Одно-шляхове вимірювання швидкості світла

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

Одно-шляхове вимірювання швидкості світла по замовчуванню не може бути виміряне незалежно від конвенції по синхронізації годинників, які знаходяться біля джерела та приймача світла, в рамках 'спеціальної теорії відносності'. Проте цілком можливо вимірювати експериментально прямо-зворотню швидкість (або дво-шляхову швидкість світла) від джерела до детектора, а потім назад – від детектора до джерела. Використання терміну round-trip speed в англомовній літературі є не зовсім коректним, оскільки наводить на т.з. «коловий» («round») рух, в рамках якого спеціальна теорія відносності не працює. Альберт Ейнштейн запропонував конвенцію по синхронізації, в рамках якої одно- та дво- шляхове вимірювання швидкості світла є еквівалентні. Постійність одно-шляхової швидкості світла в будь-якій довільно вибраній системі відліку відіграє роль бази в рамках спеціальної теорії відносності. Проте всі передбачення цієї теорії, які можна перевірити експериментально, не залежать від цієї конвенції.[1][2] [3] [4][5][6][7][8]

Протягом останніх ста років були здійснені численні експерименти по одно-шляховому вимірюванню швидкості світла, проте жоден з них не був успішним (?)[9] Пізніше було показано, що ці експерименти насправді вимірюють дво- шляхову швидкість світла.[1][10]

Слід відзначити, що швидкість світла в рамках теорії відносності не визначається, як фізична величина, а береться з електродинаміки. При цьому розглядається два принципово відмінних медіа: «матеріальне медіа», в якому присутні матеріальні тіла, а також «нематеріальне медіа», або «вільний пустий простір»/ «вакуум»/ «ефір».

Одно- шляхова проти дво- шляхової швидкості світла[ред.ред. код]

Дво- шляхова швидкість[ред.ред. код]

Дво-шляхова швидкість світла – це середнє значення швидкості від однієї точки (джерела) до дзеркала і назад. Оскільки світло стартує і фінішує в одному і тому ж місці, то для вимірювання повного часу потрібен тільки один годинник. Таким чином, швидкість світла може бути визначена без використання процедури синхронізації годинників. Будь-яке вимірювання, в якому світло розповсюджується вздовж «закритого шляху» сьогодні розглядається як дво-шляхове вимірювання.

Численні експерименти показали, що в будь-якій «інерціальній системі відліку» дво- шляхова швидкість незалежна від «замкненого шляху», який розглядається.

Оскільки в 1983 році одиниця метр була визначена, як відстань що проходить світло у вакуумі за 1/299 792 458 секунди.[11] Це означає, що швидкість світла уже не може бути виміряна в рамках системи СІ, проте довжина метра може бути погоджена з іншими стандартами довжини і змінюватися з часом.

Одно- шляхова швидкість[ред.ред. код]

Одно-шляхова швидкість світла є невизначена по замовчуванню, оскільки не визначене поняття «одно-моментності» події для двох різних точок у просторі, розділених певною відстанню. Щоб виміряти час, що витрачає світло для проходження певної відстані між двома точками простору, необхідно знати час старту, та час фінішу в одному масштабі часу. Це вимагає наявність двох синхронізованих годинників, один на старті, а інший – на фініші, або деякий засіб що дозволяє посилання сигналу з нескінченною швидкістю. Проте таких засобів, що передають інформацію з нескінченною швидкістю на сьогодні не існує. Таким чином, середнє значення одно-шляхової швидкості вимагає процедури синхронізації» двох годинників на старті та фініші. Очевидно, що це є предмет конвенції експериментаторів.

Перетворення Лоренца і визначає таку «конвенцію» для вимірювання часу в рамках одно- шляхового вимірювання швидкості світла в незалежній інерціальній системі відліку.[12]

Процедура синхронізації годинників[ред.ред. код]

Спосіб, в який проводиться дистанційна синхронізація годинників, може впливати на всі залежні від часу виміри на певних відстанях, особливо при вимірювання швидкості або прискорення.

Конвенція Ейнштейна[ред.ред. код]

Цей метод синхронізує дистанційні годинники в такий спосіб, що одно- шляхова швидкість світла стає рівною дво- шляховій швидкості світла. Деталі цього методу, а також умови, що забезпечують його достовірність, розглянуті в статті синхронізація Ейнштейна (Einstein synchronization).

Примітки[ред.ред. код]

  1. а б Yuan-Zhong Zhang (1997). Special Relativity and Its Experimental Foundations. World Scientific. ISBN 978-981-02-2749-4.  Проігноровано невідомий параметр |name= (можливо, |author=?) (довідка)
  2. Anderson, R.; Vetharaniam, I.; Stedman, G. E. (1998), «Conventionality of synchronisation, gauge dependence and test theories of relativity», Physics Reports 295 (3-4): 93–180, doi:10.1016/S0370-1573(97)00051-3, Bibcode1998PhR...295...93A 
  3. Conventionality of Simultaneity.Allen Janis.2010
  4. Mathpages: Conventional Wisdom and Round Trips and One-Way Speeds
  5. Edwards, W. F. Special Relativity in Anisotropic Space // American Journal of Physics. — 31 (1963) (7) С. 482–489. DOI:10.1119/1.1969607.
  6. Winnie, J. A. A. Special Relativity without One Way Velocity Assumptions // Philosophy of Science. — 37 (1970) С. 81–99, 223–38.
  7. Rizzi, Guido; Ruggiero, Matteo Luca; Serafini, Alessio Synchronization Gauges and the Principles of Special Relativity // Foundations of Physics. — 34 (2004) (12) С. 1835–1887. DOI:10.1007/s10701-004-1624-3.
  8. Sonego, Sebastiano; Pin, Massimo Foundations of anisotropic relativistic mechanics // Journal of Mathematical Physics. — 50 (2008) (4) С. 042902-042902-28. DOI:10.1063/1.3104065.
  9. Michael Tooley (2000). Time, tense, and causation. Oxford University Press. с. 350. ISBN 978-0-19-825074-6.  Проігноровано невідомий параметр |name= (можливо, |author=?) (довідка)
  10. Jong-Ping Hsu, Yuan-Zhong Zhang (2001). Lorentz and Poincaré Invariance: 100 Years of Relativity. World Scientific. ISBN 978-981-02-4721-8. 
  11. 17th General Conference on Weights and Measures (1983), Resolution 1,
  12. Zhang (1997), p 24