Den Romanovsky
сентябрь 2016.
96

На основании чего А. Эйнштейн пропостулировал именно абсолютность величины скорости света?(Ведь на этом основании строится СТО)

Ответить
Ответить
Комментировать
0
Подписаться
0
2 ответа
Поделиться

Кулон предложил, а за ним Гаусс переформулировал закон, который описывает электростатические явления. Ампер предложил закон, описывающий магнитные, а Фарадей установил связь циркуляции электрического поля с переменным магнитным, открыл так называемую электромагнитную индукцию. После этого стало понятно что магнетизм и электричество имеют одну природу. Все вместе их объединил и собрал Максвелл, видоизменил чуть закон Ампера и добавил к системе закон сохранения заряда. И таким образом получил систему уравнений, описывающих электромагнетизм. Из этой системы уравнений следовало существование электромагнитных волн, которое показал Герц и предложил, что свет - это как раз электромагнитная волна определенного диапазона частот. Но с уравнениями Максвелла получилась проблема. 

Было более-менее понятно что электрическое и магнитное поле при смене системы отсчета преобразуются друг в друга и даже в общем-то понятно как. Это ясно из простого примера, магнитное поле действует только на движущиеся заряды, и магнитная сила пропорциональна скорости. Но в системе отсчета, где заряд покоится, он все равно испытывает ускорение, это не может быть магнитная сила, скорость же нуль, но эта сила связана с зарядами, следовательно она электрическая. Значит магнитное поле преобразуется в электрическое и наоборот. Но вот сама система уравнений Максвелла не сохраняет свой вид при обычных преобразованиях систем отсчета (x2=x1+v*t, а время везде одинаково), вылезают разные дополнительные члены. 

Лоренц нашел преобразования, сохраняющие вид уравнений Максвелла во всех системах отсчета, эти преобразования были необычными и при переходе в другую систему отсчета изменяли не только координату, как мы привыкли считать (что если машина едет по дороге, то координаты относительно дороги будут связаны с координатами относительно машины следующим образом x2=x1+v*t). В них также входило преобразование времени, в новой системе отсчета время зависело от старого времени и координат. И такое преобразование, преобразование Лоренца, также оставляло инвариантным волновое уравнение (как следствие инвариантности уравнений Максвелла) и давало ответ на вопрос как же преобразуется скорость света при замене системы отсчета. Никак. 

Вопрос про преобразование скорости света долго мучил людей, пытавшихся проинтерпретировать электромагнитные волны как волны в какой-то универсальной упругой среде - эфире, и искавших свойства этого эфира, чтобы свет в нем распространялся как в экспериментах. Вопрос о преобразовании скорости света позволил бы понять увлекается ли такой гипотетический эфир материей или нет, и если да, то как. Предположение о постоянстве скорости требовало полного увлечения, в то время как опыты (опыт Физо по измерению скорости света в движущейся воде относительно скорости в покоящейся) показывали частичное увлечение с позиций старой галилеевской и ньютоновской картины мира, то есть постоянство скорости света противоречило старой точке зрения самой по себе. Преобразования Лоренца же давали преобразование скоростей согласовывавшиеся и с постоянством скорости света и с опытом Физо и таким образом намекали на несостоятельность теории эфира и вообще галилеевской кинематики.

Люди долго пытались проинтерпретировать эти преобразования и связать их с уравнениями Ньютона, которые наоборот расползались при преобразованиях Лоренца и вели себя хорошо при x2=x1+v*t1, t2=t1. В итоге Эйнштейн предложил, что уравнения Ньютона - это приближение при малых по сравнению со световой скоростях и построил их аналог на преобразованиях Лоренца. В новой динамике постоянство скорости света стало одним из краеугольных камней, так как преобразования Лоренца по сути можно вывести из этого постулата и равноправности всех инерциальных систем отсчета.

Возможно я неправильно приписываю часть открытий некоторым из людей, Лоренц, как я только что посмотрел, открыл только приближенное выражение для преобразований, точное дали Эйнштейн и Пуанкаре.

4
Прокомментировать

Эйнштейн пропостулировал относительность любых физических явлений (в том числе и оптических). То есть невозможность определения движешься ты или нет даже оптическими (со светом) экспериментами. 

О том что это нельзя сделать механическими экспериментами было уже известно. Ты никак не сможешь определить свою абсолютную скорость во Вселенной. Постоянство скорости света это всего лишь следствие этого предположения. Никак не основополакающий закон. Из названия даже ясно - теория относительности!

В случае света во времена Эйнштейна была общепринята точка зрения, что световые явления можно использовать, чтобы определить абсолютное движение Земли относительно эфира. Эйнштейн показал, что это невозможно сделать даже с помощью света. Но это повлекло за собой то, что нам известно как теория относительности. Постоянство скорости света тут не при чем.

1
Прокомментировать
Ответить