Наглядное представление максимальности скорости света

irenape

Мне кажется, я наконец-то допёр, как представить себе наглядно постулат СТО про скорость света, и как объяснить его незнакомым с теорией.
Берём ветку, опускаем её в воду. Ветка - аналог заряда, поверхность воды - аналог пространства. Пока ветка покоится, ничего не происходит, статика.
Когда ветка начинает двигаться, вокруг неё начинают расходиться волны по поверхности воды, как и э/м волны в пространстве вокруг движущегося электрона.
Фронт каждой волны на поверхности воды будет, грубо говоря, овальным, и чем выше скорость ветки - тем сильнее он вытягивается, потому что скорость распространения волны конечна. А теперь представим, что скорость волны начинает увеличиваться. "Овальность" фронта волны будет уменьшаться. И если скорость будет бесконечно большой - как бы быстро мы не двигали ветку, фронт волны всегда будет круговым.
И вот тут мы вспоминаем, что из наблюдений было установлено, что э/м волны обладают именно таким свойством - как бы не двигался источник, фронт волны у них - всегда - круговой. Получается, э/м волны распространяются с самой максимальной (бесконечной) скоростью, которая возможна в нашем пространстве. Отсюда и постулат, что максимальная скорость существует и равная этой самой скорости распространения э/м волн.
Получается, движение со скоростью c - это как бы обратная крайность состоянию покоя, отсюда и вылезают все штуки про сложение скоростей, которое невозможно выше скорости света: грубо говоря, волны получаются как бы вмороженными в пространство, так как распространяются с максимально возможной скоростью относительно самого пространства, а не какой-то системы отсчёта.
Конечно, аналогия не полная, так как вода - это не пространство, и у неё есть скорость звука, но в целом, мне кажется, довольно просто и понятно. Не знаю, правда, понятно ли описал :)
Что думаете, господа физики и сочувствующие?

seeknote

до движения ветки все выглядит очень хорошо
как из того, что скорость увеличивается максимально выхолит, что существует максимальная скорость
а вообще проще через математику и конечность скоростей сигнала

irenape

как из того, что скорость увеличивается максимально выхолит, что существует максимальная скорость
Фронт волны всегда будет круговой только если скорость бесконечна. Но мы знаем, что фронт круговой, а скорость конечна. Значит, эта конечная скорость и есть та самая бесконечная скорость, то есть максимальная.

seeknote

Фронт волны всегда будет круговой только если скорость бесконечна
подожди, скорость чего бесконечна?

irenape

скорость чего бесконечна
Если скорость распространения волны бесконечна, её фронт будет круговой при любом движении источника (если она конечна, пока источник из одной точки в другую точку перемещается, фронт вытягивается).

seeknote

Если скорость распространения волны бесконечна, её фронт будет круговой
фронт будет иметь любую форму, точнее он ее вообще не будет иметь

fabio

а если двигать ветку быстрее то можно увидеть эффект вавилова-черенкова

Lene81

если скорость распространения бесконечна — никакого фронта нет, есть волновое поле. И даже в этом случае при движении заряда поле будет дипольно искажаться в его окресности просто интерференцией.
Т.о. твой мысленный эксперимент ничего не доказывает: он исходит из предположения о существовании фронта, которое выполняется только по конечной скорости распространения возмущений. А судить о конечной или бесконечной скорости распространения только по симметрии волнового поля, как понятно из сказанного выше, нельзя

irenape

фронт будет иметь любую форму, точнее он ее вообще не будет иметь
Ну ок, пусть скорость не бесконечность, а бесконечность -1 :)

irenape

Т.о. твой мысленный эксперимент ничего не доказывает
Это не мысленный эксперимент, а механическая аналогия, цель которой - помочь понять постулат СТО на "бытовом" уровне. Это иллюстрация, а не доказательство.

irenape

а если двигать ветку быстрее то можно увидеть эффект вавилова-черенкова
Да, будет взрывная волна :)

Lene81

Это не мысленный эксперимент, а механическая аналогия, цель которой - помочь понять постулат СТО на "бытовом" уровне. Это иллюстрация, а не доказательство.
Тогда он несостоятелен. Постулат СТО гласит что "скорость света максимально возможная в природе". Грубо говоря, это эквивалент утверждения, что все законы в природе (электромагнитные, механические, гравитационные) инваринатны относительно группы Лоренца (группы симметрии ур-й Максвелла а не группы Галилея (группы симметрии ур-й Ньютона). Еще более лапидарно выражаясь, СТО — это релятивистски-ковариантная механика.
А твоя иллюстрация лишь дает наброски к тому, как можно установить конечность скорости волнового возмущения.

irenape

Постулат СТО гласит что "скорость света максимально возможная в природе". Грубо говоря, это эквивалент утверждения, что все законы в природе (электромагнитные, механические, гравитационные) инваринатны относительно группы Лоренца (группы симметрии ур-й Максвелла а не группы Галилея (группы симметрии ур-й Ньютона).
Скажи, а классическая аналогия в ОТО для гравитации - натянутая простыня и два апельсина, которые скатываются друг к другу по прогнутой под их весом простыне - тебе тоже не нравится, потому что там не фигурирует тензор Риччи? :)
А твоя иллюстрация лишь дает наброски к тому, как можно установить конечность скорости волнового возмущения.
Вообще-то, классическая формулировка постулата СТО как раз электродинамическая - о том, что скорость света не зависит от движения источника (фронт волны точечного источника всегда сферический а вовсе не про максимальные скорости распространения взаимодействий, сигналов или типа того.

Lene81

Вообще-то, классическая формулировка постулата СТО как раз электродинамическая - о том, что скорость света не зависит от движения источника (фронт волны точечного источника всегда сферический а вовсе не про максимальные скорости распространения взаимодействий, сигналов или типа того.
Хорошо, согласен про про уточнение о СТО, но непонятно, как твоя механическая аналогия связана с ней. Мгновенное возмущение, испускаемое веткой в данный момент времени в неподвижной воде распространяется сферически, общая огибающая всех кругов дает фронт возмущений — это все давно и хорошо известные детали, которые были открыты и наблюдались задолго до проблем со СТО.
Проблема, как я понимаю, возникает в том, если мы рассматриваем дуальную картину — неподвижная палка в потоке воды. В этом случае наблюдается "снос" волн и картина теперь отличается. Так вот, СТО говорит, что для света нет "сноса" и картина в точности такая же как и для неподвижной воды и движущегося прутика.

irenape

Хорошо, согласен про про уточнение о СТО, но непонятно, как твоя механическая аналогия связана с ней.
А тебе понятно на уровне физики, а не математики, как из постулата про постоянство скорости света (точнее, независимости скорости света от движения источника) вдруг появляются преобразования Лоренца? Ну скорость света и скорость света, при чём тут материальные тела, почему возникает ограничение скорости?
Аналогия же поясняет, что речь идёт не о свете, а о свойстве пространства вообще.
Мгновенное возмущение, испускаемое веткой в данный момент времени в неподвижной воде распространяется сферически, общая огибающая всех кругов дает фронт возмущений — это все давно и хорошо известные детали, которые были открыты и наблюдались задолго до проблем со СТО.
Ну, грубо говоря, формирование фронта волны начинается, когда ветка находится в точке А, и заканчивается, когда ветка в точке B - в итоге фронт не круговой, а вытянутый. Если же он формировался бы мгновенно (или, другими словами, скорость распространения возмущения была бы бесконечной был бы круговым. Конечно, это не полная аналогия, как и любая другая - э/м возмущения в пространстве распространяются не посредством молекулярных связей, как у воды.

Lene81

Ну, грубо говоря, формирование фронта волны начинается, когда ветка находится в точке А, и заканчивается, когда ветка в точке B - в итоге фронт не круговой, а вытянутый.
В каждый момент времени веточка является источником _круговых_ волн. Изогнутая форма фронта — результат интерференции волн, испущенных в разные моменты времени. man принцип Гюйгенса.
http://physics.nad.ru/Physics/swd.gif
если веточка движется быстрее скорости распространения поверхностных волн, то образуется конус Маха
http://physics.nad.ru/Physics/swu.gif

irenape

В каждый момент времени веточка является...
Ну да, а простыня прогибается под апельсинами потому, что они притягиваются к Земле, а вовсе не потому, что те искривляют её своим появлением.
Аналогия не требует точной аналитической взаимосвязи, она призвана проиллюстрировать явление под другим углом зрения.
PS клёвые картинки, кстати, но ты попробуй веточкой по воде поводить и посмотреть на это дело глазами.

Sergey79

не очень хорошая аналогия. Прямо скажем, аналогия прямо противоположна смыслу СТО.
Смысл СТО, что скорости складываются не по-галилеевски. А у тебя галилеевское движение палки в воде. Поэтому ты тут же приходишь к противоречию: скорость света бесконечна - потому что палка не может догнать волну, но при этом конечна - тогда непонятно почему палка не может догнать волну. И именно этот дурацкий момент ты объявляешь главной фишкой :grin: .

irenape

Смысл СТО, что скорости складываются не по-галилеевски.
Да, но почему?
А у тебя галилеевское движение палки в воде. Поэтому ты тут же приходишь к противоречию: скорость света бесконечна - потому что палка не может догнать волну, но при этом конечна - тогда непонятно почему палка не может догнать волну. И именно этот дурацкий момент ты объявляешь главной фишкой :grin: .
Блин, да почему дурацкий? Это именно в воде ситуация такова, потому что вода - не пространство. Фишка именно в том, что палка не может догнать волну, хотя волна обладает конечной скоростью, потому, что в нашем пространстве максимальная возможная скорость - скорость света. В этом смысле c является бесконечной скоростью, и именно поэтому её невозможно достигнуть, как невозможно достигнуть бесконечную скорость.

lenmas

СТО-то ладно. А вот квантовую механику, говорят, никто толком не понимает :)

seeknote

А вот квантовую механику, говорят, никто толком не понимает
е нельзя почувствовать - она противоречит тн "зравому смыслу", но вот понять - хз, вполне возможно

FieryRush

е нельзя почувствовать - она противоречит тн "зравому смыслу", но вот понять - хз, вполне возможно
Странно, в математике мало чего имеет отношение к здравому смыслу, но почувствовать объект вполне можно.

seeknote

ок, интерференция электронов плохо укладывается в "здравый смысл"

FieryRush

Так я и говорю, что для ученого это не должно быть помехой. Он потому и ученый, что способен мыслить вне здравого смысла.

seeknote

ну цель этого топика - дать и неученым возможность чего-то понять

djdf

Берём ветку, опускаем её в воду. Ветка - аналог заряда, поверхность воды - аналог пространства. Пока ветка поко...
ммм...как по мне, текст вроде не сложный, но ничего не понятно

irenape

ммм...как по мне, текст вроде не сложный, но ничего не понятно
Ну, этот конкретно пост я формулировал всё-таки для физиков. Если ты не физик, могу написать более подробный пост, объясняющий эту иллюстрацию.

djoffrei

ронт волны всегда будет круговой только если скорость бесконечна. Но мы знаем, что фронт круговой, а скорость конечна. Значит, эта конечная скорость и есть та самая бесконечная скорость, то есть максимальная.
Алло, скорая! :crazy:
Оставить комментарий
Имя или ник:
Комментарий: