Warum bewegt sich Licht immer in einer geraden Linie?
On Dezember 31, 2020 by adminUnabhängig davon, ob das Rahmenlicht eingeschaltet ist, bewegt es sich in diesem Rahmen immer in einer geraden Linie. Warum ist das so? Es scheint mir nicht etwas zu sein, das unbedingt wahr sein sollte. Wenn jemand vorwärts rennt und etwas senkrecht zu seiner Bewegung sendet, warum sollte es sich dann weiter mit ihnen vorwärts bewegen – es trägt nicht die Geschwindigkeit der Quelle / p>
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- Aber es trägt die Geschwindigkeit der Quelle, sind Sie jemals vorwärts gegangen, während Sie einen Ball in die Luft geworfen haben?
- Eine andere Sache ist, dass Licht eine spezielle Relativitätstheorie erfordert und auch Eigenschaften wie Impuls aufweist, auch wenn es masselos ist.
- Lieber Tony, ich glaube, das meiste, was Sie brauchen, kann in Feynmann " QED: Die seltsame Theorie von Licht und Materie " Wie Dan sagt, beschreibt die spezielle Relativitätstheorie das Hinzufügen von Geschwindigkeiten und " wie Licht " aus verschiedenen relativ bewegten Bildern aussieht. Für eine wirklich alltägliche Erklärung: auch mit galiläischer Relativitätstheorie (" alltäglich " vec Für das Hinzufügen von Geschwindigkeiten) bewegt sich etwas, das in einem Frame mit konstanter Geschwindigkeit gerade läuft, in jedem anderen Frame immer noch mit konstanter Geschwindigkeit relativ zu Ihnen. Und für den Rahmen, der relativ zu Ihnen stationär ist, können Sie sich ein Symmetrieargument vorstellen …
- d. H. … wenn Sie ein Licht in eine Richtung scheinen lassen, warum sollte es sich biegen? Dies kann (und tatsächlich) nur geschehen, wenn im Raum eine gewisse Asymmetrie besteht. Richten Sie einen Laserstrahl an einem klaren Tag in trockene Luft – er geht geradeaus, da die Eigenschaften des Vakuums ' (trockene Luft mit gleichmäßiger Temperatur ist fast gleich) nicht ' hat keine Einseitigkeit oder Unebenheiten – aber richten Sie es auf eine heiße Straße und es wird sich nach oben biegen: Die Straße ' erwärmt die Luft darüber Die Lichtgeschwindigkeit hängt von der Position ab und die Symmetrie wird unterbrochen.
- @Tony Hinweis: Warum ist ein ebener Strahl in einem horizontalen Rahmen in einem gedrehten Referenzrahmen in einem Winkel geneigt, nur um die zu berücksichtigen? Neigung Ihres Kopfes?
Antwort
In der Geodäsie bewegt sich alles, wenn es nicht von einer anderen Kraft als der Schwerkraft beeinflusst wird – Dies ist ein Axiom der allgemeinen Relativitätstheorie (die geodätische Gleichung). Geodäten sind gerade Linien ohne Schwerkraft – dies ist Teil des anderen Axioms der allgemeinen Relativitätstheorie (Einstein-Hilbert-Aktion oder EFE oder was auch immer).
Licht interagiert nicht viel mit allem , außer ziemlich schwach mit der Schwerkraft und mit einigen verschiedenen Streumustern, wie denen, die es Ihnen ermöglichen, Dinge tatsächlich zu sehen, aber diese sind ziemlich spitz (Reflexion, Brechung usw.) – die Pfade sind spitz, solange die Streugrenze scharf ist ), sodass Sie immer noch eine Reihe von geraden Linien sehen.
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- @ Dimension1n0: Das ' Wenn nicht geschrieben wird, sollte die Schwerkraft nicht ' enthalten sein. Dinge (auch Licht), die nur von der Schwerkraft beeinflusst werden, haben geodätische Weltlinien.
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Es ist ein Axiom der allgemeinen Relativitätstheorie. Eine Grundannahme. Eine genauere Aussage wäre, dass sich Licht immer entlang einer Raumzeit-Geodät bewegt klassische Anzeige Die Geschwindigkeitsabhängigkeit in der Newtonschen Meachanik funktioniert nicht inrelativ (Licht ist der extremste Fall). Das ist die Quelle aller seltsamen Dinge in der Relativitätstheorie.
Antwort
Die Geradheit der Lichtstrahlen ergibt sich aus der konstruktiven Interferenz von Wellen, die ungefähr Folgen Sie dem kürzesten Pfad (oder allgemeiner einem extremen Pfad).
Um den extremen Pfad herum ist die Ableitung der Pfadlänge für Variationen des Pfades 0. Daher haben ungefähr extreme Pfade alle die gleiche Länge und damit die gleiche Phase, die Wellen erzeugt, die ihnen folgen, stören konstruktiv. Pfade um nicht-extreme Pfade stören destruktiv und Wellen, die ihnen folgen, heben sich auf. Diese Erklärung gilt klassisch für das EM-Feld und die Maxwell-Gleichung oder quantenmechanisch für das Amplitudenfeld. Dies ist auch die Erklärung von Huygens Prinzip.
Feynman gibt eine detaillierte Erklärung dazu in QED, der seltsamen Theorie von Licht und Materie sowie in seinen Vorlesungsunterlagen und andere Orte.
Die genaue Aussage sollte sein, dass sich Licht im freien Raum in geraden Linien und konstanter Geschwindigkeit in Trägheitsreferenzrahmen bewegt. Es bewegt sich nicht in geraden Linien oder konstanter Geschwindigkeit in beschleunigenden Referenzrahmen oder in inhomogenen Medien.
Die Tatsache, dass die Lichtgeschwindigkeit unabhängig von der Geschwindigkeit des Beobachters ist, ist ein relativistischer Effekt. Formal handelt es sich um ein Postulat der speziellen Relativitätstheorie.
Im Allgemeinen folgt das Relativitätslicht der Geodäsie anhand der Raumzeitmetrik.
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