Warum bleibt die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum über Raum und Zeit konstant?

Stellen Sie sich einen Lichtimpuls vor, der durch den Weltraum wandert C , einem Beobachter auf der Erde entgegenkommen, während sich gleichzeitig das Raum-Zeit-Gefüge (Metrik) kontinuierlich ändert (ausdehnt), warum ist dann die Lichtgeschwindigkeit über die gesamte Raum-Zeit hinweg konstant, seit der Trennung dieser beiden Punkte im Weltraum bewegt sich Licht dazwischen, ist es nicht konstant?

Meine Vermutung dazu war C = λ v aber wie ändert sich die Frequenz des Lichts und seine Wellenlänge auf genau die richtige Weise, damit das Produkt die Lichtgeschwindigkeit und nicht eine geringere Geschwindigkeit als die Lichtgeschwindigkeit angibt (weil sich der Raum ausdehnt)?

In einigen Artikeln wurde auch über die Auswirkungen auf die Sommerfield-Konstante diskutiert, aber ich habe gelesen, dass die Stringtheorie es zulässt, dass sich die Sommerfield-Konstante im Laufe der Zeit ändert.

Ich bin (noch) kein GR-Chef, also ist in diesem Beitrag bestimmt eine Menge falsch (oder vielleicht alle), also halten Sie Ihre Erklärungen bitte so anschaulich wie möglich. Es wäre sehr hilfreich, wenn Sie einige Intuitionen oder Beispiele dafür bereitstellen könnten.

Vielleicht hilft diese Antwort und dieser Link weiter?
Ich möchte klarstellen, dass die experimentellen Beweise nur zeigen, dass die Lichtgeschwindigkeit in beide Richtungen als konstant gemessen wird , was eine wesentlich weniger strenge Behauptung ist, als zu sagen, dass die Lichtgeschwindigkeit konstant ist .
@Stratiev Danke, diese Links klären sicherlich viele Dinge. Aber ich konnte nichts über die Auswirkungen der Raumzeitausdehnung und Variationen der Lichtgeschwindigkeit finden. Ist es überhaupt eine "gültige" Frage zu stellen? Es wäre hilfreich, wenn Sie etwas Licht ins Dunkel bringen könnten.
@Steve Warum ist die Zwei-Wege- Geschwindigkeit konstant und nicht anders?
@Samarth, weil in Lorentzschen Interpretationen der Relativitätstheorie die Lichtgeschwindigkeit in eine Richtung nicht konstant ist, außer in einem allgemein bevorzugten Rahmen (den diese Interpretation postuliert). Die Zwei-Wege-Geschwindigkeit stellt sich als Konstante in allen Frames heraus, weil die sogenannte Anisotropie der Ein-Weg-Lichtgeschwindigkeit in einem nicht bevorzugten Frame in entgegengesetzte Richtungen ausgeglichen ist (dh wenn es in einer Richtung langsamer ist, dann ist es im anderen um den gleichen Betrag schneller). Aus praktischen Gründen kann die Physik nur die Lichtgeschwindigkeit in zwei Richtungen messen, daher gibt es keinen spezifischen wissenschaftlichen Anspruch auf die Geschwindigkeit in einer Richtung.
Wenn Menschen von Lichtgeschwindigkeit sprechen, beziehen sie sich auf die Lichtgeschwindigkeit durch den Weltraum. Die Geschwindigkeit durch den Raum ändert sich nicht, je nachdem, was der Raum zwischen dem Licht und seinem Ziel tut.

Antworten (2)

Das wurde zu lang für die Kommentare. Bevor ich fortfahre, sollten Sie sich vielleicht auch diese Antwort ansehen . Ich behaupte nicht, dass das Folgende eine gute Antwort ist, aber vielleicht gibt es Ihnen Ideen ...

Ich denke also, der Punkt ist, dass die Lichtgeschwindigkeit variiert, wenn Sie sich in einem Referenzrahmen befinden, der Beschleunigung / Schwerkraft erfährt. Wenn Sie sich in einem Trägheitsbezugssystem befinden, ist dies die Lichtgeschwindigkeit C . Dies ist in einem der Links, die ich in den Kommentaren erwähnt habe, aber lassen Sie es uns einfach anhand eines Beispiels veranschaulichen. Angenommen, wir betrachten einen Beobachter im Hintergrund eines Schwarzschild-Schwarzen Lochs mit einem Schwarzschild-Radius R S und ein Abstand von der Singularität von R . Die Metrik ist

D τ 2 = − ( 1 − R S R ) C 2 D T 2 + ( 1 − R S R ) − 1 D R 2 + R 2 D θ 2 + R 2 Sünde ⁡ ( θ ) 2 D ϕ 2 .

Wenn wir nun ein Lichtteilchen sind, das einer Null-Geodäte folgt, haben wir das D τ = 0 . Die momentane Radialgeschwindigkeit ist

C ' = D R D T = ( 1 − R S R ) C .

Sie sehen also weit weg von der Singularität, wann R ≫ R S , wir haben das C ' → C . Während in der Nähe des Horizonts des Schwarzen Lochs C ' beliebig klein werden kann.

Nun, ich denke, um Ihre Frage zur Variabilität der Raumzeit zu beantworten, müssen Sie möglicherweise dieselbe Berechnung beispielsweise für die FLRW-Metrik wiederholen. Sie werden eine gewisse Variation erhalten, von der ich nicht sicher bin, wie Sie sie messen können, aber wenn Sie die Lichtgeschwindigkeit lokal messen würden, würden Sie sie trotzdem erhalten C . Ich hoffe jemand anderes kann darauf eine bessere Antwort geben.

Das sind verschiedene Vorstellungen. Die lokale Lichtgeschwindigkeit ist konstant. Das ist die lokal von einem Beobachter gemessene Lichtgeschwindigkeit. Dies steht in keinem Zusammenhang mit der zunehmenden Entfernung des Punktes, von dem das Licht ursprünglich emittiert wurde.

Um mit großen Regionen des Weltraums fertig zu werden, die eine Ausdehnung mit sich bringen, müssen wir Karten mit Skalierungsverzerrungen verwenden, ähnlich wie wir es tun, wenn wir die Erdoberfläche kartieren. Normalerweise verwenden wir Koordinaten, bei denen Objekte (Galaxien) dieselbe Größe haben und die Entfernungen mit der Zeit zunehmen. In einer solchen Karte bleibt die Koordinatenlichtgeschwindigkeit nicht konstant. Eine äquivalente Art der Kartierung zeigt, dass Galaxien im Laufe der Zeit kleiner werden. In einer solchen Karte kann die radiale Koordinatenlichtgeschwindigkeit konstant seinGeben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Damit dies funktioniert, muss die Einschaltdauer immer größer werden, damit die beobachteten physikalischen Gesetze lokal immer gleich sind. Da die Zeitrate zunimmt, nimmt die beobachtete Lichtfrequenz ab. Die Antwort auf die Frage lautet also im Grunde, dass die lokalen Gesetze der Physik immer gleich bleiben, und das bedeutet, dass sich Wellenlänge und Frequenz des Lichts genau so ändern müssen, dass die lokale Lichtgeschwindigkeit konstant bleibt.

Warum bleibt die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum über Raum und Zeit konstant?
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