Bewegt sich Licht schneller, wenn es in Richtung der Erdrotation geschossen wird, als dagegen?

Dies ist als Relativität der Gleichzeitigkeit bekannt und wird in Einsteins speziellem Relativitätspapier von 1905 behandelt. Der springende Punkt des Problems ist, dass sich Licht in der flachen Raumzeit in jedem Fall mit der gleichen Geschwindigkeit ausbreitet und von jedem Inertialsystem aus so erscheint.

Tatsächlich ist Ihre Situation im Wesentlichen identisch mit dem Waggonproblem.

Stellen Sie sich zunächst vor, Sie befinden sich in einem fahrenden Waggon, direkt in der Mitte, und feuern zwei Lichtstrahlen in beide Richtungen ab. Die Unveränderlichkeit der Lichtgeschwindigkeit in Ihrem Bezugssystem bedeutet, dass sie gleichzeitig auf die Zugwände treffen. Dies entspricht Ihrer sich bewegenden Erde und Ihrem Laser-Emitter.

Stellen Sie sich nun vor, dass eine andere Person auf dem Bahnhof sitzt und die Ereignisse im vorbeifahrenden Zug miterlebt. Die Invarianz der Lichtgeschwindigkeit in ihrem Bezugssystem bedeutet, dass sie zuerst die Rückseite und später die Vorderseite trifft.

Im Kontext Ihres Beispiels entspricht dies jemandem im Weltraum, der die Laser beobachtet, während sich die Erde vor ihnen dreht.

Beide Bezugsrahmen sind gültig. Die Invarianz der Lichtgeschwindigkeit hat mehrere Auswirkungen auf die spezielle Relativitätstheorie, wie z. B. Zeitdilatation (zwei verschiedene Beobachter erfahren Zeit mit unterschiedlicher Geschwindigkeit), Längenkontraktion und Massendilatation. Es ist wirklich ein unglaubliches Zeug.

Sie können den Unterschied in der Gleichzeitigkeit mithilfe von Lorentz-Transformationen finden.

Das Experiment wird 1851 von Hippolyte Fizeau durchgeführt und 1886 von Albert A. Michelson und Edward W. Morley mit besserer Genauigkeit wiederholt.
Das Ergebnis wird von Albert Einstein als eines der beiden Axiome (Postulate) der Speziellen Relativitätstheorie formalisiert:
Wikipedia → Spezielle Relativitätstheorie
https ://en.wikipedia.org/wiki/Special_relativity

1. Die Gesetze der Physik sind in allen Inertialsystemen (nicht beschleunigende Bezugsrahmen) invariant (dh identisch).
2. Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist für alle Beobachter gleich, unabhängig von der Bewegung der Lichtquelle.

In Ihrem Experiment gibt es eine Asymmetrie, die darauf zurückzuführen ist, dass sich die Erdoberfläche dreht und sich nicht nur linear bewegt. Die spezielle Relativitätstheorie besagt, dass alle linearen Bewegungen äquivalent sind, aber das gilt nicht für Rotationsbewegungen.

Nehmen wir insbesondere an, dass der Abstand zu Ihren Spiegeln dem Umfang der Erde entspricht. Dann befinden sich beide Spiegel (und der Laser) am selben Ort, sodass die Überprüfung, ob die Strahlen gleichzeitig ankommen, trivial ist. Und das werden sie nicht: Der Strahl, der nach Westen abgefeuert wurde, wird früher eintreffen. Dies wird als Sagnac-Effekt bezeichnet und wurde experimentell in kleineren Maßstäben nachgewiesen. Es verstößt nicht gegen die spezielle Relativitätstheorie, es ist eine Vorhersage davon.

Aber wenn Sie Ihr Experiment wie angegeben durchführen und mechanische Objekte auf dem Weg des Lichts zur Quelle zurückwandern lassen, werden Sie feststellen, dass sie immer zur gleichen Zeit ankommen. Der Grund dafür ist eher subtil: Der Bereich der Raumzeit, in dem Ihr Experiment stattfindet, hat die Form eines zu einer Röhre aufgerollten Papiers. Das Rohr kann abgerollt und abgeflacht werden, ohne es zu dehnen oder zu zerreißen, und es hat dann alle Symmetrien der Hintergrund-Raumzeit, sodass Ihr Experiment einem Experiment entspricht, das eine lineare Bewegung beinhaltet, und es aufgrund des Prinzips nicht in der Lage sein wird, es zu erkennen der Relativität.

Das Sagnac-Experiment wird in einer Raumzeitregion durchgeführt, die eher wie eine Röhre ist, die rundherum verbunden ist (wie eine Papierhandtuchröhre). Es kann nicht abgerollt werden, ohne es zu schneiden, und das Schneiden würde das Experiment unterbrechen. Es gibt also kein einfaches Argument mehr, dass es die Rotation nicht erkennen kann; und tatsächlich kann es.

Viele andere Änderungen an Ihrem Experiment würden "die Flattenability brechen" und eine Asymmetrie sichtbar machen. Wenn Ihre Wanderer zum Beispiel genau nach Norden fahren und am Pol anhalten, würde der westliche vor dem östlichen ankommen. Wenn sie zum Ausgangspunkt zurückkehrten, aber auf einem anderen Weg (z. B. auf einem anderen Breitengrad), sollte dies auch ausreichen, um die Symmetrie zu brechen, aber ich bin mir nicht sicher, wie groß der Unterschied in den Ankunftszeiten wäre.

Übrigens, wenn Sie in einem Newtonschen Universum die Lichtstrahlen durch Strahlen von Newtonschen Teilchen ersetzen und vernünftige Annahmen treffen, wird keines dieser Experimente einen Unterschied zwischen Ost und West feststellen. Die Newtonsche Physik ist tatsächlich relativistischer als die spezielle Relativitätstheorie, wenn es um Rotation geht. Ein Newtonsches rotierendes System ist wie ein Inertialsystem mit fiktiven Kräften, und die fiktiven Kräfte beeinflussen diese Experimente nicht, solange die Objekte gezwungen sind, sich entlang ihrer vorgeschriebenen Bahnen zu bewegen. In SR hat ein rotierender Referenzrahmen "gekippte Lichtkegel", die nicht durch eine gewöhnliche Kraft simuliert werden können. Sie verhalten sich zwar wie eine Gravitationskraft, aber die Gravitation unterscheidet sich viel stärker von anderen Kräften in der Relativitätstheorie als in der Newtonschen Physik.

Dies ist eine sehr alte Frage, die bereits angesprochen wurde, siehe Experiment von Michaelson und Morley. Selbst wenn es einen Unterschied gäbe, würde das, was Sie vorschlagen, nicht funktionieren. Außerdem wäre die Verwendung der Erdrotation nicht erforderlich, wenn man bedenkt, dass die Umlaufbahn der Erde um die Sonne viel schneller ist.

Ihre Frage ist bedeutungslos, bis Sie erklärt haben, wie Sie die Uhren bei A und B synchronisieren, die Sie benötigen, um die Flugzeit von der Laserquelle zu A und B zu messen. Da die Synchronisation nur eine menschliche Konvention ist, gibt es nichts Grundlegendes aus diesen Flugzeiten kann man sowieso lernen. Die einzige physikalische Messung, die Sie durchführen können, dh eine Messung, die frei von beliebigen Konventionen ist, sind die Umlaufzeiten von Quelle zu Spiegel A zurück zu Quelle einerseits und von Quelle zu Spiegel B zurück zu Quelle andererseits. Sie können diese beiden Zeiten dann vergleichen. Wie in den anderen Antworten erwähnt, werden Sie feststellen, dass sie gleich sind, vorausgesetzt, die Laserquelle steht genau in der Mitte zwischen Spiegel A und B, was in der Praxis eine lange Strecke ist. Sie werden sie also nicht gleich finden. Jedoch, Wenn Sie die Differenz zwischen diesen Zeiten aufzeichnen, werden Sie feststellen, dass sie sich weder im Laufe des Tages noch im Laufe des Jahres ändert. Auch hier wieder gut, vorausgesetzt, Ihr Versuchsaufbau ist immun gegen jeden Effekt, der diese beiden Entfernungen auf unterschiedliche Weise verändern kann (thermische Dilatation, seismisches Rauschen usw.), was einige Sorgfalt erfordert.