Постоянство скорости света - физиков.нет
Винтажный Клуб для гитаристов
1 голос
/

В конкретном выводе преобразования Лоренца, как показано в $\textbf{Relativity, Gravitation and Cosmology , Robert A Lambourne }$ (стр. 21), одним из ключевых элементов является постоянство света.

Так что, если $S$ и $S'$ - это две инерциальные системы отсчета, с $S'$, движущимися с постоянной скоростью $V$ относительно $S$, то в $S$ мы имеем $c = \frac{x}{t}$ и в $S'$ у нас $c = \frac{x'}{t'}$, хотя $S'$ движется относительно $S$.

Мой вопрос: на чем основано это постоянство скорости света, кроме того, что оно позволяет упростить преобразование координат? Было ли это подтверждено экспериментально?

Следствие этого приводит ко многим странным постулатам, таким как классический «движущиеся часы идут медленнее».

1 Ответ

2 голосов
/

Существуют сильные теоретические аргументы и огромные экспериментальные доказательства этого постоянства.

Форма преобразования Лоренца ( то есть , что группа преобразований между инерциальными системами отсчета является группой Лоренца) со скоростью $c$ в качестве свободного параметра следует из самого базового предположения симметрии о вселенной. Я обсуждаю это далее здесь .

В частности, во вселенной с вышеупомянутыми симметриями, и где значение $c$ является конечным, легко сделать вывод, что все, что движется в $c$ относительно некоторого инерционного наблюдателя, видимо двигаться в $c$ относительно всех инерционных наблюдателей. Следовательно, наблюдение чего-либо с таким инвариантным поведением скорости экспериментально подтверждает приведенную выше теорию.

Эксперимент Майкельсона-Морли, как известно, преуспел в этом, тем самым экспериментально установив, что действительно существует инвариантная скорость $c$, и что свет движется с этой скоростью для всех наблюдателей (или, по крайней мере, делает это в чрезвычайно хорошем приближении) , Современные версии эксперимента Майкельсона-Морли (с использованием резонансных интерферометров, в отличие от маленьких версий LIGO) показывают, что изменение скорости света $\Delta c_L$, вызванное добавлением движения Земли, имеет имеет порядок $\Delta c_L/c_L<10^{-15}$. Кстати, это также показывает, что <a href="https://physics.stackexchange.com/a/312777/26076"> свет должен быть опосредован безмассовой частицей (или опять же, частицей с чрезвычайно малой массой).

Другое свойство этой инвариантной скорости состоит в том, что, если частица имеет ненулевую массу, поскольку мы толкаем ее все сильнее и сильнее, придавая ей все большую и большую кинетическую энергию, ее скорость относительно нас должна быть асимптотически равна $c$. Это точно , что мы наблюдаем в ускорителях частиц. Например, в экспериментах на LHC мы можем рассматривать все сталкивающиеся частицы - протоны - как безмассовые, потому что их энергия в тысячи раз превышает их энергию покоя (масса покоя протона $\approx 1 {\rm GeV}$, полная энергия протона LHC $\approx 7{\rm TeV}$). Это не такой точный способ, как эксперимент Майкельсона-Морли, чтобы подтвердить существование инвариантной скорости, но в некоторых отношениях он более интуитивен и убедителен.

Добро пожаловать на сайт физиков.нет, где вы можете задавать вопросы и получать ответы от других членов сообщества.
...