Миф или реальность: скорость света — предельно возможная?

[dimdimius]

Вводная часть.

Перед тем, как приступить непосредственно к поиску ответа на этот вопрос, хотелось бы определиться в терминах и понятиях. В частности, с термином "физика".

Элементарный учебник физики, Т. 1, С. 12 / Под. ред. академика Г.С. Ландсберга писал(а):

Никому не приходит в голову отрицать, что физика есть опытная наука и что ее законы находятся с помощью опыта. Однако нередко в учебниках эти утверждения носят характер деклараций, которым отведено место на первых страницах. В дальнейшем же опыт служит главным образом для иллюстративных целей, и то обстоятельство, что физические понятия самым тесным образом связаны с опытом, ускользает от учащихся. А между тем необходимо, чтобы учащиеся осознали, что определения, формулируемые логически, наполняются содержанием лишь при помощи опыта, через посредство измерений. Всякое понятие, вводимое в физике, получает конкретный смысл только при условии, что с ним связывается определенный прием наблюдения и измерения, без которого это понятие не может найти никакого применения в исследовании реальных физических явлений.
. . .
Отчетливое понимание этого экспериментального характера физических законов имеет крайне важное значение: оно делает из физики науку о природе, а не систему умозрительных построений.

Таким образом, под словом "физика" я понимаю экспериментальную, опытную, эмпирическую науку о природе, а не систему чьих-то теоретических умозрительных построений, пусть даже этот кто-то будет очень уважаемым и замечательным человеком.

Описательная часть.

В 1975 году было экспериментально установлено, что скорость света в вакууме равна 299 792 458 \pm 1,2 м/с на основе эталонного метра. После того, как в 1983 году физическое понятие "метр" в Международной системе единиц (СИ) было переопределено и стало обозначать расстояние, которое проходит свет в вакууме за промежуток времени, равный 1 / 299 792 458 секунды, скорость света в вакууме стала, соответственно, равна точно 299 792 458 м/с. Таким образом, 2-й постулат Специальной теории относительности, известный как "принцип постоянства скорости света" был увековечен в Международной системе единиц (СИ). Однако сейчас речь не об этом. Предположим, что скорость света в вакууме действительно постоянна и не зависит ни от выбранной системы отсчёта, ни от скорости движения источника. Вопрос в том, каким образом было экспериментально установлено то, что скорость света - предельно возможная скорость?

Мотивировочная часть.

Оказывается, таких экспериментов не существует. Более того, существуют эксперименты, принципиально опровергающие тезис о том, что скорость 299 792 458 м/с является предельно возможной скоростью. Так, целью экспериментов в любом ускорителе ("коллайдере") является разгон пучка элементарных частиц с целью их столкновения и изучения полученных результатов. Однако в качестве мишени может использоваться не только неподвижный предмет, но и встречный пучок элементарных частиц. Соответственно, при движении навстречу друг другу скорости встречно движущихся пучков складываются. Данное свойство скорости именуется в физике "аддитивностью". Таким образом, два встречно летящих пучка со скоростью 0,9с относительно ускорителя сталкиваются друг с другом на скорости 1,8с, т.е. 539 626 424,4 м/с. Это известно любому водителю, даже не изучавшему физику: если два автомобиля движутся навстречу друг другу со скоростью 90 км/ч, то в случае их столкновения суммарная скорость будет равна 180 км/ч - точно так же, как если бы один автомобиль двигался со скоростью 180 км/ч, а другой стоял неподвижно.

Однако эксперимент для некоторых "физиков" - не аргумент, и они утверждают, что в учебнике сказано, что в релятивизме скорость не обладает аддитивностью, а потому просто так складывать скорости встречно движущихся пучков нельзя. Казалось бы, абсурдное утверждение. Но многие в это верят, поэтому необходимо тщательно разобраться в сути проблемы.

Мало кому известен тот факт, что скорость в классической физике и скорость в релятивизме - две принципиально разные вещи. Всё дело в том, что релятивисты подменили понятие скорость. Поэтому чисто формально они оказываются правы, когда утверждают, что скорость света - предельно возможная скорость. Так, согласно классическому определению

Самсонов Г.Г. Толковый словарь физических терминов писал(а):

СКОРОСТЬ ж. Быстрота изменения переменной физи­ческой величины со време­нем, определяемая отноше­нием изменения этой величины к промежутку времени, в течение которого произош­ло это изменение.

В нашем случае это будет быстрота изменения расстояния между двумя пучками частиц.

Но что сделали релятивисты? Они подменили понятие "скорость" и назвали скоростью математическую функцию, лишённую какого бы то ни было физического смысла, а настоящую скорость переименовали в "быстроту". Математическую функцию под названием "скорость" они выбрали таким образом, чтобы она принимала свои значения (была определена) исключительно на отрезке [–с, +с].

Википедия, статья "Быстрота" писал(а):

Таким образом, быстрота имеет размерность скорости и при изменении скорости от –c до +c меняется от –\infty до +\infty.

Таким образом, релятивисты взяли понятие "скорость" и придали ему свой собственный смысл, а настоящую скорость переименовали в "быстроту". Это было сделано для того, чтобы утверждение о предельно возможной скорости, равной 299 792 458 м/с, являлось формально истинным. Однако следует понимать, что когда мы говорим о "скорости" в релятивизме, мы говорим об искусственно ограниченной математической функции, а не о реальной физической величине.

Вот эта функция: $~v=c\cdot\mathrm{\th}\,\frac{\theta}{c}$. Здесь \theta - обычная физическая скорость, переименованная в "быстроту", а с - релятивистская константа, известная как "скорость света в вакууме" (хотя релятивисты обязаны придерживаться своей же терминологии и писать "быстрота света в вакууме").

Резолютивная часть.

1. Тезис о "верхнем пределе скорости" (в привычном понимании термина "скорость"), равном 299 792 458 м/с, является метрологически несостоятельным и был неоднократно опровергнут в экспериментах со встречно движущимися пучками элементарных частиц.
   
2. Понятие "скорость" в релятивизме не соответствует понятию "скорость" в классической физике, и представляет собой искусственно ограниченную математическую функцию, которая не может принимать значения больше константы с в силу своей природы. Это сделано для того, чтобы утверждение о "верхнем пределе скорости" было формально истинным.

Википедия, статья "Быстрота" писал(а):

В отличие от скорости, для которой закон сложения нетривиален, для быстроты характерен простой закон сложения («быстрота аддитивна»).

Таким образом, хочется настоятельно пожелать всем тем, кто мнит себя физиком, изучать, собственно, физику - экспериментальную, опытную, эмпирическую науку о природе, а не чьи-то теоретические умозрительные построения, пусть даже этот кто-то - очень уважаемый и замечательный человек.

С уважением,
1-й Председатель Интернет-комиссии по борьбе с лженаукой.

[profrotter]

dimdimius в сообщении #837951 писал(а):

Вот эта функция: $~v=c\cdot\mathrm{\th}\,\frac{\theta}{c}$.

Простите, а откуда Вы это взяли? Почему именно тангенс гиперболический?

[EEater]

dimdimius в сообщении #837951 писал(а):

Тезис о "верхнем пределе скорости" (в привычном понимании термина "скорость"), равном 299 792 458 м/с, является метрологически несостоятельным и был неоднократно опровергнут в экспериментах со встречно движущимися пучками элементарных частиц.

Не был, наоборот, был подтвержден. См. определение скорости в механике, а не скорости "вообще".

dimdimius в сообщении #837951 писал(а):

Понятие "скорость" в релятивизме не соответствует понятию "скорость" в классической физике

Соответствует, см. там же.

dimdimius в сообщении #837951 писал(а):

Таким образом, хочется настоятельно пожелать всем тем, кто мнит себя физиком, изучать, собственно, физику - экспериментальную, опытную, эмпирическую науку о природе

Физика это не только опыт, но и теория. То есть, логическая система, базирующаяся на опытной базе.
Подозреваю, что дискуссия не имеет перспективы, так как топикстартер начал с вранья.

[dimdimius]

profrotter в сообщении #837956 писал(а):

Простите, а откуда Вы это взяли?

Сообщение составлено по материалам статьи Быстрота, которая, в свою очередь, была составлена на основании материалов, указанных в разделе Литература:

Цитата:

Бабурова О. В. Релятивистская кинематика и геометрия Лобачевского // Соросовский образовательный журнал. — т. 8. — 2004. — с. 77—84.
Прохоров А. М. Физическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1. — С. 233. — 704 с.

profrotter в сообщении #837956 писал(а):

Почему именно тангенс гиперболический?

Потому что при значениях "быстроты", больших, чем значение быстроты света в вакууме, гиперболический тангенс будет неизменно "выдавать" единицу. Это просто подгоночный коэффициент под заранее известный ответ - 299 792 458 м/с.

-- Пн мар 17, 2014 19:20:17 --

EEater в сообщении #837959 писал(а):

Физика это не только опыт, но и теория. То есть, логическая система, базирующаяся на опытной базе.
Подозреваю, что дискуссия не имеет перспективы, так как топикстартер начал с вранья.

Попрошу Вас придержать Ваши эмоции, домыслы и экспрессивно окрашенные термины при себе, а также найти то место, где я написал, что "физика - только опыт". В противном случае Ваше обвинение во "вранье" именно им и является. Я не намерен с Вами общаться в подобном тоне.

[EEater]

dimdimius в сообщении #837962 писал(а):

найти то место, где я написал, что "физика - только опыт".

Если вы так не считаете - хорошо. Тогда непонятен пафос обличения, с которым вы обратились ко "всем тем, кто мнит себя физиком". Не видите здесь "экспрессивно окрашенных терминов"?

dimdimius в сообщении #837962 писал(а):

В противном случае Ваше обвинение во "вранье"

Например:

dimdimius в сообщении #837951 писал(а):

Таким образом, релятивисты взяли понятие "скорость" и придали ему свой собственный смысл

- заведомая ложь, которая ничем не может быть подтверждена.

[warlock66613]

dimdimius в сообщении #837951 писал(а):

Таким образом, два встречно летящих пучка со скоростью 0,9с относительно ускорителя сталкиваются друг с другом на скорости 1,8с, т.е. 539 626 424,4 м/с. Это известно любому водителю, даже не изучавшему физику: если два автомобиля движутся навстречу друг другу со скоростью 90 км/ч, то в случае их столкновения суммарная скорость будет равна 180 км/ч - точно так же, как если бы один автомобиль двигался со скоростью 180 км/ч, а другой стоял неподвижно.

Однако эксперимент для некоторых "физиков" - не аргумент

Логическая ошибка. ТС основывает "вывод" из экспериментальных данных (о величине скорости столкновения) на формуле сложения скоростей, которую хочет этими данными подвердить.

[Toucan]

Тема перемещена из форума «Дискуссионные темы (Ф)» в форум «Пургаторий (Ф)»

[Munin]

profrotter в сообщении #837956 писал(а):

dimdimius в сообщении #837951 писал(а):

Вот эта функция: $~v=c\cdot\mathrm{\th}\,\frac{\theta}{c}$.

Простите, а откуда Вы это взяли? Почему именно тангенс гиперболический?

Это определение "быстроты", такой величины в физике, которой удобно характеризовать скорости движения, когда они слишком большие (и слишком мало отличаются от $c$). Точнее, конечно же, $\theta=\operatorname{arth}(v/c),$ и меряют её в долях $c$ (то есть, $\theta$ безразмерна), а в метрах в секунду - было бы страшно неудобно. Но при этом, это по определению производная величина, а базовая по-прежнему скорость, определяемая как $v=\dfrac{ds}{dt}.$

Удобство быстроты или ещё одной величины - "гаммы", или лоренц-фактора, - легко продемонстрировать, если взять скорости, скажем,
$v_1=0{,}999\,999\,c$ и
$v_2=0{,}999\,999\,999\,c.$
Они отличаются и от скорости света, и друг от друга, на миллионную долю и меньше, и это отличие было бы очень неудобно измерять, и вообще обращать на него внимание. Но физически они соответствуют очень разным условиям: например, вторая частица движется относительно первой сама с околосветовой скоростью $v_{2-1}=0{,}998\,c.$ В терминах же быстроты:
$\theta_1=7{,}25\ldots$
$\theta_2=10{,}71\ldots$
и разница очевидна. Кроме того, быстрота аддитивна, то есть относительную скорость мы можем найти, просто вычтя $\theta_2-\theta_1.$ В терминах гаммы:
$\gamma=\dfrac{1}{\sqrt{1-v^2/c^2}}\equiv\ch\theta$
$\gamma_1=707{,}1\ldots$
$\gamma_2=22360{,}7\ldots$
и видно, например, что энергия первой частицы не только в 707 раз больше энергии покоя (т. е. массы), но и в 32 раза меньше энергии второй частицы (при условии, что это одинаковые частицы). Весьма существенная для физики разница! И энергию можно измерять непосредственно, в калориметрах. Кроме того, сразу видно, что первая скорость - достижима даже для ускорителей протонов, а вторая - тоже была достигнута человечеством, но только в ускорителях электронов (максимальные гаммы, соответственно, примерно 4000 (LHC) и 200 000 (LEP) - вычисляются из энергий).