Скорость света...Вопросы..Вопросы..

[Кравченко]

Текущее научное представление по теме вопроса базируется на втором постулате Эйнштейна.
Важно, что изначально автор теории относительности специально подчеркивает, что его утверждения касаются отношений между координатными системами, связанными с физическими телами:
А Эйнштейн (Собрание научных трудов, Наука, 1965, «К электродинамике движущихся тел», стр. 8):
«Развиваемая теория основывается, как и всякая другая электродинамика, на кинематике твердого тела, так как суждения всякой теории касаются соотношений между твердыми телами (координатными системами), часами и электромагнитными процессами».
«Если некоторая материальная точка находится в покое относительно этой координатной системы, то ее положение относительно последней может быть определено методами евклидовой геометрии с помощью твердых масштабов и выражено в декартовых координатах».
Там же, стр. 10:
«Существенным является то, что мы определили время с помощью покоящихся часов в покоящейся системе; будем называть это время, принадлежащее к покоящейся системе,
«временем покоящейся системы»».
Итак, Эйнштейн изначально весьма детально обозначает используемые понятия:
- тела – точечные, твердые
- масштабы – твердые
- часы – физические, покоятся (связываются) относительно тела отсчета
- системы отсчета – декартовы, покоятся (связываются) относительно тел отсчета
- предмет обсуждения – соотношения между твердыми телами (координатными системами), часами и электромагнитными процессами».
Базовый постулат:
А Эйнштейн (Собрание научных трудов, Наука, 1965, «К электродинамике движущихся тел», стр. 10):
«2. Каждый луч света движется в «покоящейся» системе координат с определенной скоростью V, не зависимо от того, испускается ли этот луч покоящимся или движущимся телом».
Исключения не оговорены.
Итак, согласно второго постулата СТО, какое бы физическое тело не было бы принято за тело отсчета, то есть, за «покоящееся», для любого из них луч света постулируется движущимся с определенной скоростью, ныне обозначаемой, как «с». Соответственно, данный постулат исключает возможность для любого, без исключения, физического тела, «покоиться» относительно луча света, то есть - двигаться со скоростью «с» в системах отсчета других тел. Нет и инее может быть физических тел, «покоящихся» относительно каждого (любого) луча света.
Таким образом, прямое следствие второго постулата СТО:
- «скорость света» не есть физическая скорость в эйнштейновской системе понятий. Никакое физическое тело со «скоростью света» не движется.
Тогда неизбежно возникает вопрос, что такое «скорость света» в этой самой эйнштейновской системе понятий?
Ответ – в предмете обсуждения А. Эйнштейна - соотношениях между твердыми телами (координатными системами), часами и электромагнитными процессами».
А. Эйнштейн, Собрание научных трудов, Наука, 1965, «О специальной и общей теории относительности» (общедоступное изложение),
§ 26. Пространственно-временной континуум специальной теории относительности как
евклидов континуум, стр. 576-577:
«Согласно специальной теории относительности, преимущества для описания четырехмерного пространственно-временного континуума дают определенные системы координат. Мы называли их «галилеевскими системами координат». Для этих систем четыре координаты x, y, z, t, которые определяют некоторое событие, или, иначе говоря, точку четырехмерного континуума, физически определяются простым путем, подробно описанным в первой части настоящей работы. Для перехода от одной галилеевской системы к другой, движущейся равномерно относительно первой, применимы уравнения преобразования Лоренца. Последние служат основой для вывода следствий специальной теории относительности и представляют собой не что иное, как выражение универсальной применимости закона распространения света для всех галилеевых систем отсчета.
Минковский нашел, что преобразования Лоренца удовлетворяют следующим простым условиям. Рассмотрим два соседних события, взаимное положение которых в четырехмерном континууме по отношению к галилеевому телу отсчета К определяется разностями dx, dy, dz пространственных координат и разностью dt времени. По отношению ко второй галилеевой системе отсчета мы будем предполагать, что соответствующие разности для этих двух событий есть dx', dy', dz', dt'. Тогда для этих величин всегда выполняется следующее условие21:

\[ dx^2 + dy^2 + dz^2 - c^2 dt^2 = dx'^2 + dy'^2 + dz'^2 - c^2 dt'^2 \]

Из этого условия следует справедливость преобразования Лоренца. Это можно выразить следующим образом.
Величина

\[ ds^2 = dx^2 + dy^2 + dz^2 - c^2 dt^2 \]

,
которая относится к двум соседним точкам четырехмерного пространственно-временного континуума, имеет одно и то же значение для всех выбранных (галилеевых) тел отсчета. Если мы заменим х, у, z, ict соответственно на

\[ x_1 ,x_2 ,x_3 ,x_4 \]

, то в результате получим, что выражение

\[ ds^2 = dx_1^2 + dx_{^2 }^2 + dx_3^2 + dx_4^2 \]

не зависит от выбора тела отсчета. Величину ds мы называем «расстоянием» между двумя событиями или точками четырехмерного континуума.
Итак, если мы выбрали в качестве временной переменной мнимую величину ict вместо вещественной величины t, мы можем рассматривать пространственно-временной континуум — согласно специальной теории относительности — как «евклидов» четырехмерный континуум; этот результат следует из последнего параграфа».
Итак, в соответствии с предметом обсуждения А. Эйнштейна предметом моделирования в СТО являются соотношения координатных систем, в которых регистрируемые физические события представляются выделенными координатными точками. Эти события-точки модельно объединены в единое множество – четырехмерный континуум. А в этой модели континуума сформулировано инвариантное понятие (интервала), уже не зависящее от выбора тела отсчета. Соответственно, любые утверждения по обсуждаемой теме – скорости света, сформулированные для инвариантного понятия интервала, применимы к любой системе отсчета, поскольку независимы ни от одного из них. Причем, что важно, эти утверждения будут укладываться в именно предмет обсуждения Эйнштейна – соотношения координатных систем.
Инвариантное соотношение сформулировано А. Эйнштейном и в этой же работе
(А. Эйнштейн, Собрание научных трудов, Наука, 1965, «О специальной и общей теории относительности» (общедоступное изложение),
Приложение I, Простой вывод преобразования (дополнение к § 11) Стр. 591):
«При этом постулат постоянства скорости света в пустоте остается в силе для световых лучей любого направления как для системы К так и для системы К'. Это можно показать следующим образом.
Пусть в момент времени t = 0 из начала координат системы К посылается световой сигнал. Он будет распространяться согласно уравнению

\[ r = \sqrt {x^2 + y^2 + z^2 } = ct \]

,
или, после возведения этого уравнения в квадрат,

\[ x^2 + y^2 + z^2 - c^2 t^2 = 0 \]

(10)
Закон распространения света в соединении с постулатом относительности требует, чтобы упомянутый сигнал — при наблюдении из системы К' — распространялся согласно формуле
r' = сt',
или

\[ x'^2 + y'^2 + z'^2 - c^2 t'^2 = 0 \]

(10а)
Чтобы уравнение (10а) было следствием уравнения (10), должно выполняться соотношение:

\[ \[ x'^2 + y'^2 + z^{'2} - c^2 t'^2 = \sigma (x^2 + y^2 + z^2 - c^2 t^2 ) \]

(11)
Так как для точек на оси X должно выполняться уравнение (8а), то - σ = 1. Легко убедиться, что преобразование действительно удовлетворяет соотношению (11) при σ = 1; именно, соотношение (И) является следствием соотношения (8а) и уравнений (9), а следовательно, и уравнений (8) и (9). Тем самым преобразование Лоренца выведено.
Преобразование Лоренца, выраженное уравнениями (8) и (9), еще должно быть обобщено. Очевидно, несущественно, что координатные оси системы К были выбраны пространственно параллельными осям системы К'. Несущественно также, что скорость равномерного и прямолинейного движения системы К' относительно К имела направление оси X. Из простого рассуждения следует, что в этом общем случае преобразование Лоренца можно составить из двух преобразований, а именно: из преобразований Лоренца для частного случая и из чисто пространственных преобразований, которые соответствуют переходу от одной прямоугольной системы координат к другой, с иным направлением осей».
Таким образом, математически Эйнштейн выражает способ перехода от одной прямоугольной системы координат к другой, с иным направлением осей, через понятие особого (изотропного) интервала, как раз и характеризующего интересующего нас закона распространения света, который во всех, без исключения системах отсчета, имеет одно и то же значение (см. формулу 10).
Это и есть ответ Эйнштейна на вопрос, что такое «скорость света» в самой эйнштейновской системе понятий.
- «скорость света» есть координатное понятие, точнее - принцип перехода от одной системы отсчета к другой.
Точно такой же ответ, но куда более определенно формулирует Дирак.

[PSP]

Следуя Вашему анализу- в СТО скорость света- не физическое, а чисто геометрическое понятие, не так ли?

[Кравченко]

У Вас есть контраргументы?

[PSP]

Кравченко писал(а):

У Вас есть контраргументы?

А зачем они? Я согласен с тем, что в стандартной СТО скорость света - не физическое, а чисто геометрическое понятиею.
Но считаю, что зацикливаться на таком понимании - значит загонять физику в тупик.

[Кравченко]

тут Вы фундаментально не правы.
как только поставлено утверждение, что, по Эйнштейну - "Каждый луч света движется в «покоящейся» системе координат с определенной скоростью", так немедленно оно за собой тащит не только, "что такое скорость света", но и другой, куда более важный - что мы измеряем, когда измеряем скорость света?
Это далеко не "тупик", совсем наоборот.

[Jnrty]

[mod="Jnrty"]Кравченко, пожалуйста, оформите формулы в соответствии с требованиями форума, то есть, используя \TeX. Согласитесь, что Ваше dx2 + dy2 + dz2 — cdt2 = dx'2 + dy'2 + dz'2 — c2dt'2 выглядит гораздо хуже и непонятнее, чем $dx^2+dy^2+dz^2-(cdt)^2=dx'^2+dy'^2+dz'^2-c^2dt'^2$.[/mod]

[math]$dx^2+dy^2+dz^2-(cdt)^2=dx'^2+dy'^2+dz'^2-c^2dt'^2$[/math]

http://dxdy.ru/viewtopic.php?t=183

[Кравченко]

Соглашаюсь, хуже.

[mod="Jnrty"]Замечание за дискуссию с модератором в неположенном месте. От Вас требуется не выражение согласия, а исправление формул.[/mod]

[Кравченко]

Наверное модератор и прав в вопросах формы, но лично меня более интересует содержательная часть сообщений. Так вот, что касается именно содержательной части сообщений на тему "Скорости света", то меня несколько удивляет то внимание, которое уделяется данному вопросу. По большому счету не имеет особого значения, есть ли исключения из второго постулата Эйнштейна или нет.
Куда более значимо физическое содержание, вкладываемое в данное понятие. Лично мне вообще не известен метод чисто физического измерения скорости ОДНОГО физического объекта, который считается "движущимся со скоростью света". Эксперимент всегда оказывается примененным к ансамблю. К примеру, любой, без исключения, эксперимент с фактическим измерением скорости света, в самом идеальном варианте в конечном счете сводится к регистрации минимум двух событий поглощений фотонов. Но это не могут быть события поглощения одного и того же фотона, это - разные события с разными фотонами.

[PSP]

Это утка журнальная или что?

[Кравченко]

Скорость света в стекле (призме) можно запросто обогнать скоростью света даже в воздухе.
Но я хотел бы обратить Ваше внимание на одну существенную для понимания вопроса деталь - "Вначале призмы были соединены, отражавшиеся фотоны улавливались специальным детектором. Затем призмы раздвигались примерно на метр, но некоторые фотоны, отражавшиеся от дальней призмы, достигали детектора одновременно с фотонами, отражавшимся от ближней"!!!
Вас по детски дурят, не знаю, преднамеренно или по наивности.

[gienna]

Кравченко на сообщение от Авг. 2007
По приведенным формулам:
Может я, конечно, забыл курс средней школы, но, вроде бы при возведении в квадрат функции под корнем добавляется некое решение, которого не было в исходном варианте. Например, корень х равен корню отрицательного числа. Это уравнение решения не имеет (не привлекая i). Возводим в квадрат обе части - и все отлично!
Также, если F1=0 и F2=0, то это не значит, что F1=F2.

[ahat]

Я, как сугубый технарь, давно и до конца разобрался в СТО со своих технических позиций. Всё, что она описывает формально, на самом деле укладывается в рамки здравого смысла, имеет физический смысл, и за всем стоят реальные явления.

Меня удивляют академические авторы. Понятно, что «так называемый физический смысл» они не признают и не ищут. Но они то ли сами не понимают СТО, то ли нарочно путают людей. Мне жалко читателей. Если бы я умел писать, то изложил бы всю эту теорию общепонятным образом – в объёме собрания Льва Толстого.

Вот, например, время в движущейся (относительно нас) системе координат. Подумайте: как синхронизирует свои часы тамошний наблюдатель? Пусть, к примеру, он стоит точно посередине между двумя часами и устанавливает их так, чтобы видеть их показания как одинаковые. Но эти показания приносит к нему свет, идущий в одном случае со скоростью c+v, в другом - c-v, потому передние часы у него будут отставать от задних на некоторый временной интервал dt.
Если расстояние между часами с его точки зрения равно dx, а dt=0, то с нашей точки зрения расстояние в гамма раз меньше, а dt=dx*v/c^2 или c*dt=dx*v/c. Интервалы $c*dt= dx*v/c$ и $dx*(1-v^2/c^2)^1/2 $ в плоскости (x, ct) составят катеты треугольника, гипотенуза которого есть пространственно-временной интервал], длина которого $ds^2=*(1-v^2/c^2)*dx^2+(cdt)^2$ всегда равна dx (можете вычислить) и не зависит от скорости.
С увеличением скорости отрезка его длина уменьшается, зато увеличивается dt, а интервал ds поворачивается в плоскости (x,ct), постоянна только его длина.

Всё то же самое мы могли бы наблюдать явно и недвусмысленно, если бы такие отрезки с часами двигались вокруг нас. В инерциальном движении это только вычисляется.

Вот такие масштабы и часы служат в физике мерой пространства-времени. Однако ясно, что при этом каждый наблюдатель измеряет «своим аршином», зависящим от его скорости и направления движения. И все «аршины» по-разному повернуты в плоскости (x,ct).
А вот эта формула: $ds^2=dx^2+dy^2+dz^2-(cdt)^2$ верна только при условии, что t – величина мнимая. И это понапрасну путает народ.

По существу, это то же самое «местное время» по Лоренцу. И физический смысл его в том, что каждый предмет и каждая система «живут» именно в этом времени. Дело в том, что каждый предмет или процесс является целым только тогда и по той причине, что его элементы и части связаны между собой и синхронизированы полями или, в общем случае, сигналами, которые либо сами движутся со скоростью света, либо от нее зависят. Потому всякий процесс будет на своём переднем конце отставать от заднего – точно так, как и часы ИСО.
Допустим, мы раскрутили стержень вокруг его оси, а затем его разогнали вдоль оси. Тогда передний конец стержня отстанет в своём вращении от заднего, и стержень окажется скрученным (с нашей точки зрения). На стержень можно насадить часовые стрелки, и получатся протяженные релятивистские часы, которые не нужно синхронизировать вручную.

Есть еще одна заморочка со временем. Допустим, что мы видим бегущую мимо нас ось чужой ИСО, на которой расположена длинная цепочка ее часов. Понимаем, что эти часы замедлены. Условно скажем, что они показывают «время-1». Но перед нами пробегают всё новые и новые часы, и каждые часы сдвинуты вперед по отношению к предыдущим на некоторый временной интервал. Потому мы видим как бы кино, в котором ход часов ускорен ровно в гамма-квадрат раз, т.е. чужие часы как бы идут быстрее наших в гамма раз и показывают другое время - «время-2».
Я не видел, чтобы это где-либо разъяснялось. Зато видел рисунки с изображением мгновенного состояния движущихся осей координат. Судя по положению оси Х, чем дальше убежали часы, тем больше ушли вперед по сравнению с неподвижными. Получается, что, при разговорах о замедлении времени, на рисунках обозначено его ускорение – «время-2». Естественно, это тоже путает народ.

Есть еще такая проблема. Атомы твердых тел стоят на своих местах в потенциальных ямах, которые создаются полями. Поля приходят к ним от соседей и имеют конечную скорость. Поэтому, когда тело приводится в движение, то ямы начинают двигаться чуть позже, и атомы оказываются «на склонах». Возникают силы торможения, которые после конца ускорения не исчезают, и движения по инерции не получается вообще.
Как решает эту проблему физика и решает ли вообще – этого я не знаю. Я решал ее на своей классической самоорганизующейся модели тела. По этой модели скорость движения тела по инерции и временные интервалы связаны, а тело приобретает устойчивую скорость движения только после того, как процессы в нем перестроятся на «местное время». Наверное, так и бывает в природе вообще.

Если больше не хотите путаться, то меньше читайте этих авторов, а больше думайте своими головами. СТО – теория простая, короткая и логичная.

[SBrus]

PSP писал (а):

Цитата:

1. Зависит ли скорость света от длины базы, на которой её измеряют?
2. Скорость света можно измерить только на замкнутом участке пути его движения. Можно ли доказать, что скорость "туда" равна скорости "обратно"?
3. Если экспериментальное оборудование уменьшить до атомных размеров, значения измерений скорости света останутся теми же?

Чтобы было все понятно, то со скоростью света надо разбираться аналогично скорости звука. Разница лишь в том, что средой, в которой распространяется свет, является материальная среда, заполняющая просторы Вселенной и находящаяся между частичками всех тел. Эта среда представляет бесчастичную форму материи, и ее целесообразно именовать ЭФИР. Поэтому:
1. Надо различать скорость распространения света в светоносной среде (подобно скорости звука в среде). Очевидно, что скорость света в среде (как и звука) не зависит от скорости движения источника света, т .к. после попадания света в среду источник света уже не может оказать влияние на скорость света в среде. Но скорость света относительно источника света уже по законам классической механики определяется как геометрическая сумма скорости света в среде и скорости источника света относительно этой среды.
Наибольшая скорость света будет в чистой эфирной среде не содержащей частиц ( в вакууме). В веществе (вода, стекло и др.) свет, проходя эфирную среду между молекулами, встречает сопротивление молекул (обходит их). Поэтому скорость света в веществе меньше, чем скорость света в вакууме.
Скорость света в эфирной среде зависит от плотности эфирной среды (подобно звуку). В эфирной среде околоземного вакуума она составляет около 300000 км/с. Так как плотность эфира в различных районах космического пространства различная, то и различная скорость света в этих районах. Зависимость скорости света в эфирной среде от плотности среды явно не линейная, т.к. иначе это было бы обнаружено. Возможны области космического пространства, где весьма разреженный эфир и тогда свет не будет проходить (подобно тому, как звук не проходит в разреженном воздухе). Если свет не проходит в этой области, то это – ЧЕРНАЯ ДЫРА, т.е. представление черной дыры противоположное современным представлениям.
2. Скорость света в среде можно измерять на любом участке при наличии необходимых технических средств. Естественно, что скорость света в эфирной среде "туда" равна скорости "обратно".
3. Если экспериментальное оборудование уменьшить до атомных размеров, значения измерений скорости света останутся теми же, если измерение производится в чистой эфирной среде. Если измерять в веществе, то надо иметь в виду, что плотность эфирной среды уменьшается по мере удаления от молекулы и поэтому скорость света будет зависеть от эфирного участка, на котором производится измерение.

[photon]

[mod="photon"]SBrus, здесь не обсуждают эфирные теории, для этого есть другие темы. Замечание за оффтопик[/mod]

[Genadij]

ahat писал(а):

Я, как сугубый технарь, давно и до конца разобрался в СТО со своих технических позиций. Всё, что она описывает формально, на самом деле укладывается в рамки здравого смысла, имеет физический смысл, и за всем стоят реальные явления.

Меня удивляют академические авторы.
Вот, например, время в движущейся (относительно нас) системе координат. Подумайте: как синхронизирует свои часы тамошний наблюдатель? Пусть, к примеру, он стоит точно посередине между двумя часами и устанавливает их так, чтобы видеть их показания как одинаковые. Но эти показания приносит к нему свет, идущий в одном случае со скоростью c+v, в другом - c-v, потому передние часы у него будут отставать от задних на некоторый временной интервал dt.

Вы сложили скорость света и скорость инерциальной системы. Тем самым опровергли постулат о постоянстве скорости света в любой инерциальной системе. В одном случае у вас скорость света c+v больше, в другом скорость света c-v меньше. При чём тут время, и синхронизация часов, если вы складываете скорости?