¿Por qué la luz viaja a la misma velocidad medida por un observador móvil?

Question

Sé que se mantiene la hipótesis de que la velocidad de la luz es constante por los experimentos. ¿Pero hay ninguna teoría explica por qué la velocidad de la luz es constante sin importar cómo un observador se mueve con respecto a la luz?

Mi pregunta es, concretamente: Supongamos que un observador $O$ lanza una luz y $O$ empieza a moverse al mismo tiempo con una velocidad uniforme $v$ en la misma dirección que puntos de luz. Entonces ¿por qué $c$ es todavía de la luz velocidad que $O$ medirá en lugar de $c-v$?

Answer 1

La respuesta es - velocidades simplemente no añadir al igual que cuando estamos cerca o incluso igual a la velocidad de la luz $c$. El cuerpo entero de la teoría Especial de la relatividad se refiere a cuáles son las consecuencias de postular la velocidad de la luz sea constante en todos los marcos de referencia.

Es decir, podemos encontrar transformaciones entre sistemas de referencia por postular la velocidad de la luz constante. Por otro lado, una vez que hemos construido la teoría, el hecho de que asegura que vemos la luz en el vacío para mover constante en cada marco de referencia es la transformación de Lorentz. La transformación de Lorentz nos dice cómo los observadores en diferentes velocidades relativas observar las mismas cosas de manera diferente.

Para demostrar esto en el ejemplo, tenemos un rayo a la velocidad c en el $x$-dirección por lo que vemos $$\frac{d x_{ray}}{dt} = c$$ Entonces nosotros "boost" a nosotros mismos por una velocidad de $v$ $x$- dirección. Nuestro tiempo y $x$-dirección de repente son transformados de manera que podemos observar $$x \to \frac{x-vt}{\sqrt{1-v^2/c^2}}, \; t \to \frac{t-vx/c^2}{\sqrt{1-v^2/c^2}}$$ que se aplica también a la observada $x_{ray}$. Hemos de diferenciar a obtener la velocidad del rayo $$\frac{d x_{ray}}{dt} \to \frac{dx_{ray} - v dt}{dt - v dx_{ray}/c^2} = \frac{dx_{ray}/dt - v}{1 - v/c^2 (dx_{ray}/dt)} = \frac{c - v}{1-v/c} =c$$ Así, la velocidad de la luz $c$ es exactamente conservadas por la transformación. Si usted no entiende las matemáticas, la intuición es sólo que el tiempo y el espacio se dilatan y contraen exactamente de tal manera que la velocidad de la luz se observa a ser la misma desde cualquier punto de vista.

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EDITAR :

Si queremos saber por qué c es siempre invariable, en realidad estamos preguntando ¿por qué los físicos observadores transformar de acuerdo a la transformación de Lorentz? O, ¿por qué el espacio y el tiempo se dilate/contrato, etc. etc. Podemos encontrar una estructura más profunda que explica la transformación de Lorentz, pero una vez más, se basa en algunos supuestos. Y entonces que podemos hacer acerca de estos supuestos. Entonces todo se reduce a un "¿por Qué estas leyes?" preguntas. La ciencia simplemente no dar respuestas completas a estas preguntas.

Como a la estructura más profunda, este papel por Mitchell Feigenbaum es hasta ahora el único que sabe lo que muestra (no del todo clara, pero está ahí) que en virtud de lo puramente Galileo supuestos de isotropía y "homogeneidad" (que conduce a la linealidad) se conserva por lo transforma, necesariamente, obtener sólo una posible familia de transformaciones con un solo parámetro de $1/c^2$. Establecimiento $1/c^2 = 0$ obtenemos la transformación de Galileo, la configuración de $c$ a la velocidad de la luz en el vacío, obtenemos la transformación de Lorentz. I. e., el hecho de que tenemos una transformación de la conservación de la isotropía y homogeneidad en virtud de las observaciones que hace que haya una transformación que da lugar a un universal límite de velocidad $c$ (que podría ser, incluso,$c = +\infty$).

Por otro lado, una vez que permitimos que las cuatro dimensiones de la ley de Newton, obtenemos que para una partícula con masa de reposo $m_0 \to 0$ y distinto de cero energía cinética, esta partícula siempre alcanzar una velocidad de $\to c$. Es decir, si sabemos que una partícula con cero (o casi cero) resto de la masa, podemos identificar este límite de velocidad por la medición de la velocidad. Así que esto es "por qué", el universal límite de velocidad es la velocidad de la supuesta masa de las partículas con el fotón.

Podríamos argumentar que, dado que la Naturaleza no permite infinitos a surgir, el universal límite de velocidad es una consecuencia de tener una masa de partículas. Pero esto es bastante débil y cíclico argumento. Creo que no te puedo dar ninguna respuesta más definitiva.

Answer 2

Un punto de vista personal es que usted puede considerar que la transformación de Lorentz se aplican principalmente en el momenta, y no principalmente en (infinitesimal o no) el espacio-tiempo de coordenadas.

Este es, por supuesto, de una "fuerte" postulado.

Si usted asume (algunos postulados adicionales son necesarios allí) que las transformaciones son lineales, y que hay una rotación de la invariancia, se va a estudiar "boost" transformaciones : $\begin{pmatrix} p'_z\\E'\end{pmatrix} = A(v) \begin{pmatrix} p_z\\E\end{pmatrix}$. Usted puede mostrar que, debido a $A(v)A(-v)=1$, $det A(v)=1$. Suponiendo una estructura de grupo, que finalmente está buscando en una de las dimensiones de los subgrupos de $SL(2, \mathbb R)$, los cuales son :

$$\begin{pmatrix} \lambda&\\&\lambda^{-1}\end{pmatrix}\quad \begin{pmatrix} 1&v\\&1\end{pmatrix}\quad \begin{pmatrix} 1&\\v&1\end{pmatrix}\quad \begin{pmatrix} \cos \theta&-\sin \theta\\\sin \theta&\cos \theta\end{pmatrix}\quad \begin{pmatrix} \cosh \theta&\sinh \theta\\\sinh \theta&\cosh \theta\end{pmatrix}$$

Si añade más de los postulados que, en un impulso de transformación, la energía y el impulso debe cambiar, que existe una transformación en el que se pone el impulso a cero , y que, si la energía es positiva para un observador, la energía será positivo para todos los observadores, la primera $4$ unidimensional subgrupos de $SL(2, \mathbb R)$ son excluidos, y la última dimensiones subgoup corresponde a una transformación de Lorentz.

Answer 3

"La velocidad de la luz es constante, no importa cómo un observador se mueve en relación a la luz."

Esto es cierto. La luz se mueve de forma independiente, por lo que una observadores acciones de movimiento, no hacer cambios a la misma.

Sin embargo, la parte interesante es que la velocidad de la luz es siempre "Medido" como la velocidad de la luz no importa cómo un observador está en movimiento con respecto a la luz. Esto incluye un observadores movimiento en cualquier dirección, es decir, cualquier dirección con respecto a la dirección de la luz misma.

La clave para entender esto es para ver la realidad en una de las 4 dimensiones de la forma.

Toda la masa de las partículas están en constante movimiento a la velocidad de la luz dentro de 4 dimensiones medio ambiente se conoce como el Espacio-Tiempo. Todo lo que se puede hacer es cambiar la dirección de ese movimiento constante. Por lo tanto, si uno está en el verdadero descanso en el espacio, todo el movimiento constante es ahora a través de la dimensión del tiempo.

Para realizar una medición, se debe tener un completo instrumento de medición. Esto incluirá un instrumento que mide la longitud espacial (Ex. La regla ). Dos sincronizados los relojes también son necesarios. Los relojes se colocan en los extremos opuestos de la regla.

Si la luz, de cualquier fuente, pasó de un extremo de la regla para el otro en cualquier dirección, mientras que la regla es, en el verdadero reposo en el espacio, una medida de la velocidad de la luz indicará que la luz viajaba a la velocidad de 300.000 cap.

Si el instrumento de medición fue ahora en el movimiento a través del espacio, luego de un cambio de sentido de constante movimiento a través del Espacio-Tiempo se ha producido.

A su vez, hay una reducción de movimiento a través de la dimensión del tiempo, por lo tanto ambos relojes son ahora marcando más lento. La rotación también ha tenido lugar, por lo tanto el gobernante comienza a extenderse a través de la dimensión del Tiempo y, por tanto, menos de la misma se extiende a través del Espacio, por lo tanto nos encontramos espacial regla de contracción de longitud.

También, debido a la extensión a través del tiempo, los relojes en los extremos de la regla ya no están sincronizados, ya que ahora están ubicadas en diferentes puntos en el tiempo.

Si, una vez más, la luz de cualquier fuente se pasa de un extremo de la regla para el otro en cualquier dirección, una medida de la velocidad de la luz indica que la luz viajaba a la velocidad de 300.000 cap. Esto es debido a los múltiples cambios del instrumento de medición de la misma.

Así, en ambos casos podemos medir la velocidad de la luz, siguen siendo la velocidad de la luz.

Por lo tanto a su vez no podemos determinar si estamos en el verdadero reposo en el espacio o no, ya que los resultados son los mismos si estamos en el verdadero descanso, o no. Así también no se puede determinar en qué dirección estamos viajando en el Espacio-Tiempo.

En la parte superior de que, si tuviéramos 2 idéntica naves espaciales, con uno que es en el verdadero descanso en el espacio y en el otro está en movimiento a través del espacio, a las personas a bordo del uno al resto, parece como si la otra nave espacial se ha reducido en longitud espacial, y que sus bordo de los relojes están marcando más lento.

Sin embargo, debido al cambio de los instrumentos de medición a bordo del movimiento de la nave espacial, que se les aparece como si la nave espacial que está en reposo en el espacio se ha reducido en longitud espacial, y que sus relojes están en marcha más lenta. Por lo tanto, desde su punto de vista, parece ser la nave espacial en el resto, que es en realidad en movimiento, en lugar de las de ellos.

Lo importante es entender por qué en ambos casos siempre parece ser el otro tipo que se ha reducido en longitud, y el otro chico cuyo relojes están en marcha más lenta.

Esta regla se aplica a dos cuerpos, uno en reposo en el espacio y uno no, o dos cuerpos que están en movimiento a través del espacio, sino un movimiento a diferentes velocidades.

Por lo tanto la absoluta punto de vista puede no ser detectado, lo absoluto se pasó de ser visto como importante, por lo tanto, en la mayoría de los casos estos días, la violenta oposición sigue en contra de la absoluta, aunque tal intuitivo 4 dimensiones punto de vista explica todo y produce exactamente el mismo ecuaciones.