Ist es möglich, Informationen mit einem starren Stab schneller als Licht zu übertragen?

Die Antwort ist nein. Die Stange würde sich verbiegen/wackeln und die Wirkung am anderen Ende würde sich noch verzögern.

Der Grund dafür ist, dass die Kraft, die die Atome des Pols zusammenhält – die elektromagnetische Kraft – von einem Ende des Pols zum anderen übertragen werden muss. Der Sender der EM-Kraft ist Licht, und daher kann sich das Signal nicht schneller als mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten; Stattdessen wird sich der Pol biegen, da sich das nahe Ende bewegt hat und das ferne Ende noch keine Informationen über die Bewegung erhalten hat.

EDIT: Ein einfacherer Grund.
Um den ganzen Pol zu bewegen, müssen Sie jedes Atom des Pols bewegen.
Sie können sich Atome gerne als Nachbarn von nebenan vorstellen. Wenn einer von ihnen beschließt, umzuziehen, schickt er einen Boten an alle seine nächsten Nachbarn, um ihnen mitzuteilen, dass er umzieht. Dann beschließen sie alle, ebenfalls umzuziehen, und schicken Boten zu ihren nächsten Nachbarn, um sie wissen zu lassen, dass sie umziehen. und so geht es weiter, bis die Botschaft, sich zu bewegen, bis zum Ende gereist ist. Kein Atom wird sich bewegen, bis er die Nachricht dazu erhalten hat, und die Nachricht wird nicht schneller reisen, als alle Boten laufen können; und die Boten können nicht schneller laufen als mit Lichtgeschwindigkeit.

/B2S

Die Information über die Stöße wird am anderen Ende mit Schallgeschwindigkeit in der Substanz des Mastes empfangen. Für jedes reale Material ist es viel langsamer als die Lichtgeschwindigkeit (für einen Stahlstab wären es etwa 5000 m / s).

Nein.

In der Relativitätstheorie können Sie ausgedehnte Objekte nicht als unendlich "steif" betrachten - sie müssen sich biegen und dehnen, wie es reale Objekte tun. Wenn Sie ein Ende der Stahlstange bewegen, biegt und dehnt sich ein Teil davon, was eine Kraft auf den nächsten Abschnitt ausübt, der diese Bewegung ausführt, und wodurch sich ein neuer Teil biegt und dehnt und so weiter und so weiter, bis Sie Alpha Centauri erreichen . Diese bewegt sich mit einer für das Metall charakteristischen Geschwindigkeit, die schnell genug ist, dass wir sie im Alltag nicht wirklich bemerken. Die Relativitätstheorie sagt uns, dass diese charakteristische Geschwindigkeit geringer als die Lichtgeschwindigkeit ist - es stellt sich heraus, dass es für echtes Metall viel geringer als die Lichtgeschwindigkeit ist.

Das Signal breitet sich in Stahl mit Schallgeschwindigkeit aus. Ich kenne zufällig die Schallgeschwindigkeit in Aluminium, weil meine Studenten sie im Labor messen; es sind ungefähr 5000 m/s. Das ist viele Größenordnungen weniger als die Lichtgeschwindigkeit.

Hier ist eine interessante Seite über diese Idee und ähnliche Ideen: http://math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/SpeedOfLight/FTL.html#3

Das Problem bei dieser Idee ist im Wesentlichen, dass es so etwas wie vollkommen starre Körper nicht gibt. Wenn Sie also drücken, sendet es eine kleine Kompressionswelle durch das Material, die sich mit Schallgeschwindigkeit im Material ausbreitet, da Schall nur eine Art sich ausbreitender Kompression ist.

Eine einfache Erklärung, warum die Schallgeschwindigkeit niemals schneller sein kann als die Lichtgeschwindigkeit:

Betrachten Sie zwei Atome$A$und$B$. Geben Sie den Kern von an$A$ein leichter Stoß. Wie wir wissen, wird dieser Vorstoß auf übertragen$B$, aber wieso? Das liegt an ihrer elektrostatischen Abstoßung. So für$B$Um überhaupt reagieren zu können, benötigen Sie zunächst mindestens eine elektromagnetische Welle / Photonenreise$A$zu$B$. Dieser kann natürlich nicht schneller als mit Lichtgeschwindigkeit dorthin gelangen. Der Kern von$A$selbst kann natürlich auch nicht schneller sein, also ist es selbst mit roher Gewalt nicht möglich, eine Schallgeschwindigkeit zu erreichen$\,>\!c$.

Ist es möglich, Informationen (wie 1 und 0) irgendwie schneller als Licht zu übertragen?

Nein.

Born2Smile sagte dasselbe (was ich +1 gab), aber ich dachte, es lohnt sich, es zur Betonung zu wiederholen. Es wäre eine Verletzung der Kausalität. Weitere Einzelheiten darüber, warum dies nicht zulässig ist, finden Sie neben der Antwort von Born2Smile unter Welche Szenarien gibt es, in denen die Übertragung von FTL-Informationen die Kausalität verletzen würde? .

Die Relativitätstheorie besagt, dass verschiedene Trägheitsreferenzsysteme unterschiedliche Zeitmessungen haben, aber die Kausalität wird in allen Referenzsystemen respektiert. Das heißt, die nicht zusammenhängenden Ereignisse A und B können für manche Beobachter so aussehen, als würden sie gleichzeitig stattfinden, andere könnten A vor B oder B vor A sehen stimmen nicht über die Zeitspanne zwischen A und B überein).

Wenn sich Informationen schneller als mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegten, gäbe es ein Trägheitsbezugssystem, aus dem hervorgeht, dass das Signal sein Ziel erreicht hat, bevor es seine Quelle verlassen hat. Bisher gibt es keine Beweise dafür, dass das Universum nicht kausal ist. (Ein weiterer Grund, an der Geschwindigkeit von überlichtschnellen Neutrinos stark zu zweifeln.)

Nehmen Sie zum Beispiel eine starre Stange von mehreren AE Länge. [...] Die Person am anderen Ende sollte die Stöße und Züge sofort empfangen, da kein Partikel die volle Reise zurücklegt.

Wie andere Antworten darauf hingewiesen haben, können Sie keine perfekte Steifigkeit haben, und das Signal würde sich mit Schallgeschwindigkeit im Material ausbreiten.

Wenn Sie mit einem kleinen Hammer auf eine Stahlstange auf ein Ende klopfen, bewegt sie sich am anderen Ende nicht sofort (obwohl es mit bloßem Auge so aussehen mag). Stattdessen komprimiert das Klopfen das Material lediglich auf einer Seite, und der komprimierte Bereich dehnt sich mit Schallgeschwindigkeit im Material aus, bis sich das andere Ende bewegt und schließlich die Stange in einen entspannten Zustand zurückkehrt. Dabei erfährt der Stab mechanische Schwingungen und kann dadurch hörbare Geräusche erzeugen.

Sie können sich "starre" Materialien als sehr steife Federn zwischen Atomen vorstellen. Je steifer das Material, desto steifer die Federn. Aber die Bewegung muss sich durch die Federn immer noch mit Schallgeschwindigkeit im Material ausbreiten, und immer unter der Lichtgeschwindigkeit. Der Grund, warum es immer unter der Lichtgeschwindigkeit liegen muss, ist, dass die interatomaren Kräfte elektrostatische Kräfte sind, die sich selbst nicht schneller als die Lichtgeschwindigkeit ausbreiten können.

Was würde passieren, wenn Sie mit einer solchen Kraft auf einen Stahlstab klopfen würden, dass Sie dem Material eine Geschwindigkeit verleihen würden, die größer ist als die Schallgeschwindigkeit? Die Antwort ist, dass es sich plastisch verformen würde. Die Starrheit bricht viel früher zusammen als die Relativitätstheorie.

Wenn Sie "eigentlich" sagten, wie in "Würde das tatsächlich funktionieren?" Die Antwort ist nein, da die Steifigkeitsannahme des Pols selbst nur eine Annäherung ist und jede Annäherung an einigen kritischen Grenzen scheitert. Auch die mehrere AE lange Stange ist eine weitere nicht reale Sache, zumindest soweit ich das sagen kann. Aber betrachten Sie Ihre Frage als ein geistesaufwändiges Spiel, dann ist es eine interessante Frage. Hier ist mein Zwei-Cent dazu:

Schieben und Ziehen ist in erster Linie ein Akt des Aufbringens einer Kraft, also befinden wir uns eher auf dem Spielplatz der Dynamik und nicht auf dem Hof ​​der Statik. Die Nettokraft wird eine Bewegung verursachen, die Sie entweder mit der klassischen Physik oder der Relativitätstheorie modellieren können, beide basierend auf Experimenten, niemals axiomatisch oder vollständig rational. Aber je nachdem, wie der Pol im Raum betrachtet wird (ob Reibung o.ä. ist) und an den beiden Enden (den Stützreaktionen) könnte sich das freie Diagramm so verändern, dass wir auch andere Kräfte im Spiel hätten, dann wenn die ausgeübter Druck-/Zugkraft widerstanden wird, sogar lokal, betreten wir den Hof der Statik und der Festigkeit des Materials, wo wir darüber sprechen können, wie die Information durch eine Kompressions- oder Verdünnungswelle innerhalb des Pols wandert.

• Wenn die umgebenden Kräfte und Stützreaktionen den Pol an der Bewegung hindern, bewegen sich die Wellen bei einer kleinen Amplitude der aufgebrachten Kräfte mit Schallgeschwindigkeit. Wenn Sie künstlich annehmen, dass der Pol vollständig starr (vollständig inkompressibel) ist, dann haben Sie bereits angenommen, dass die Wellengeschwindigkeit unendlich groß ist, weit größer als die Lichtgeschwindigkeit. Aber wie bereits gesagt ist die Starrheit von keinem Objekt in der realen Welt vollständig, also keine unendlich schnelle Informationswelle und kein Verstoß gegen die Relativitätstheorie notwendig. Da andere dieses Problem in anderen Antworten angesprochen haben, ist die Geschwindigkeitsinformation durch die Stange tatsächlich geringer als die Lichtgeschwindigkeit.

• Was aber, wenn die Stange frei beweglich ist? Unmittelbar nachdem Sie die Kraft ausgeübt haben, spürt die Stange einen intrinsischen Widerstand, der sie daran hindert, sich zu bewegen, ihre eigene Trägheit. Die Trägheitskraft (die D'Alambert-Kraft) könnte selbst Bewegung in Kompression umwandeln, so dass wir wieder die oben erwähnte Geschichte haben werden. Beachten Sie, dass eine so lange Stange sehr träge wäre, dh selbst wenn sie sich im Raum völlig frei bewegen kann, benötigen Sie immer noch eine unendlich große Kraft, durch deren Anwendung die Stange eine endliche Beschleunigung erreichen kann. Auch hier ist es nicht realistisch, da Sie eine so große Stange nicht in eine beobachtbare Bewegung versetzen können. Die einzige Möglichkeit ist, wenn Sie einen sehr langen Pol mit verschwindend kleiner Dichte haben, dann ja, wenn er STARR GENUG ist, sollten Sie meiner Meinung nach in der Lage sein, den Rekord der Informationstransportgeschwindigkeit zu brechen. Aber ich weiß nicht

Können Informationen (wie 1 und 0) schneller als Licht übertragen werden?

Nein.
Diese Antwort wurde bereits gegeben. Ich möchte aber darauf hinweisen, dass dies völlig selbstverständlich ist:
Es ist nicht möglich, Signale schneller zu übertragen als überhaupt Signale übertragen werden.

(Im Kontext der relativistischen Kinematik bedeutet „ Licht “ ganz einfach jedes Signal, das zwischen Systemen ausgetauscht wurde, die aus elektromagnetischen (oder sogar elektroschwachen) Ladungen bestehen, wie Atomen oder Menschen oder jeder Art von beobachtbarer Materie, die man sich vorstellen kann in Gedankenexperimenten.)

Erst auf dieser Grundlage werden geometrische Verhältnisse bestimmt; wie (bezogen auf das Beispiel in der Frage), ob zwei Personen voneinander getrennt sind oder sich begegnen; oder ob zwei (getrennte) Enden sich starr (gegeneinander) bewegen, oder ob eines dem anderen hinterherhinkt.

Konkret besteht der Fehler Ihres Beispiels darin, dass zwei Teilnehmer, die sofort kommunizieren, als "Treffen" bezeichnet werden. ihr Abstand zueinander wird mit Null bewertet. Und ansonsten, wenn man bedenkt, dass zwei Teilnehmer, A und B, immer voneinander getrennt und in Ruhe zueinander sind, können sie durchaus "zwei Enden einer Stange " finden, so dass A ein Ende drückte und gleichzeitig B auswarf andere Ende (oder ähnlich so, dass B gleichzeitig ein Ende drückte und A das andere Ende auswarf); aber nur, wenn diese Ereignisse nicht als Signalaustausch erkannt/betrachtet werden.

Nein, selbst wenn kein Teilchen die gesamte Reise macht, hat der Pol elastische Eigenschaften, dh Sie schieben einige Moleküle und diese schieben die nächsten und so weiter, bis die Informationen, die mit den Stößen reisen, die andere Seite erreichen. Sie senden im Grunde eine Dichtewelle durch den Pol. Dieses Video von einem fallenden Slinky in Zeitlupe zeigt das.

Nein, die spezielle Relativitätstheorie verbietet es Informationen, schneller als Licht zu reisen. Angenommen, Sie haben eine Stange aus der steifsten Substanz der Erde, Diamant. Wenn Sie das Ende drücken, knickt es nur unter Druck ein. Longitudinalwellen in einem Festkörper haben eine andere Geschwindigkeit als Transversalwellen. Wenn Sie am Ende ziehen, senden Sie eine Längswelle durch und wenn Sie das Ende drehen, senden Sie eine Querwelle durch. Ich habe gelesen, dass die Schallgeschwindigkeit in Diamanten 12 / km pro Sekunde beträgt, aber ich weiß nicht, für welche Art von Welle das war, aber ich bin sicher, dass sich keiner von ihnen annähernd mit Lichtgeschwindigkeit bewegt. Es könnte tatsächlich eine Substanz geben, deren Kompressionsmodul größer ist als ihre Dichte mal c^2, sodass die Wellengleichung vorhersagen würde, dass sich eine Longitudinalwelle darin schneller ausbreitet als Licht, woraus ein Neutronenstern besteht. Ich frage mich das, weil ich gelesen habe, dass einige Neutronensterne eine Photonenkugel haben. Selbst wenn dies der Fall ist, wird sich die Schockwelle darin offensichtlich nicht schneller als Licht ausbreiten, wenn Sie ihre Oberfläche bombardieren, da sie sich dann in einem anderen Bezugsrahmen zeitlich rückwärts bewegen würde und daher nicht der Wellengleichung gehorcht. Es verstößt jedoch nicht gegen Gesetze, wenn es in bestimmten Situationen der Wellengleichung gehorcht und eine Sinuswelle schneller als Licht durch sie hindurchgeht. Die Bewegung jedes Teils würde nur durch den Teil direkt daneben bestimmt und nicht durch einen weit entfernten Teil. Die darin enthaltene Stoßwelle wird sich nicht schneller als Licht ausbreiten, da sie sich dann in einem anderen Bezugsrahmen zeitlich rückwärts bewegen würde und daher nicht der Wellengleichung gehorcht. Es verstößt jedoch nicht gegen Gesetze, wenn es in bestimmten Situationen der Wellengleichung gehorcht und eine Sinuswelle schneller als Licht durch sie hindurchgeht. Die Bewegung jedes Teils würde nur durch den Teil direkt daneben bestimmt und nicht durch einen weit entfernten Teil. Die darin enthaltene Stoßwelle wird sich nicht schneller als Licht ausbreiten, da sie sich dann in einem anderen Bezugsrahmen zeitlich rückwärts bewegen würde und daher nicht der Wellengleichung gehorcht. Es verstößt jedoch nicht gegen Gesetze, wenn es in bestimmten Situationen der Wellengleichung gehorcht und eine Sinuswelle schneller als Licht durch sie hindurchgeht. Die Bewegung jedes Teils würde nur durch den Teil direkt daneben bestimmt und nicht durch einen weit entfernten Teil.

Die Antwort ist Nein.

Das Schlüsselwort ist, dass die Coulomb-Kraft (die nicht dargelegt wurde), die Hauptkräfte, die die Atome im Gitter des Festkörpers oder der kondensierten Materie für den langen Pol zusammenbinden, angeblich eine verzögerte Zeit zur Übertragung der Kraft / Information haben zwischen den Atomen.

Auch hier ist die Coulomb-Kraft Teil der elektromagnetischen (E&M) Kraft, die bereits von anderen betont wurde. Alle E&M-Kräfte werden zwischen verschiedenen Referenzrahmen nur irgendwie konsistent, wenn wir die konstante Lichtgeschwindigkeit und den Verzögerungseffekt des E&M-Potentials/der Kraft berücksichtigen .

Sie können das verzögerte elektromagnetische Potential leicht ablesen$(\varphi,\mathbf A )$/Hier erzwingen :

wobei 'r' ein Positionsvektor im Raum ist, 't' die Zeit ist,

Die Verzögerungszeit beträgt:

Es gibt auch Schwerkraft und eine starke Kraft, die den Kern bindet; aber sie liegen auf der viel schwächeren Energieskala im Vergleich zu E&M bezüglich der Bindung von Atomen auf dem Gitter. Außerdem können alle Kräfte und alle masselosen Teilchen (Photon/Gluonen/Gravitonen) die gleiche Ausbreitungsgeschwindigkeit haben, die Lichtgeschwindigkeit .

Nein, eine einfache Erklärung ohne Mathematik ist, dass jede an einem Ende ausgeübte Kraft entweder eine Kompressions- oder eine Expansionswelle durch das Objekt sendet, die nicht schneller ist als die Schallgeschwindigkeit des Materials, die immer viel langsamer als c ist.

Ihre Lösung für die sofortige Fernkommunikation ist in der Tat ansprechend, hat jedoch ihre Mängel. Die Stange vibriert und erzeugt somit Schallwellen innerhalb der Stange; Schall bewegt sich natürlich mit einer viel geringeren Geschwindigkeit im Vergleich zu Licht. Welche Kraft auch immer von Person A ausgeübt wird, es werden Schallwellen erzeugt, die B in Ewigkeiten erreichen (unter Berücksichtigung der Entfernung), folglich werden Informationen NICHT sofort übertragen.