Endlichkeit der Lichtgeschwindigkeit

Die Postulate der speziellen Relativitätstheorie besagen, dass es eine Grenzgeschwindigkeit gibt – die Lichtgeschwindigkeit.

Diese Aussage von Ihnen ist falsch. Das zweite Postulat der speziellen Relativitätstheorie ist-

Die Lichtgeschwindigkeit im freien Raum hat in allen Inertialbezugssystemen den gleichen Wert c.

Dieses Postulat besagt nicht, dass die Lichtgeschwindigkeit die höchste erlaubte Geschwindigkeit ist. Aber mit diesem Postulat können wir die Lorentz-Transformationen erhalten. Dann definieren wir den Impuls eines Teilchens mit der Masse m als

Sie können leicht sehen, dass keine endliche Energie eine von Null verschiedene Masse m auf die Geschwindigkeit c bringen kann. Also können sich keine Signale schneller ausbreiten als c. Wenn ein Teilchen eine Masse von null hat, sollte es sich immer bei c fortbewegen, und wenn seine Masse nicht null ist, dann ist seine Geschwindigkeit immer kleiner als c.

Zusätzliche Anmerkung

Wenn Sie sich fragen, warum kinematische Gesetze mit Licht verbunden sind, haben sie wirklich nicht viel mit Licht zu tun. Ersetzen wir das zweite Postulat durch

Es existiert eine Geschwindigkeit b, die in allen Inertialbezugssystemen gleich ist.

Dann können wir die gleichen Gesetze der speziellen Relativitätstheorie erhalten und wir können zeigen, dass alles, was eine Masse von 0 hat, sich mit der Geschwindigkeit b fortbewegen muss (was mit c zusammenfällt, da Photonen eine Masse von null/Ruhemasse haben). Tatsächlich KANN es auch andere masselose Teilchen geben, zum Beispiel ist das hypothetische Graviton masselos (seine Existenz wird für Stringtheorien benötigt, aber nicht für die Loop-Quantengravitation).

Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum wird gemessen oder, wie Sie sagten, durch das Maxwells-Gesetz bestimmt. Der R.Th sagt, dass es unabhängig von der relativen Geschwindigkeit der Lichtquelle ist, also kann man es nicht erhöhen, indem man von einer sich bewegenden Quelle ausgeht. Auch dies kann und wird durch Versuche bewiesen. Wie kommst du also auf 2c?

Schon lange vor Einstein war bekannt, dass die Lichtgeschwindigkeit endlich ist. Wie Sie betonen, hat Maxwell es herausgefunden$\frac{1}{\sqrt{\epsilon_0\mu_0}}$. Dies wurde durch das Michelson-Morley-Experiment experimentell als unveränderlich bestätigt, was zur Lorentz-Fitzgerald-Kontraktion und von dort zu Einsteins Inspiration führte.

Sie fragen sich also wirklich, warum sich die Permittivität und Permeabilität des freien Raums als die zulässigen Minimalwerte herausstellen.

Nun, erstens sind sie in jeder Umgebung außer im Hochvakuum höher. Dies liegt an der Natur der Materie als geladene Teilchen und der Art und Weise, wie sie mit vorbeiziehenden Photonen interagieren. Licht geht am schnellsten, wenn nichts es bremst.

Aber woher kommen dann diese begrenzenden Zahlen? Wir hoffen vielleicht, eine Antwort in den Nullpunktsfeldern der Quantenfeldtheorie, der Dichte virtueller Teilchen und dergleichen zu finden. Aber hier treffen wir auf eine berühmte Diskrepanz von ungefähr 120 Größenordnungen – wir haben nicht die leiseste Ahnung, was vor sich geht. Wir ziehen einfach die gemessenen Zahlen aus dem Himmel und stecken sie ein, wie es Maxwell getan hat.

Da wir das mit weit über hundert ähnlichen fundamentalen Konstanten und Parametern machen, machen wir uns darüber nicht allzu viele Gedanken.

Ja, die Relativitätstheorie sagt, dass es eine Grenzgeschwindigkeit gibt, nennen Sie es$c$aber geben Sie ihm an dieser Stelle keinen Namen, und das ergibt die Lorentz-Transformationen.

Wenn Sie die Lorentz-Transformationen auf die Elektrostatik anwenden, die enthält$\epsilon_0$um die Kraft zwischen Ladungen zu beschreiben, dann bekommt man Magnetismus, der enthält$\mu_0$um die Kraft zwischen Strömen zu beschreiben, und dies zeigt das$\mu_0=1/(c^2 \epsilon_0)$.

Das gibt Ihnen die Maxwell-Gleichungen, die sich als Wellenlösungen herausstellen, und die Wellengeschwindigkeit dieser EM-Wellen ist$1/\sqrt{\mu_0 \epsilon_0}$welches ist$c$. An dieser Stelle können wir sagen: „$c$ist die Lichtgeschwindigkeit".

Die Geschwindigkeit von C (die auch die Geschwindigkeit von allem ist, was masselos ist (einschließlich Licht)). Ist nur ein 45°-Winkel in einem Raumzeitdiagramm. Es zeigt und veranschaulicht die Beziehung zwischen Raum und Zeit.

Nun, da Raum und Zeit „verbunden“ sind, ist diese „Verbindung“ die Geschwindigkeit von C.

Und wie die Geschichte sagt, kann sich in der Raumzeit nichts schneller oder langsamer als C bewegen.

Anfangs dachten wir, wir lebten in einer flachen euklidischen Raumzeit. Aber Experimente zeigten, dass wir es vielleicht nicht sind. Und die erste Bestätigung dafür war, als wir versuchten, die Geschwindigkeit von etwas Masselosem (wie Licht) zu messen, und wir herausfanden, dass seine Geschwindigkeit unveränderlich war.

Jetzt haben wir also eine Theorie, die unsere Relativitätstheorie verändert hat, von der Galileischen Relativitätstheorie, die wir vorher hatten, zu der Einstein-Relativität, die wir jetzt verwenden, wo die Raumzeit nicht euklidisch, sondern hyperbolisch ist.

In einer solchen Raumzeit sind Geschwindigkeiten in Raum und Zeit relativ und die Art und Weise, wie sie in Beziehung stehen, wird Lorentz-Faktor genannt, der die Geschwindigkeit von C darin beinhaltet.

In solch einer hyperbolischen Raumzeit ist die Lichtgeschwindigkeit praktisch unendlich.

Mit effektiv meine ich folgendes:

Wenn Sie mit Lichtgeschwindigkeit reisen, können Sie JEDE Entfernung zu JEDER Zeit zurücklegen. Sie könnten zu einem fernen Stern reisen, der 500 Millionen Lichtjahre entfernt ist, in der NULL-Zeit – nicht weil Sie tatsächlich so schnell unterwegs waren, sondern weil Sie einfach keine Zeit erfahren haben.

Natürlich haben Sie 500 Millionen Jahre gebraucht, um diesen Stern zu erreichen – aber Sie haben diese 500 Millionen Jahre einfach nicht erlebt. Für Sie sah diese Reise sofort aus.

Diese 500 Millionen Jahre sind vergangen, du hast sie nur nicht erlebt. Das ist die Idee hinter [richtiger Geschwindigkeit][1]

Es ist eine Alternative zur gewöhnlichen Geschwindigkeit, der Entfernung pro Zeiteinheit, bei der sowohl die Entfernung als auch die Zeit vom Beobachter gemessen werden.

Nun, in der Galileischen Relativitätstheorie wurde die Lichtgeschwindigkeit tatsächlich als unendlich angenommen, aber auch die Galileische Relativitätstheorie bewahrt die Kausalität , indem sie eine feste und unveränderliche Geschwindigkeit für die Zeit hat.

Alles, einschließlich Licht, (in der Galileischen Relativitätstheorie) bewegt sich jede Sekunde mit 1 s in der Zeit ... Wenn wir also diese Geschwindigkeit in der Zeit λ nennen

und somit ist λ eine konstante und unveränderliche Geschwindigkeit.

Aber natürlich stellte damals niemand in Frage , warum λ konstant oder unveränderlich war, denn es war offensichtlich (wenn auch nicht mehr), dass, wenn wir unsere Uhren synchronisieren würden und Sie in einen Ferrari steigen und wegfahren, unsere Geschwindigkeiten gleich bleiben würden, wenn Sie zurückkommen match... Also bewegt sich alles in Richtung Zukunft mit der Geschwindigkeit von λ, was unsere philosophische Vorstellung von der Realität war, in der wir lebten, die Vorstellung, dass durch eine konstante und unveränderliche Geschwindigkeit für die Zeit die Kausalität bewahrt würde.

Einsteins Relativitätstheorie hat eine andere konstante und unveränderliche Geschwindigkeit, die auch die gleiche Aufgabe erfüllt, die Kausalität bewahrt . Diese Geschwindigkeit ist keine Geschwindigkeit in der Zeit (denn jetzt sind Geschwindigkeiten in der Zeit relativ), sondern eine Geschwindigkeit in der Raumzeit . Und diese Geschwindigkeit ist C.

Und C ist eine Geschwindigkeit, die anzeigt, dass es eine Beziehung zwischen Raum und Zeit gibt. Diese Beziehung ist durch den Lorentzfaktor γ gegeben

In der Relativitätstheorie können Sie sich im Raum oder in der Zeit so schnell bewegen, wie Sie wollen, solange Ihre Geschwindigkeit in Zeit und Raum C ergibt. Unsere Geschwindigkeit in der Raumzeit ist also immer C.

Die Endlichkeit der Lichtausbreitung kommt von unserem „Kampf“, Kausalität innerhalb einer hyperbolischen Raumzeit wie der Minkowski-Raumzeit zu bewahren, die Einsteins Relativitätstheorie verwendet.

Wenn sich irgendetwas schneller als C in der Raumzeit bewegen würde (sogar Licht), würde die Kausalität nicht erhalten bleiben. Dasselbe passiert natürlich, wenn sich irgendetwas in der Raumzeit langsamer als C fortbewegen würde.

C ist nicht nur die Geschwindigkeitsbegrenzung in der Raumzeit, es ist die EINZIGE GESCHWINDIGKEIT , die in der Raumzeit erlaubt ist, und niemand kann langsamer oder schneller fahren.

Aber natürlich können wir, wie ich oben gezeigt habe, da Zeit und Raum relativ sind, effektiv "schneller als C" reisen, da es eine riesige Menge an Zeit geben wird, die wir nicht erleben würden. Das gilt aber nur für diejenigen, die Geschwindigkeiten falsch messen. Sobald wir die Geschwindigkeit eines Menschen richtig messen (unter Berücksichtigung seiner Geschwindigkeit im Raum und in der Zeit), bewegt sich alles im Universum bei C in der Raumzeit.

Bearbeiten: Ich verstehe nicht, warum die Leute diesen Beitrag abgelehnt haben. Nichts von dem, was ich gesagt habe, ist falsch, und sie veranschaulichen perfekt die Kernideen von Einsteins Relativitätstheorie. Ich wünschte, die Leute würden mir zumindest sagen, warum sie das ablehnen :/ Ich bin in Ordnung, wenn Sie mich ablehnen, aber bitte sagen Sie mir zumindest warum.