Widersprüche, die durch Bewegung schneller als Licht verursacht werden

Damit eine Idee zu einem logischen Widerspruch führt, muss es etwas geben , dem sie widerspricht. Da die Idee, schneller als Licht zu reisen, logisch denkbar ist, hat sie keinen Selbstwiderspruch, und daher gibt es keinen a priori-Widerspruch . Somit haben wir folgende Antwort.

Frage: Führt schnelleres Reisen/Kommunikation zu einem logischen Widerspruch? Antwort: Nein, weil es keine widersprüchliche Idee ist.

Die einzige andere Möglichkeit für uns, einen Widerspruch zu erreichen, besteht darin, dass wir schneller als Licht reisen/kommunizieren, um etwas anderem zu widersprechen . Der offensichtliche Kandidat ist die spezielle Relativitätstheorie. Jetzt reduzieren wir unsere Frage auf: Verstößt schnelleres Reisen/Kommunikation als Licht gegen die spezielle Relativitätstheorie? Wie ich weiter unten erkläre, widerspricht eine Reise/Kommunikation schneller als Licht nicht der speziellen Relativitätstheorie. Somit haben wir folgende Antwort.

Frage: Widerspricht schneller als Licht reisen/Kommunikation der speziellen Relativitätstheorie? Antwort: Nein, aber hier gibt es interessante Konsequenzen, die die Leute für unwahrscheinlich halten. Reisen/Kommunikation schneller als Licht bedeutet, dass entweder (1) Reisen/Kommunikation in die Vergangenheit möglich sind ODER (2) die spezielle Relativitätstheorie falsch ist. Da die Leute denken, dass die spezielle Relativitätstheorie die Welt beschreibt, und da die Leute denken, dass Reisen/Kommunikation in die Vergangenheit unwahrscheinlich sind, folgt daraus, dass die Leute schneller denken als Reisen/Kommunikation mit Licht unwahrscheinlich ist . (Und wenn Sie der Meinung sind, dass die spezielle Relativitätstheorie richtig ist und Reisen / Kommunikation in die Vergangenheit unmöglich sind , dann würden Sie logischerweise zu dem Schluss kommen, dass Reisen / Kommunikation schneller als Licht istunmöglich .)

Hier erkläre ich die Schlussfolgerung der obigen Antwort.

Zwei Veranstaltungen$(t_{1}, x_{1}, y_{1}, z_{1})$Und$(t_{2}, x_{2}, y_{2}, z_{2})$werden als zeitartig getrennt bezeichnet, wenn

Zwei Ereignisse, die zeit- oder lichtartig getrennt sind, sind solche, bei denen Sie mit weniger als oder gleich Lichtgeschwindigkeit von einem zum anderen gelangen könnten. Raumartig getrennte Ereignisse sind solche, die im Vergleich zu der Zeit, die Sie durchqueren müssten, um von einem zum anderen zu gelangen, zu weit entfernt sind.

Die Hauptvoraussetzung der speziellen Relativitätstheorie ist, dass die Gesetze der Physik unter Lorentz-Transformationen invariant sind. Im passiven Sinne sind Lorentz-Transformationen einfach eine Änderung von Koordinaten. Das heißt, wenn$K$ein Trägheitskoordinatensystem ist, und$L(K)$ist ein weiteres Koordinatensystem, das durch eine Lorentz-Transformation erhalten wird$L$, sollten die grundlegenden Bewegungsgleichungen dieselbe Form haben, unabhängig davon, ob sie in Form von Koordinaten geschrieben sind$K$oder Koordinaten$L(K)$.

Um ein verwandtes Beispiel zu geben, um dies verständlicher zu machen, ziehen Sie in Betracht, ein Trägheitskoordinatensystem zu nehmen$K$und erwägen Sie, die Koordinaten um einen beliebigen Winkel zu drehen$\theta$über die$z$-Achse, um neue Koordinaten zu erhalten$R(K)$. Auch das ist ein Koordinatenwechsel, und da das Universum keine "eigentliche Vorzugsrichtung" hat, spielt es keine Rolle, ob wir die Gesetze der Physik in Bezug auf geschrieben haben$K$oder$R(K)$. Daher sind die Gesetze der Physik rotationsinvariant.

Um Lorentz-Transformationen zu verstehen, ist es möglicherweise besser, zuerst über Galilei-Transformationen nachzudenken. Eine Galileische Transformation ist einfach eine Änderung der Geschwindigkeit der Koordinaten (wenn Sie also ein Trägheitskoordinatensystem haben und ein anderes Trägheitskoordinatensystem mit konstanter Geschwindigkeit vorbeifährt, unterscheiden sich die beiden Koordinatensysteme durch eine Galileische Transformation) und die klassische Vorstellung, dass die Physik unter Galilei-Transformationen invariant ist, ist die Idee, dass absolute Geschwindigkeit keine Bedeutung hat.

Eine Lorentz-Transformation ähnelt einer Galilei-Transformation, außer dass sie Zeit- und Raumkoordinaten mischt. Einstein fand heraus, dass die Physik bei näherer Betrachtung nicht Galilei-Invariant, sondern Lorentz-Invariant ist. Die Invarianz unter teilweisem Mischen von Zeit- und Raumkoordinaten führt zu Zeitdilatation, Lorentz-Kontraktion und der Invarianz der Lichtgeschwindigkeit, aber vor allem führt sie zu der Idee, dass verschiedene Trägheitskoordinatensysteme hinsichtlich der Anordnung von Raum uneins sind . wie getrennte Ereignisse.

Wenn Veranstaltungen$A$Und$B$sind raumartig getrennt, könnte ein Koordinatensystem sagen$t_{A} > t_{B}$, aber ein anderes Koordinatensystem könnte sagen$t_{A} < t_{B}$. Dies stellt jedoch kein Problem dar, da zwischen raumartig getrennten Ereignissen keine Kommunikation stattfinden kann. Auch zeitähnliche und lichtähnliche getrennte Ereignisse ändern niemals ihre Reihenfolge. Somit bleibt die Kausalität immer erhalten.

Nun ist das Problem bei schneller als Lichtkommunikation (jeglicher Art), dass es das Senden von Signalen zwischen räumlich getrennten Ereignissen beinhaltet. Sagen wir$A$Und$B$sind raumartig getrennt, und ich sende ein Signal aus$A$Zu$B$. In einem Trägheitskoordinatensystem,$t_{A} < t_{B}$und ich habe ein Signal vom Standort gesendet$A$zum Standort$B$in einem bestimmten Zeitraum. Aber in einem anderen Trägheitskoordinatensystem,$t_{A} > t_{B}$, und ich habe ein Signal vom Standort gesendet$A$zum Standort$B$ in die Vergangenheit.

Aber wenn das Senden von Signalen in die Vergangenheit in einem Trägheitskoordinatensystem möglich ist, dann muss dies aufgrund der Lorentz-Invarianz in jedem Trägheitskoordinatensystem möglich sein. Also, indem ich das Gleiche durchführe, was ich bei der Veranstaltung getan habe$A$, eine Person bei der Veranstaltung$B$kann dieses Signal an mein vergangenes Ich zurücksenden, und im Wesentlichen wird eine Form der Zeitreise erreicht, die zum Großvater-Paradoxon führt .

Nun, das Großvater-Paradoxon ist kein Widerspruch an sich, denn es ist möglich, dass wir deterministisch dazu bestimmt sind, die Schaffung verschiedener Paradoxa in unserer Zeitlinie zu vermeiden, aber die ganze Idee, Signale in die Vergangenheit zu senden, ist zu viel, um sie zu unterhalten.

Wenn es möglich ist, schneller als mit Lichtgeschwindigkeit zu signalisieren, gibt es eine andere Möglichkeit, nämlich dass die Lorentz-Invarianz gebrochen ist und dass es wirklich ein absolutes Koordinatensystem gibt. Wenn Sie meine Argumentation noch einmal durchgehen, werden Sie feststellen, dass die Lorentz-Invarianz die Schlüsselkomponente von war$(1)$Ändern der Reihenfolge der Ereignisse$A$Und$B$, Und$(2)$Verallgemeinerung von „ein Signal in der Zeit zurück gemäß einem Koordinatensystem senden“ auf „ein Signal in der Zeit zurück in einem beliebigen Koordinatensystem senden“. Wenn physikalische Gesetze letztendlich von einem absoluten Koordinatensystem abhängen, dann ist es möglich, Signale schneller als Licht nach diesem einen Koordinatensystem zu senden, ohne dass es zu einer Rückwärtszeitreise kommt.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass, wenn eine schnellere als Lichtkommunikation existierte, entweder die spezielle Relativitätstheorie falsch ist und es einen absoluten Referenzrahmen gibt, oder eine Signalisierung in die Vergangenheit möglich ist. Da wir keinen Grund zu der Annahme haben, dass die spezielle Relativitätstheorie falsch ist, und keinen Grund zu der Annahme, dass Signale in die Vergangenheit möglich sind, bleiben wir bei der Schlussfolgerung, dass eine schnellere als Lichtkommunikation wahrscheinlich unmöglich ist.

Letztendlich hängt es davon ab, was uns die empirische Evidenz in Zukunft zeigen wird. Jede der von mir erwähnten Möglichkeiten ist möglich (ohne logische Widersprüche), aber bis dahin kann nicht viel mehr gesagt werden.

Die Antwort von Maximal Ideal betrachtet das Problem vom Standpunkt der speziellen Relativitätstheorie aus, aber dies würde niemanden überzeugen, der an der Wahrheit von SR zweifelt (und tatsächlich ist die Relativitätstheorie nur ein theoretisches Modell, und trotz der starken Beweise dafür gibt es keinen Grund dazu nehme an, es ist das vollständige Bild).

Wir haben jedoch ziemlich überzeugende Beweise aus Experimenten, dass FTL-Reisen unwahrscheinlich sind. In Teilchenbeschleunigern haben wir versucht, verschiedene Teilchen immer schneller zu schieben, und es passiert einfach so, dass Sie sie nicht schneller beschleunigen können, egal was Sie tun$c$. Wir können massive Partikel auf Geschwindigkeiten von 99,99 % von c bringen, aber irgendwie können wir sie nie erreichen$c$, geschweige denn größer. Es scheint, dass es in der Natur bei dieser Geschwindigkeit eine sehr reale „Mauer“ gibt. Und das sind rein experimentelle Beweise, also brauchen Sie SR nicht einmal anzunehmen.

Außerdem bewegen sich alle Teilchen, die bei Beschleunigerkollisionen erzeugt werden, ebenfalls mit$c$(wenn sie masselos sind) oder darunter$c$. Und außerdem bewegen sich alle Partikel, die wir aus dem Kosmos entdeckt haben, selbst die energiereichsten, die von Quasaren oder Verschmelzungen von Schwarzen Löchern usw. stammen und Energien haben, die weit über dem liegen, was wir erreichen können, alle gleich oder weniger als$c$. Vor ein paar Jahren gab es einige Aufregung über die Möglichkeit, Neutrinos entdeckt zu haben, die ein bisschen drüber reisen$c$, aber die 'Entdeckung' war zufällig nur ein experimenteller Fehler.

Wenn Sie also argumentieren wollen, dass FTL-Reisen möglich sind, würde dies Partikel erfordern, die wir noch nicht entdeckt haben, und Gesetze befolgen, die gegen alle Gesetze verstoßen, für die wir starke Beweise haben. Das meint Greene wahrscheinlich, wenn er sagt „kein Mechanismus, den wir kennen“.

(Vorausgesetzt, Sie fühlen sich mit elektromagnetischer Verzögerungszeit wohl) Ein einfaches Gedankenexperiment, über das ich vor einiger Zeit nachgedacht habe, geht so:

Stellen Sie sich ein Objekt A vor, das hin und her beschleunigt und elektromagnetische Strahlung erzeugt.

Ein Objekt B bewegt sich dann VIEL schneller als Licht.

Entsprechend dem Ruherahmen des Lichtsenders l. Das Objekt B wird NIEMALS die elektromagnetischen Felder spüren, die von der Beschleunigungsladung erzeugt werden. da gemäß diesem Ruherahmen das Feld an einem Punkt nur "aktualisiert" wird, sobald die Distanz/c Sekunden abgelaufen ist (die Zeit, die das Licht benötigt, um ihn zu erreichen), was leicht aus dem zur verzögerten Zeit ausgewerteten Feld ersichtlich ist. Bedeutung Es läuft im Wesentlichen die EM-Welle aus. Das heißt, es wird keine Kraft spüren

Im Ruhesystem von Objekt B befindet sich B nun in Ruhe und der Emitter bewegt sich mit einer viel größeren Geschwindigkeit als C. Bei T = 0 erzeugt der Emitter Licht und ist gemäß DIESEM Koordinatensystem zB 1 Meter von Objekt B entfernt. Das vom Emitter erzeugte Feld erreicht Objekt B nach 1m/c Sekunden, da dies die verzögerte Zeit in diesem Bezugssystem ist.

In Szenario 1 spürt das Objekt niemals eine Kraft. Und in Frame 1 spürt das Objekt eine Kraft. Fast sofort.

Dasselbe Gedankenexperiment kann Ihnen eine Intuition zur Zeitdilatation als Szenario 1 geben, wenn sich das Objekt knapp unter C bewegen würde, würde es VIEL Zeit dauern, bis dieser Rahmen misst, wie Licht es erreicht hat. Aber im beweglichen Rahmen würde es sagen, dass es fast keine Zeit gedauert hat. Aka, das bewegte Bild erfährt für sie eine langsamere Zeit als 1 Sekunde, für das stationäre Bild sind es zB 100 Sekunden

Ich denke, Sie übersehen den grundlegendsten aller logischen Widersprüche, nämlich dass Ihre Prämisse nicht mit der Art der Erklärung übereinstimmt, nach der Sie suchen.

Stell dir vor, du stehst auf einer perfekten Kugel – um dich herum ist in allen Richtungen und in festem Abstand der Horizont. Du kannst nie den Horizont erreichen. Egal wie schnell, wie lange oder in welche Richtung man sich bewegt, der Horizont bleibt immer unerreichbar. Genauso ist es mit der Lichtgeschwindigkeit. Die Frage, was passieren würde, wenn Sie die Lichtgeschwindigkeit überschreiten könnten, ist wie die Frage, was passieren würde, wenn Sie den Horizont erreichen könnten - es ist unmöglich, eine sinnvolle Antwort basierend auf den Regeln der Physik zu geben, weil Ihre Prämisse davon ausgeht, dass sie nicht mehr gelten.

Um die Lichtgeschwindigkeit zu überschreiten, müsste man mehr als unendlich viel Energie aufwenden, und eine Menge größer als unendlich ist ein logischer Widerspruch.

Wenn Sie die Lichtgeschwindigkeit auf magische Weise überschreiten könnten, könnten Sie scheinbar an mehreren Orten gleichzeitig sein, da Sie sich zwischen mehreren Orten bewegen könnten, bevor das Bild von Ihnen an einem von ihnen einen Beobachter erreichen könnte.

Sie könnten rückwärts ablaufende Ereignisse sehen, da Sie das Licht eines früheren Ereignisses überholen könnten, nachdem Sie das Licht eines späteren gesehen haben - dieser Effekt würde die Erfahrung beim Ansehen eines Suspense-Films ruinieren, da Sie das Ende kennen würden bevor man den Start sieht.

Ein weiterer Widerspruch ergäbe sich aus dem Gesetz der Geschwindigkeitsaddition, wonach zwei Personen, die sich jeweils mit größerer als Lichtgeschwindigkeit von einem ortsfesten Zentrum, aber in entgegengesetzte Richtungen bewegen, für einen dritten Betrachter so erscheinen, als würden sie sich mit weniger als Lichtgeschwindigkeit bewegen Licht relativ zueinander. Ich habe weder die Zeit noch die Willenskraft, um zu versuchen, die Auswirkungen davon herauszufinden, aber ich vermute, dass sie seltsam erscheinen würden.