dock precis vad det betyder. Jag känner inte till kvantfältsteori.
** En foton kan röra sig något långsammare eller snabbare än ljus, och bara färdas i genomsnitt med ljushastighet. ** Ovanstående linje av Mark, när fotoner är beståndsdelen av ljus och inget annat (ljus == fotoner, utan tvekan) varför säger han ovanstående uttalande [Faktum är att frågan kan tolkas som varför fotoner färdas med konstant hastighet 3,00 000 km / s i vakuum]
"Hur kan det vara att saker inte alltid går i riktning mot kraften på dem?"För när du trycker på ett objekt rör sig det i den riktningen."Hur kan det vara så att ljusets hastighet är konstant?"Det har alltid varit så: '(
Sklivvz
2010-12-24 19:34:40 UTC
view on stackexchange narkive permalink

I själva verket gäller den relativa hastighetsregeln aldrig.

Den relativistiskt korrekta hastighetstilläggsregeln är följande:

$$ s = \ frac {v + u} {1+ \ frac {vu} {c ^ 2}} $$

När $ \ frac {vu} {c ^ 2} $ är nära noll ( med andra ord när de inblandade hastigheterna är mycket mindre än ljusets hastighet), är den korrekta formeln ungefärlig till den galileiska versionen $ s = u + v $.

Ingenting kan vara snabbare än ljus, i grunden , för när du accelererar får du inte bara hastighet utan också massa. När du närmar dig ljusets hastighet bidrar den energi som ges av kraften som orsakar accelerationen i grunden mer och mer till ökningen av din massa och mindre och mindre till ökningen av din hastighet. Det gör det just så att du aldrig når ljusets hastighet. Istället rör sig masslösa partiklar som fotoner alltid med ljusets hastighet.

ja, men för att härleda den ekvationen måste du först acceptera en hypotes och acceptera att ljusets hastighet är konstant.
Detta svar skulle vara bättre om det inte använde det föråldrade begreppet relativistisk massa.
I själva verket gäller den relativa hastighetsregeln aldrig ** om ljusets hastighet är konstant i alla referensramar **.
@SaravanabalagiRamachandran ja, i ett annat universum kanske det inte gäller
Gordon
2011-02-07 01:08:42 UTC
view on stackexchange narkive permalink

John Moffat och Moffat och Albrecht och Magueijo har varierande hastighet av ljusteorier där hastigheten varierade i det tidiga universum och inte är konstant. Majueijo har en pop-bok Snabbare än ljusets hastighet som beskriver hans teorier. IMO boken är ganska upprörande och förolämpar olika människor. Jag nämner detta svar för fullständighet bara eftersom jag tror att ljusets hastighet i ett vakuum är konstant.

Rymden kan expandera snabbare än ljusets hastighet, men ingen information kan överföras. Se Alcubierre warp drive för lite kul.

Tau23
2014-01-28 03:51:51 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ljusets hastighet är hastighetsgränsen i universum eftersom det i en informell mening är oändligt. Om ett rymdskepp byggdes för att färdas med en konstant 1 g-acceleration skulle det mycket snabbt nå 99,9% av ljusets hastighet, vilket möjliggör färd genom hela det observerbara universum under en livstid på grund av effekten av tidsutvidgning. Det finns ingen viloram för foton i relativitet, men närmar sig dess hastighet gör att du upplever mer en mer subjektiv nära oändlig hastighet. Så från den hypotetiska '' synvinkeln '' hos foton reser den ett godtyckligt avstånd på noll tid. Utsläpp är samma punkt som absorption för en foton. Nu när jag svarar varför det är konstant för alla observatörer och inte oändligt, måste jag säga att det handlar om kausalitets- och lokalitetslagarna.

Även i relativitetsfysiken används snabbhet (φ) som ett alternativ till hastighet som ett mått på rörelse. Ekvationen är φ = artanh (v / c). Genom att ersätta v = c får du artanh (1) = oändlighet. Så ljusets snabbhet är oändlig.

sigoldberg1
2010-12-27 12:49:04 UTC
view on stackexchange narkive permalink

När det gäller del 2 i din fråga "Varför kan ingenting vara snabbare än ljus?", är svaret att det inte bara är ljus. Poängen är att c är maximal hastighet för någon kausal, informationsöverförande interaktion i universum , förmedlad av allt som går framåt i tiden (se fotnot). Det är bara fotonerna, som har 0 vilmassa, färdas i vakuum närmar sig den grundläggande gränsen, c.

Fotnot: Förutom kanske "tachyoner" - aldrig sett och reser bakåt i tiden eftersom de går snabbare än c. (Observera att Norbert Wiener en gång påpekade att för ett kausalt inflytande att resa bakåt i tiden, skulle vi uppleva det som "slumpmässigt", eftersom det uppenbarligen skulle vara en händelse utan en tidigare orsak till oss).

Hypnosifl
2014-10-21 03:18:29 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Det faktum att olika observatörer i relativ rörelse kan mäta samma ljusstråle för att röra sig med en hastighet på c har att göra med det faktum att varje observatör definierar "hastighet" i termer av avstånd / tid på linjaler och klockor i vila i förhållande till sig själva . Det är avgörande att förstå att olika observatörer använder olika linjaler och klockor för att mäta hastighet, för i relativitet kommer varje tröghetsobservatör att se hur andra tröghetsobservatörer ska krympas ( längdkontraktion) och klockor från andra tröghetsobservatörer att köra långsamt ( tidsutvidgning) och att vara utom synkronisering med varandra ( relativitet av samtidighet). Varje observatör kan föreställas för att mäta hastigheten med ett par klockor i olika positioner längs en linjal (klockorna synkroniserade i sin egen ram med hjälp av Einsteins synkroniseringskonvention), och mäter tiden T1 på den första klockan när ljusvågen passerar den, och tiden T2 på den andra klockan när ljuset passerar den, och om deras linjal sedan visar att klockan är ett avstånd D från varandra, drar denna observatör slutsatsen att ljusstrålens hastighet var D / (T2 - T1. till x-axeln). Från mitt perspektiv krymper linjalen som den rörliga observatören använde för att mäta avståndet med en faktor $ \ sqrt {1 - v ^ 2 / c ^ 2} $ på grund av längdkontraktion, tiden mellan fästingar på klockorna på rörlig observatör expanderar med $ 1 / \ sqrt {1 - v ^ 2 / c ^ 2} $ på grund av tidsutvidgning (eller motsvarande, i $ T $ sekunder i min ram ser jag bara den rörande observatörens klocka ticka framåt med $ T \ sqrt {1 - v ^ 2 / c ^ 2} $), och den bakre klockans tidsavläsning ligger före frontklockans avläsning med $ vL / c ^ 2 $ på grund av relativitetens relativitet, där $ L $ är avståndet mellan klockorna i observatörens egen ram, mätt med deras egen linjal.

Låt oss titta på ett numeriskt exempel. Säg att linjalen är 50 ljussekunder lång i sin egen vilaram och rör sig vid 0,6c i min ram. I det här fallet är den relativistiska gammafaktorn $ 1 / \ sqrt {1 - v ^ 2 / c ^ 2} $ (som bestämmer mängden längdkontraktion och tidsutvidgning) 1,25, så i min ram är linjalens längd 50 / 1,25 = 40 ljussekunder lång. Längst fram och bak på linjalen finns klockor som synkroniseras i linjalens vilaram; på grund av relativitetens relativitet betyder det att de i min ram inte är synkroniserade, med frontklockans tid bakom bakklockans tid med $ vL / c ^ 2 $ = (0,6c) (50 ljussekunder ) / $ c ^ 2 $ = 30 sekunder.

Nu när den bakre änden av den rörliga linjalen är uppradad med 0-ljus-sekunder-märket för min egen linjal (med min egen linjal i vila i förhållande till mig) satte jag upp en ljusblixt på den positionen. Låt oss säga att klockan längst bak på den rörliga linjalen läser en tid på 0 sekunder, och eftersom klockan längst fram alltid är bakom den med 30 sekunder i min ram, så i min ram måste klockan på framsidan läsa -30 sekunder just nu. 100 sekunder senare i min ram kommer bakänden att ha flyttat (100 sekunder) * (0,6c) = 60 ljussekunder längs min linjal, och eftersom linjalen är 40 ljus-sekunder lång i min ram, betyder det att frontänden kommer att vara uppradad med 100-ljus-sekunder-märket på min linjal. Eftersom 100 sekunder har gått, om ljusstrålen rör sig vid c i min ram, måste den ha flyttat 100 ljussekunder under den tiden, så det kommer också att vara på 100-ljus-sekunder-märket på min linjal, bara efter att ha kommit ikapp med den främre änden av den rörliga linjalen.

Eftersom 100 sekunder har passerat i min ram betyder det att 100 / 1,25 = 80 sekunder har gått på klockorna fram och bak på den rörliga linjalen. Eftersom klockan på baksidan läste 0 sekunder när blixten stängdes av läser den nu 80 sekunder; och eftersom klockan på framsidan läser -30 sekunder läser den nu 50 sekunder. Och kom ihåg att linjalen var 50 ljussekunder lång i sin egen vilram! Så i sin ram, där klockan på framsidan är synkroniserad med klockan på baksidan, släcktes ljusblixten på baksidan när klockan där läste 0 sekunder och ljusstrålen passerade klockan framåt när det var dags läs 50 sekunder, så eftersom linjalen är 50-ljus-sekunder lång, måste strålen ha rört sig med 50 ljussekunder / 50 sekunder = c också! Så du kan se att allt fungerar - om jag mäter avstånd och tider med linjaler och klockor i vila i min ram, avslutar jag att ljusstrålen rör sig vid 1 c, och om en rörlig observatör mäter avstånd och tider med linjaler och klockor vid vila i sin ram, avslutar han också samma ljusstråle som flyttas vid 1 c.

Om du också vill överväga vad som händer om, efter att ha nått framsidan av den rörliga linjalen på 100 sekunder i min ram, ljuset studsar sedan tillbaka mot baksidan i motsatt riktning mot bakänden, då vid 125 sekunder i min ram kommer ljuset att vara i en position av 75 ljussekunder på min linjal, och den bakre änden av den rörliga linjalen kommer att vara på den positionen också. Eftersom 125 sekunder har gått i min ram kommer 125 / 1,25 = 100 sekunder att gå på klockan på baksidan av den rörliga linjalen. Kom ihåg att på klockan längst fram läste 50 sekunder när ljuset nådde det, och linjalen är 50 ljussekunder lång i sin egen vilram, så en observatör på den rörliga linjalen kommer att ha mätt ljuset för att ta ytterligare 50 sekunder för att resa de 50 ljussekunderna från framsidan till baksidan.

Quantumplate
2014-11-17 15:12:25 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Tänk på ljudvågor. Om du har en bil med siren påverkar bilens hastighet ljudets hastighet? Nej, istället rör sig ljudet alltid med samma hastighet (låt oss för närvarande ignorera det faktum att ljudets hastighet kan förändras, t.ex. av densiteten hos mediet som den färdas genom).

Varierande bilens hastighet kommer att orsaka en Dopplereffekt där ljudvågorna komprimeras (eller expanderar beroende på riktning) och frekvensen för vågen påverkas (t.ex. tonhöjden är högre när ljudkällan närmar sig dig eller lägre när den rör sig bort från dig).

I grund och botten skapar du ljudvågen när du rör dig genom mediet som det färdas i. Det betyder att när du skapar det så samlas vågorna fram och expanderar bakom. Det är till och med möjligt att resa snabbare än ljudets hastighet där du är ute och tävlar med den våg som just skapats (och allt bakom dig, inget framför).

Ljus beter sig på ett liknande sätt (bra typ av) . Vi vet från experimentet att det alltid mäts med samma hastighet (i vakuum) oavsett vilken hastighet det släpptes ut (tekniskt hastigheten på materialet som det släpptes ut från). Detta borde egentligen inte vara så överraskande eftersom det är så som ljudvågor beter sig också.

Hastigheten på det material som sänder ut ljuset kommer att påverka ljusets frekvens (t.ex. om det rör sig bort från dig kommer vågorna att sprids ut och den kommer att förskjutas rött, eller om den rör sig mot dig kommer vågorna att samlas och blåförskjutas).

Sammanfattningsvis:

  • Ljus har bara en hastighet (den hastighet vi mäter vid eller C). Hittills trevligt och enkelt. Denna siffra är inte riktigt speciell eller överraskande (det måste vara något).

  • Det är hastigheten oberoende av det material eller den referensram som den släpps ut från (liknar hur ljudets hastighet är oberoende av sirenens / bilens hastighet.

  • Mer om ljudets hastighet. Det är oberoende av hastigheten på dess källa eftersom det finns en frikoppling från källan till vågen (kompression / expansion av luftmolekyler) och dess förökning genom mediet (luftmolekyler studsar mot varandra).

  • Objekt (t.ex. plan) kan färdas snabbare än ljudets hastighet. Så är inte fallet med ljus. Ingenting kan resa snabbare än ljusets hastighet.

Varför är materien begränsad till långsammare än ljusets hastighet? Enkelt uttryckt kräver det mer och mer energi för att påskynda massan ju närmare ljusets hastighet du kommer. För att nå ljusets hastighet krävs oändlig energi och du kan inte gå förbi oändligt (för att gå snabbare).

Så en av anledningarna till att relativiteten är så förvirrande är att ljusets hastighet är konstant oavsett din referensram. Föreställ dig massor av flygande ambulanser och du kunde bara mäta en annan ambulans med dess ljud. En ambulans som flyger mot dig kan ha en ljudfrekvens med högre frekvens men du kunde inte veta om det berodde på din rörelse mot ljudvågen eller ambulansens rörelse som avger den (ingen absolut referensram som hjälper dig).

Jag är inte säker på hur mycket analogerna med ljudvågor håller upp för ljusvågor men förhoppningsvis ger det dig en mer intuitiv uppfattning om hur detta kan ske.

ljudvågens framsidahastighet motsvarar inte ljusets hastighet eftersom det beror på hastigheten på referensramen som används för att mäta den.
Denna ljudanalogi hjälpte mig att visualisera ljusets hastighet nu, tack för det.Detta betyder att för ett konstant avstånd är ljusets hastighet också konstant och emitterhastigheten spelar ingen roll. Om det är så enkelt, varför förklaras det inte så här (som du just gjorde)?
Men som @Zarko sa kommer ljusets hastighet att mätas samma konstant även i relativ rörelse.Nu passar det inte ljudvågsanalogi.t.ex.Om två objekt rör sig bort från varandra och ett mäter ljudets hastighet från det andra objektet blir det lägre än den faktiska hastigheten.
Žarko Tomičić
2014-11-17 16:26:21 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Det finns viss förvirring kring två punkter ... för det första är ljusets hastighet oberoende av dess källans hastighet inget överraskande. Det är samma som oberoende av vattenvågornas hastighet på en båts hastighet. Inget roligt där. MEN oberoende av ljusets hastighet på referensramen för två observatörer i relativ rörelse till samma källa, det är det roliga. Jag antar att du inte bryr dig om svar som på grund av Lorentz-omvandlingar eller liknande saker. Du kanske undrar varför skulle någon (Einstein till exempel) komma till den här idén. Det beror på Michaelson-Morley-experimentet och på grund av Maxwell-ekvationer. MM-experiment gav oss bevis på att detta är sant, och Maxwell-ekvationer gav oss motivation. I dessa ekvationer uppträder ljusets hastighet som en hastighet för elektromagnetiska vågor. Så det blir något av en naturlig konstant. Det spelar en speciell roll som du kan se, samma som Planck-konstant eller gravitationskonstant. Naturlagar måste vara desamma i alla referensramar så ljusets hastighet måste vara densamma som. Det finns också det faktum att om du kunde resa med ljusets hastighet skulle du observera en stillastående ljusvåg, och det är bara INTE möjligt. Det finns inget faktiskt bevis för allt detta, bara en stark tarmkänsla.

Bevisar MM-experimentet inte bara den första punkten, att ljusets hastighet är oberoende av källans hastighet?
Egentligen var den utformad för att upptäcka eter, en speciell typ av medium som vissa föreslogs existera ...
För att förklara MM exp-resultat måste du anta längdkontraktion etc ... alla saker som är kopplade till lorentz-transformationen och beständigheten av ljusets hastighet ...
jak
2016-12-10 14:26:36 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Tyvärr kommer " Varför " -frågor nästan alltid här på StackExchange svaret " Eftersom det är så naturen är! ". Inte överraskande säger det högsta svaret dig exakt det.

Det finns många fysiker här på webbplatsen som tror att det inte är fysikens mål att svara på "Varför" -frågor, utan snarare att passa modeller till observationer. / rant

Det finns dock -idéer för svar på flera av de viktigaste "Varför" -frågorna. Dessa idéer verifieras för närvarande inte experimentellt och är därför inte kanoniska svar. Så länge det inte finns något experimentellt bevis, är dessa idéer just det: idéer. Ändå tycker jag alltid om att läsa om sådana idéer och kanske gör du det också.

S Här är en idé som förklarar varför ingenting kan resa snabbare än med ljusets hastighet:

Rymdtiden är inte kontinuerlig, men diskret och det finns en minimal längd $ l_m $ och ett minimalt tidsintervall $ t_m $.

Om så är fallet kan ingenting röra sig med en hastighet större än $ \ frac {l_m} {t_m} $. För att röra sig snabbare än $ \ frac {l_m} {t_m} $ och objektet måste resa det minsta avståndet $ l_m $ i ett kortare tidsintervall än minimal-tidsintervall $ t_m $.

Dessutom har denna maxhastighet samma värde i alla referensramar, eftersom den minimala längden och det minimala tidsintervallet är desamma i alla referensramar. Om detta inte skulle vara fallet skulle det finnas en föredragen referensram som strider mot principen om relativitet.

Så, förklarar vi faktiskt något med denna idé? Nu måste vi naturligtvis svara på frågan: Varför ska rymdtiden vara diskret och varför ska det finnas ett minimalt längd och tidsintervall?

Först och främst är denna idé inte så konstig som den kan låta om du hör den första gången. Ett diskret spektrum med en viss minimal mängd är exakt det vi är vana att arbeta med i kvantteorin. Därför kan vi formulera idén annorlunda och säga: rymdtiden kvantiseras. Naturliga kandidater för minimilängd och minimalt tidsintervall är Planck-längd och Planck-tid.

Det är en attraktiv idé i sig att tänka att rymdtid består av "rymdtid-atomer", dvs minimala byggstenar. Till exempel, "är den huvudsakliga produktionen av [Loop Quantum Gravity] en fysisk bild av rymden där utrymmet är granulärt. Granulariteten är en direkt konsekvens av kvantiseringen. Den har samma natur som granulariteten hos fotonerna i kvantteorin om elektromagnetism och atomernas diskreta energinivåer. Här är det rymden i sig som är diskret. Med andra ord är det ett minsta avstånd möjligt att färdas genom det. "

Jag är ingen expert på något av detta, men jag tycker att det här är ett mycket snyggt sätt att förklara varför det finns en maximal hastighet. Kanske kan vi till och med vända saker och säga att observationen att ljusets hastighet är den maximala hastigheten är en stark ledtråd mot idén att rymdtid kvantiseras.

Denna tankegång liknar slutsatsen att den observerade kvantiseringen av elektrisk laddning är en stark ledtråd mot idén om en Grand Unified Theory.

Huvudförbehållet att tänka på är att det för närvarande inte finns något experimentellt bevis på att rymdtiden kvantiseras. (Och naturligtvis inget experimentellt bevis på en Grand Unified Theory.)

Icke desto mindre erbjuder tanken att rymdtid kvantiseras en så vacker förklaring till något som annars helt enkelt är ett experimentellt faktum att det verkar värt att driva framåt i denna riktning.(På liknande sätt är det sätt som en Grand Unified Theory förklarar varför elektrisk laddning kvantiseras så vackert att många fysiker tror att grundidén till en Grand Unified Theory är korrekt, även om det för närvarande inte finns något experimentellt bevis.)

JakobH: "_Unfortentlyely," "Why" frågor får nästan alltid svaret här "För så är naturen!" ._ "- Olyckligt, så långt de kan besvaras istället av` På grund av den experimentella metodengenom vilket vi försöker ta reda på "Huruvida"! `."_För att röra sig snabbare än $ L_m / T_m $ skulle ett objekt behöva resa det minsta avståndet $ L_m $ i ett kortare tidsintervall än minimalt tidsintervall $ T_m $ ._" - Men det kan göra diskreta hopp $ L>L_m $ under $ T_m $;särskilt diskreta hopp $ L <2 ~ L_m $.
@user12262 Trevlig tanke!Jag tycker emellertid att det är ganska troligt att ingen får hoppa över poäng på ett grundläggande rumsgitter.Ändå är idéer utöver de vanliga alltid en fråga om smak.Det som vanligtvis stör mig är att människor agerar som om det inte fanns några idéer alls.
JakobH: Tja, jag menade också att uttrycka att jag bland annat tycker att ditt nuvarande val av notering är obehagligt.(Men för att vara rättvis, har jag ännu inte lämnat in mitt eget uttryckliga svar / rant om _` "Hur den experimentella metoden genom vilken vi definierar hastighet och bestämmer hastighetsvärden innebär en ändlig och oföränderlig signalfronthastighet" '_ på denna sida...)
Vad du inte inser är att den nuvarande fysikmodellen, särskilt partikelstandardmodellen, innehåller både postulatet för ljusets hastighet och den speciella relativiteten, men också ett enormt antal data som härrör från experiment som inte kan beskrivas med handvågor a lavagnlösning för ljusets hastighet.För att tas på allvar måste man använda matematisk modell som också kommer att bädda in standardmodellen och de data den representerar lika exakt som standardmodellen gör.Tiden för att debattera det heliocentriska kontra det geocentriska systemet har gått sedan introduktionen
kalkyl och matematik i modelleringen av naturens beteende, och eftersom fysik skilde sig från filosofi och matematik, och är en disciplin som modellerar matematiskt existerande data och förutsäger nytt beteende.När en fråga "varför" inom fysiken träffar ett postulat är svaret "därför".Utmanare har tyngden att bevisa att deras nya postulat förklarar alla uppgifter som hänger från det fördrivna postulatet.
att fortsätta, till exempel strängteorier är också vackra och människor studerar dem eftersom de erbjuder kvantisering av tyngdkraften och, enligt min experimentalistiska uppfattning, har de möjligheten att bädda in standardmodellen med dess symmetrier på ett elegant sätt, och i denna mening, att valideras.Modellen behöver nya förutsägelser, som till exempel supersymmetri, vilket också är spekulativt, om det upptäcks vid LHC, skulle det också vara en validering.
@annav Jag är verkligen inte säker på vad du försöker antyda här.Idén att rymdtid kvantiseras är ett av huvudresultaten för Loop Quantum Gravity och inte något "handvågigt".Dessutom finns det mycket seriös forskning i liknande tankesätt, t.ex.dubbelt speciell relativitet.Matematiskt uttryckt kräver en kvantiserad rymd att vi förstår Poincare-gruppen som en Wigner-sammandragning av De Sitter-gruppen.Detta har långtgående experimentella konsekvenser som kan testas i experiment.
@annav Jag förstår inte varför du tror att en kvantiserad rymdtid som en förklaring till den konstanta ljushastigheten på något sätt strider mot standardmodellen.De Sitter-gruppen blir i Limit $ R \ rightarrow 0 $ Poincare-gruppen, där $ R $ är den oföränderliga längdskalan.Detta är ananlogiskt för hur Poincare-gruppen blir i gränsen $ c \ rightarrow \ infty $ Galilei-gruppen.Effekterna av De Sitter-rymdtiden blir bara relevanta vid mycket höga energier (= små längdskalor) jämfört med hur effekterna av Poincare-gruppen bara blir relevanta vid höga hastigheter.
@JakobH är standardmodellen baserad på att c är en konstant, eftersom alla experimentella siffror extraheras från mätningar med användning av specialrelativitet fyra vektorer och energimomentkonservering.Det räcker inte att ha de konstanta siffrorna för de transformationer du behöver.
@annav uhm vad?Jag hoppas att ni vet att det finns en nära koppling mellan konstanter och transformationer.Poincare-gruppen definieras som en uppsättning transformationer som bevarar c ... De sitter-gruppen bevarar c också ... Var fick du idén att jag tror att c inte är konstant?
Tyvärr, jag är kall i huvudet och var uppenbarligen förvirrad igår kväll.Du gör rummet diskret.Titta på den här frågan och svaret från Motl http://physics.stackexchange.com/questions/67211/why-is-standard-model-loop-quantum-gravity-usually-not-listed-as-a-theory-of-e om slingans kvantgravitation och standardmodellen.Jag tror att jag kommer att sluta här för det här ligger utanför min nivå.När jag ser en "granularity of space" -teori kommer naturligt ut med symmetrierna i standardmodellen kommer jag att bli intresserad.
@annav inga problem.Ah nu ser jag ... Motl är känt för att hata allt som inte är strängteori och allt han säger måste tas med ett saltkorn (se http://rationalwiki.org/wiki/Lubo%C5%A1_Motl#cite_note-1).Jag är inte en förespråkare för LQG, men Motl hävdar uppenbarligen nonsens för att främja sin gynnade strängteori, c.f.http://physics.stackexchange.com/questions/4027/are-there-any-versions-of-lqg-that-claim-to-not-violate-lorentz-symmetry
Så tilltalande och uppenbart som kvantiserad rumstid är i slutändan en föredragen referensram och oförenlig med relativitet.
@SoftwareEngineer kan du utarbeta?
Joel Rice
2011-02-07 02:19:02 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Att ljusets hastighet är oföränderlig är en egenskap för Minkowski rymdtid, och det borde finnas mycket på det i Wiki - eller sök efter "geometrisk algebra" eller Clifford Algebra.

kakaz
2018-05-27 17:28:41 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Det är relativt lätt att få konstant ljushastighet som konstant natur från Galileiska ekvivalens hos tröghetsobservatörsprincipen.

GP säger att två observatörer, som rör sig med (vilken som helst) konstant hastighet relativt varandra, är ekvivalenta, det vill säga att de båda beskriver den fysiska verkligheten på samma sätt.

I synnerhet betyder det att de delar samma kinematikprinciper, och att de använder isomorfa koordinatramar. Det är om observatör O har detta koordinatsystem $ (t, x) $ och observatör O 'har $ (t', x ') $, de är relaterade. Om vi ​​betraktar det enklaste förhållandet, linjärt beroende, beskrivs det av följande ekvationer som gäller för observatör O ':

$$ x '= vid + bx $$ $$ t '= ct + dx $$

Eftersom observatör O är ekvivalent med observatör O 'och den fysiska verkligheten observerad från koordinatram O är exakt densamma, samma förhållanden måste gälla för observatör O :

$$ x = vid '+ bx' $$ $$ t = ct '+ dx' $$

Observera att samma koefficienter a, b, c, d används!

Om O och O 'har synkroniserade klockor kan vi kombinera båda beskrivningarna och försöka få ytterligare krav på koefficienterna a, b, c, d, som beskrivs (på polska), här. Antag att O och O 'rör sig med relativ hastighet V.

Vi måste definiera (okänd) funktion d (V)

$$ x = d (x '+ Vt') $$ $$ t = d (t '+ x' V \ frac {1-d ^ {- 2}} {V ^ 2}) $$

Om vi ​​antar att det finns tredje observatör O '' som rör sig med hastigheten U relativt observatören O 'kan vi fråga, vad är hennes hastighet för observatör O? Med ovanstående formler får vi följande resultat: $$ O ("U + V") = \ frac {U + V} {1 + UV \ frac {1 + d ^ {- 2} (V)} {V ^ 2}} $$

Om vi ​​ställer in att $ d (V) = 1 $, får vi den galiliska fysiken återställd. Men det finns inget argument för att göra detta!

Vi använde observatör O som bas, och observatör O rörde sig med hastighet V relativt den. En annan observatör O '' rörde sig med hastigheten U relativt O ', och vi får relaterad hastighet för O' 'giltig för observatör O. Hastighet U var hastigheten för O' 'i ram O' som "drogs" för ram O 'wirth "draging speed" of V.

Vad händer om vi skulle börja med observatören O '' och beräkna detsamma? Eftersom O och O 'är ekvivalenta är den enda skillnaden att denna "draghastighet" är U medan en annan, V skulle vara relativt O'. Med andra ord utbyter U och V sin roll. Det betyder att den relativa hastigheten $ O ("U + V") $ och $ O '' ("V + U") $ måste vara densamma! Observatörer är likvärdiga, kom ihåg!

Så vi kan skriva:

$$ \ frac {U + V} {1 + UV \ frac {1 + d ^ {- 2} (V)} {V ^ 2}} = \ frac {V + U} {1 + VU \ frac {1 + d ^ {- 2} (U)} {U ^ 2}} $$

Efter ordning av termer får vi följande formel: $$ \ frac {1 + d ^ {- 2} (V)} {V ^ 2} = \ frac {1 + d ^ {- 2} (U)} {U ^ 2} $$

Det finns bara ett sätt att uppfylla följande ekvation: $ f (x) = f (y) $. $ f (x) $ måste vara konstant! Så hela fraktionen.

Vi får slutresultatet: $$ \ frac {1 + d ^ {- 2} (V)} {V ^ 2} = C $$ varifrån dimensionell analys cames att konstant C har dimensionen 1 / hastighet ^ 2. Det måste vara universellt konstant förutsatt att GP är giltigt och strikt galilisk fysik återställs när C är lika med 0.

Funktion $ d (V) $ är som följer: $$ d (V) = \ frac {1} {\ sqrt {(1-CV ^ 2)}} $$

På detta sätt får vi Lorentz-transformationer förutsatt att GP och följer allmänna regler med linjärt förhållande mellan tre tröghetsobservatörer.

Om vi ​​vill veta värdet på (okänd ännu) konstant C bör vi utföra olika experiment. Men vi kanske märker att Lorenz-transformationer lämnar Maxwell-ekvationerna oförändrade, och det ger oss samband mellan vår konstanta C och ljusets hastighet i vakuum: $$ C = \ frac {1} {c ^ 2} $$

Resonemanget ovan utfördes (och publicerades på 60-talet) av den polska fysikern Andrzej Szymacha.

Sean
2014-11-05 17:08:04 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Människor kan säga saker som "... vi har ingen teoretisk rättfärdigande för ljusets hastighet ...", eller säga "Det här är helt enkelt, därför finns det ingen djupare, mer grundläggande, förklaring. ". Således accepterar sådana människor i allmänhet effekten, men de har ingen önskan att hitta orsaken.

Det bör dock noteras att om man analyserar den enkla idén om absolut rörelse som äger rum inom en absolut fyrdimensionell struktur som kallas rymdtid, slutar du snart oberoende av alla specialrelativitetsekvationerna, och naturligtvis får du samtidigt en fullständig förståelse för specialrelativitet. Om du är intresserad, se bevis på denna enkla analys av rörelse på http://goo.gl/fz4R0I

Genom att börja på den absoluta grunden, detta i sin tur avslöjar den absoluta orsaken.

Således genom att ha sett den absoluta orsaken, oavsett hur snabbt två observatörer rör sig över rymden via två olika hastigheter, blir det kristallklart varför ljusets hastighet kommer att förbli densamma för båda dessa observatörer .

Tyvärr, även om man helt kan omfatta specialrelativitet via en oberoende undersökning av den absoluta grunden, kan detta absoluta fundament inte detekteras som ett kännetecken för specialrelativitet. Således är sådan utforskning begränsad till att vara begränsad till en enkel resa. Eftersom dessa absolutter inte kan detekteras ansågs de vara av ingen betydelse, så de kastades snabbt ut genom fönstret. Relativitet accepterades sedan som det viktigaste snarare än att det absoluta anses vara det viktigaste.

Hyresgästen ansågs ha klart överdimensionerat ju större!

Således när absoluta förklaringar frågas, ges absoluta svar i allmänhet inte, eftersom absolutter inte anses vara av någon betydelse.

Finns det någon * visuell * förklaring av dessa fyra dimensioner?


Denna fråga och svar översattes automatiskt från det engelska språket.Det ursprungliga innehållet finns tillgängligt på stackexchange, vilket vi tackar för cc by-sa 2.0-licensen som det distribueras under.
Loading...