G. Shch.
январь 2017.
326

Свет в вакууме прошел мимо камня. С какой скоростью относительно света движется камень, если ничто, имеющее массу, не может развить скорость света?

Ответить
Ответить
Комментировать
3
Подписаться
2
2 ответа
Поделиться

Предыдущий ответ по сути своей не верен, особенности движения тел со скоростью света никак не связаны с квантовой механикой, в этом смысле квантовая механика не отличается от классической, для массивных квантовых частиц существует система отсчета покоя несмотря на корпускулярно-волновой дуализм. И утверждение, что камень не движется - это отказ от принципа относительности, движение относительно, всегда есть системы отсчета где камень движется.

Поэтому разберемся по порядку. Если бы рядом с камнем летел кирпич со скоростью половина скорости света, то относительно кирпича камень тоже летел бы с той же скоростью. В этом суть принципа относительности, это еще Галилей придумал и это чуть ли не первое что проходят по физике. Почему же тогда говорится, что нельзя лететь со скоростью выше световой, откуда это ограничение? Оно идет от того, что если бы рядом с камнем летел бы лучик света, он бы разумеется летел со скоростью света, но если бы мы теперь померили скорость лучика света относительно летящего кирпича, то мы бы получили то же самое значение. Парадоксально, но факт. Скорость света постоянна во всех системах отсчета.

Это происходит от того, что скорость - это расстояние деленное на время, но отдельно времени и отдельно пространства не существует, существует пространство-время. Это значит, что когда мы меняем систему отсчета с камня на кирпич, у нас меняются не только координаты, но и время в разных точках. На самом деле, не существует единого абсолютного  пространства или времени отдельно от наблюдателя. Разные промежутки времени, одновременность - это все зависит от системы отсчета. Два события, одновременные относительно камня, не будут одновременны относительно кирпича. Камень померяет другую длину кирпича, чем сам кирпич. Более того, камень будет видеть, что на кирпиче за 1 секунду прошло меньше секунды, а кирпич будет видеть то же самое, что на камне за секунду прошло меньше секунды, это называется релятивистским замедлением времени. Так должно быть, потому что системы отсчета камня и кирпича равноправны, этого требует относительность. Важное о скидочных картах Как воспользоваться скидочной картой в любом магазине, если забыл ее дома или потерял?Как предпринимателю сделать так, чтобы покупатели пользовались его картами?Дают ли скидочные карты какую-то выгоду? Или это просто видимость скидок?Задавайте вопросы экспертам

Это потому что и расстояние, и время в другой системе отсчета мы можем получить только получив от нее сигнал в виде света или чего-то еще. И если между двумя событиями такой сигнал не смог бы пройти, то будут наблюдатели, которые увидят, что первое событие случилось раньше, а будут те, которые увидят что, второе, для таких двух событий невозможно установить причинно-следственную связь. Все от того, что принципиально не существует абсолютного времени или пространства, существуют индивидуальные наблюдатели, их системы отсчета и померенные для них интервалы времени, одновременность и расстояния. И во всех системах отсчета свет распространяется с одной и той же скоростью. Получилось так, что мир устроен совершенно по-другому, чем нам кажется из повседневной жизни, где мы просто не сталкиваемся с достаточно большими скоростями. Подробнее я Вам рассказать не смогу, но Вы можете сами, если Вам интересно понять как работает пространство и время, изучить специальную теорию относительности (СТО), математика там на уровне средней школы, но саму физическую суть сразу осознать непросто. Не думаю, что ее можно взять и рассказать за чашкой чая, это надо сесть, осмыслить и проработать самому.

Ну а что касается исходной постановки вопроса, то в систему отсчета фотона перейти нельзя. По мере приближения скорости тела к скорости света в нашей системе отсчета его время будет замедлятся, и при скорости света остановится. Физически это означает, что для фотона не существует такого понятия, как его собственное время, поэтому относительно него нельзя померить ни скорость, ни что-либо еще. Поэтому Ваш вопрос не имеет ответа.

7

Ох уж эти постулаты современной науки света. Они неприятны как крошки в постели) Ибо, принимая их, мы должны улыбаясь принять (с точки зрения фотона) возможность движения объекта с условиями: время = 0, расстояние = 0, но скорость =300 000 м/с. Добавив сюда относительность движения, мы можем например утверждать, что вместе со всем нашим окружающим космосом летим со скоростью света мимо некого внешнего объекта, но никогда не заметим этого, ибо для нас время во вне = 0, но для него мы будем двигаться со скоростью 300 000 м/с. Но и этого мало. Мы еще можем добавить движение отдельных частей самого пространства, суммарная скорость которых может превышать свет хоть бесконечно раз, окончательно пересолив кашу, которую уже совсем никому не хочется есть. И что мы имеем: либо мы привязываем свет к пространству и принимаем, что любое движение системы отсчета происходит только вместе с пространством его окружающим (именно это необходимо чтобы все вышеперечисленное было возможным), либо отделяем систему и пространство, но тогда нужно говорить о том, что пространство, а с ним и весь мир, подстраивается как компьютерная программа под условия движения и относительности объектов в зависимости от ситуации, выдавая разную «картинку» и условия для разных объектов, как в компьютерной игре. Ни первое, ни второе не выдерживает критики. И в итоге мы ни с чем). 

0
Ответить

Скорость мы можем мерить только относительно какой-то системы отсчета. Относительно нашей фотон пролетает расстояние за какое-то время, скорость его 300000 км/с. Проблем тут нет никаких. Тем более что такое поведение света - не постулат, а наблюдательный факт. 

То что Вы читаете у меня, это выжимка без формул теории относительности. Релятивистская физика - это не философия, это строгая математическая теория, которая дает однозначный ответ на любой физически осуществимый вопрос. 

Мы не привязываем свет к пространству - свет движется на фоне пространства. Система отсчета в теории относительности - это карта пространства. Пространство существует и без нее, но как работать с ним без карт не понятно. Вот у Вас есть Земля, попробуйте описать положение любого объекта. Либо Вы называете его координаты, либо говорите что он в будет на таком-то расстоянии в таком-то направлении, по сути строите локальную карту относительно себя. Пространство ни под кого не подстраивается. Вы можете взять листок бумаги и нарисовать на нем декартову систему координат. А потом другую, повернутую относительно первой. И каждая точка в новой системе будет иметь другие координаты. Вы же не говорите, что лист бумаги подстроился под наши наблюдения? Переход в другую систему отсчета в теории относительности - это в некотором смысле аналог поворота, только в четырехмерном пространстве-времении. 

Одновременность, разные моменты времени, единицы длины в пространстве-времени - это такие же координаты как и линии постоянной координаты x или y в декартовой системе координат. И они зависят от наблюдателя так же как и у Декарта. Если у Декарта переход от одних координат к другим - это поворот, то у Эйнштейна - переход к движущейся системе отсчета. Есть инвариантные величины, у Декарта при поворотах не меняется длина, у Эйнштейна не меняется так называемый интервал с^2*t^2-l^2, следствием этого является постоянство скорости света.

Если подытожить, то Ваши рассуждения - это наивная попытка провести аналогию между классическим взглядом и теорией относительности. У Вас это не выйдет, потому что Вы воспринимаете пространство отдельно, а время отдельно. А одновременность как нечто абсолютное. Если Вы хотите говорить по существу, Вам придется выучить хотя бы специальную теорию относительности, это под силу любому человеку, освоившему школьную математику. Пока что дискуссии у Вас не выйдет, потому что мы говорим с Вами на разных языках и оперируем разными понятиями.

0
Ответить

Здравствуйте, Николай.  У меня вопрос. Как бы увидел мир человек, движущийся со скоростью света (в порядке фантазии; ну или со скоростью бесконечно близкой к с)? Вроде как при прямолинейном движении со скоростью близкой к с (согласно СТО) сжимается расстояние по направлению движения, и внешние объекты сжимаются - планеты, звёзды выглядят сплюснутыми по оси движения. Значит ли это, что на скорости света мир (вид спереди) предстал бы плоским, и далёкие, в тысячах световых лет, объекты были казались бы столь же близкими, как те, мимо которых "пролетаешь" "сейчас"? И можно ли тогда говорить вообще о каком либо "полёте" или "движении" (если скорость = с), когда далёкая галактика также под рукой, как, например, Луна (если стартануть с Земли)?     

0
Ответить
Ещё 3 комментария

Ну со скоростью света или бесконечно близко к скорости света двигаться нельзя, я про это писал. Но просто с большой скоростью двигаться можно. Расстояние мы оцениваем не по тому как далеко объекты находятся, а по тому какой они имеют угловой размер. Поэтому объекты в воде кажутся больше из-за преломления света на поверхности воды. Вообще, есть много разных людей, создававших симуляторы движения с околосветовой скоростью. Вспоминается такая игрушка, к ней есть комментарии что как и почему отображается 

A Slower Speed of Light

0
Ответить

Спасибо Николай за ответ, но видно Вы не совсем поняли мой полушутливый пост. И похоже Вы просто принимаете физические явления, такие как константу скорости света или силу инерции, и не особо задумываетесь какой в корне должен быть механизм, чтоб все это работало как есть. Судя по всему, Вы считаете, что при изменении скорости просто меняется «восприятие» пространства-времени и оно начинает по-другому отсчитываться, но все обстоит загадочнее, и куда не ткни, возникают парадоксы.

Если вы спокойно себе летите в ракете, и к вам навстречу летит точно такая же ракета со скоростью 250 000 км/с, вы посчитаете что она сплюснута и ее масса значительно больше вашей, хоть и ракета точно такая же как у вас, и то же самое касательно вас посчитает астронавт в этой ракете. Для каждого из вас будет разная «картинка» мира. Вопрос так кто же массивнее? Кто кого сшибет при столкновении?) Для справедливости уточним, что обе ракеты синхронно вылетели навстречу с двух разных планет, которые являются инерциальной системой.

Можем сделать эту задачу еще более забавной. Размещаем на месте вероятного столкновения ракет камушек, и говорим, что каждая из ракеты приближаются к нему со скоростью 200 000 км/с. Вроде как физически возможная ситуация, и должно произойти столкновение на месте камня. Но вот только скорость ракет относительно друг друга превышает свет, и они друг для друга бесконечно массивны и замерли во времени. В каждой ракете будут фиксировать приближение камня и считать, что именно они первыми собьют камень и уже потом врежутся в загадочный объект.

Почему-то нигде толково не размышляется на тему процессов в корне. Везде говорится, что при 99% от скорости света пространство размазывается и т.д. Ну, во-первых, если мы уже железно постигли, что скорость - вещь относительная, а свет константа, мы не можем говорить, что летим со скоростью 99% от света. Это возможно сказать относительно места старта и других объектов, но никак не пространства. Во-вторых, мне лично выводов про то, кто что видит, про рост массы и стремления времени к 0 мало. Что именно происходит с самим объектом?

Рассмотрим конкретный пример. Мы запустили ракету с огромнейшим баком горючего, который позволяет ей лететь 10 000 лет до некой звезды. И вот летит ракета с постоянным комфортным ускорением в 10 м/с^2, людишки на борту живут себе спокойно, размножаются. И вот проходит 1000 лет. Людишки все так же живы, дышат, кушают. Вот только по расчетам имеем то, что относительно базы скорость света уже превышена (10*360*24*30*12*1000). Так живы люди или их постепенно сплющило в 0? Остановилась ракета относительно целевой звезды, или же для них возникло субпространство, в котором они летят себе как летели без лишних ощущений, а в пространстве-времени в котором находятся база и звезда вместо ракеты возник некий объект с толщиной 0 мм и скоростью света? Если да, то сможет ли вернуться ракета в нужное пространство-время если у самой звезды ракета развернет двигатели в обратном направлении?

Я считаю понимание и решение вот ТАКИХ моментов позволит нам приблизится к «Общей теории всего». Спасибо если дочитали. Мне интересно ваше мнение, если оно не будет предвзятым.   

0
Ответить

Парадоксов нет, просто динамика совсем неинтуитивная. Если Вам глубинный смысл интересен, то принцип относительности Эйнштейна утверждает что мы живем в мире, где причинность распространяется с конечной скоростью, скоростью света. Причинно несвязанные события не могут быть сопоставлены в контексте что произошло раньше. Для каждого конкретного наблюдателя мы можем прочертить линии одновременных событий как те, откуда свет до нас дойдет через время, равное расстоянию до них поделить на скорость света. Но реальная физическая суть, почему нет парадоксов, в том, что любые взаимодействия принципиально распространяются со скоростью света или медленнее. Если бы это было не так, теория была бы противоречива. 

Мы с Вами сейчас говорим на разных языках, потому что я теорию относительности знаю, а Вы не знаете, но пытаетесь на ходу додумать и получаете противоречия. Об этом я вам и говорил.

В Вашем примере. Масса со скоростью не меняется, это некорректный момент который возникал когда импульс пытались определять как массу на скорость в данной системе отсчета. Так не делают уже, но да не суть, принцип от этого не изменится. Итак, при столкновении сохраняется импульс. Если вы смотрите относительно СО, где каждая ракета летит со скоростью 250000 км/с, то две ракеты столкнутся и остановятся. Картина тут такая же как и у Ньютона, энергия и импульс сохраняются, только выражения для них другие.

Когда Вы меряете относительную скорость, Вы переходите из одной системы отсчета в другую, движущуюся. В новой системе отсчета и интервалы времени и пространственные интервалы будут иметь другую длительность. Из-за этого относительная скорость будет не суммой скоростей, а будет задаваться известной формулой релятивистского сложения скоростей. В Вашем случае относительная скорость будет где-то 277000 км/с. Если Вам все события интересно из одной СО в другую перевести, берите преобразования Лоренца и переводите, противоречий не получите.

Никто никогда не говорит просто про 99% скорости света, говорят про 99% относительно нас. Как я уже сказал, ситуация для нас и объекта, летящего со скоростью 99% скорости света абсолютно одинакова, только длительность, очередность и расстояние между различными событиями у нас и у тела разные. Тем не менее, с самим телом ничего не происходит. Как относительно него не происходит и с нами. Вы корень ищите не там. Корень в конечной скорости причинности и принципиально другом устройстве мира и динамике, все инерциальные СО также равноправны как и у Ньютона с какой бы они скоростью относительно друг друга ни двигались.

Опять же из-за того что движущиеся наблюдатели по-разному воспринимают длительность и расстояния, ускорение для корабля будет постоянным, а относительно Земли, чем корабль будет быстрее двигаться, тем меньше будет его ускорение. В итоге скорость корабля относительно Земли так и не превысит скорость света. В Вашем случае, корабль достаточно близко подойдет к скорости света, его скорость будет меньше световой всего лишь на 5*10^-5%, но сколько бы еще корабль не ускорялся, скорости света он так и не достигнет.

Так что ТАКИЕ моменты были решены в первый год если не месяц существования теории относительности. Просто Вы теорию относительности не знаете и пытаетесь сейчас сходу додумать ее, получая неверные утверждения. Возьмите дюжину лекций Фейнмана, эта книжка много где продается. Прочитайте оттуда 6 лекций посложнее, там как раз про СТО. И потом, если что-то будет непонятно, я готов буду Вам разъяснить. Но пока что вы можете хоть сто лет еще пытаться угадать теорию относительности и получать парадоксы, которых в ней нет.

0
Ответить
Прокомментировать

Интересный вопрос) Но на самом деле простой. Ситуация аналогичная с задачкой: "если вселенная расширяется быстрее скорости света, то значит всё, что находится за пределами видимой вселенной движется быстрее скорости света относительно нас. Как так?"
Давайте разберемся относительно чего движется камень. Относительно отдельного фотона. Фотон движется со скоростью света, ведь он не имеет массы и движется в вакууме. Камень по идее тоже находится в вакууме. Если камень не движется, а фотон пролетел мимо камня, при этом никак на него не воздействуя, следовательно относительно камня, находящегося в состоянии абсолютного покоя фотон двигался со скоростью света, если конечно пространство не искривлено в пространстве нашей задачки, а вот камень относительно света не двигается со скоростью света, по трём причинам: 1: фотон - квантовая частица, а следовательно подвергается корпускулярно-волновому дуализму и возможно является волной, относительно которой было бы странно что-то измерять, ведь фотон будет находится в запутанном состоянии не в определённой точке в определённый момент времени, а будет возможно находится в определённой области. 2: камень не движется относительно фотона со скоростью света, ведь камень вообще не движется. Это сравнимо с двойкой и нулём. 0<2 на 2, но 2 не больше нуля в два раза. 3. Из ОТО мы знаем, что чем быстрее движется объект, тем медленнее для него течёт время. Но для фотона время вообще не течёт, ведь он двигается с максимальной скоростью, следовательно камень вообще не двигался относительно фотона, как и всё, мимо чего этот фотон пролетал.

Иван Брюховотвечает на ваши вопросы в своейПрямой линии
2
Прокомментировать
Ответить