Ich habe das Lichtuhr-Beispiel in meinem Buch gelesen, das die Zeitdilatationsformel unter der Annahme bewies, dass die Lichtgeschwindigkeit für alle Beobachter konstant ist. Aber ich habe Probleme, es umgekehrt zu verstehen. Die Lorentz-Transformation ist nur eine Korrektur der Newtonschen Mechanik, um die konstante Lichtgeschwindigkeit für alle Beobachter zu berücksichtigen, oder? Ich habe Probleme zu verstehen, wie die Anwendung dieser Korrektur die Lichtgeschwindigkeit für alle Beobachter bewahrt.
Können wir zunächst annehmen, dass die Lorentz-Transformationsformeln wahr sind, und dann beweisen, dass zwei Beobachter EIN und B. wird einen Lichtimpuls sehen, der sich mit der gleichen Geschwindigkeit bewegt c unabhängig von ihrer Relativgeschwindigkeit zueinander?
Wie "beweisen" Sie, dass 5-3 = 2 ist? Führen Sie die Operation "Überprüfen Sie Ihre Arbeit" aus: Das mit der umgekehrten Operation erzielte Endergebnis bringt Sie zum Ausgangspunkt - 2 + 3 = 5. ✓
Die gleiche Übung wird mit der Lorentz-Transformation als pädagogisches Werkzeug durchgeführt. Wenn die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit für alle Beobachter zur Lorentz-Transformation führt, sollte die Lorentz-Transformation auf einem Lichtgeschwindigkeitsobjekt eine konstante Geschwindigkeit ergeben. Und das tut es auch. Es beweist nicht, dass die Lichtgeschwindigkeit konstant ist. Es zeigt einfach, dass die Transformation mit dem Ausgangsaxiom übereinstimmt.
Übrigens ist "Überprüfen Sie Ihre Arbeit" ein wichtiger Teil der Problemlösung, egal ob Sie die Projektilbewegung analysieren oder die kosmologische Expansion modellieren: Sind meine Lösungen mit meinen Startbedingungen vereinbar?
Von d s 2 = c 2 d t 2 - d x 2 sehen wir, dass Lichtgeschwindigkeitsreisen gleichbedeutend sind mit d s 2 = 0 . Aber d s 2 = η μ ν x μ x ν ist offensichtlich Lorentz-invariant, also wenn d s 2 = 0 gilt in einigen Referenzrahmen auch in anderen, die durch beliebige Lorentz-Transformationen erhalten werden.
Kurz ja. Sie können versuchen, es selbst zu lösen. Nehmen Sie 2 Beobachtungen A und B, die sich mit der Geschwindigkeit v gegeneinander bewegen. A sieht einen Lichtimpuls, der sich als x = ct bewegt (was bedeutet, dass die von A gesehene Lichtgeschwindigkeit dx / dt = c ist). Verwenden Sie nun die Lorentz-Transformation, um die Koordinaten des Impulses zu ermitteln, wie sie von B gesehen werden. Sie würden sehen, dass es wieder c wird.
Eine aufschlussreiche (aber möglicherweise fortgeschrittene) Methode zum Nachweis der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit aus der Lorentz-Boost-Transformation besteht darin, die Eigenvektoren des Lorentz-Boosts zu finden. Zwei der Eigenvektoren befinden sich entlang des Lichtkegels. Die entsprechenden Eigenwerte sind gleich dem Dopplerfaktor und seinem Kehrwert. (Diese Eigenvektoren sind koplanar mit den 4 Geschwindigkeiten von Beobachtern in Relativbewegung.)
Dies kann mit den Eigenvektoren und Eigenwerten der galiläischen Transformation verglichen und gegenübergestellt werden.
In beiden Transformationen gibt es keine zeitlichen Eigenvektoren, dh keine bevorzugten Beobachter.
Nun zu einigen Details:
Gegeben M. = ( γ β γ β γ γ ) haben wir das Eigenwertproblem aufgestellt:
Der Eigenvektor entspricht k = γ ( 1 + β ) wird durch Substitution erhalten:
Dies wird durch Vektoren der Form erfüllt w x = w t –Das heißt, die entlang der Zukunft vorwärts gerichtete lichtähnliche Richtung. Somit bleibt bei einer Lorentz-Transformation die Geschwindigkeit des Lichtsignals unverändert, aber die Zukunfts-Vorwärts-Komponente eines Vektors wird um einen Faktor von gestreckt k . In ähnlicher Weise wird die Future-Backward-Komponente um den Faktor reduziert k . (Dies ist die Grundlage des Bondi-k-Kalküls und der Methoden unter Verwendung von Lichtkegelkoordinaten.)
Wir könnten die relativistische Geschwindigkeitsadditionsgleichung verwenden, die zeigt, dass die Geschwindigkeit des Lichtimpulses unabhängig von der Relativbewegung zwischen den beiden Beobachtern ist.
BEARBEITEN: Im Anhang finden Sie einen kurzen Beweis für das Problem. Lassen Sie einen Beobachter in Bild S ein Objekt in einem Referenzrahmen sehen, das sich mit der Geschwindigkeit V bewegt. Wrt S emittiert ein Photon, das sich mit c bewegt. Dann Photonenrelativgeschwindigkeit wrtS, U ':
U. ' = c + V. 1 + c V. c 2 = U. + c 1 + U. c = c ( U. + c U. + c ) = c
Alfred Centauri
Jim
Sean