Ist es ein Postulat oder eine gut bewiesene Tatsache, dass die Lichtgeschwindigkeit für jeden Beobachter konstant bleibt?

Ich frage mich, ob es als Postulat oder als nachgewiesenes Phänomen angesehen wird, dass c unabhängig von der Geschwindigkeit des Beobachters konstant ist.

Entweder eins. Beide.

Einstein nahm es als Postulat in seiner Arbeit über die spezielle Relativitätstheorie von 1905 auf. Daraus bewies er verschiedene Dinge über Raum und Zeit.

Die Frame-Unabhängigkeit von$c$wird auch experimentell unterstützt. Das hat das Michelson-Morley-Experiment gezeigt (obwohl es erst viel später richtig interpretiert wurde).

Sie können auch andere Postulate für die spezielle Relativitätstheorie nehmen, die die Symmetrieeigenschaften von Raum und Zeit beschreiben. In diesem Fall ist die Konstanz von$c$wird eher zu einem Theorem als zu einem Axiom. Aus heutiger Sicht ist dieser Ansatz sinnvoller als Einsteins Axiomatisierung von 1905, die dem Licht eine besondere Rolle zuschreibt und definiert$c$als Lichtgeschwindigkeit. Heute wissen wir, dass Licht nur eines von mehreren Feldern ist, und$c$ist nicht die Lichtgeschwindigkeit, sondern ein Umrechnungsfaktor zwischen Raum- und Zeiteinheiten. Der Symmetrieansatz geht zurück auf WvIgnatowsky, Phys. Zeit. 11 (1911) 972, und kann in verschiedenen anderen modernen Präsentationen gefunden werden, wie dieser oder meiner eigenen .

Durch die Verwendung orthogonaler optischer Resonatoren sind Labortests zur Überprüfung der Isotropie von c weit fortgeschritten. Wie aus http://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.80.105011 zitiert

„ Eine Analyse von Daten, die im Laufe eines Jahres aufgezeichnet wurden, setzt einer Anisotropie der Lichtgeschwindigkeit eine Grenze$\Delta c/c \sim 10^{-17}.$Dies stellt den bisher genauesten Labortest der Isotropie von c dar und ermöglicht es, Parameter einer Lorentz-verletzenden Erweiterung des Standardmodells der Teilchenphysik auf ein Niveau von einzuschränken$10^{-17}.$. "

Diese Methode liefert daher eine verfeinerte Wiederholung des Michelson-Morley-Experiments. Es vergleicht die Resonanzfrequenzen zweier orthogonaler optischer Resonatoren, die in einem einzigen Block aus Quarzglas implementiert sind und kontinuierlich auf einem Präzisions-Luftlager-Drehtisch gedreht werden. Das Experiment liefert wiederum einen äußerst genauen Labortest der Isotropie von c.

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Dieses Phänomen, dass das Maß von c konstant ist, verwirrt jedoch viele Menschen.

Stellen Sie sich vor, wir hätten eine hohle Röhre, die 300.000 km lang ist. Wenn wir einen Lichtstoß durch die Röhre schicken, dauert es 1 Sekunde, um die Röhre zu passieren, da die Lichtgeschwindigkeit 300.000 km/s beträgt.

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$$(1)\quad L'=L\sqrt{1-v^2/c^2}\quad \quad(2)\quad t'=t\sqrt{1-v^2/c^2}\quad \quad \quad(3)\quad L(v/c^2)$$ Wenn wir jedoch, wie im obigen Diagramm gezeigt, die Röhre auf eine Geschwindigkeit von 260.000 km/s beschleunigen, hat sich die Länge von 300.000 km auf 150.000 km zusammengezogen, und die Uhren an Bord der Röhre, 2A und 2B, werden es jetzt tun im Vergleich zu jeder Uhr, die sich auf dem stationären Bezugsrahmen befindet, mit halber Geschwindigkeit ticken. Diese Ergebnisse basieren auf den SR-Gleichungen (1) und (2). Basierend auf Gleichung Nummer (3) ist die Uhr 2A der Uhr 2B um 0,866 Sekunden voraus.

Wiederum senden wir einen Lichtstoß von der (S)Quelle zum (D)Ziel, und so geht das Licht wiederum durch die Röhre vom hinteren Ende zum vorderen Ende. Für diejenigen, die sich auf dem stationären Bezugsrahmen befinden, beträgt die Geschwindigkeit dieses Lichtstoßes durch den Weltraum genau wie erwartet 300.000 km/s. Das Licht bewegt sich also 40.000 km/s schneller als die Röhre. Es dauert daher ungefähr 3,73 Sekunden. damit das Licht durch die Röhre geht ( 150.000 km / 40.000 km/s ). An Bord der U-Bahn ticken die Uhren jedoch mit halber Geschwindigkeit, somit würden diese Uhren nur einen Zeitraum von 1,866 sec ( 3,73 * 0,5 ) messen.

Stellen Sie sich nun vor, dass das Licht die Rückseite der Röhre erreicht hat, als Uhr 2A 0.00 anzeigte. Wenn das Licht die Vorderseite der Röhre erreicht, registriert die Uhr 2A daher 1,866 Sekunden. Aber die Uhr 2B hinkt der Uhr 2A um 0,866 Sekunden hinterher, und wenn das Licht die Vorderseite der Röhre erreicht, registriert die Uhr 2B 1,866 - 0,866 = 1 Sekunde. Ausgehend von den Messinstrumenten sieht es also so aus, als hätte das Licht eine Sekunde gebraucht, um von hinten nach vorne durch die Röhre zu dringen. Anscheinend hat sich aus Sicht der Röhren nichts geändert.

Auch wenn sich das Licht in die entgegengesetzte Richtung bewegt, in der sich die Röhre bewegt, wird aufgrund des Wechsels der Messinstrumente wieder eine Zeitdauer von 1 Sekunde als die Zeit gemessen, die das Licht benötigt, um die Röhre zu durchlaufen. Dies geschieht, obwohl es für einen externen Beobachter, der sich im stationären Bezugssystem befindet, nur 0,268 Sekunden dauerte, bis das Licht die Röhre von vorne nach hinten durchquerte. ( 0,268 Sek. * 0,5 Zeitdehnung ) + ( +0,866 Sek. Taktversatz ) = 1 Sek.

Es ist also offensichtlich, dass das Licht beim Durchgang durch die Röhre seine Geschwindigkeit von 300.000 km/s nicht ändert. Für diejenigen an Bord der sich bewegenden Röhre jedoch messen auch sie die Geschwindigkeit des Lichts immer noch mit 300.000 km/s, obwohl sie sich in Bewegung befinden.

Es ist ein gut belegtes beobachtetes Phänomen. Die Wissenschaft befasst sich nur mit vorläufigen Wahrheiten, aber diese Hypothese hat immense Mengen gewissenhafter Experimente und mathematischer Formulierungen erfahren (und bestanden).

In einer Neo-Lorentzschen Interpretation funktioniert die Physik in allen Referenzrahmen anders, außer in einem einzigen, nicht nachweisbaren, privilegierten Referenzrahmen, und alles andere, was nicht mit diesem Referenzrahmen übereinstimmt, ist in jeder Hinsicht illusorisch. Diese Ansicht wurde weitgehend diskreditiert, da die gegenteilige Interpretation der Speziellen Relativitätstheorie bisher ohne Verfälschung durch Beobachtungen gestützt wurde und die Isotropie des Universums (die Physik funktioniert in allen Referenzrahmen unabhängig von Ausrichtung oder Geschwindigkeit) korrekt zu sein scheint. Obwohl die neo-lorentzianische Ansicht im Wesentlichen nicht falsifizierbar ist, sind sogar Theorien mit Vorhersagefähigkeit (die im Wesentlichen der von SR entspricht), aber mit zusätzlichen Komponenten, die nicht erforderlich sind, um die Fakten zu erklären, eher falsch.