Valonnopeuden invarianssin periaate

Valonnopeuden invarianssin periaate seuraa suhteellisuusperiaatteesta [1] (jossa sanotaan, että kaikki fysikaaliset lait ovat muuttumattomia suhteessa inertiavertailukehyksen valintaan ) ja se on elektrodynamiikan Lorentzin invarianssin suoritusmuoto . Yleisemmin voidaan sanoa, että vuorovaikutuksen (signaalin) enimmäisetenemisnopeuden, jota kutsutaan valonnopeudeksi [2] , tulisi olla sama kaikissa inertiaalisissa vertailukehyksissä.

Tämä lausunto on hyvin epätavallinen jokapäiväiselle kokemuksellemme. Ymmärrämme, että nopeudet (ja etäisyydet) muuttuvat, kun siirrymme levossa olevasta järjestelmästä liikkuvaan järjestelmään, samalla kun intuitiivisesti uskomme, että aika on absoluuttinen. Valonnopeuden invarianssin ja ajan absoluuttisuuden periaate eivät kuitenkaan ole yhteensopivia. Jos suurin mahdollinen nopeus on muuttumaton, aika kuluu eri tavalla toistensa suhteen liikkuville havainnoijille. Lisäksi tapahtumat, jotka ovat samanaikaisia ​​yhdessä viitekehyksessä, eivät ole samanaikaisia ​​toisessa.

Ennen Michelson-Morley-kokeita vuonna 1887 (ensimmäiset tulokset sai Albert Michelson jo vuonna 1881 ), eetterimallista oli kolme mielipidettä :

A. Michelson päätti vahvistaa tai kumota "harjoittamattoman eetterin" teorian optisten kokeiden avulla. J.K. Maxwell huomautti mahdottomaksi tunnistaa ensimmäisen asteen vaikutuksia (suhteessa ) käytetystä eetteriteoriasta riippumatta. Kun valonsäde liikkuu edestakaisin, valonsäde vie saman kokonaisajan riippumatta siitä, lisätäänkö valon nopeus lähteen nopeuteen. Havaintoja varten mahdollisia toisen asteen optisia vaikutuksia (suhteellisesti ), jotka liittyvät "harjoittamattoman eetterin" teoriaan, Michelson perusti kokeen interferometrillä . Kokeen tulokset osoittivat Maan kiertoradan ja galaktiseen liikkeeseen liittyvien toisen asteen optisten vaikutusten merkityksettömyyden . "Eetterituulen" vaikutusta toisen kertaluvun optisiin vaikutuksiin yli 6 km/s alueella ei löydetty, liikkumattoman eetterin teoria kyseenalaistettiin. Michelsonin kokeen tulokset ja laskentamenetelmät olivat hänen alkuperäisten keksintöjensä hedelmiä, jotka liittyivät mukana kulkevan eetterin fysiikan monimutkaisuuteen, ja liikkuvien peilien heijastuslait monimutkaisivat hänen laskelmiaan suuresti [3] . Jäljellä olevia eetterin malleja ei voitu kehittää valmiiksi muotoon erimielisyyksien ja yritysten rakentamisen "mekaanisen" mallin, josta johtuivat ilmeiset ristiriidat ("superkova eetteri") vuoksi.

Vuonna 1905 Albert Einstein väittää teoksessaan "Liikkuvien kappaleiden sähködynamiikasta" suhteellisuusperiaatteen ja valonnopeuden invarianssin inertiaalisissa vertailukehyksissä. Hänen työssään annettujen "ajatuskokeiden" perusteella hän johtaa muunnoksia liikkuvien ja lepäävien inertioiden viitekehysten välillä, jotka ovat matemaattisesti samanlaisia ​​kuin Lorentzin muunnokset . Ajan myötä itse käsitys tilasta ja ajasta muuttui, ja sen mukaisesti mekaniikasta tuli yhtä Lorentz-invarianttia kuin optiikka ja sähködynamiikka. Galileon klassiset muunnokset ovat likimääräisiä ja päteviä pienille (valonnopeuteen verrattuna) nopeuksille. Yleisessä tapauksessa on tarpeen soveltaa relativistisia Lorentzin muunnoksia, jotka muodostivat perustan Einsteinin erityiselle suhteellisuusteorialle .

1960- ja 70-luvuilla abstrakteissa aikakauslehdissä oli usein viittauksia ulkomaisiin teoksiin, jotka käsittelivät muunnelmia erityisestä suhteellisuusteoriasta, perustuen olettamukseen, että valon nopeudet vastakkaisiin suuntiin eivät olleet yhtä suuret. Näitä vaihtoehtoja kutsuttiin ε-SRT:ksi ja ne kuvasivat johdonmukaisesti kaikkea, mitä SRT kuvaa. Totta, useimmat niistä olivat "raskaampia" ja vähemmän käteviä kuin Einsteinin versio, koska ne rikkoivat vaatimusta, jonka mukaan eri viitekehyksessä olevien lakien matemaattinen kirjoitusmuoto oli muuttumaton. Suurin osa näiden kirjoittajien teoksista ei ollut suunnattu Einsteinin versiota vastaan, mutta osoitti epäperinteisen lähestymistavan johdonmukaisuutta. Näiden teosten kirjoittajat pyrkivät murtamaan SRT:n matemaattisen kauneuden, paljastamaan sen fyysisen sisällön ja paljastamaan valonnopeuden arvoituksen yhteen suuntaan [4] .

Ei ole harvinaista sanoa, että Römer on mitannut valon nopeuden yhteen suuntaan . Roemerin nopeus on kuitenkin myös nopeus, joka saadaan sillä implisiittisellä oletuksella, että valon nopeudet vastakkaisessa suunnassa ovat yhtä suuret. Tosiasia on, että Roemer ja Cassini keskustelivat Jupiterin satelliittien liikkeestä olettaen tietoisesti, että tarkkailijoiden tila on isotrooppinen. Itävaltalainen fyysikko Karlov osoitti sen tosiasian , että Römer todella mittasi valon nopeuden tehden implisiittisesti oletuksen, että valon nopeus on sama edestakaisin .

Lepotilan laboratorion valonnopeuden muuttumattomuus suhteessa maan pintaan on nyt kokeellisesti vahvistettu. Mielenkiintoista on etsiä mahdollisia pieniä poikkeamia tästä laista [6] .

Muistiinpanot

  1. ↑ Heikommassa muotoilussa suhteellisuusperiaate väittää vain havaittujen ilmiöiden, ei lakien, muuttumattomuuden, mutta käytännössä tämä johtaa siihen, että samoja lakeja voidaan käyttää yhtäläisesti ennustamaan ilmiöitä viitekehyksestä riippumatta, mikä johtaa yleensä päätekstissä käytettyyn vahvempaan sanamuotoon.
  2. ↑ Postulaattien tulkintatapoja ja hierarkioita on useita. Yhdessä mahdollisesta relativistisen teorian rakentamistavasta oletetaan aluksi valon maksiminopeus, kun taas toisissa vain sen invarianssi oletetaan alun perin.
  3. ↑ S.I. Vavilov v.4 "Michelsonin kokemus, sen toistot ja analogit"
  4. ↑ Edwards, WF :n erityinen suhteellisuusteoria anisotrooppisessa avaruudessa // American Journal of Physics. - 1963. - Nro 31 (7) . — S. 482–489 .
  5. ↑ L. Karlov. Australian Journal of Physics. - 1970. - Nro 23 . - S. 243-253 .
  6. ↑ Valon nopeuden anisotropia // "UFN", osa 177, nro 2, 2007 Arkistokopio päivätty 27. marraskuuta 2011 Wayback Machinessa , preprint (englanniksi) Arkistokopio päivätty 8. lokakuuta 2018 Wayback Machinessa