скорость света, являеться ли скорость света константой? и почему? Опции

[Bokul]

Так что я теперь спрошу так: где та граница, за которой приближение Земли как инерциальной системы уже не работает?

Ну, наверное, за границей допустимой погрешности. По сравнению с ракетой ее скорость будет намного меньше, а значит мы можем его отбросить и считать Землю И. с. о., но не наоборот.

Сообщение отредактировано: Bokul - 14.09.2006 10:54

[Lapp]

По сравнению с ракетой ее скорость будет намного меньше, а значит мы можем его отбросить и считать Землю И. с. о., но (не?) наоборот.

Скорость или ускорение?.. У инерциальной системы нет ограничений на скорость!

[Bokul]

Тоже так думал, почему-то в последний момент поменял.

но (не?) наоборот

Опечатка, сейчас исправлю.

[volvo]

lapp, кстати, по теме:
http://www.relativity.ru/articles/twins-paradox.shtml

(Пока не открываю, т.к. мне просто интересно следить за этим обсуждением)

Открыто...

Сообщение отредактировано: volvo - 20.09.2006 14:29

[Lapp]

кстати, по теме
...
Пока не открываю, т.к. мне просто интересно следить за этим обсуждением

volvo, спасибо, дейсьвительно очень по теме, и материал качественный. Извини, я почему-то поздно заметил твой пост и ответил не сразу. Объяснение там хорошее и наглядное, хотя и забегает немного вперед. Я сейчас (ну, через часик..) напишу то, что собирался сам написать по этому поводу, но ничуть не против (и даже сильно ЗА!) привлечения других материалов. В своем рассказе я стараюсь быть последовательным, но некоторое забегание вперед неизбежно.

[Lapp]

Итак, о Парадоксе Близнецов.
Bokul в целом прав, но все же требуется некоторое пояснение.
Да, СТО (Специальная Теория Относительности) формулирует все свои выводы именно для случая инерциальных систем. Я ставил вопрос про как бы (с некоторой натяжкой) реальную ситуацию: реальные люди на реальной планете, которая вращается вокруг своего солнца - то есть уже неинерциальная система как бы. Если быть строго методичным, то нужно было рассуждать так..

В инерциальной системе Х живут два близнеца А и В. В некоторый момент времени А разгоняется до большой скорости.. стоп! вот уже и нестыковочка.. Если он разгоняется, то связанная с ним СО уже неинерциальна..

Этот факт сам по себе имеет немалое значение. Он говорит вот, что. Невозможно, чтоб кто-то летал с большой скоростью, не претерпев ускорения. Более того, невозможно вернуться, не погасив скорость в первоначальном направлении и не ускорившись в обратном, а затем не погасив скорость на подлете к конечной точке (к Земле). А это все - ускорения! И вывод, который мы можем сделать строго в рамках СТО - только один: мы не можем дать ответа на этот вопрос..

Позвольте, но как же так??.. Ведь по сути дела практически все реальные системы отсчета не совсем инерциальны! Выходит, все, что говорит СТО - неверно для них? Выходит, прав был незабвенный основоположник этой темы, oin, никак себя не проявляющий давненько уже - все это фикция, и СС является константой только в пресловутой и гипотетической теории? А на практике ее выводы неприменимы в силу того, что все реальные системы неинерциальны?..

Напугал я вас??.. Бойтесь! Такая красивая сказка - и вдруг неправда..
На самом деле, конечно, многие системы можно считать инерциальными в некотором приближении. И ситуация оказывается практически почти идентичной той, что мы имели, изучая старую добрую ньютоновскую механику.. Вспомните: там тоже все законы формулировались для инерциальных систем. И они действительно неплохо выполнялись (и выполняются) в нашем реальном мире. Тогда же, когда все же ну, никак нельзя считать некую систему инерциальной, мы поступали немного нечестно: мы добавляли к нашему набору сил (гравитация, трение..) еще и некую силу, которую называли силой инерции. Сила эта в школе вообще почти отсутствует, и в мои времена можно было схлопотать пару за ее упоминание (нет, правда - центробежная сила была классовым врагом!). Работать полагалось только в инерциальных системах, как велит Инструкция.. Ладно, я отвлекся.

Короче, всего небольшой трюк - введение силы инерции - и ньютоновская механика снова на коне! Ведь, как любая сила, сила инерции может быть выражена численно, и, следовательно, можно сравнить ее с другими силами и сказать, где ей можно пренебречь (следовательно, эта система приблизительно инерциальная), а где нет (и там ее надо учитывать в расчетах). Так неужели же новая и многообещающая СТО спасует перед этим фактом и покажет свою полную несостоятельность??

На время разочарую вас: да, именно так, спасует. То есть не совсем: поезд, качающийся на рельсах и даже Землю, вращающуюся вокруг Солнца и себя самой все же можно с определенными оговорками считать инерциальными СО. Но для достижения действительно больших скоростей нужны действительно большие ускорения. И парадокс близнецов по-прежнему остается не по зубам СТО - она так и не сможет ответить на вопрос, какой близнец будет старее.. Правда, тот факт, что одна из систем все же может считаться инерциальной, а другая - ни в коем случае! - этот факт все же можно интерпретировать следующим образом. Возможно, что сама по себе несимметричность ситуации привнесет определенное воздействие, которое результирует в то, что все же именно неинерциальный наблюдатель окажется моложе. Но - это всего лишь догадка, гипотеза, которая неподтверждаема в рамках СТО.

Но, милая СТО, что же нам делать? как узнать точно и наверняка кто из близнецов будет старее?..
И отвечала великая СТО: а идите вы.. к моей старшей (или младшей? фу ты, черт, я сама уже с вами запуталась..) сестре ОТО!

А это еще что за фрукт?..
А это Общая Теория Относительности - тот еще фрукт!..

Меня, как обычно несет. У кого есть таблетки от словесного поноса?..
Если кого-то я смог запутать, объясняю еще раз, попроще. В ньютоновской механике ввод силы инерции исправляет ситуацию полностью, не особо меняя основы. В Теории Относительности потребовалось создание специального нового раздела, чтобы приобрести возможность работать с неинерциальными системами отсчета. Иными словами, довольно простая ньютоновская механика усложнилась сравнительно несильно, учтя силы инерции, а вот изначально все же более сложная СТО при переходе к неинерциальным системам потребовала настолько большого усложнения математического аппарата, что соответствующий ее раздел был назван отдельным именем: Общая Теория Относительности, ОТО. И тем самым, действительно, процессы, происходящие в неинерциальных системах так и остались неразрешимыми в рамках СТО, хотя решение их можно найти, использовав ОТО. Иначе говоря, они все же разрешаемы в рамках ТО.

Итак, небольшое промежуточное подведение итогов.
СТО говорит, что в движущейся системе время замедляется.
Вдумчивый человек может сказать, что замедление симметрично.
Еще более вдумчивый скажет - но как же это?? И приведет пример с близнецами.
Совсем уж вдумчивый скажет: э, нет, симметрия нарушена, так как одному нужно неоднократно ускоряться, так что сказать ничего нельзя.
И уж дальше более некуда вдумчивый разработает ОТО и поставит все на свои места..

Комизм - или, если хотите, глубокий философский смысл - ситуации в том, что и СТО, и ОТО разработал один и тот же человек - Альберт Эйнштейн. Вы сами делайте выводы о его вдумчивости..
А я продолжу в следующий раз.

[Dr.Bugy]

+1 постоянный читатель. Lapp огромное спасибо за просвЕщение!
З.ы.Правда ещё не до конца прочёл,завтра обязательно дочитаю и буду ждать новых постов.

Сообщение отредактировано: Dr.Bugy - 17.09.2006 21:17

[Clerick]

Получается, что Альберт Энтшейн был человеком весьма глубокой мысли..

Оффтоп: Я в легком ступоре. После 4 лет изучения классической механики, воспринимать "такое" тяжеловато.. В принципе с тем, что время в СО, движущихся с скоростью света, время течет медленее, голова еще легко соглашается (еще Братья Стругацкие писали об этом, наверное поэтому ). Но когда выясняется, что неизвестно в какой из СО оно течет быстрее.. (Сорри за него)

С нетерпением жду новых постов!

[Lapp]

огромное спасибо за просвящение!

Рад пополнению рядов поклонников Физики! Только до святости нам тут пока далеко, так что давай ограничимся просвЕщением (кстати, от слова "свет", то есть предмет разговора ).

Получается, что Альберт Энтшейн был человеком весьма глубокой мысли..

О, да, весьма. По сути, его основная заслуга именно в осмыслении математических результатов, которые хотя и были (некоторые), но трактовались неверно. Ладно, об этом еще скажу потом..

время в СО, движущихся с скоростью света, время течет медленее,

Поправочка: в СО, движущейся со скоростью света время должно совсем остановиться (коэффициент зануляется, проверь по формуле). Это невозможно для обычных тел, имеющих ненулевую массу (я потом еще скажу, почему), но фотоны могут двигаться со скоростью света (и только с ней, никак иначе ). И тут, кстати, есть еще одно соображение в пользу верности ТО. Фотоны, как известно, относятся к элементарным частицам. Все элементарные частицы имеют свое время жизни (период полураспада) : некоторые очень короткое, меньше пикосекунды (более короткой единицы измерения времени не знаю ), а другие (например, протон) - сравнимое с временем жизни Вселенной. Исключение составляет фотон. Почему? С моей точки зрения, ответ может быть такой: его собственное время стоит, с ним ничего не может произойти без внешнего вмешательства. Как вам такое объяснение? Именно поэтому мы сейчас мерим т.н. "реликтовый фон" - излучение, которое дошло до нас грубо говоря неизменным с тех пор, когда Вселенная остыла и проредилась настолько, что излучение (фотоны) отделилось от остального вещества.

[Clerick]

Поправочка: в СО, движущейся со скоростью света время должно совсем остановиться (коэффициент зануляется, проверь по формуле). Это невозможно для обычных тел, имеющих ненулевую массу (я потом еще скажу, почему), но фотоны могут двигаться со скоростью света (и только с ней, никак иначе ). <...> Исключение составляет фотон. Почему? С моей точки зрения, ответ может быть такой: его собственное время стоит, с ним ничего не может произойти без внешнего вмешательства. Как вам такое объяснение? Именно поэтому мы сейчас мерим т.н. "реликтовый фон" - излучение, которое дошло до нас грубо говоря неизменным с тех пор, когда Вселенная остыла и проредилась настолько, что излучение (фотоны) отделилось от остального вещества.

Точно, оно должно стоять..

Lapp, а не мог бы ты немного поподробнее рассказать про фотоны?

[Lapp]

не мог бы ты немного поподробнее рассказать про фотоны?

Я расскажу, что будет по теме. Но для полного освещения вопроса надо привлекать еще и квантовую механику..

Продолжим про близнецов - этот вопрос еще не закончен. В прошлый раз я старался акцентировать внимание на том, что системы отсчета близнецов не могут рассматриваться как симметричные. Если удовлетворить всем условиям, а именно:
1. сначала они вместе;
2. затем один из них остается на месте, а второй двигается достаточное время с большой скоростью относительно первого;
3. в конце они снова вместе -
- то неизбежно система движущегося близнеца подвергается ускорениям относительно неподвижного близнеца. И именно наличие этих ускорений нарушает симметрию, то есть не позволяет рассматривать системы как равнозначные.

А теперь я попробую невного проварьировать условия. Слушайте новую сказку

Два близнеца решили попутешествовать вместе. План был такой: пролететь с околосветовой скоростью до планеты Х, там повернуть и полететь обратно. И вот, где-то посредине пути, когда они уже давно достигли маршевой скорости, они увидели, как с планеты Y им машет рукой прекрасная игретянка.
- Она великолепна! Давай сделаем остановку, - сказал А.
- Ты что? Да она же страшнее ядерной войны! И к тому же, меня дома ждет моя невеста.. - ответил В
- Ну, тогда давай сядем, я сойду, а ты полетишь дальше.
- Да я к ней не приближусь и на выстрел бластера*! Если так приспичило, бери шлюпку и высаживайся, а я даже замедляться не хочу. Только на обратном пути, когда я буду пролетать мимо - смотри, чтоб твоя шлюпка уже ждала меня на тректории с нужной скоростью! Года тебе хватит?
А бросил еще один взгляд на планету и увидел, как к первой туземке присоединяются вышедшие из джунглей подружки в набедренных повязках, и ответил:
- Дай два..
Тут А прыгнул в шлюпку и дал по газам, а В нажал кнопку на секундомере..

На этом рукопись обрывается . Сможете продолжить? Меня, ессно, интересуют временнЫе характеристики этой повести.. Уточнение: можно считать, что планета Y стоит на месте (как и их родная Z).
------------
*) Выстрел бластера = 17.6 световых сек

[Lapp]

... Сможете продолжить? ...

[.. молчание было ему ответом, и только свист байтов мимо ушей..]
Задача оказалась трудной?.. Что ж, мой фолт - нельзя так делать: сначала сказать, задача про близнецов не решается в рамках СТО, а потом раз - и задать еще более сложный вопрос.. Прошу прощения!

Это была, собственно, проверка "на вшивость". Рассказываю решение (желающим еще подумать рекомендую заткнуть уши).

Спойлер (Показать/Скрыть)

Введем третьего близнеца - поздравляю всех с тройней! Он (звать С) оказался действительным домоседом и не полетел с А и В. С его точки зрения А и В летали, причем один больше (это В), а другой меньше (А). И если опустить сложности с вычислением времени встречи и считать, что совершенно изможденный А все же вовремя подоспел и был подобран В на пути домой, то их возраст по возвращении домой должен распределиться так: В < А < С.

Сложно?

Итак, рассмотрение неинерциальных (т.е. движущихся с ускорением СО действительно находится за пределами СТО, в ведении ОТО, которую мы не рассматриваем. Но я все же скажу еще несколько слов, чтоб не оставлять у вас чувство пустоты..

В классической, ньютоновской, механике ускорение СО приводит к возникновению в оной силы инерции. То есть ко всем силам добавляется произведение
I = m*a ,
(а - ускорение СО, жирным шрифтом обозначены векторы.) Выражение это напоминает
G = m*g ,
где g - ускорение свободного падения, обеспеченное силой гравитации. Формулы эти практически идентичны на вид (то есть математически), но есть одно "но". Величина m в первой формуле означает т.н. инертную массу, т.е. характеризующую инертные свойства тела (насколько быстро оно разгоняется под действием силы), а во второй - гравитационную массу, т.е. характеризующую гравитационные свойства тела (насколько сильно оно притягивается другими телами по закону при гравитационном взаимодействии). Сечете фишку? Буковка-то одна, а величины совсем разного смысла!

Собственно, то, что эти две величины совпадают, не секрет. И эйнштейн не первый, кто это заметил . Скорее наоборот, он подчеркнул, что они вовсе не обязаны совпадать! И если бы так действительно было, то мы просто имели бы еще один вид заряда, гравитационный, в дополнение к электрическому, которые входили бы в закон Ньютона (гравитационный, не те три). Заряд этот был бы одного знака, а не двух (+ и - , как электрический), но по сути был бы аналогичен. Но, хотим мы этого или нет - эти две массы (инертная и гравитационная) все же совпадают! Причем, совпадают очень точно - до сих пор в самых точных измерениях разницы не обнаружено! И Эйнштейн был первым, кто сказал: это неспроста! Не знаю, прозвучит ли это в моих устах натолько потрясающе, насколько оно того заслуживает, но у меня лично просто дух захватывает при этих словах.. Он не стал искать возможную разницу между ними, не стал искать причины, почему они равны - он сделал совершенно гениальный ход: он снова допустил, что природа и на этот раз не обманывает (как в случае с постоянством СС), и просто согласился, что инертная масса равна гравитационной - и.. И вывел из этого совершенно невзрачного равенства абсолютно новую теорию!!
Вы удержались на стуле?

Нет, мы не станем сейчас изучать ОТО - несмотря на простоту посылки, она весьма сложна математически. Я только скажу еще буквально несколько слов. В ОТО, как вы, наверное, поняли, гравитационные силы приравниваются к силам инерции - это раз. Два - оказывается, что в сильных гравитационных полях течение времени замедляется. Теперь вспомните, что СО движущегося близнеца неизбежно испытывает ускорения. Добавьте сюда, что для достижения действительно больших скоростей требуются действительно большие ускорения (и особенно на развороте обратно домой), и вы поймете, что у движущегося близнеца действительно есть реальная причина для замедления времени.. Более подробно я больше обсуждать это не буду, желающих еще немного продвинуться в этом направлении отсылаю к ссылке, которую выше привел volvo.

Уфф.. Чтобы закончить тему остается не так уж и много, но если вот так по нескольку постов тратить на "лирические отступления" то время может сильно замедлиться..
До встречи!

[Coder_perm]

volvo, спасибо, дейсьвительно очень по теме, и материал качественный.

Странно, но я не вижу его поста...

[volvo]

Coder_perm,
раньше он был скрытым, теперь я его открыл...

Пост №24...

[Clerick]

[.. молчание было ему ответом, и только свист байтов мимо ушей..]
Сложно? <...>

Гениально! Все оказалось так просто..

И вывел из этого совершенно невзрачного равенства абсолютно новую теорию!!
Вы удержались на стуле?

Еле-еле =) В очередной раз можно убедится насколько умный был человек!

Уфф.. Чтобы закончить тему остается не так уж и много, но если вот так по нескольку постов тратить на "лирические отступления" то время может сильно замедлиться..
До встречи!

А жаль, что тема заканчивается.. , ведь столько нового узнал!

Сообщение отредактировано: Clerick - 20.09.2006 22:58

[masteryoda]

Еще по этой теме ончеь рекомендую почитать ммм... кажется, второй том Феймановских лекций по физике. Может быть, там местами несколько упрощенно, но довольно строго и популярно.