Является ли скорость света наивысшей в природе?

[Alexpo]

По просьбе Абрашина я открываю тему, где главным вопросом будет:

"Является ли скорость света наивысшей в природе?"

Начну я ее с раскрытия страшной тайны, разоблачения популярного мифа:

В СТО нет постулата о том, что скорость света наивысшая в природе, и СТО не запрещает скорости выше скорости света.

Об этом даже в учебниках написано. Те кто умеет внимательно читать, да прочитают!

Для примера, я сошлюсь на любимый учебник Абрашина (;)): Д.В.Сивухин "ОБЩИЙ КУРС ФИЗИКИ. T.IV
ОПТИКА". В нем в последнем абзаце параграфа 105 (в издании 1985 г. это на стр. 644) написано:

Существование сверхсветовых скоростей не противоречит теории относительности. Последняя допускает любые скорости. Однако в случае распространения состояний со сверхсверхсветовыми скоростями... Такие процессы не могут служить «сигналами» для передачи информации. Все тела и сигналы, передаюпередающие воздействие, не могут распространяться со скоростью, превышающей скорость света в вакууме. Скорость света в вакууме есть максимально возможная скорость распространения взаимодействий.

Более упрощенно можно сказать, что СТО запрещает материальным телам разгоняться до скоростей выше с, имея в виду, что первоначально скорость была ниже с. Именно поэтому Сивухин и пишет: "Предположим, что относительная скорость V координатных систем S и S' меньше скорости света с (V < с). Начальные условия таковы.


Теперь подробнее разберем, что же утверждает СТО и почему.

[Alexpo]

Начнем с теории, постулатов. Если учитывать, что свет - электромагнитная волна, то В СТО на самом деле всего ОДИН постулат - это так называемый принцип относительности, кратко:

законы природы не зависят от ИСО

Отсюда, из законов электродинамики (Максвелла) следует что скорость света должна быть одинакова во всех ИСО и, как следствие этого, что переход от одной ИСО к другой происходит по закону Лоренца (преобразования Лоренца).  

Как одинаковость скорости света, так и справедливость преобразований Лоренца были многократно проверено в десятках экспериментов. См.
http://www.phys.ncku.edu.tw/mirrors/physicsfaq/Relativity/SR/experiments.html
Поскольку там перечислено множество работ, дальше я буду указывать только некоторые разделы по этой ссылке.

Скорость света: Я не буду говорить о многократно повторенном опыте Майкельсона, а советую посмотреть современные работы с использованием Лазеров и Мазеров (найдите по ссылке раздел "Modern Laser / Maser Tests of Light-Speed Isotropy", последняя работа там датирована 2005 годом. Это специально для тех, кто думает, что кроме работ 100 летней давности ничего больше нет.)

Есть опыт D.Sade, Phys.Rev.Lett. 10, 271(1963)).Д. Саде рассматривал распадающиеся электрон-позитронные пары, которые образовывались при
столкновении движущихся позитронов со скоростями от 0 до с/2 с электронами мишени. В результате аннигиляции электрон-позитронной пары испускались гамма кванты Саде получил, что скорость квантов была одинакова и равнялась с, независимо от того, с какой скоростью двигался
позитрон и электрон-позитронная пара до распада.
А еще эффект Доплера, Комптон-эффект и многое другое....

Правильность преобразований Лоренца подтверждают
1) замедления времени: опыты по измерению времени жизни частиц см. разделы "Measurements of Particle Lifetimes", Tests of the “Twin Paradox”
 В частности классические опыты по распаду пиона (П+ мезона) Durbin, Loar and Havens, Physical Review 88, pg 179 (1952).
Напомню. В системе отсчета, где он неподвижен, период полураспада пиона Т = 2,5· 10–8  сек. В экспериментах были образованы пучки пионов со скоростью v, почти равной c. Если бы не существовало релятивистского замедления времени, то до распада они прошли бы в среднем расстояние, равное (2,5· 10^–8 сек)· (3· 10^10 см/сек) = 7,5 м.
В эксперименте водородная пузырьковая камера Радиационной лаборатории Лоуренса находится на расстоянии около 100 м от источника пионов в бэватроне и регистрирует пионы!  Расчет проходимого пионами до их распада расстояния, с учетом эффекта замедления времени составляет
750 м , что и объясняет наблюдаемое
2)Измерения так называемой "релятивистской массы" см. разделы "Electron Relativistic Mass Variations", "Proton Relativistic Mass Variations", а так же работы по ускорителям.
Наиболее известна работа Опыт Бертоцци 1964 г.
W. Bertozzi Speed and Kinetic Energy of Relativistic Electrons ("Скорость и кинетическая энергия релятивистских электронов") (American Journal of Physics. 1964, v. 32, No. 7, pp. 551-555), по разгону электронов в электрическом поле. График из этой работы я приведу в следующем посте.
И т.д. Все перечислять нет ни времени ни желания. Смотрите сами.

В физике элементарных частиц при расчете приборов для опытов с частицами высоких энергий, в том числе ускорителей, учитываются большие длины пробега и изменения энергии, обусловленные законами теории относительности. Каждый физик, работающий в области физики высоких энергий, ежедневно убеждается в правильности СТО.

[Alexpo]

Цель предыдущего поста была в том, чтобы показать, что есть основания доверять преобразованиям Лоренца, полученных в СТО. А из  преобразований Лоренца уже автоматически следует, что невозможно разогнать материальный объект, имеющий массу покоя, до скоростей равной и выше с, поскольку для этого потребуется бесконечное количество энергии. В этом смысле скорость света - максимальная для таких тел.


Это подтверждают эксперименты. Привожу график из упомянутой работы Бертоцци. Напомню в работе электроны разгоняются в электрическом поле и измеряется их скорость.


По горизонтали отложена нормированная кинетическая энергия электронов Ек, вычисляемая по разгоняющей разности потенциалов, а по вертикали квадрат скорости электрона (деленной на с^2). Эксп. значения приведены в табличке. Если бы была справедлива классическая механика Ньютона, то график должен был бы быть изображенной прямой линией, поскольку кинетическая энергия прямо пропорциональна квадрату скорости: Ек = mv^2/2. Однако в эксперименте получается кривая линия, соответствующая СТО. Причем видно, что электрон "не хочет" преодолевать планку на уровне скорости света.
Т.е. электроны получали от ускоряющего поля энергию, пропорциональную приложенной разности потенциалов, но их скорость не могла тем не менее увеличиваться беспредельно и приближалась к значению скорости света в вакууме.


Отметим, что за многие годы было проведено множество работ по измерению скоростей частиц, как в ускорителях, так и в естественных условиях. И НИ РАЗУ не были зафиксированы частицы с v > c, что нельзя объяснить, если бы такие скорости были бы возможны.

Поэтому и делается часто индуктивный вывод, что скорость света - максимально возможная, однако это не совсем то, что утверждает СТО.

[Alexpo]

Теперь о таком моменте. Я периодически слышу требования "объяснить причину существования предельной скорости", мол только тогда можно поверить СТО. Это некорректно. Мы же принимаем закон Кулона или всемирного тяготения без того, чтобы нам объяснили почему заряды и массы взаимодействуют именно так, а не иначе. Просто природа так устроена.

Вообще, в науке - объяснение, т.е. сведение одного явления к другому, уже известному, всегда возможно только до определенного предела, а дальше можно только пожать плечами и сказать "Так природа устроена". Поэтому, если что-то нельзя объяснить, то это не значит, что это не существует. Так что предельная скорость может существовать, а вот почему? ... "Природа так устроена" ;)

И последнее. В природе существует четыре основных вида взаимодействий: электромагнитное, гравитационное, сильное и слабое. Можно было бы предположить, что скорость распространения у каждого из них своя, и они в принципе могли бы отличаться друг от друга. Однако в случае, если скорости других взаимодействий зависели бы от выбора инерциальной системы отсчета, т.е. были бы разными в разных ИСО, то это бы противоречило принципу относительности. Все четыре разные, независящие от ИСО скорости приводят к неразрешимым проблемам...

Выход из этого противоречия только один — положить скорости распространения всех взаимодействий равными и не зависящими от выбора ИСО, т.е. равными с (тем более слабое и э-м взаимодействия уже объединили).


Уф-ф-ф-ф! Теперь можете обсуждать, если есть желание. ;)

[Фёдор Менде]

Уф-ф-ф-ф! Теперь можете обсуждать, если есть желание. ;)

Желание есть. Давайте обсуждать!
Вместе с Сивухиным вы утверждаете (смотрите первый ваш пост), что: "Скорость света в вакууме есть максимально возможная скорость распространения взаимодействий".
Обясните, пожалуйста, что вы имеете ввиду, употребляя понятие "взаимодействие", и что означает словосочетание "скорость распространения взаимодействий".

[Alexpo]

Обясните, пожалуйста, что вы имеете ввиду, употребляя понятие "взаимодействие", и что означает словосочетание "скорость распространения взаимодействий".

Если с одним из взаимодействующих тел произошли какие-либо изменения (например, изменилось его положение в пространстве), то на другом теле это отразится лишь по истечении некоторого промежутка времени Δt. Только по прошествии интервала Δt со вторым телом начнут происходить процессы, вызванные этим изменением. Если разделить расстояние между обоими телами на этот промежуток времени, то мы найдем скорость распространения взаимодействия.

[Lajma]

Слышала про яблочковое свечение согласно постулату ученого Яблочкова - каждое тело, движущееся со сверхсветовой скоростью будет излучать свет. То есть допускается существование скоростей больше скорости света.

[Alexpo]

Слышала про яблочковое свечение согласно постулату ученого Яблочкова - каждое тело, движущееся со сверхсветовой скоростью будет излучать свет. То есть допускается существование скоростей больше скорости света.

Это намек на лошадиную фамилию? Ну что же, хорошо, что у вас Черенков все же ассоциируется с яблоком, а не с лопатой скажем...

А серьезно, Черенковское излучение будет при движении частицы выше скорости света В СРЕДЕ, а она, как известно меньше скорости света в вакууме. Предельной же скоростью является именно скорость света в вакууме, а ее скорость частицы не превосходит. 

[Фёдор Менде]

Если с одним из взаимодействующих тел произошли какие-либо изменения (например, изменилось его положение в пространстве), то на другом теле это отразится лишь по истечении некоторого промежутка времени Δt. Только по прошествии интервала Δt со вторым телом начнут происходить процессы, вызванные этим изменением. Если разделить расстояние между обоими телами на этот промежуток времени, то мы найдем скорость распространения взаимодействия.

Считаете ли вы электрические или магнитные поля носителями такого взаимодействия?

[Track-Dbf]

Это намек на лошадиную фамилию?

Весна, однако... уважаемый Alexpo с дамами о лошадях, "лошадиных фамилиях" начинает говорить.  



Согласно утверждений Пьера Симона Лапласа скорость распространения гравитационных возмущений на порядки превосходит скорость света и без больших погрешностей для нашей реальности может считаться практически равной бесконечности.  

[Alexpo]

Считаете ли вы электрические или магнитные поля носителями такого взаимодействия?

В  моем посте однозначно сказано о существовании электромагнитного взаимодействия.

Федор, вы опять сели на своего любимого конька - задавание всевозможных вопросов... Вы сначала выскажитесь по существу вопроса в повествовательной форме.

[Alexpo]

Согласно утверждений Пьера Симона Лапласа скорость распространения гравитационных возмущений на порядки превосходит скорость света и без больших погрешностей для нашей реальности может считаться практически равной бесконечности.  

А что там по этому поводу Архимед говорил?

[диоген]

Если корабль пролетит растояние в 100 световых лет за 10 лет..То это конечно не превышение скорости света..?

[Alexpo]

Если корабль пролетит растояние в 100 световых лет за 10 лет..То это конечно не превышение скорости света..?

Так ведь "если"... Но ведь не пролетит.... :(

[Track-Dbf]

Так ведь "если"... Но ведь не пролетит.... :(

Это кто Вам сказал, уважаемый Alexpo, "Но ведь не пролетит..."?

Доказать сможите? 

[Alexpo]

Это кто Вам сказал, уважаемый Alexpo, "Но ведь не пролетит..."?

Доказать сможите? 

См. первые посты.

[Track-Dbf]

См. первые посты.

Знаем... и "читай учебники".  +@>

Не это ли называют - пошлостью?

[Фёдор Менде]

В  моем посте однозначно сказано о существовании электромагнитного взаимодействия.

Федор, вы опять сели на своего любимого конька - задавание всевозможных вопросов... Вы сначала выскажитесь по существу вопроса в повествовательной форме.

Я естественно "выскажусь по существу вопроса в повествовательной форме" сразуже как только вы ответите на вопрос, считаете ли вы носителями взаимодействия электрические или магнитные поля. Могу же я уточнять ваши точки зрения. Вы же, а не я открыли эту тему!!!

[Alexpo]

Я естественно "выскажусь по существу вопроса в повествовательной форме" сразуже как только вы ответите на вопрос, считаете ли вы носителями взаимодействия электрические или магнитные поля. Могу же я уточнять ваши точки зрения. Вы же, а не я открыли эту тему!!!

Я уже ответил считаю: электромагнитное поле.

[Фёдор Менде]

Я уже ответил считаю: электромагнитное поле.

Хорошо, так я и думал. Электромагнитным полем считается любое поле, в котором одновременно присутствуют и электрические, и магнитные поля. При их распространеннии в пространстве они могут быть синфазны, как например в ЭМ волны, а могут быть сдвинуты на 90 градусов, как это имеет место в ближней зоне излучающей антенны.
Зайдите на сайт http://ihtika.net/qwe/lff/filein/e1d54f900ae688485bfc7c375592ca54.html и скачайте книгу «50 лет волн Герца» издание АН СССР 1938 г. Откройте стр. 102-103, и прочитайте кометарии к сруктуре полей элементарного излучателя Герца, изображённых на рисунках.   Уже Герц заметил, что электрические и магнитные поля электрического диполя в ближней (индуктивой) зоне распространяются со скоростью гораздо большей, чем скорость света (как он пишет с бесконечной скоростью). Эти поля, как и любые другие электрические и магнитные поля, могут действовать на удалённые электрические заряды или магнитные диполи, передавая им то, что вы называете действием. Это хорошо известный факт. Поскольку в ближней зоне электрические и магнитные поля несинфазны, то у них нулевой вектор Умова-Пойнтинга. Такие поля не используются для целей связи лишь потому, что у них кубическая зависимость от расстояния, но действие такие электрические поля прекрасно передают на расстояние со сверхсветовой скоростью.
Конечно, этот факт по понятным причинам тщательно скрывают релятивисты, но факт остаётся фактом. Как здесь быть?