Relatividad Especial, Segundo Postulado - ¿Por qué?

Question

Como un humilde física de pregrado que ha sido de mascar en este 2º postulado de la relatividad especial por un año o más, yo simplemente no puedo envolver mi cabeza alrededor de razones de por qué es cierto o cómo Einstein podría haber sido convencido lo suficiente como para proponer este postulado.

Considere la posibilidad de Alfred que es viajar en un automóvil que viaja a 88 m/s con sus luces encendidas y Bernard, que está en el lado de la carretera en el enganche de senderismo. ¿Por qué la luz se propaga desde Alfred paso de coches en $c$ en relación tanto a Alfred y Bernard, y no en $c$ + 88 m/s relativa a Bernard?

El ingenioso resultados de la teoría especial de la relatividad de todo tipo de bisagra en esta idea, y preguntando a mis profesores en clase no realmente dio una respuesta mucho más que "porque nunca hemos observado un caso de lo contrario".

Answer 1

La respuesta es simple: las ecuaciones de Maxwell.

Maxwell publicó su teoría electromagnética en la década de 1860. Esto ha generado una gran cisma en física. Maxwell del electromagnetismo estaba en conflicto directo con la mecánica Newtoniana. No hay dietas en la electrodinámica de Maxwell para la velocidad del emisor o de la velocidad del receptor. La velocidad de la luz es constante por las ecuaciones de Maxwell. Este conflicto se hizo aún más evidente en el año 1887 con el experimento de Michelson–Morley, que derribó la idea de un luminiferous éter como un portador de Maxwell ondas electromagnéticas.

Muchos otros físicos además de Einstein estaban tratando de atacar a este conflicto en ese momento. Todos, pero Einstein trató de rectificar las dos teorías. El principal candidato para Einstein, la relatividad fue la teoría del éter de Lorentz. Ya esta resuelto el problema por handwaving lejos. La Lorentz contracción de longitud y dilatación del tiempo juntos conspiraron para ocultar el éter marco de nosotros. No hay ninguna diferencia matemáticamente entre la teoría del éter de Lorentz y Einstein de la relatividad de einstein. Predecir el mismo resultado para cualquier relativista experimento. Sin embargo, nadie enseña teoría del éter de Lorentz.

Einstein, la ruta de acceso se basa en el hecho de las ecuaciones de Maxwell implican que la velocidad de la luz es la misma para todos los observadores. Einstein simplemente tomó las ecuaciones de Maxwell en su palabra. Fue una simple solución para el conflicto, y sin embargo fue extremadamente cambiar el juego.

Answer 2

En realidad, dado que el primer postulado dice que todas las leyes de la física son las mismas en todos los marcos inerciales, usted puede reemplazar el segundo postulado por el postulado: "las ecuaciones de Maxwell son las leyes de la física para el electromagnetismo".

A partir de las leyes de Maxwell se puede derivar que la velocidad de la luz en el vacío tiene un valor constante, en unidades del SI $c=1/\sqrt{\epsilon_0\mu_0}$. Ahora hay tres posibilidades:

1. Las leyes de Maxwell son válidos sólo en un marco inercial (o más bien, en un conjunto específico de sistemas de inercial en reposo uno respecto del otro).

   Esa es la esencia del éter hipótesis. Violaría el primer postulado. Además, los experimentos fallidos a medida que prefirió marco.

2. Las leyes de Maxwell no son la correcta descripción de electromagnetismo (es decir, son válidos en ningún sistema inercial).

   Que opción sería, por supuesto, han sido compatible con el primer postulado, pero no es muy probable, dado el enorme soporte experimental para las ecuaciones de Maxwell.

3. Las leyes de Maxwell son válidos en todos los marcos inerciales.

   Si ese es el caso, entonces todas las consecuencias de las ecuaciones de Maxwell tienen que ser válido en todos los marcos inerciales. Una de las consecuencias de las ecuaciones de Maxwell es el valor de la velocidad de la luz en el vacío.

Sin embargo, resulta que la única cosa de las ecuaciones de Maxwell que realmente necesita para sacar de la relatividad especial es la constante de la velocidad de la luz. Por lo tanto, tiene sentido postular que directamente; de esa manera, incluso si resulta que la teoría de Maxwell tuvo que ser revisado, no es necesario revisar la relatividad mientras la revisión de la teoría todavía predice una velocidad constante de la luz.

Answer 3

La manera en que yo lo pienso de ella, como no físico que muy probablemente tiene un par de cosas mal, es como sigue: el tiempo pasa más lento para Alfred, y por lo tanto no hay ninguna diferencia en la velocidad de la luz.

Si usted dice, "¿por Qué el tiempo pasa más lento para Alfred y no Bernard, después de todo, el movimiento es relativo, a la derecha!?" Bueno, esta sacado de mí por mucho tiempo como un no-físico, pero en última instancia, yo lo entiendo como: Alfred debe tener aceleró a partir de un marco inercial de que una vez compartió con Bernard, y por lo tanto él es el único que experimenta el retraso de tiempo.

Si no me equivoco, esto representa el 'éter' paralela trazada en la otra respuesta?

De todos modos, en cuanto a que nadie habría sido "convencidos" de este, creo que fue debido a la evidencia experimental directa.

Answer 4

Einstein no demostrar este postulado ; simplemente preguntó "¿y si es verdad?". Tenía muy buenas razones para hacer esa pregunta.

Sus esfuerzos para responder a la pregunta desafió a toda una serie de "creencias" sobre el tiempo y el espacio, ninguno de los cuales estaban basadas en pruebas ; eran (hasta entonces) asumió la verdad por el llamado "sentido común" por sí solo.

Él hizo las predicciones acerca de cómo la velocidad relativa iba a dilatar el tiempo y el espacio contrato, y acerca de cómo la aceleración de explicar lo que llamamos la "gravedad" y con ello afectar la masa y también se "curva" de la luz.

Sus predicciones son apoyados por los resultados experimentales. Esta es la razón por la que tomamos sus ideas en serio. Él siempre dijo que sus teorías se quedaba de pie o caer en resultados experimentales solos. Hasta el momento se han mantenido.

Answer 5

La teoría de Maxwell predijo que la velocidad de la luz varía con la velocidad del observador. Inicialmente (antes de Fitzgerald y Lorentz avance de la ad hoc de la contracción de longitud hipótesis) el experimento de Michelson-Morley era compatible con la suposición de que la velocidad de la luz varía con la velocidad de la fuente de luz (como se predijo por Newton de emisión de la teoría de la luz) y es incompatible con la hipótesis de que es independiente de la velocidad de la fuente (según lo predicho por la teoría del éter).

Así, en 1905 Einstein, la velocidad constante de la luz postulado no tenía justificación. Era sólo una consecuencia de las transformaciones de Lorentz. El principio de la relatividad fue también una consecuencia de las transformaciones de Lorentz. Einstein extraído los dos consecuencias, llamado "postulados", y de los que se deducen de Lorentz se transforma a partir de ellos. Él también procrusteanized el espacio y el tiempo para adaptarse a la nueva "teoría".