Как заявил Нил Деграсс Тайсон, в своем интервью на PBS, у нас всего один шанс на миллион пообщаться с настоящим астрофизиком, нас тут конечно поменьше, но вдруг повезет? Вот объясните мне. Как следует из общей теории относительности, скорость света — абсолютная величина скорости, величина фундаментальная, постоянная и не зависящая от выбора системы отсчёта.

image

Насколько я понимаю, два луча света: А и Б будут двигаться со скоростью (округлим) 300 000 км/c как относительно земли, так и относительно друг друга. Правильно?

А если провести простой эксперимент:

image

Установить датчик, улавливающий фотоны, друг напротив друга два источника света, на расстоянии 3 000 000 км от датчика, и одновременно испускать пучки света.

Что же произойдет? Двигаясь со скоростью 300 000 км/с по отношению к датчику, пучок А должен пройти это расстояние за 10 сек, а двигаясь относительно пуска Б, с той же скоростью, за 20. Или у них будет по разному течь время, и у пучков света по их собственному времени пройдет 20 сек, а по времени датчика 10? Или будет что то вроде того эксперимента, когда фотоны ведут себя как волна если за ними наблюдают и как частицы если за ними не наблюдать, и скорость и время будут зависеть от того есть ли датчик или нет?

Помогите, спать не могу!

Tagged with →  

57 Responses to Постоянство скорости света

  1. OdaSpb:

    Одна из проблем заключается в том, что в теории относительности сложно с понятием «одновременно». И именно на такой модели и показывается «парадокс» — в разных системах отсчета события могут быть одновременными в одной и не-одновременными в другой. Ничего особенно сложного, просто у ТО сложные отношения со временем.

  2. Noled:

    скорость света — не фундаментальная величина, скорость света в вакууме — фундаментальная. Грубо говоря в некоторых средах свет движется быстрее чем вакууме.

  3. M2yApp M2yApp:

    Для объяснения постоянства скорости света общая теория относительности не нужна. Достаточно специальной. А там все ГОРАЗДО проще.

  4. supZlo:

    это в каких? Тахионных? 🙂

  5. M2yApp M2yApp:

    Грубо говоря — это не так. Во всех средах свет движется медленней, чем в вакууме.

  6. Snublack:

    исключая голову моего кота. похоже там тоже условия для быстрого движения идеальные.

  7. Ef7am:

    Для понимания относительности одновременности, о которой говорил , Эйнштейн предлагал такой мысленный эксперимент. Возьмем неподвижный вагон длиной 2L, по центру которого источник света. На концах вагона фотодатчики. Включаем свет и видим, что свет добежал до фотодатчиков за одно и то же время t0=L/c. Теперь представим движущийся со скоростью v тот же вагон. Теперь мы видим, что фотодатчики двигаются относительно фронта волны, один навстречу, другой наоборот. В результате время прохождения света до фотодатчиков будет разным, L/(c-v) и L/(c+v), между событиями срабатывания появилась разница во времени 2Lv/(c2-v2) или 2t0*(v/c)/(1-(v/c)2). Как бы один датчик в будущее убежал от источника света, другой в прошлое. Совсем немножко, если v<

  8. Ef7am:

    Парсер лох… если v много меньше c. Как видишь, это почти твой эксперимент, только попроще. Отсюда, при некотором терпении, вожно вытянуть всю СТО.

  9. Др Василько Eipin:

    ну я тут как бы все немножко округлил, и скорость света, вакуумную среду и все такое

  10. Др Василько Eipin:

    а может посоветуешь литературу, ну кроме собственно самого Эйнштейна, комментарии например какие, к общей специальной теории относительности, ну для скажем людей не имеющих высшего физико — математического образования, но желающих как то разобраться во всем этом?

  11. Др Василько Eipin:

    но как же так? Ведь скорость света постоянна во всех системах отсчета! И c+v в принципе невозможно!

  12. IesSanta:

    краткая/кратчайшая история времени с. хокинга

  13. Ef7am:

    Ну а как же, если навстречу фронту двигается стенка вагона. Скорость света от этого не меняется, фронт по-прежнему бежит со скоростью c. Тебя же наверняка не удивляет, что в эксперименте с источниками света, как в тексте твоего поста, лучи встречаются через время с/L, где 2L — расстояние между источниками.

  14. Ef7am:

    Если память не подводит, Угаров «Специальная теория относительности». Домой доберусь — уточню. Лучшая книга по СТО, которая мне попадалась.

  15. Ef7am:

    Ну и главная закавыка тут в том, что для сидящего в вагоне наблюдателя срабатывание датчиков будет одновременным, а для стоящего на перроне, мимо которого едет поезд — нет. Это примерно как с заряженным плоским конденсатором, если он неподвижен относительно нас, мы видим только электрическое поле. Если движется — ещё и магнитное. Результат наблюдений зависит от того, из какой ИСО мы это делаем. И одна из важных задач СТО — выделить инварианты, то есть не зависящие от выбора ИСО величины. Коими оказываются, например, длины 4-векторов: время-координата, энергия-импульс, 4-потенциал электромагнитного поля и т.д. Заодно получаются некоторые неочевидные связи между физвеличинами.

  16. Др Василько Eipin:

    так в том то и дело, что согласно СТО, скорость света не будет меняться, и для наблюдателя в вагоне, и что самое важное для наблюдателя на перроне. И там и там его скорость не будет превышать 299 792 458 м/с. Даже если это супер поезд, и движется он со скоростью 207 542 м/с, то для внешнего наблюдателя скорость света направленная по ходу движения состава не станет 300 000 000, она останется 299 792 458 м/с, так как это предел в независимости от выбора инерциальной системы отсчёта.

    Да и датчик будет срабатывать независимо от того откуда за ним наблюдают.

  17. Ef7am:

    Внешне выглядит иначе, но у меня старое издание, 70-х годов вроде.

  18. MuiSport:

    Г.Данин:» Неизбежность странного мира » у самый раз.

  19. Tsaoff:

    Без формул.
    В системе, которая движется со скоростью близкой к к скорости света, время заметно замедляется. А если со скоростью света, то вообще замирает. Так что регистрировать что-то там на пучке не получится.
    Аналогично, если посветить фонариком вперед в корабле, который летит со скоростью близкой к скорости света, то скорость распространения пучка света будет одинаковой и для стороннего наблюдателя, и для того, кто на корабле, так как его время замедленно.

  20. Tsaoff:

    Другими словами, фотоны — узники нашей вселенной. Пролетая огромные расстояния на максимальной скорости, они, тем не менее, пребывают в небытие.

  21. Ef7am:

    Что скорость одинакова — верно, неважно откуда мы смотрим за фронтом волны, он будет двигаться с одной скоростью. Само по себе конфликт с интуитивным представлением — как мы ни пытаемся догнать фронт волны, ничего не выходит. Относительность одновременности и уход от абсолютного времени (заметьте, оба фактора, а не только общая фраза «время течет медленнее») — решение этого конфликта, парадокса с независимостью скорости света от выбора ИСО. За что и ++ Эйнштейну, как первому, разгадавшему эту головоломку. Независимость срабатывания датчиков — да, они срабатывают независимо от наблюдателя и где он там находится. Они вообще сами по себе. Но наблюдатель будет видеть неодновременность в одном случае и одновременность в другом. Странно и загадочно, но так и есть. Однако же, приняв преобразования Лоренца как универсальные, мы странностей уже не имеем. Вообще я повторяюсь, уже в третий раз говорю одно и то же, разными словами просто.

  22. Snublack:

    у пучков света по их собственному времени пройдёт не 20 сек. 0 секунд пройдёт.

  23. Саша Короленко Gnimo:

    Неточно говорите. Просто не может система отсчета двигаться со скоростью света и все тут.

  24. Др Василько Eipin:

    ага, и похоже что двигаясь со скоростью света, для сторонних наблюдателей они могу существовать миллиарды лет, принося нам информацию о далёких галактиках, но для самих себя они фактически не существуют, так как их время жизни стремиться к нулю. Так что ли?

  25. Др Василько Eipin:

    ну зато с третьего раза стало понятнее, не до конца конечно, но тем не менее..

    интересно, а вот в живую проводились какие либо опыты, так чтобы возникали парадоксы?

    я знаю только один, когда фотонами выстреливали сквозь экран с прорезями, а в зависимости от того были ли детекторы на их пути или нет, фотоны вели себя по разному, то как волна, то как частицы.

  26. Tsaoff:

    Именно.
    Я помню еще задачка была в детстве: Время жизни нейтрона 15 минут, но он пролетел расстояние в миллиард километров. С какой минимальной скоростью он должен был лететь?

  27. Ef7am:

    Прямых экспериментов по мотивам мысленного опыта Эйнштейна не знаю, не уверен, что они есть. Хотя фемтосекундные лазеры есть давно, быстродействующие детекторы тоже, вроде ничего не мешает реализации. Она технически сложна, но было бы красиво. Прочих же подтверждений СТО такое великое множество накоплено с начала 20 века, что исход воображаемого опыта не вызывает сомнений. Скорее вызывает сомнение появление чего-то неожиданного, может потому и не берется никто. Потому как почти ничего это не сулит, разве что публикацию в методическом журнале, вроде European Journal of Physics.

    Насчет двухщелевого эксперимента — это вообще из другой области, проблема измерений в квантовой механике, судя по всему. К СТО не относится никак, разве что тоже физика. Грузить мозг ещё и этой проблемой на пути разбирательств с СТО точно не стОит.

  28. OloNo:

    ага! Я почти понял! Тоесть если на корабле, который движется с околосветовой скоростью, упадет со стола чашка, то для стороннего наблюдателя на берегу она будет падать очень медленно. А если корабль будет двигаться со скоростью света, то для наблюдателя на берегу там чашка вообще падать не будет. Как и для наблюдателя на околосветовом корабле! Т.е. как бы близко ты не приближался к скорости света, для тебя чашка на корабле, движущимся со скоростью света, будет неподвижной. Ага!
    Но это все равно не объясняет нихрена.
    Короче, типа, скорость света нельзя считать ни в какой другой системе отсчета, кроме той, в которой свет был испущен. Т.е. если светили фонарем с корабля, то для корабля скорость света будет всегда на 299792458м/с больше скорости корабля. И при этом нельзя считать скорость света относительно неподвижного берега, так?

  29. SkiYes:

    Можно. Относительно «берега» скорость у него тоже будет с. Просто нужно перестать заморачиваться на интуитивных представлениях о происходящем вокруг.

  30. Саша Короленко Gnimo:

    «то для наблюдателя на берегу там чашка вообще падать не будет. Как и для наблюдателя на околосветовом корабле»
    По времени на берегу — очень долго, по времени на корабле, как и должна — Ой! Бдзынь! Все.

  31. Ef7am:

    1969 год издания.
    Image #1608540, 242.1 KB

  32. Др Василько Eipin:

    спасибо, видимо она и есть

  33. Др Василько Eipin:

    да, это квантовая механика, просто привел пример, который показывает парадокс, простой и интересный опыт.

  34. OloNo:

    но тогда не сходится вот эта мысль про полную остановку времени при скорости света, которая могла бы объяснить на пальцах, почему быстрее скорости света нельзя ускориться.

  35. OloNo:

    но я не могу! Как так, это же макромир! Почему везде скорости складывать можно, а скорость света — константа?! И как и моя бывшая, ответ «потому что» меня не удовлетворяет!
    да я все еще на нее зол. Чуть-чуть

  36. Саша Короленко Gnimo:

    Почему не сходится можешь подробно написать, я тебе покажу, где твоя ошибка в рассуждениях?

  37. Саша Короленко Gnimo:

    Так в том-то и дело, что не везде. Все скорости нельзя просто так складывать, просто, чем ближе к скорости света, тем эти правила сильнее отличаются от простого сложения.

  38. OloNo:

    ну смотри как я это понимаю.
    Есть утверждения:
    1) выше скорости света лететь нельзя
    2) чем выше скорость корабля, тем медленней все движется вокруг него (с точки зрения корабля)
    Значит, при движении корабля СО скоростью света все вокруг него остановится. В т.ч. и движение молекул и электроны на орбитах атомов не будут «размазаны» по ним с разной долей вероятности нахождения в определенной точке, а сто 100%-й вероятностью будут находится в одной точке с нулевой скоростью, что противоречит Гейзенбергу. И получается, что вообще ничто не может достичь скорости света и тем более превысить ее. Но ведь фотон может двигаться со скоростью света. Почему? Это первый вопрос.

    И из этого невозможность складывания скорости света я себе объяснил так: при сложении скорости света с чем либо итог получится больше скорости света, что нельзя. Но при этом досветовые скорости можно складывать. Таким образом можно сложить бесконечно малую скорость со скоростью, максимально приближённой к скорости света и получить либо скорость света либо ее предел и все ок. Значит проблема в самой скорости света, т.е. при ее достижении что-то кардинально меняется. И я предположил, что это что-то — ЖТО скорость течения времени. Но как я понимаю, это не правильно. Собственно, это второй вопрос — почему же блин нельзя скорость света к чему-либо прибавить или отнять?!

    А, и третий вопрос, если сложить две досветовые скорости, что вроде как не запрещено, но при этом обе скорости будут больше 1/2 скорости света, то что будет?

    Не бейте, я далеко не физик.

  39. Саша Короленко Gnimo:

    2. Неверно. Нет никакой просто скорости, есть скорость относительно чего-то.
    Внутри корабля относительно самого корабля все, как и было, но вот снаружи все летает очень быстро.
    Так вот, с точки зрения Земли на корабле все очень медленно, но с точки зрения корабля на нем все ок, а вот на Земле самой все медленно.
    Фотон может двигаться потому, что он особенный и безмассовый.

    Досветовые скорости тоже нельзя просто складывать, если относительно тебя летит корабль в какую-то сторону со скоростью с/2, и относительно этого корабля в туже сторону летит другой корабль тоже со скоростью с/2. Рассчитай сам какая скорость будет у второго корабля относительно Земли. Используй следующую формулу сложения скоростей:

    image

    Еще раз, дело не в скорости света, а в том, что как ни складывай, правильно не получится. А за систему отсчета брать фотон, как тут многие писали, попросту нельзя. Потому что не построишь ни линеек, ни часов, ни систему пробных тел.

  40. OloNo:

    «Внутри корабля относительно самого корабля все, как и было, но вот снаружи все летает очень быстро.
    Так вот, с точки зрения Земли на корабле все очень медленно, нос точки зрения корабля на нем все ок, а вот на Земле самой все медленно

    Я не понял, когда мы находимся внутри корабля, то все что снаружи мы видим все очень быстро или очень замедленно?

    Ага. Тоесть, грубо говоря, если поезд едет 10 км/ч, и мы стреляем из него из пистолета по ходу движения пулей с ее скоростью 90 км/ч, то скорость пули будет не точно 100 км/ч (не учитывая сопротивления воздуха), а будет, например, 99,(9) км/ч. И типа чем больше вот эти скорости, тем больше будет расхождение между их реальной скоростью и скоростью, полученной в результате сложения их скоростей? В смысле что если бы поезд двигался со скоростью 100000/ч, а пуля — 900000 км/ч, то при сложении их скоростей мы бы получили 1000000 км/ч, а их реальная скорость была бы уже не 999999,(9) км/ч, а 999998 км/ч?

  41. Саша Короленко Gnimo:

    Во-первых, рекомендую таки решить задачку выше.
    Во-вторых, летит быстро, но процессы в этом быстром протекают медленно. Как и со стороны Земли. Земля видит летящий быстро корабль, но все процессы на нем относительно Земли замедлены.

    Да, именно так, не просто скорости суммируются. Можешь взять данные для пули и подставить в формулу и посчитать, это нарабатывает физическую интуицию, формула простая, пять задач решил и надолго запомнил.
    Но ты опять забыл слово «относительно». Поезд едет относительно Земли со скоростью 10 км/ч, относительно него пуля летит 90 км/ч, скорость пули относительно Земли предлагается рассчитать.

    Я не понимаю, формула сложная что ли, чтоб на калькуляторе посчитать? Попробуй, это не сложно.

    И еще раз, чтоб ты не забыл, нет никакой абсолютной скорости, все скорости относительны.

  42. OloNo:

    ну я как бы и решил. Так и получилось — 99,99999.
    🙁

  43. OloNo:

    а не стоп я скорость света забыл в квадрат возвести. У меня листочка с собой нет, приходится на калькулятора извращаться

  44. OdaSpb:

    не надо ничего тут на калькуляторе, вредно. v1/c=1/2; v2/c=1/2; v1v2/c2=1/4; знаменатель — 5/4

  45. Др Василько Eipin:

    на самом деле скорость света недостижима по другой причине, а именно e=mc2
    с возрастанием скорости, возрастает масса объекта и как следствие возрастает необходимая энергия для придания объекту ускорения, и это будет геометрическая прогрессия, стремящаяся к бесконечности, а так как бесконечной энергии быть не может, то и скорость света недостижима, для всего что имеет массу.

    фотоны массы не имеют

  46. Саша Короленко Gnimo:

    Масса не возрастает никуда, не дезинформируйте граждан. И прогрессия не геометрическая.

  47. OloNo:

    это я понимаю. Но почему при сложении скорости света фонаря со скоростью поезда в итоге получится скорость света? Из уравнения сверху, мол, выше скорости света ничего получиться не может?

  48. Саша Короленко Gnimo:

    А множитель, соответственно 4/5, так нагляднее.

  49. Саша Короленко Gnimo:

    Ну ты подставь и посчитай, зачем балоболить?

    Vrel = (c + v)/(1 + cv/c2) = (c + v)/(1 + v/c) = (c + v)/((c+v)/c)) = c

    Вот, собственно и закончились все рассуждения, я же предлагал порешать задачки, набить интуицию, вам кажется это лишним, вот вы и при наличии всех исходных данных не смогли преобразования уровня 6-го класса сделать. Попробуйте все же еще раз порешать.

  50. OloNo:

    мне не кажется это лишним, у меня в доме нету ни одного листочка на котором можно писать. Я, конечно, благодарен вам за разъяснения, но нельзя было сразу все написать, а не выступать в роли учителя математики?

  51. Саша Короленко Gnimo:

    Ответы вам ничего не скажут, только решения карандашиком. Ответы забываются на утро, поверьте человеку, который учил и это и многое еще другое более сложное.

  52. OdaSpb:

    Бедный вы наш несчастный. Давайте я вам 10 ЛВ на бедность подкину?

  53. NuSMega:

    можно даже в нотепаде писать несложные формулы, да хоть мышкой в пэинте (хотя в нем лучше геометрию рисовать). Это вопрос желания в первую очередь. А проще всего — в эксель формулы забить и посчитать на каких-то скоростях что будет. Ясно станет начиная с каких относительных скоростей будет что-то существенное.
    Впрочем, если есть листочек — многим проще, но это не значит что без него невозможно.

    кстати, натыкался на тесты на тему ЕГЭ по математике в просторах интернета, так их лучше все в уме решать. Воображение тренируется и начинает прикольно ворочаться что-то в голове со скрипом давно забытое.

  54. Др Василько Eipin:

    На главной, веселая простенькая игрушка с релятивистскими эффектами

    image

    http://top-scientists.com/re-comments/1393895

    Ходим, собираем какие–то сраные шарики и чем больше шариков собрано, тем медленнее становится скорость света в игровом мире. Через пару минут собственными руками щупаем формулы СТО. Охуенно.

  55. OloNo:

    согласен, что когда сам вникаешь в материал, то он понимается гораздо лучше, однако фраза «простое сложение скоростей не отражает точной скорости объекта, на самом деле она меньше, чем сумма этих скоростей, а при приближении скоростей к скорости света сумма становится все меньше и меньше и в итоге становится равной скорости света» не такая уж сложная, что бы ее забыть на утро, не так ли?:)

    : нет, спасибо, деньги на листочек у меня есть. у меня желания выходить на улицу нет из-за холода и болезни.

    : я и так всю жизнь стараюсь все решить в уме. у меня даже ноутбука тогда с собой не было, только айпад, только хардкор.

  56. NuSMega:

    ну если айпад, поиграться тоже можно. Например находишь любой построитель графиков он-лайн и там забиваешь для сравнения формулу обычного сложения скоростей и релятивистского. Проще всего скорость света взять за 1, одну скорость зафиксировать как 0,5 (например) а вторую как переменную x. Посмотреть, что получается на интервале (-1,1). Взять вместо 0,5 что-то побольше, 0,9 потом 0,99. В итоге можно понять как себя ведет сложение скоростей в разных случаях, также становится немного понятно почему нельзя брать систему отсчета связанную с фотоном.

    Это я вчера ночью от нечего делать посмотрел. Оказывается кучу всего можно делать не уходя из браузера.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.