Die Invarianz vs. Konstanz der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum

Und während es philosophisch akzeptabel ist, nur zu "wissen", dass die Lichtgeschwindigkeit konstant ist, aber nicht nur zu "wissen", dass sie unveränderlich ist. Feste konstante Werte wie die Masse eines Elektrons oder der Spinsatz eines Elektrons sind Dinge, die man als gegeben hinnehmen kann.

Art von: seien Sie vorsichtig. Wir können einige der fundamentalen Konstanten festlegen, indem wir kovariierende Einheitensysteme mit diesen Konstanten wählen, so wie die Lichtgeschwindigkeit durch die Definition des Meters auf den numerischen Wert von genau 299.792.458 Metern pro Sekunde festgelegt ist.

Vor diesem Hintergrund wird die Lichtgeschwindigkeit in mehrere dimensionslose Parameter wie die Feinstrukturkonstante gerollt, und wir könnten sehr sinnvoll diskutieren, was passieren würde, wenn sich die Feinstrukturkonstante im Laufe der Zeit ändern würde. In Planck-Einheiten wo$c = \hbar = k_\text{e} = 1$, die Feinstrukturkonstante$k_e e^2 / (\hbar c)$wird einfach$e^2$und wir würden dies als zeitliche Variation der Masse des Elektrons interpretieren.

Was Sie also als "invariant" akzeptieren, muss nicht als "gegeben" akzeptiert werden, wenn Sie die richtigen Einheiten verwenden.

Meine Frage ist also Folgendes ... ist dies ein semantisches Spiel, heißt es, dass die Lichtgeschwindigkeit fest ist, dasselbe wie zu sagen, dass sie über Referenzrahmen hinweg unveränderlich ist?

Es hängt davon ab, was Sie unter "semantischem Spiel" verstehen. Wenn Sie meinen, "hat das trivialerweise keinen Vorhersagewert?" dann ist die Antwort nein . (Vorhersage Nummer eins: Keine kontinuierliche Beschleunigung kann einen Lichtstrahl aufgrund von Zenos Paradoxon überholen: Um ihn zu überholen, müssen Sie die Hälfte seiner Geschwindigkeit erreichen, aber in diesem Referenzrahmen bewegt er sich immer noch mit Geschwindigkeit von Ihnen weg$c$.)

Wenn Sie meinen: "Können wir niemals sehen, wie Licht aus der Ferne langsamer wird?" dann ist die Antwort ebenfalls nein . (Die Allgemeine Relativitätstheorie enthält Dinge wie Schwarze Löcher, die Licht einfangen können.)

Aber wenn Sie meinen, wie Sie zu verdeutlichen scheinen, "bedeutet "die Lichtgeschwindigkeit ist fest" nur, dass die Lichtgeschwindigkeit für alle Trägheitsreferenzrahmen gleich ist, die einen Punkt in der Raumzeit berühren?" dann ist die Antwort ja ... Lokal, wenn Sie anfangen, einige Referenzrahmen zu untersuchen und wie sie die sich ausdehnende Blase betrachten, die das Licht ist, das von einer Supernova ins Vakuum emittiert wird, vorausgesetzt, dass Gravitationsverzerrungen vernachlässigbar sind, so dass ein Betrachter denkt, dass es eine Kugel ist sich von einem stationären Punkt mit Geschwindigkeit nach außen bewegen$c$, dann sehen alle diese Referenzrahmen es als eine Kugel, die sich von einem stationären Punkt mit Geschwindigkeit nach außen bewegt$c$, auch wenn sie nicht glauben, dass das Ereignis, das es verursacht hat (der sich bewegende Stern, der kollabierte, um die Supernova zu erzeugen), stationär ist.

Ich bin mir nicht sicher, ob ich deine Frage verstehe, aber ich versuche es trotzdem. Es ist wahr, dass Konstanz (sich zeitlich nicht ändernd) und Invarianz (in allen Referenzrahmen gleich) unterschiedlich sind.

SR und GR gehen von einer konstanten Lichtgeschwindigkeit aus, stellen uns aber eine Theorie vor, bei der sich die Lichtgeschwindigkeit mit der Zeit ändert. Der Ablauf der Zeit ist für verschiedene Beobachter unterschiedlich. Wenn meine Uhr und Ihre Uhr unterschiedlich schnell gehen, dann haben wir die Invarianz der Lichtgeschwindigkeit gebrochen.

Um dies zu beheben, möchten wir vielleicht eine "universelle Uhr" verwenden, um die Lichtgeschwindigkeit zu verfolgen. Dies führt einen bevorzugten Bezugsrahmen ein. Kurz gesagt, es gibt keine Möglichkeit, die Spezielle und Allgemeine Relativitätstheorie bei einer nicht konstanten Lichtgeschwindigkeit intakt zu halten.

Aus philosophischen Gründen könnten wir denken, dass die Relativitätstheorie ein Sonderfall einer Quantentheorie der Gravitation ist. Diese Theorie könnte die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit auf eine Weise brechen, die wir noch nicht verstehen, aber das ist reine Spekulation.

Es gibt alternative Theorien, die die Invarianz der Lichtgeschwindigkeit nicht berücksichtigen. Einige von ihnen sind interessant, aber die meisten sind durch Experimente sehr gut eingeschränkt. Im Allgemeinen werden diese Theorien als „Lorentz-verletzend“ bezeichnet, weil sie die Lorentz-Invarianz der Speziellen Relativitätstheorie brechen.

Da die Lorentz-Invarianz ein Axiom ist, ist es wichtig, dafür eine starke experimentelle Rechtfertigung zu haben. Sie können mehr über experimentelle Tests der Lorentz-Invarianz auf Wikipedia oder einer Quelle Ihrer Wahl lesen.