Warum breitet sich Licht immer geradlinig aus?

Unabhängig davon, ob das Rahmenlicht eingeschaltet ist, bewegt es sich in diesem Rahmen immer in einer geraden Linie. Warum das? Es scheint mir nicht wie etwas zu sein, das unbedingt wahr sein sollte. Wenn jemand vorwärts rennt und etwas senkrecht zu ihrer Bewegung sendet, warum sollte es sich dann weiter mit ihnen vorwärts bewegen – es trägt nicht die Geschwindigkeit der Quelle.

Aber es trägt die Geschwindigkeit der Quelle. Sind Sie jemals vorwärts gegangen, während Sie einen Ball in die Luft geworfen haben?
Aber Bälle haben Trägheit... Licht ist masselos.
Eine andere Sache ist, dass Licht eine spezielle Relativitätstheorie erfordert und auch Eigenschaften wie Impuls hat, selbst wenn es masselos ist.
Lieber Tony – ich glaube, das meiste, was du brauchst, kannst du in Feynmann „QED: The Strange Theory of Light and Matter“ lesen. Wie Dan sagt, beschreibt die spezielle Relativitätstheorie die Addition von Geschwindigkeiten und „wie Licht aussieht“ aus verschiedenen relativ beweglichen Rahmen. Für eine wirklich alltägliche Erklärung: Selbst mit der Galileischen Relativitätstheorie ("alltägliche" Vektoraddition von Geschwindigkeiten) bewegt sich etwas, das in einem Frame mit konstanter Geschwindigkeit geradeaus geht, in jedem anderen Frame, das sich relativ zu Ihnen mit konstanter Geschwindigkeit bewegt, immer noch unter Spannung. Und für den Rahmen, der relativ zu Ihnen stationär ist, können Sie sich ein Symmetrie-Argument vorstellen ...
dh ... wenn Sie ein Licht in eine Richtung strahlen lassen, warum sollte es sich biegen? Es kann dies nur tun (und tut es tatsächlich), wenn es eine gewisse Asymmetrie im Raum gibt. Richten Sie also an einem klaren Tag einen Laserstrahl in trockene Luft - er geht geradeaus, weil die Eigenschaften des Vakuums (trockene Luft mit gleichmäßiger Temperatur ist fast gleich) keine Schiefe oder Unebenheiten aufweisen -, sondern richten Sie ihn auf eine heiße Straße und es wird sich nach oben krümmen: Durch die Erwärmung der Luft über der Straße hängt die Lichtgeschwindigkeit von der Position ab, und die Symmetrie wird gebrochen.
Aber mit dieser Logik, warum fällt das Licht im stationären Rahmen schräg, nur um Platz für den sich bewegenden Rahmen zu schaffen? Es scheint mir nicht richtig zu sein.
@ Tony Hint: Warum ist ein horizontaler Balken in einem horizontalen Rahmen in einem gedrehten Referenzrahmen in einem Winkel geneigt, nur um die Neigung Ihres Kopfes auszugleichen?
Ich bin mir nicht sicher, ob ich folgen kann. Es scheint eine vollkommen akzeptable Annahme zu sein, dass etwas in einem Frame "gerade" gehen würde, das nächste, was mir einfällt, ist die Ballanalogie - aber Licht hat keine Trägheit!
Warum funktioniert Ihre "Ball-Analogie" hier nicht?
Weil Licht keine Trägheit hat ... Bälle bewegen sich weiterhin mit der Quellgeschwindigkeit, aber warum sollte Licht?
@ Tony Weil Licht keine Trägheit hat! Es gibt keine Möglichkeit, es zu verlangsamen.
Aber warum sollte es eine Geschwindigkeit in Richtung der Quelle haben? Es wird senkrecht nach außen geschoben.
@ Tony, als erstes sollten wir hier über Trägheitsrahmen sprechen. Dies ist im Grunde eine lineare Transformation: Eine Linie wird zu einer Linie. Nun, ein Ausgangspunkt für die Beantwortung Ihrer Frage zur Trägheit ist die Überlegung, was die Lichtquelle ist. Nehmen wir zur Vereinfachung an, dass es von einem oszillierenden Dipol kommt. Wenn Sie den Dipol beim Laufen mit sich führen, bewegt sich die Quelle vom Referenzrahmen aus. Licht wird dort emittiert, wo konstruktive Interferenzen auftreten, die der Quellbewegung folgen.
Als Kuriosität – Licht bewegt sich nicht immer in gerader Linie news.sciencemag.org/2012/04/light-bends-itself . <br>Hier ist ein Link zu einem Artikel in Phys. Rev. Lett. Beschreiben Sie dies genauer, entnommen aus dem obigen Artikel: prl.aps.org/abstract/PRL/v108/i16/e163901 .

Antworten (3)

Alles bewegt sich in der Geodäte, wenn nicht eine andere Kraft als die Schwerkraft darauf einwirkt – dies ist ein Axiom der allgemeinen Relativitätstheorie (die geodätische Gleichung). Geodäten sind gerade Linien ohne Schwerkraft – dies ist Teil des anderen Axioms der allgemeinen Relativitätstheorie (der Einstein-Hilbert-Aktion oder der EFE oder was auch immer).

Licht interagiert nicht viel mit allem, außer ziemlich schwach mit der Schwerkraft und mit einigen verschiedenen Streumustern, wie denen, die es Ihnen ermöglichen, Dinge tatsächlich zu sehen, aber diese sind ziemlich spitz (Reflexion, Brechung usw. - die Pfade sind spitz). solange die Streugrenze scharf ist), sodass Sie immer noch ein paar gerade Linien sehen.

@Dimension1n0: Das ist kein Schreiben, die Schwerkraft sollte nicht enthalten sein. Dinge (auch Licht), die nur von der Schwerkraft beeinflusst werden, haben geodätische Weltlinien.

Es ist ein Axiom der allgemeinen Relativitätstheorie. Eine Grundannahme. Eine genauere Aussage wäre, dass sich Licht immer entlang einer Raumzeit-Geodäte bewegt. Die klassische Addition von Geschwindigkeiten in der Newtonschen Mechanik funktioniert nicht in der Relativität (Licht ist der extremste Fall). Das ist die Quelle aller seltsamen Dinge in der Relativitätstheorie

Die Geradlinigkeit von Lichtstrahlen ergibt sich aus der konstruktiven Interferenz von Wellen, die ungefähr dem kürzesten Weg (oder allgemeiner einem Extremalweg) folgen.

Um den Extremalweg herum ist die Ableitung der Weglänge bzgl. Variationen des Wegs 0. Daher haben annähernd alle Extremalwege die gleiche Länge und damit die gleiche Phase, wodurch Wellen, die ihnen folgen, konstruktiv interferieren. Pfade um nicht-extreme Pfade interferieren destruktiv und Wellen, die ihnen folgen, heben sich auf. Diese Erklärung gilt klassisch für das EM-Feld und die Maxwell-Gleichung oder quantenmechanisch für das Amplitudenfeld. Dies ist auch die Erklärung des Huygenschen Prinzips.

Feynman erläutert dies ausführlich in QED, der seltsamen Theorie von Licht und Materie sowie in seinen Vorlesungsunterlagen und an anderen Stellen.

Die genaue Aussage sollte lauten, dass sich Licht im freien Raum in geraden Linien und mit konstanter Geschwindigkeit in Bezug auf Trägheitsreferenzsysteme bewegt. Es bewegt sich nicht in geraden Linien oder mit konstanter Geschwindigkeit in beschleunigenden Referenzrahmen oder in nicht homogenen Medien.

Die Tatsache, dass die Lichtgeschwindigkeit unabhängig von der Geschwindigkeit des Beobachters ist, ist ein relativistischer Effekt. Formal ist es ein Postulat der speziellen Relativitätstheorie.

In der Allgemeinen Relativitätstheorie folgt Licht der Geodäte bzgl. der Raumzeitmetrik.

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