Die Geschwindigkeit von Tachyonen

Wenn ein Tachyon von dort aus startet, wo Sie sich befinden, und schneller als mit Lichtgeschwindigkeit verschwindet, werden Sie die Photonen sehen, die es früher aussendet, als es tatsächlich abfliegt. Sie werden also all diese Photonen kommen sehen, als würde das Tachyon mit einer Geschwindigkeit langsamer als das Licht auf Sie zukommen, und dann zack, das Tachyon verlässt es. Je schneller es weggeht, desto langsamer scheint es tatsächlich anzukommen.

EDIT: Sie können dies einfach aus einem Raum-Zeit-Diagramm erkennen:

T  s   C
| /   /
|/   /    f
| s /    /
|/ /  f /
| /  / /
|/__/_/___X
|  / /
| / /
|/ /
| /
|/

Hier ist die Zeit-T-Achse vertikal und die Raum-X-Achse horizontal. Linie C repräsentiert die Lichtgeschwindigkeit. Photonen bewegen sich parallel zu dieser Linie.

Wenn sich etwas langsamer als Licht von Ihnen wegbewegt, ist es eine diagonale Linie, die in den langsamen (s) Bereich fällt. Wenn es Photonen aussendet, bewegen sie sich parallel zu C, sodass jedes zu einem späteren Zeitpunkt wieder bei Ihnen ankommt. Das ist das normale Verhalten, an das Sie gewöhnt sind.

Wenn sich etwas schneller als Licht von Ihnen wegbewegt, ist dies eine diagonale Linie im schnellen (f) Bereich. Wenn es Photonen emittiert, bewegen sie sich parallel zu C und kommen daher zu einem negativen Zeitpunkt zu Ihnen zurück, relativ zu dem Zeitpunkt, zu dem das Objekt Sie verlassen hat. Je schneller es sich bewegt (näher an der Horizontalen), desto früher kommen seine Photonen an (negatives T). Je langsamer es sich bewegt (näher an C), desto mehr scheinen seine Photonen auf einmal zu kommen, kurz bevor es "abgeht".

Wie der Kommentator bereits angedeutet hat, gibt es für Massen keine Möglichkeit, eine Geschwindigkeit zu erreichen, die schneller als die Lichtgeschwindigkeit ist.$c$(oder sogar so schnell wie$c$).

Die Analogie mit den Autos gilt nicht, wenn man auf Geschwindigkeiten in der Nähe geht$c$. Diese Geschwindigkeiten werden relativistische Geschwindigkeiten genannt. Die Galilei-Transformationen für kleine Geschwindigkeiten gelten nicht mehr, stattdessen sollten Sie die Lorentz-Transformationen verwenden. Dies basiert auf Einsteins spezieller Relativitätstheorie.

Angenommen, Sie haben ein Objekt in einer Entfernung von$1$Lichtjahr, bewegt sich mit Geschwindigkeit$0.99c$Weg von dir. Mit klassischer Physik würden Sie berechnen, dass die Geschwindigkeit des Photons ist$0.01c$zu dir, so würde es das Licht nehmen$100$Jahre, um Sie zu erreichen.

Eines der Postulate von Einstein ist, dass die Lichtgeschwindigkeit immer gleich ist$c$, unabhängig vom Bezugsrahmen. Das emittierte Lichtphoton wird also mitreisen$c$Ihnen gegenüber, sodass Sie das Objekt nach einem Jahr sehen könnten (statt$100$).

Wenn Sie einen Photonenstrahl auf ein Objekt feuern, das sich mit einer Geschwindigkeit, die größer als die Lichtgeschwindigkeit ist, von Ihnen entfernt, werden Ihre Photonen es niemals erreichen, um von ihm reflektiert zu werden

OTOH, wenn ein solches Objekt Photonen emittiert, sollten Sie schließlich in der Lage sein, das Objekt so zu sehen, wie es zu dem Zeitpunkt war, als das Photon emittiert wurde.

Die kurze Antwort lautet: Nein, Licht verhält sich nicht wie ein Ball, der aus einem fahrenden Auto geworfen wird. Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum,$c$, ist eine universelle Konstante, was bedeutet, dass sich alles Licht immer mit der gleichen Geschwindigkeit ausbreitet, unabhängig von der Geschwindigkeit des Objekts, das es ausstrahlt. Sie könnten also sehen, wie sich Ihr überlichtschnelles Objekt von Ihnen wegbewegt, da sein Licht auf Sie zukommt$c$.

Die etwas längere Antwort beinhaltet die Erklärung, dass die Lichtgeschwindigkeit auch unabhängig von der Geschwindigkeit des Beobachters ist. Das scheint zunächst unmöglich, aber Einstein erkannte, dass es möglich war, wenn man die Natur von Raum und Zeit überdenkt, und das ist die Grundlage der speziellen Relativitätstheorie. Die spezielle Relativitätstheorie zeigt Ihnen letztendlich, dass (i) es unmöglich ist, ein Objekt schneller zu beschleunigen, sobald es Lichtgeschwindigkeit erreicht hat, und (ii) wenn Objekte erstellt werden könnten, die sich schneller bewegen als$c$(wodurch die Notwendigkeit vermieden wird, sie zu beschleunigen), wäre es möglich, sie zu verwenden, um Nachrichten in der Zeit zurückzusenden, was zu Paradoxien führt - daher ist es sehr unwahrscheinlich, dass dies möglich ist.

Das Problem der Tachyonenheit ist ein Ablenkungsmanöver; und die Frage ist ausschließlich eine Frage einfacher Berechnungen, die Sie selbst durchführen sollten.

Hier ist es.

Lassen$x = v t$Beschreiben Sie die Bewegung eines Objekts in einer Richtung parallel zu der$x$Achse, wo$t$ist die Zeit, wo der Ursprung auf der$x$Achse ist, wo Sie sich befinden und wo die Zeit ist$t = 0$ist, wenn das Objekt dort ist, wo Sie sich befinden. Es bewegt sich mit einer Geschwindigkeit$v$, was negativ ist, wenn es auf Sie gerichtet ist, und positiv, wenn es sich von Ihnen wegbewegt.

Wir gehen auch davon aus, dass Sie in die Richtung des Erhöhens starren$x$. Ein Signal, das sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegt$c$hat eine Bewegung gegeben durch$x = b - c t$, wenn es aus Richtung der Erhöhung auf Sie zukommt$x$. Liegt es am Standort des Objekts an$(x, t) = \left(x_0, t_0\right)$und bei Ihnen vor Ort unter$(x, t) = \left(x_1, t_1\right)$, Dann

Die Bewegung, die Sie sehen, ist durch den Signalstrom gegeben und wird daher beschrieben durch$(x,t) = \left(x_0, t_1\right)$. Sie könnten dies besonders sorgfältig tun, indem Sie versuchen, das linke und das rechte Auge separat zu berücksichtigen und die Triangulation verwenden, um die "scheinbare" Entfernung anstelle von zu bestimmen$x_0$, aber ich glaube nicht, dass zusätzliche Komplikationen das Problem erheblich beeinflussen werden (vielleicht außer wenn es nahe ist), also verwenden wir einfach$x_0$, selbst.

Also vorausgesetzt$v ≠ -c$, Und$v ≠ 0$, wir haben

Wenn$v = 0$, Dann$x_0 = v t_0 = 0$und du siehst das Objekt direkt neben dir, also$v' = 0$.

Wenn$v = -c$, Dann$b = 0$und somit,$t_1 = 0$, und das ist das einzige Signal, das Sie jemals sehen werden, und Sie werden es nur blitzschnell zur Zeit 0 sehen, und$v' = ∞$.

Wenn$v > 0$, Dann$0 < v' < c$. Wenn$-c < v < 0$Dann$v' < 0$. Wenn$v < -c$Dann$v' > 0$. Wenn$v = ∞$Dann$v' = c$. Ein Objekt, das sich mit der Geschwindigkeit bewegt$v = ∞$wird Ihnen scheinen, als würde es sich mit Lichtgeschwindigkeit von Ihnen entfernen - selbst wenn Sie sich umdrehen und es in die andere Richtung betrachten.

Beachten Sie übrigens, dass ich bei der Bestimmung von eigentlich nichts über die Relativitätstheorie gesagt habe$v'$. Die Relativitätstheorie ist auch ein Ablenkungsmanöver für die Frage; es ist die gleiche Antwort wie in der nicht-relativistischen Physik. Sie erhalten den gleichen Ausdruck für$v'$, egal in welchem ​​Paradigma Sie sich befinden, es ist paradigmenunabhängig, und die Frage hat eigentlich nichts mit Relativität an sich zu tun, sondern lediglich mit Signalverarbeitung. Du könntest genauso gut jede andere Geschwindigkeit nehmen$V$anstelle von$c$(z. B. die Lichtgeschwindigkeit im Wasser), um den visuellen Effekt der Bewegung eines Objekts zu bestimmen, in diesem Fall erhalten Sie$v/(1 + v/V) = v' = V/(1 + V/v)$anstelle des zuvor abgeleiteten Ausdrucks - wieder paradigmenunabhängig. Sogar Lichtgeschwindigkeit ist hier ein Ablenkungsmanöver.