Скорость света. (Не могу понять одну интересную вещь!)

[artdesigns]

Смотрите, скорость света (c) - равна примерно 3 000 000 000 м/с в вакууме. Еще свет (фотоны) не имеют массы, тоесть это безмассовые частицы.

Есть закон, чем больше скорость, тем больше масса. Исходя из этого я стал недоумевать, как вообще возможно что свет вообще имеет скорость ?

Ведь если фотоны - частицы без массы, то тут должен действовать закон, что я указал абзацом ранее. Значит что скорость у света должна быть по сути бесконечная, а значит что свет не должен двигаться с какой-то определенной скоростью, а просто существовать, как вакуум, он просто существует и все.

Но почему-то эти 2 вещи в настоящем мире не совпадают, свет ограничен скоростью 3 000 000 000 м/с, а значит что закон скорости/массы на свет не действует. Однако этот закон реальный, а значит что он существует, тогда почему он не влияет на свет ? Очень интересно, хотя возможно я просто допустил какую-то мега ошибку, тк я физику до глубины не знаю, просто знаю некоторые закономерности.

Обсуждаем, выкладываем свои мысли, почему так ?

[venco]

artdesigns в сообщении #299419 писал(а):

Смотрите, скорость света (c) - равна примерно 3 000 000 м/с в вакууме.

В сто раз ошиблись.

artdesigns в сообщении #299419 писал(а):

Есть закон, чем больше скорость, тем больше масса.

Нет такого закона.

[artdesigns]

venco в сообщении #299425 писал(а):

В сто раз ошиблись.

Тьфу, сорри, забыл про 3 нуля.

venco в сообщении #299425 писал(а):

Нет такого закона.

Ну незнаю, я слышал по телеку и в нете, что физики утверждали что чем быстрее ты движешься, тем большую массу ты приобретаешь. Тоже самое возникает при центробежной силе. Сам проверь, сядь в центрефугу. Раскрутят тебя до скольких-то ж, и твой вес увеличится в разы!

[photon]

artdesigns в сообщении #299429 писал(а):

Тьфу, сорри, забыл про 3 нуля.

в 100 всего два нуля

artdesigns в сообщении #299429 писал(а):

Ну незнаю, я слышал по телеку и в нете, что физики утверждали что чем быстрее ты движешься, тем большую массу ты приобретаешь

по телеку и не такое говорят

artdesigns в сообщении #299429 писал(а):

Тоже самое возникает при центробежной силе. Сам проверь, сядь в центрефугу. Раскрутят тебя до скольких-то ж, и твой вес увеличится в разы!

посмотрите определение слова "вес": ни изменение веса, ни массы не имеют отношения к тому, что Вас там будет "плющить" на центрифуге

[myhand]

artdesigns в сообщении #299429 писал(а):

venco в сообщении #299425 писал(а):

Нет такого закона.

Ну незнаю, я слышал по телеку и в нете, что физики утверждали что чем быстрее ты движешься, тем большую массу ты приобретаешь.

"Рост массы" в релятивистском случае получится, только если формально использовать определение для импульса из ньютоновой механики $p=m v$. "Сохранить" такое определение импульса в специальной теории относительности (СТО) - можно только ценой зависимости массы от скорости $m=m(v)=m_0/sqrt{1-v^2}$. Такое определение бессмысленно для фотонов, которые всегда движутся со скоростью света.

Никакого реального физического смысла в этой формуле нет, такая "масса" зависит от выбора системы отсчета, в частности. Более разумным является определение массы - как "массы покоя", $m_0$ в предыдущей формуле - такая масса совпадает с инертной массой тела в пределе ньютоновой механики. И является инвариантом, не зависит от системы отсчета.

Для фотона - масса покоя = 0.

artdesigns в сообщении #299429 писал(а):

Тоже самое возникает при центробежной силе. Сам проверь, сядь в центрефугу. Раскрутят тебя до скольких-то ж, и твой вес увеличится в разы!

Вес не то же самое, что и масса, которая в центрифуге никак не изменится.

[DRG]

venco в сообщении #299425 писал(а):

В сто раз ошиблись.

По гуглу в 10 (скорость света = 299 792 458 м/с)

venco в сообщении #299425 писал(а):

Нет такого закона.

Он имел ввиду: $m'=m*(1-V^2/C^2)^{-0,5}$, но так вроде уже не принято говорить.

[venco]

DRG в сообщении #299449 писал(а):

venco в сообщении #299425 писал(а):

В сто раз ошиблись.

По гуглу в 10 (скорость света = 299 792 458 м/с)

artdesigns успел исправить исходное сообщение, правда опять неправильно.

DRG в сообщении #299449 писал(а):

venco в сообщении #299425 писал(а):

Нет такого закона.

Он имел ввиду: $m'=m*(1-V^2/C^2)^{-0,5}$, но так вроде уже не принято говорить.

Да я понял, что artdesigns имел в виду. Только это не закон, а интерпретация одной из релятивистских формул. К тому же, если рассмотреть другие формулы, то там коэффициент, в классической механике называемый массой, меняется по-другому.

[PapaKarlo]

artdesigns, в СТО показано, что есть такое соотношение между полной энергией $E$, модулем импульса $p$ и массой $m$ частицы:

$E^2-p^2c^2=m^2c^4\;\;\;\;\;\;\;(1)$

Для фотона (кванта э/м излучения с частотой $\nu$) энергия и модуль импульса выражаются через частоту и постоянную Планка $h$ (мировая константа, так же, как и скорость cвета в вакууме $c$):

$E=h\nu,\; p=\frac{h\nu}{c}$

Если эти выражения подставить в (1), то получится следующее:

$h^2\nu^2-\frac{h^2\nu^2}{c^2}c^2=m^2c^4$

или $0=m^2c^4$, откуда видно, что у фотона масса равна нулю.

Для неподвижной частицы (которой фотон не является ни при каких условиях - помните, что скорость света в любой инерциальной системе отсчета равна $c$?), т.е. для частицы с нулевым импульсом из (1) получается, что полная энергия частицы в состоянии покоя равна $E_0=mc^2$. Обратите внимание, что это корректное выражение связывает массу частицы и энергию покоя этой частицы. Кстати, отсюда очевидно, почему фотон не может находится в покое - ведь для него $m=0$, поэтому в состоянии покоя фотон имел бы нулевую энергию и нулевой импульс, то есть "обратился бы в ничто".

Для частиц, имеющих ненулевую массу, энергия и импульс связаны с массой и скоростью движения частицы так:

$E=\frac{m}{\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}}c^2;\;\;\vec p=\frac{m}{\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}}\vec v$

Из этих выражений видно, что для фотона, для которого $v=c$, эти формулы неприменимы - для энергии и импульса получается просто неопределенность $\frac00$.

--------------
Несколько слов о "массе, зависящей от скорости". Если ввести некоторую величину $m_r=\frac{m}{\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}}$, то энергию и импульс движущейся со скоростью $\vec v$ частицы массой $m$ можно выразить как

$E=m_rc^2;\;\;\vec p=m_r\vec v$

Выражение для энергии движущейся с произвольной скоростью частицы напоминает по форме выражение для энергии покоя, а выражение для импульса вообще совпадает с выражением импульса частицы в классической механике. Поэтому соблазнительно назвать величину $m$ "массой покоя", а величину $m_r=\frac{m}{\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}}$ - массой, зависящей от скорости ("релятивистской массой"). И следует сказать, что именно так и поступали долгое время авторы многих учебников и книг по теории относительности. Однако масса в классической физике и масса в теории относительности "несовместимы", какую бы величину - $m=E_0/c^2$ или $m_r=\frac{m}{\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}}$ не называть массой. Подробности хорошо описаны в статье Л.Б.Окуня, ссылку на которую Вы можете найти в конце статьи Википедии "Масса". А пока лишь скажу, что по вопросу, "зависит ли масса от скорости?", или в более корректной формулировке - "что называть массой в СТО?", споры идут, и не только на форумах. Однако (по моим представлениям) большинство физиков-теоретиков не используют понятие "релятивистская масса" (масса, зависящая от скорости) просто по причине ненадобности такого понятия; с другой стороны, масса $m=E_0/c^2$ - величина, не зависящая от наблюдателя (системы отсчета), и потому может рассматриваться как характеристика именно частицы, что удобно и логично.

И, как Вы понимаете, выражение $m_r=\frac{m}{\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}}$ для релятивистской массы фотона вообще теряет смысл. Неудивительно, что Вы не смогли применить его к фотону.

[EEater]

artdesigns в сообщении #299419 писал(а):

Исходя из этого я стал недоумевать, как вообще возможно что свет вообще имеет скорость ?

Кстати, в каком-то смысле скорость света это не вполне скорость. Например, ей не соответствует никакая 4-скорость. С этим связано то, что в формулах физики $c$ нигде не фигурирует как вектор. Хотя в 3-мерии имеет вид вектора и даже с инвариантной длиной (никакой настоящий вектор в 3-мерном пространстве не сохраняет длину).
Прошу прощения у профи, если написал крамолу

[Ponchik]

artdesigns в сообщении #299419 писал(а):

я стал недоумевать, как вообще возможно что свет вообще имеет скорость ?

свет не должен двигаться с какой-то определенной скоростью, а просто существовать, как вакуум, он просто существует и все.

Обсуждаем, выкладываем свои мысли, почему так ?

Вы совершенно правы!
Свет (электромагнитные волны) обладают свойством дальнодействия, т.е. излучение и поглощение фотона (кванта электромагнитного поля) происходят через нулевой интервал четырёхмерного пространственно-временного континуума, именуемого (в геометрии Минковского)световым конусом .
Другими словами, для света расстояние-время между телами равны 0.
А вот для наблюдателя это дистанции не равные 0. Время и расстояние между телами (при электромагнитном взаимодействии) равны друг-другу, так что для наблюдателя "скорость" света равна 1.

[Patrice]

PapaKarlo С позиции современного учебника ваши взгяды по поводу фотона совершенно правильны. Однако, с чего вы взяли, что $v=c$? С каких опытных данных? Вообще, что вы понимаете под $v$?

[Patrice]

Ponchik в сообщении #299671 писал(а):

Другими словами, для света расстояние-время между телами равны 0.

Для света расстояние между телами равно комптоновской длине волны кванта.

[H2O]

PapaKarlo в сообщении #299497 писал(а):

Для фотона (кванта э/м излучения с частотой $\nu$) энергия и модуль импульса выражаются через частоту и постоянную Планка $h$ (мировая константа, так же, как и скорость cвета в вакууме $c$):

$E=h\nu,\; p=\frac{h\nu}{c}$

Если эти выражения подставить в (1), то получится следующее:

$h^2\nu^2-\frac{h^2\nu^2}{c^2}c^2=m^2c^4$

или $0=m^2c^4$, откуда видно, что у фотона масса равна нулю.

А, как это выглядит при распространении света в веществе? Скорость не равна с.
И чему равно расстояние- время?

-- Вс мар 21, 2010 01:04:53 --

PapaKarlo в сообщении #299497 писал(а):

Однако масса в классической физике и масса в теории относительности "несовместимы", какую бы величину - $m=E_0/c^2$ или $m_r=\frac{m}{\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}}$ не называть массой.

Как вычислить полную энергию тела классической массой = m?

[Dragon27]

H2O в сообщении #299845 писал(а):

А, как это выглядит при распространении света в веществе? Скорость не равна с.

Да точно также. $c$ - это скорость света в вакууме. То, что групповая скорость световой волны в среде меньше объясняется многочисленными "задержками" (поглощения, переизлучения) на атомах среды, а не замедлением скорости фотонов.

H2O в сообщении #299845 писал(а):

Как вычислить полную энергию тела классической массой = m?

А вы какое определение массы исповедуете? "Классическая масса" - это как?

[Ponchik]

Patrice в сообщении #299828 писал(а):

Ponchik в сообщении #299671 писал(а):

Другими словами, для света расстояние-время между телами равны 0.

Для света расстояние между телами равно комптоновской длине волны кванта.

Видать - "слышал звон, да не знает, где он."
Комптоновская длина волны определяет расстояние, на которое может удалиться виртуальная частица от точки своего рождения. (Смотри, например, Физический энциклопедический словарь, (1983), с. 307).
Свет же распространяется на неопределённо большое расстояние.
Так что, - "попал пальцем в небо".