Распространение информации и скорость света

[arseniiv]

Komarnik в сообщении #808022 писал(а):

Не вижу физических ограничений чтобы ток не смог обогнать световой луч и, тем самым, быстрее донести информацию.

Можно узнать, как вы себе представляете этот процесс?

[Komarnik]

Munin в сообщении #808014 писал(а):

-- 30.12.2013 19:47:08 --
...
В общем, такая волна идёт всегда и по любому проводу, и для длинного провода обычно имеет место нечто среднее между правым нижним и левым верхним углом. А для короткого провода - нечто среднее между правым нижним и правым верхним углом. ...
-- 30.12.2013 19:50:45 --
Да, разумеется, всё это ещё осложняется и процессами с другого конца провода. ...

Это и я в общих чертах представляю. Но зная это, самое сложное (для меня как минимум) ответить по последовательности зажигания ламп на схеме 2.
Если вы их начнете зажигать в полный накал от батарейки Е, т.е 1и12 -> 2и11 -> 3и10 ->... и т.д, то войдете в один тупик противоречия. А если от ключа К, т.е 3и4 -> 2и5 -> 1и6 ->... и т.д, то войдете в другой тупик. Вот и получается (у меня в голове), что зажгутся в полный накал они все одновременно по отношению к наблюдателю в центре. А значит... впрочем ладно, позже. Давайте сначала выясним, как эти чертовы лампочки правильно должны зажечься по теории. Надеюсь здесь найдется опытный знаток по электричеству :)

[Munin]

Komarnik в сообщении #808022 писал(а):

Вы, если что будет сказать, на словах, а уж я по ним сам отрисую.

Не годится. Такие вещи на словах практически не передать.

Ну вот что вы отрисуете, если я скажу, что вот эта вертикальная ступенька на графиках, которые я приводил, на самом деле, при рассматривании под увеличительным стеклом, есть функция $\mathrm{erf}$?

Komarnik в сообщении #808022 писал(а):

Там именно скорость тока и, что главное, там обычная длинная линия. С ней-то всё совершенно ясно и так, что и по каким причинам там происходит.

Если вам всё понятно в обычной длинной линии - то и в однопроводном случае тоже должно быть всё понятно. Потому что, по сути, второй провод роли не играет. (Не путать с реальными двухпроводными линиями и волноводами, которые простой моделью длинной линии не описываются, а представляются сложнее.)

Komarnik в сообщении #808022 писал(а):

Повторю - именно что в этой конкретной описанной мной системе ничего из длинной линии не подходит. Совершенно не та физика процесса.

Это ваш личный вывод, и он неверен.

-- 30.12.2013 20:19:40 --

Komarnik в сообщении #808030 писал(а):

Если вы их начнете зажигать в полный накал от батарейки Е, т.е 1и12 -> 2и11 -> 3и10 ->... и т.д, то войдете в один тупик противоречия. А если от ключа К, т.е 3и4 -> 2и5 -> 1и6 ->... и т.д, то войдете в другой тупик.

Все волны идут от ключа. Потому что именно ключ создаёт переменные по времени граничные условия.

Батарейку можно вставить в любое место окружности. Батарейка всего лишь создаёт ступеньку в $U$ конечной и известной величины. По всем остальным свойствам, она - такой же тупой пассивный элемет цепи, как и всё остальное. Идеальная батарейка вообще как кусок провода. Реальная - как резистор (внутреннее сопротивление батарейки). Которым, правда, тоже часто можно пренебречь.

[Komarnik]

arseniiv в сообщении #808028 писал(а):

Komarnik в сообщении #808022 писал(а):

Не вижу физических ограничений чтобы ток не смог обогнать световой луч и, тем самым, быстрее донести информацию.

Можно узнать, как вы себе представляете этот процесс?

Извините, я не совсем корректно высказался. Конечно скорость распространения тока не может обогнать скорость света. Надо было мне сказать что-то типа "не вижу ограничений, чтобы информация, передающаяся посредством электрического тока из точки А пространства в точку Б, не смогла бы обогнать информацию, передающуюся между этими же точками посредством света".
Что-то навроде как со спутанными фотонами.
Пояснительный образный пример: вот есть река, пусть она течет со скоростью v1 относительно берегов. Представим что это ток. Тогда бросаем камень в реку, и вот та волна от него, которая по поверхности реки по направлению по течению, будет уже иметь скорость относительно берегов v2. Представим что волна это информация. Тогда, относительно берегом, v2 > v1.
Всё это лишь мои допущения. И не доказывать я их сюда пришел, а найти с помощью специалистов то место, где я ошибаюсь в своих таких размышлениях.

[Munin]

Волна идёт по проводу. Волна заведомо досветовая. И больше никак электрический ток передавать информацию не может.

[Komarnik]

Munin в сообщении #808035 писал(а):

Komarnik в сообщении #808022 писал(а):

Повторю - именно что в этой конкретной описанной мной системе ничего из длинной линии не подходит. Совершенно не та физика процесса.

Это ваш личный вывод, и он неверен.

Виноват. Конечно мне стоило оговориться "я так думаю".

Munin в сообщении #808035 писал(а):

-- 30.12.2013 20:19:40 --

Komarnik в сообщении #808030 писал(а):

Если вы их начнете зажигать в полный накал от батарейки Е, т.е 1и12 -> 2и11 -> 3и10 ->... и т.д, то войдете в один тупик противоречия. А если от ключа К, т.е 3и4 -> 2и5 -> 1и6 ->... и т.д, то войдете в другой тупик.

Все волны идут от ключа. ...

Верно ли я понимаю, что ваш ответ "в полный накал лампы начнут загораться от ключа К, т.е 3и4->2и5->1и6->12и7->11и8->10и9"? Смогу я уже в свете этого ответа начать задавать вопросы для прояснение того, что конкретно мне непонятно в физике протекания процесса?

П.С а ХомоСапиенс присутствует на этом форуме? Что-то его давно не было видно :(

[samodelkin_5]

Komarnik в сообщении #808022 писал(а):

Спасибо. Глянул, пробежался. Не наш случай. Там именно скорость тока и, что главное, там обычная длинная линия. С ней-то всё совершенно ясно и так, что и по каким причинам там происходит.

Как раз тот случай, попробуйте своё кольцо представить в виде длинной линии.

-- 30.12.2013, 22:06 --

Komarnik в сообщении #808008 писал(а):

Может вопрос мой непонятный?

А чего это вы так нервно реагируете, я просто пытаюсь вам помочь.

[Munin]

Komarnik в сообщении #808046 писал(а):

Верно ли я понимаю, что ваш ответ "в полный накал лампы начнут загораться от ключа К, т.е 3и4->2и5->1и6->12и7->11и8->10и9"?

Да.

В общем, волна пойдёт такой же формы, как изображено на графиках, только это надо будет считать не волной напряжения, а волной тока (они связаны довольно элементарными соотношениями в каждой точке длинной линии). Волна напряжения тоже пойдёт, но будет другой формы - где-то в минус, где-то на наклонном фоне, смотря как вы в деталях ставите задачу и расставляете параметры.

Komarnik в сообщении #808046 писал(а):

П.С а ХомоСапиенс присутствует на этом форуме? Что-то его давно не было видно :(

Кажется, он отсюда демонстративно ушёл. Жаль, конечно.

[Komarnik]

samodelkin_5 в сообщении #808056 писал(а):

Как раз тот случай, попробуйте своё кольцо представить в виде длинной линии.

Не могу. Для меня это предложение звучит как "попробуй катушку индуктивности представить в виде конденсатора".
Т.е представить то я могу, любая индуктивность имеет немножко свойств конденсатора, а конденсатор, соответственно, немножко свойств индуктивности, но это паразитные свойства. И в частности, в данном случае индуктивной системы, когда лишь один виток индуктивности в свободном пространстве, сводит паразитные конденсаторные свойства такой системы практически к нулю.

Так я понимаю:
Длинная линия (и конденсатор тоже) - это закрытая система, нет излучения во внешнее пространство, процесс протекает внутри системы, между двумя её одинаковыми элементами, между двумя проводами линии (обкладками конденсатора).
Магнитная антенна (и индуктивность тоже) ровно противоположно, это открытая система, внешнее пространство является её неотъемлемым элементом, процесс протекает между элементом системы и внешним пространством, а внутри элемента системы (в частности внутри витка, окружности, т.е идеальная компенсационная форма) никаких (значимых, не паразитных) процессов вообще нет.
Верно же здесь кто-то подметило ранее - при переходных процессах (моменты замыкания/размыкания ключа) исследуемая система будет излучать в пространство, т.е обладает свойствами обычной магнитной антенны, побочный расход энергии батарейки на выброс энергии в окружающую среду, а не на передачу информации внутри системы (энергии в случаи длинной линии).

Поэтому мне трудно понять ваше предложение и пояснения уважаемого Мунина. Почему вы так настойчиво предлагаете мне перевернуть мой вопрос с ног на голову, я интересуюсь про индуктивность, а вы мне предлагаете рассматривать её как конденсатор (по которому мне и так все совершенно понятно).
Не подумайте что я с претензиями или ищу конфликт в разговоре. Вовсе нет, просто хочу разобраться с тем, о чем спрашиваю, а не с тем, что мне пока предлагают. Видимо недопонимание моего вопроса случилось.

П.С я ведь почему ХСа упомянул - он один из тех, кто (как и я) считает, что лампочки в этом случае кольца зажгутся одновременно с точки зрения наблюдателя в центре кольца. И в таком их поведении нет никакого противоречия теории, так и должно быть. Но зажгутся они не одномгновенно (не "вспыхнут" разом), а у них всех совершенно синхронно будет нарастать яркость в течении некоторого времени переходного процесса. Вот этот переходной процесс одновременного зажигания ламп (его скорость с точки зрения передачи информации внутри системы) я и хотел уточнить у вас. Так сказать поговорить о сути. Хотя бы прикидочно сравнить со скоростью света. Не тратить ваше и своё время на совершенно бессмысленное (в данном случае) рассмотрение системы как аналога длинной линии.

[Komarnik]

Вот так я себе представляю (и предлагаю принять такие условности по значениям) -
Сила тока в цепи это кол-во зарядов в условную единицу времени -

Годится что для схемы эксперимента с Rн (падения на нем напряжения), что для (силы света) лампочек в схеме2.
Пусть когда ключ К разомкнут, сила тока будет 500 зарядов/ед.времени (Uпад на Rн мин, лампочки в полнакала), когда замкнут, соответственно, 1000 (Uпад на Rн макс, лампочки в полный накал).
Где-то левее на этом графике момент времени (А) замыкания ключа, где-то правее его размыкание (Г), но это не особо важно. Момент времени Б это последний момент, когда значение равно 500.
Пусть наш прибор (осциллограф) способен зафиксировать изменение с 500 до 501 заряда, и этот момент времени будет фактом что мы на стороне RX смогли распознать событие замыкания ключа на стороне TX. И вот здесь (для меня) самое интересное начинается - распознаем ли мы это раньше чем долетит свет (пролетит расстояние TX->RX), или позже.

Проще говоря, вот какой-то один из этих двух вариантов (уже реальных, а не идеальных как вар.1и2 ранее) нам и покажет осциллограф:

Если вар.4, то значит мы обогнали свет при передаче информации, теория ошиблась; если вар.5, значит свет победил и теория устояла. :)
Повторюсь, я верю что теория не ошибается, но не понимаю КАК происходит это ограничение, какие физические законы (силы) мешают (тормозят скорость) информации опередить свет в эксперименте описанном мной в стартовом посте (т.е внутри самой системы). Если проще сказать - я не вижу принципиального различия в процессах в этой описанной мной электрической системе с переносом информации эл.зарядом, и того, что происходит со спутанными фотонами. А ведь нас ни разу не удивляет что происходит со спутанными фотонами, их единовременность разнесенная в пространстве.
Возможно я не совсем корректно термин "информация" применил. Возможно здесь, как и со спутанными фотонами, передать мгновенно можно лишь физическое состояние без влияния (вмешательства) наблюдателя (пользователя). Но это уже несколько другая тема. Пока я для себя хочу понять, есть ли вообще эффект одновременности в этом случае с эл.током и кольцом или нет.

[Komarnik]

Попробую показать возникшее недопонимание на идеальных моделях:


В случае с антенной лампы просто обязаны зажечься одновременно. Ну не бывает такого в природе, чтобы в один и то же момент времени с "-" полюса батарейки утекло (пусть) 100 зарядов (электронов, ионов), а в "+" полюс батарейки втекло их только 99.
И в случае с длинной линией точно так же, только погонная емкость пропускает через себя часть зарядов, однако их одновременно что вытекает 100 с "-", что втекает 100 в "+". Но вместо излучения (потери энергии в пространство, как в антенне) заряды выполняют работу по изменению свойства вещества (аккумуляции энергии) между проводами линии (диэлектрических прокладок между пластинами конденсатора в описанном идеальном случае).

я вас подвожу к разговору по варианту "А", именно он и описан в стартовом посте, а вы меня настойчиво сталкиваете к варианту "Д".
Но если бы в природе существовал только один вариант "Д", то у нас не было бы такой полезной штуки как антенны (они бы просто не могли работать), не существовала бы радиосвязь и прочие "воздушные" приятные вещи :)

[warlock66613]

Из

Komarnik в сообщении #808148 писал(а):

не бывает такого в природе, чтобы в один и то же момент времени с "-" полюса батарейки утекло (пусть) 100 зарядов (электронов, ионов), а в "+" полюс батарейки втекло их только 99.

не следует, что

Komarnik в сообщении #808148 писал(а):

лампы просто обязаны зажечься одновременно

Ну и излучение тут вообще не при чём. Если расстояние между лампочками маленькое - они зажгутся почти одновременно, если большое - сильно не одновременно.

[Komarnik]

warlock66613 в сообщении #808161 писал(а):

Ну и излучение тут вообще не при чём. Если расстояние между лампочками маленькое - они зажгутся почти одновременно, если большое - сильно не одновременно.

Не понял. Вы не согласны с моими графиками зажигания ламп идеального случая "антенна" выше?
Тогда нарисуйте, пжл, свой. Заодно и поясните нам, куда у вас "в подпространство" деваются заряды на время, а потом выпрыгивают как черт из табакерки. :)

-- 31.12.2013, 15:50 --

Вот еще одна причина, по которой я не могу согласится с вариантом уважаемого Мунина -

Munin в сообщении #808065 писал(а):

Komarnik в сообщении #808046 писал(а):

Верно ли я понимаю, что ваш ответ "в полный накал лампы начнут загораться от ключа К, т.е 3и4->2и5->1и6->12и7->11и8->10и9"?

Да.

Чуть изменим схему:

введем R2 = R и второй ключ К2, но только который уже на размыкание. Синхронизируем момент манипулирования обеими ключами (т.е управление ими будет строго одновременно), что легко осуществить использовав единые для обоих ключей часы в центре кольца.

Тогда, при срабатывании ключей, по версии Мунина получается что ток побежит, не может не побежать. Т.е зажгутся в полный накал лампы 3и4, потом 2и5 и т.д. Ведь информация до ключа К о состоянии ключа К2 дойдет не быстрее чем со скоростью света, а пока дойдет, сколько ламп да зажгутся.
Но что на самом деле случится на практике в этой ситуации? н-и-ч-е-г-о. Вообще ничего. Ноль целых ноль десятых дополнительного расхода энергии батарейки, никакого изменения тока вообще (от заданного изначально сопротивлением). Все лампы как горели вполнакала, так и продолжат себе гореть. Сколько ключами не манипулируй, хоть с какой частотой (главное чтобы контакты ключей были совершенно синхронны и значения сопротивлений резисторов строго одинаковые). Система мгновенно знает какое у неё состояние ключей, скорость света в таком "знании" выглядит как улитка. :)
Если кто-то, практик или теоретик по электричеству, считает что это не так, что всё же произойдет так, как предсказывает Мунин, а я ошибся - прошу высказаться. Описать что произойдет по вашему мнению, и мы начнем разбираться где ошибка, у меня или у вас.

[Munin]

Komarnik в сообщении #808116 писал(а):

И в частности, в данном случае индуктивной системы, когда лишь один виток индуктивности в свободном пространстве, сводит паразитные конденсаторные свойства такой системы практически к нулю.

Нет. Если изучать эту систему на малых промежутках времени, на которых происходит процесс, который вас интересует - на таких масштабах ёмкость будет не практически нулём. А довольно существенной. И получается всё-таки длинная линия.

А если чем-то можно пренебречь (ёмкостью или чем-то ещё), то вы сводите задачу от полноценной длинной линии к одному из вырожденных случаев, как на приведённой мной картинке.

Komarnik в сообщении #808116 писал(а):

Так я понимаю:
Длинная линия (и конденсатор тоже) - это закрытая система, нет излучения во внешнее пространство, процесс протекает внутри системы, между двумя её одинаковыми элементами, между двумя проводами линии (обкладками конденсатора).

Нет. Длинная линия - не закрытая. Вокруг неё есть электрическое и магнитное поле, которые и обеспечивают её погонные ёмкость и индуктивность. У неё только нет излучения - излучением пренебрегаем, по приближению квазистационарности.

Двухпроводная линия, которую вы себе, видимо, воображаете - это вещь более сложная, чем длинная линия. Элемент длинной линии - это вот:

А элемент двухпроводной линии, вообще говоря, должен включать в себя $R$ и $L$ ещё и во втором проводе. Часто двухпроводные линии рассчитывают как длинные линии. Но это упрощение. Его можно себе позволить, если там сопротивление и индуктивность малы (коаксиальный кабель), или линия симметрична. И это упрощение не должно вас сбивать: одиночный провод является полноценной длинной линией, и должен рассчитываться именно как длинная линия! С одной оговоркой: поскольку он, в отличие от двухпроводной линии, имеет достаточно "размашистое" электрическое и магнитное поле, то в нём могут быть эффекты типа взаимной ёмкости или взаимной индуктивности разных участков провода друг с другом, и с окружающими предметами. Но они всё-таки малы по сравнению с "длиннолинейными" параметрами. Ими тоже можно пренебречь.

Komarnik в сообщении #808116 писал(а):

Верно же здесь кто-то подметило ранее - при переходных процессах (моменты замыкания/размыкания ключа) исследуемая система будет излучать в пространство, т.е обладает свойствами обычной магнитной антенны

Это пренебрежимые эффекты. Учитесь работать с порядками малости.

Komarnik в сообщении #808116 писал(а):

Почему вы так настойчиво предлагаете мне перевернуть мой вопрос с ног на голову, я интересуюсь про индуктивность, а вы мне предлагаете рассматривать её как конденсатор

Длинная линия - это не конденсатор. Вы плохо знаете длинные линии, если такое говорите. Длинная линия - это $LC$ или $RLC$-цепочка, и иногда $RLCG.$

Komarnik в сообщении #808116 писал(а):

П.С я ведь почему ХСа упомянул - он один из тех, кто (как и я) считает, что лампочки в этом случае кольца зажгутся одновременно с точки зрения наблюдателя в центре кольца.

Это он или обсчитался, или подумал про другое приближение, чем вы. Заочно спорить с ним я не буду, но ваша передача его слов бросает тень на его физические знания и способности, а я не хочу этого допускать без веских поводов. Говорите за себя, пожалуйста.

Komarnik в сообщении #808116 писал(а):

Но зажгутся они не одномгновенно (не "вспыхнут" разом), а у них всех совершенно синхронно будет нарастать яркость в течении некоторого времени переходного процесса. Вот этот переходной процесс одновременного зажигания ламп (его скорость с точки зрения передачи информации внутри системы) я и хотел уточнить у вас. Так сказать поговорить о сути.

См. на приведённом мной рисунке правый верхний вариант.

Komarnik в сообщении #808116 писал(а):

Хотя бы прикидочно сравнить со скоростью света. Не тратить ваше и своё время на совершенно бессмысленное (в данном случае) рассмотрение системы как аналога длинной линии.

Любое сравнение со скоростью света упирается в длинную линию. Любое приближение, в котором эффектами длинной линии можно пренебречь, по самому факту этого пренебрежения будет заведомо медленнее скорости света (на многие порядки).

Сверхсветовых сигналов в проводах не может быть.

И я не понимаю, чего вы добиваетесь. Чтобы мы встали с вами под знамёна лженауки?

-- 31.12.2013 17:48:21 --

Komarnik в сообщении #808168 писал(а):

Но что на самом деле случится на практике в этой ситуации? н-и-ч-е-г-о. Вообще ничего.

Ваша уверенность проистекает из чего-то существенного?

[Komarnik]

Munin в сообщении #808190 писал(а):

Сверхсветовых сигналов в проводах не может быть.

И я не понимаю, чего вы добиваетесь. Чтобы мы встали с вами под знамёна лженауки?

Да нет здесь никакой лженауки. Даже никакой новой теории на старые привычные явления я не предлагаю. И так все описано наукой достаточно ясно, по крайней мере годно чтобы этим пользовалась техника.
Вы просто не понимаете о чем я. Видимо практического опыта работы с электроникой у вас мало. При отличном знании и владении теорией (на 5++), вы не совсем правильно её применяете в конкретных практических случаях. (Известная проблема сложностей языка между теоретиками и практиками).
Проще говоря, так, как вы её ложите (кладете) на мои примеры, любой электронщик, умеющий правильно держать паяльник, мультиметр и осциллограф, вам на пальцах докажет, на приборах (Его Величество Прибор как единственный судья истины) что ваш вариант в какой последовательности зажгутся лампы есть ничто иное "такого не будет потому что этого просто не может быть никогда".
Мунин, это я без претензий и наездов. Сами знаете как я вас уважаю. Но всякое бывает. Тем более что я именно тему больше практическую сделал, а не теоретическую.
Не даром я ранее про спутанные фотоны упомянул. Вас ведь не удивляет их сверхсветовое качество. Но вот что система из кольца провода точно также сама для себя(!) со сверхсветовой скоростью узнает состояние положения ключей К и К2 - это вас почему-то удивляет. А вот меня нет, потому что еще учась в школе, я, как и любой радиолюбитель, прекрасно знал, что так, и только так и должно быть (т.е физический принцип работы радиодетали L, индуктивности). И никого из радиолюбителей тогда это не удивляло, ровно как и сейчас не удивляет никого из профессиональных инженеров-электронщиков. И ни как не нарушает наших научных знаний о скорости света.
В общем обычное недопонимание случилось.

С наступающим!