Varför färdas ljus alltid i rak linje?
On december 31, 2020 by adminOavsett ramlampan är i rör sig den alltid i en rak linje i den ramen. Varför är det så? Det verkar inte som något för mig som nödvändigtvis borde vara sant. Om någon springer framåt och skickar något vinkelrätt mot deras rörelse, varför skulle det fortsätta att gå framåt med dem – det bär inte källans hastighet.
Kommentarer
- Men det bär källans hastighet, har du någonsin gått framåt medan du kastar en boll i luften?
- En annan sak är att ljus kräver speciell relativitet, och det har egenskaper som momentum, även om det är masslöst.
- Kära Tony – Jag tror att det mesta av det du behöver kan läsas i Feynmann " QED: The Strange Theory of Light and Matter ". Som Dan säger beskriver speciell relativitet tillägget av hastigheter och " hur ljus ser ut " från olika relativt rörliga ramar. För en riktigt vardaglig förklaring: även med galileisk relativitet (" varje dag " vec för att lägga till hastigheter) något som går rakt med en konstant hastighet i en ram fortsätter fortfarande i någon annan ram som rör sig med konstant hastighet i förhållande till dig. Och för ramen som är stationär i förhållande till dig kan du tänka på ett symmetriargument …
- dvs. … om du lyser ett ljus i en riktning, varför skulle det böja sig? Det kan bara göra det (och faktiskt gör det) om det finns viss asymmetri i rymden. Rikta en laserstråle i torr luft en klar dag – den går rakt eftersom vakuum ' egenskaper (torr, enhetlig temperaturluft är nästan densamma) inte ' t har någon krångel eller stötar i sig – men peka den mot en het väg och den böjer sig uppåt: vägen ' s uppvärmning av luften ovanför den gör att ljusets hastighet beror på position och symmetrin bryts.
- @Tony Tips: Varför är en nivåstråle i en horisontell ram sned i en vinkel i en roterad referensram, bara för att rymma för lutar huvudet?
Svar
Allt rör sig i geodesik om det inte påverkas av en annan kraft än tyngdkraften – detta är ett axiom för allmän relativitet (den geodesiska ekvationen). Geodesik är raka linjer i frånvaro av tyngdkraft – detta är en del av det andra axiomet av allmän relativitet (Einstein-Hilbert-åtgärden, eller EFE eller vad som helst).
Ljus interagerar inte mycket med allt , förutom ganska svagt med tyngdkraften, och med vissa diverse spridningsmönster, som de som låter dig faktiskt se saker, men de är ganska spetsiga (reflektion, brytning etc. – banorna är spetsiga så länge spridningsgränsen är skarp ), så du ser fortfarande en massa raka linjer.
Kommentarer
- @ Dimension1n0: Att ' skriver inte, tyngdkraften bör inte ' inte inkluderas. Saker (lätt också) som bara påverkas av gravitationen kommer att ha geodetiska världslinjer.
Svar
Det är ett axiom för allmän relativitet. Ett grundläggande antagande. Ett mer exakt uttalande skulle vara att ljus alltid färdas längs en geodetik i rymdtiden. klassisk annons uppdelning av hastigheter i newtonsk mekanik fungerar inte inrelativitet (ljus är det mest extrema fallet). Det är källan till alla konstiga saker i relativiteten
Svar
Ljusstrålarnas rakhet följer av konstruktiva störningar av vågor som ungefär följ den kortaste vägen (eller mer generellt en extremväg).
Runt den extrema vägen är derivatet av banlängden och variationerna i banan 0. Därför har ungefär extremvägar alla samma längd och därmed samma fas som gör att vågor som följer dem stör konstruktivt. Vägar runt icke-extrem väg störs destruktivt och vågor som följer dem avbryts. Denna förklaring gäller klassiskt för EM-fältet och Maxwell-ekvationen, eller kvantmekaniskt för amplitudfältet. Detta är också förklaringen av Huygens princip.
Feynman ger en detaljerad förklaring av detta i QED, den konstiga teorin om ljus och materia samt i sina föreläsningsanteckningar och andra platser.
Det exakta påståendet bör vara att ljus i fritt utrymme rör sig i raka linjer och konstant hastighet mot tröghetsreferensramar. Det rör sig inte i raka linjer eller konstant hastighet i accelererande referensramar eller i icke-homogen media.
Det faktum att ljusets hastighet är oberoende av observatörens hastighet är en relativistisk effekt. Formellt är det ett postulat med speciell relativitet.
I allmänhet följer relativitetsljus geodesik med rymdtidens mått.
Lämna ett svar