Независимость скорости света от систем отсчета

[stogramm]

Скажите пожалуйста, существует ли какое нибудь логическое обоснование того что бы считать скорость света абсолютной, независящей от системы отсчета. Что побудило Эйнштейна утверждать постоянство скорости света?
Замечу, я не оспариваю выводы Эйнштейна и не пропагандирую лженауку.
Кроме того, да... этот постулат известен мне со школьной скамьи, но никто даже не пытался дать объяснение этому поразительному свойству света. Или я просто его в упор не вижу?
Просветите невежду. Заранее благодарен.

[alexo2]

stogramm в сообщении #1094373 писал(а):

никто даже не пытался дать объяснение этому поразительному свойству света.

Почему только света? Вообще всех физических взаимодействий.
Если упрощенно - представьте некий замкнутый объем, наполненный некими физическими телами, например, шарами - модель некой гипотетической "вселенной". В ней действуют свои условности (или "постоянные"), в том числе, и такая - "скорость шаров не может быть более определенной величины". Поэтому, как не ухищряйся, получить скорость шара (или любого другого взаимодействия или "света") больше, чем скорость движения шаров друг к другу с максимально возможной скоростью, не удастся. В рамках "правил" этой "вселенной" с различными системами отсчета, подчиняющимися "внутренним" правилам. Чтобы получить все же скорость выше, надо как бы "выйти" из "правил" - а это уже "совсем другая история".

При этом, скорость движения "тени" от шаров может в разы превышать эту постоянную (примерно то же с "зайчиком" в примере из википедии), но скорость передачи информации, если мы как-то захотим для этого использовать "быстро" двигающуюся "тень", будет все равно не выше "скорости света" в данной "вселенной" - так как будет затрачено время на подготовку информации, передачу к "средству передачи", т.е., к "тени" и т.д. и т.п., в итоге общая скорость передачи все равно будет меньшей.

[iifat]

stogramm в сообщении #1094373 писал(а):

существует ли какое нибудь логическое обоснование того что бы считать скорость света абсолютной, независящей от системы отсчета

Ни малейшего, как понимаю. Исключительно выводы на основе экспериментов.

stogramm в сообщении #1094373 писал(а):

никто даже не пытался дать объяснение этому поразительному свойству света

Физика вообще скупа на объяснения. Она ставит эксперимент и на его основе строит модель, не заморачиваясь объяснениями.

[Someone]

stogramm в сообщении #1094373 писал(а):

считать скорость света абсолютной, независящей от системы отсчета

Не абсолютной, а инвариантной. Неправильный термин употребляете.

stogramm в сообщении #1094373 писал(а):

существует ли какое нибудь логическое обоснование

Логического обоснования никакого нет. Это экспериментальный факт, проверенный с очень большой точностью.

P.S. Вы неправильно выбрали раздел. Ваш вопрос относится к физике, а не к математике.

[stogramm]

Спасибо. Вы вероятно имеете ввиду опыты Майкельсона.

[Mihr]

iifat в сообщении #1094380 писал(а):

Ни малейшего, как понимаю.

Someone в сообщении #1094381 писал(а):

Логического обоснования никакого нет.

Я всё же перескажу некоторые соображения, которые я встречал, кажется, в учебнике Сивухина, так, как они мне запомнились (точную цитату искать неохота). Это не то чтобы убедительные логические обоснования, но, скажем так, правдоподобное рассуждение. Примерно такое:
В отличие от звуковых волн, имеющих среду-носителя, свет такой среды не имеет. Он распространяется непосредственно в вакууме. Однако с вакуумом невозможно связать никакую систему отсчёта, поскольку нет смысла говорить ни о движении, ни о покое вакуума (здесь стоит напомнить: в физике система отсчёта всегда подразумевается связанной с неким материальным агентом, обычно твёрдым телом, ну, или с некоторой средой). Следовательно, вакуум должен находиться в "равноправных отношениях" со всеми ИСО. Отсюда, а также в согласии с первым постулатом (утверждающим, что все законы физики одинаково справедливы во всех ИСО), следует заключить, что скорость света в вакууме одинакова во всех ИСО.

Замечание 1. Ещё раз подчёркиваю: это лишь правдоподобные рассуждения. А основой для формулирования постулата, как уже было указано, является эксперимент.
Замечание 2. К неинерциальным системам отсчёта это рассуждение не относится.

[stogramm]

Это уже объяснение. Спасибо.

[Someone]

На самом деле, если начать в этом разбираться, то можно обнаружить много занятного. Но "доказать чисто логически", что скорость света должна быть одинаковой во всех инерциальных системах отсчёта, нельзя. Потому что, например, в классической механике, если бы она правильно описывала оптические явления, это было бы не так. Вопрос, в конечном счёте, решается в экспериментах.

Вопрос, связанный с обсуждаемым: является ли скорость света в противоположных направлениях одинаковой?
Оказывается, что невозможно измерить скорость света при его распространении в одном направлении. Потому что для этого нужно использовать двое часов, расположенных в точке старта и в точке финиша сигнала. Для того, чтобы вычисления скорости по формуле $v=\frac s{t_2-t_1}$ ($v$ — средняя скорость, $s$ — пройденное им расстояние, $t_1$ — показания часов в момент старта, $t_2$ — показания часов в момент финиша), часы должны быть каким-то способом синхронизированы, чтобы их показания были согласованными. Мы не можем синхронизировать часы в одном месте, а потом перенести их в другое место, так как не знаем, что при этом с часами произойдёт: при переносе они могут отставать или спешить. Поэтому их нужно синхронизировать на расстоянии, а это связано с передачей сигналов, скорость которых мы как раз и хотим измерить.
Поэтому мы можем делать в какой-то степени произвольные предположения о скорости света "туда" и "обратно". Эйнштейн из возможных предположений выбрал простейший вариант: скорость света "туда" и "обратно" одинаковая. Это и привело к инвариантности скорости света.

Не нужно думать, что при другом предположении получилась бы другая теория. Получилась бы та же СТО, но в неудобных системах отсчёта и с более сложными формулами, но с теми же физическими следствиями.

Фактически СТО в изложении Эйнштейна была основана на трёх явно сформулированных физических предположениях.
0) Способ синхронизации часов, выбранный Эйнштейном, является непротиворечивым.
1) Инерциальные системы отсчёта равноправны (в том смысле, что физические законы описываются в них одинаковыми уравнениями).
2) Скорость света не зависит от движения источника.

Перечисляя постулаты СТО, "нулевой" постулат обычно забывают.

P.S. И да. Как сказал alexo2, название "скорость света" следует рассматривать просто как исторический артефакт. С современной точки зрения, речь идёт о фундаментальной скорости распространения взаимодействий. Просто во времена создания СТО не знали других фундаментальных взаимодействий, кроме электромагнитного, скорость распространения которых можно было бы измерить.

[AL Malino]

Someone в сообщении #1094394 писал(а):

Мы не можем синхронизировать часы в одном месте, а потом перенести их в другое место, так как не знаем, что при этом с часами произойдёт: при переносе они могут отставать или спешить. Поэтому их нужно синхронизировать на расстоянии, а это связано с передачей сигналов, скорость которых мы как раз и хотим измерить.

Совсем необязательно синхронизировать двое разнесённых в пространстве будильников "напрямую", т.е. сигналом, посланным из точки расположения одного из них в точку расположения другого. Можно ведь синхронизовать с помощью того же светового «зайчика». Только не точечного, а вытянутого в отрезок параллельный линии, соединяющей часы, и движущегося вдоль перпендикуляра к ней — момент "соприкосновения" «зайчика» с будильниками можно будет считать нулём. (Для полной ясности неплохо бы изобразить всё это на рисунке, но у меня в данный момент на это нет ни времени, ни технических возможностей )

[aa_dav]

stogramm в сообщении #1094373 писал(а):

Кроме того, да... этот постулат известен мне со школьной скамьи, но никто даже не пытался дать объяснение этому поразительному свойству света. Или я просто его в упор не вижу?

Исторически, как сказали выше, прежде всего был эксперимент. Он породил мат-модель.
А вот дальше, когда вы говорите "никто даже не пытался дать объяснение" - дали, но позже. Так уж получилось.
Пространство-время Минковского объяснение сему забавному свойству. Это "геометрическое" объяснение.

Причём, если спустя время, уже задумываться, то уши этого явления можно увидеть даже у Ньютона на очень школьном уровне. У Ньютона такие же свойства можно приписать бесконечно-быстрому сигналу. Причём это настолько "банально", что об этом даже не задумывались.
Например закон тяготения по своей форме предполагал, что взаимодействие гравитационное распространяется мгновенно, ну например, осцилляции массивного груза можно теоретически обнаружить мгновенно на любом расстоянии. Если задумываться что такое "мгновенный сигнал", можно прийти к тому, что его скорость как формальная величина "бесконечность" не складывается со скоростью источника. Любой мгновенный в одной ИСО сигнал является так же мгновенным в любой другой. Массивное тело нельзя разогнать до такой скорости (требуется бесконечное количество энергии). Причём если перенести эти величины на графики - там даже сомнительным понятием "бесконечная скорость" не надо пользоваться - углы наклона мировых линий к оси времени - и угол наклона 90 градусов "не склоняется". При этом подходе так же видно, что "быстрее самого быстрого" эквивалентно путешествию назад во времени.
Так что в каком то смысле можно сказать, что между пространством-временем Минковского и пространством-временем Галилея основополагающая разницы в том является ли предельная скорость конечной величиной или нет.

[Someone]

AL Malino в сообщении #1094397 писал(а):

Можно ведь синхронизовать с помощью того же светового «зайчика». Только не точечного, а вытянутого в отрезок параллельный линии, соединяющей часы, и движущегося вдоль перпендикуляра к ней — момент "соприкосновения" «зайчика» с будильниками можно будет считать нулём.

Не понимаю. Как Вы создадите такой "зайчик", не имея синхронизированных часов для одновременного запуска протяжённого сигнала и не делая никаких предположений о зависимости скорости сигнала от направления?

[stogramm]

Вы все очень интересно излагаете.
Я и не подозревал насколько все "не просто".
Сейчас буду разбираться с пространством Минковского. Поищу в инете и почитаю подробней.
Благодарю Всех кто откликнулся.

[rustot]

Существование инвариантной скорости может быть допустим логическим следствием другого утверждения "мгновенные взаимодействия на расстоянии принципиально невозможны". Отсюда следует что на каком то фиксированном расстоянии между событием причиной и событием следствием, временная пауза между ними не может быть меньше некоторого определенного значения, которое можно определить экспериментально. Но согласно принципу относительности это "определеное значение" должно быть одинаковым во всех исо иначе по измерению этого значения можно было бы определить свою "абсолютную скорость" непонятно относительно чего

[Someone]

rustot в сообщении #1094417 писал(а):

"мгновенные взаимодействия на расстоянии принципиально невозможны". Отсюда следует что на каком то фиксированном расстоянии между событием причиной и событием следствием, временная пауза между ними не может быть меньше некоторого определенного значения

Логически второе утверждение не следует из первого: эта "пауза" может быть сколь угодно малой, хотя и не нулём.

[rustot]

Someone в сообщении #1094429 писал(а):

Логически второе утверждение не следует из первого: эта "пауза" может быть сколь угодно малой, хотя и не нулём.

в смысле _изменяться_ при переходе к другой системе отсчета до сколь угодно малых значений? это противоречит принципу относительности если такое ограничение именно фундаментально, а не определяется каким то невидимым "нечто" имеющим относительно разных исо разные свойства