Woher wissen wir, dass die Lichtgeschwindigkeit konstant ist und sich die Raumzeit ausdehnt und nicht umgekehrt?

Sie könnten einige Probleme verwirren.

In der speziellen Relativitätstheorie dehnen oder komprimieren sich Raum und Zeit nicht. Es kommt wirklich auf Messungen mit Uhren und Linealen an, die von Menschen gemacht werden, die sich gleichmäßig zueinander bewegen.

Eine Option, die mit Beobachtungen für SR übereinstimmt, ist, dass es eine Familie gibt, deren Uhren und Lineale richtig sind und alle anderen falsch liegen (die Lineale, die die sich bewegenden Menschen verwenden, sind zu kurz und ihre Uhren laufen zu langsam). Das ist möglich, aber wenn das wahr wäre, dann wären die Gesetze der Physik so beschaffen, dass sie eine große Verschwörung enthalten, weil es keine Messungen gibt, die irgendjemand durchführen könnte, um zu sagen, wer der spezielle Beobachter ist, der Recht hat und wer sich daher irrt. Für jede Person sieht ihr Zeug richtig aus und sie denken, dass sie das Richtige sein könnten.

Was bringt es, zu sagen, dass eine Person Recht hat, wenn alle gleich aussehen? Also postuliert SR, dass alle Uhren und Lineale gleich genau sind und alle tatsächliche geometrische Fakten über unsere Raumzeit messen und dass die Raumzeit eine Minkowski-Geometrie anstelle einer anderen Geometrie hat. Das stimmt mit unseren Messungen überein und ermöglicht es all diesen Menschen dennoch, ihren Job gleich gut zu machen. Es basiert auf der Idee, dass keine sich träge bewegende Person anders behandelt werden sollte. Der Vorteil ist, dass alle gleich aussehen können, anstatt dass eine Person Recht hat, aber die Fehler aller anderen sich aufheben, sodass sie nicht erkennen können, dass sie falsch liegen.

Nun gibt es in GR eine andere Geometrie, die in einem kleinen Bereich von Raum und Zeit nur annähernd wie Minkowski ist. Jedes Ereignis hat also einen kleinen Bereich, in dem die Dinge ungefähr eine Minkowski-Geometrie sind.

In GR ist die Raumzeit gekrümmt. Wenn Sie einige Koordinaten verwenden, kann die Änderungsrate Ihrer Positionskoordinaten im Vergleich zu Ihren Zeitkoordinatenänderungen variieren. Aber wenn Leute sagen, dass die Lichtgeschwindigkeit konstant ist, meinen sie damit, dass diese zwei sich träge bewegenden Menschen ihre Uhren und Lineale herausziehen und eine Geschwindigkeit messen und sie erhalten das gleiche Ergebnis.

Wir sollten eher unveränderlich als konstant sagen, da es darum geht, wie es verschiedenen Menschen erscheint. Aber das Wort Konstante ist bereits da draußen, also müssen wir Fragen zu diesem Wort hören. Und GR hat das auch. Da die Gesetze der Physik eigentlich vorhersagen, dass sich Licht beim Zahlenwert von bewegt$c$Wenn unterschiedlich bewegte Trägheitsbeobachter es unterschiedlich messen würden, müssten unterschiedliche Trägheitsbeobachter unterschiedliche physikalische Gesetze haben.

Es ist ärgerlich, verschiedene Gesetze für Menschen schreiben zu müssen, die sich nicht unterscheiden, außer dass sie sich mit unterschiedlichen Startgeschwindigkeiten träge bewegen. Es ist nicht einmal das, was wir wollen. Eine Person könnte die Gesetze bekommen, an die wir gewöhnt sind, und was dann, alle anderen müssen andere bekommen? Und schließlich würden wir nur fragen, wie Sie sich entscheiden, Gesetze zuzuweisen, und jemand würde versuchen, das Gesetz zu nennen, und dann wird es am Ende nicht mehr vom Beobachter abhängen, oder sonst wird niemand wissen, wie man dieses große Gesetz zuweist und Wir werden zu dieser Alternative zu SR zurückkehren, bei der eine Person Recht hat und alle anderen Unrecht haben, aber niemand weiß, wer.

Warum die Mühe? Wir können Gesetze schreiben, die alle gleich behandeln, und diese stimmen mit der Beobachtung überein. Sie mögen für Menschen seltsam erscheinen, die nur daran gewöhnt sind, dass sich Menschen im Vergleich zueinander langsam bewegen, und die sich von starken Krümmungen fernhalten. Aber die Alternative ist so schmerzhaft voreingenommen oder kompliziert, dass sich fast niemand die Mühe macht, diese Optionen in Betracht zu ziehen.

Woher wissen wir, dass die Lichtgeschwindigkeit konstant ist und sich die Raumzeit ausdehnt und nicht umgekehrt?

Wir wissen, dass die Lichtgeschwindigkeit nicht konstant ist. Ich fürchte, es ist ein popwissenschaftlicher Mythos, dass die Lichtgeschwindigkeit konstant ist. Sehen Sie, wie Irwin Shapiro hier darüber spricht:

Irgendein Verschwörungsverrückter hat mir erzählt, dass Einstein Blödsinn war und es eine riesige Verschwörung gibt, dass er falsch liegt, aber Wissenschaftler alle ihre Jobs verlieren würden, wenn sie es zugeben würden.

Das ist nicht wahr. Aber das, was man Ihnen über die Lichtgeschwindigkeit gesagt hat, ist es auch nicht. Einstein sagte wiederholt, dass die Lichtgeschwindigkeit nicht konstant sei:

Er hat diese Idee 1911 nicht aufgegeben, wie es in diesem Artikel hieß. Durchsuchen Sie die Einstein Digital Papers nach weiteren Beispielen .

Natürlich ist das alles Unsinn, Satellitenuhren müssen auf Zeitdilatation eingestellt werden und die Umlaufbahn von Merkur ist seltsam.

Die GPS-Uhren verwenden Mikrowellen, das sind Lichtwellen im weiteren Sinne. Solche Uhren gehen langsamer, wenn sie niedriger sind, weil das Licht langsamer geht, wenn es niedriger ist, genau wie Einstein sagte.

Aber das brachte mich dazu, darüber nachzudenken, woher wir wissen, dass Licht konstant ist und sich Raum/Zeit ändert, anstatt umgekehrt?

Die lokal gemessene Lichtgeschwindigkeit ist konstant, weil wir die lokale Lichtgeschwindigkeit verwenden, um die Sekunde und das Meter zu definieren, die wir dann verwenden, um die lokale Lichtgeschwindigkeit zu messen. Die Konstanz ist eine Tautologie. Siehe http://arxiv.org/abs/0705.4507 .

Können wir die Raumdehnung messen, ohne Licht zu verwenden?

Die Schwerkraft weist eine radiale Längenkontraktion auf, die das Gegenteil einer Dehnung ist.

Wenn Licht schneller geht und wir es verwenden, um einen Raum zu messen, würden wir einfach sagen, der Raum hat sich zusammengezogen.

Der Raum wird näher am Planeten radial zusammengezogen, und die "Koordinaten"-Lichtgeschwindigkeit ist näher am Planeten geringer. Siehe Baez für mehr dazu.

Können wir die Zeit messen, ohne die Lichtgeschwindigkeit zu verwenden?

Nein. Die Sekunde ist nur die Dauer von 9.192.631.770 Mikrowellen, die an Ihnen vorbeiziehen. Wenn das Licht langsamer wird, ist das zweite größer.

Funktioniert die Mathematik, wenn Sie Raum und Zeit konstant setzen, aber eine sich ändernde Lichtgeschwindigkeit haben?

Es gibt einen Weg, es zu tun, aber nicht den Weg, den Sie vorschlagen. Die sich ändernde Lichtgeschwindigkeit bedeutet, dass die Zeit nicht konstant ist. Allerdings ist das Messgerät. Der Meter ist die Länge des Weges, den Licht im Vakuum während eines Zeitintervalls von 1/299.792.458stel Sekunde zurücklegt. Wenn das Licht langsamer wird, ist Ihre Sekunde größer, aber das langsamere Licht und die größere Sekunde heben sich gegenseitig auf und lassen das Messgerät unverändert.