Как можно мерить скорость света в метрах, которые определяются скоростью света?!?

Космос, Физика, Эйнштейн

Эти мюоны уже почти с ума меня свели.

Напоминаю — мюоны это такие частицы, которые образуются при столкновении частиц атмосферы с космическими лучами. У них такой короткий период жизни, что они должны распадаться через 600 метров после входа в атмосферу, но вместо этого они проходят все расстояние до Земли, да еще и Землю на пару километров пробивают.

Теория относительности объясняет это так: мюоны движутся практически со скоростью света, (чуть поменьше), так что расстояние для них сжимается, то есть сжимается толщина атмосферы, и поэтому они успевают долететь до нас.

Из этого я начала выводить, что скорость света меняется?!? Раз мы в метрах в секунду меряем, значит для нас, как для наблюдателей, скорость света этих мюонов изменилась.

В общем, развела уже там целую теорию.

Потом читаю — нет.

Ну нет. Везде пишут, что скорость света абсолютна! Вот что везде и для всех наблюдателей она одинаковая.

И всё, у меня не может это никак в голове уложиться.

Ну как так?

Мне комментатор пишет:

«Вы путаете путь и метры, потому что на самом деле метр, наоборот, определяется скоростью света».

Я такая: господи! Точно же!

Эталон метра согласно Комиссии мер и весов

Вот знаете Комиссию мер и весов во Франции? Они же все время устанавливают эталонный килограмм, например, — брусок у них стоял платиновый. Эталонный метр. Эталонная секунда.

Они уже давно, кстати, не держат это все в брусках каких-то или пометках. То есть у них, например, секунды определяются каким-нибудь периодом распада радия. Я говорю: понятно теперь почему, когда цивилизации гибнут, ничего не остается. Ты хочешь, чтобы мы остались вообще без эталонного метра или без эталонного килограмма? Тогда ты на верном пути: надо привязать это всё к периоду распада радия.

Ну, не суть.

То есть они теперь определили эталонный метр как расстояние, которое проходит свет за 1/299.792.458 секунды.

Сначала такая, думаю: «О! Вспышка понимания!»

Но потом стало всё еще хуже.

Как можно мерить скорость света в метрах, которые определяются скоростью света?!?

Но это же как шлем ужаса, который является деталью самого себя! (отсылка на Пелевина)

Типа, ок, с нашей перспективы свет проходит 300 тысяч км за секунду (примерно). А с точки зрения света сколько он проходит?

(Вы скажете — для света всё ноль — и расстояние, и время. Я немного о другом — мы же измеряем, сколько прошел свет, то есть это ЕГО путь, почему мы должны мерить как сторонние наблюдатели, а не как движущиеся вместе с ним? И вообще эта концепция меня не устраивает — в таком случае свет был бы растянут везде, на все пространство, однако его путь занимает световые годы и столетия)

Почему скорость света ДОЛЖНА быть абсолютной?

Итак. Сначала, я объясню, почему скорость света должна быть всегда одинаковой. Абсолютной.

Специальная теория относительности о том, что невозможно определить, находишься ли ты в состоянии покоя или в состоянии равномерного движения. Ну это практически, как у Галилея: если ты на корабле, в каюте, и у тебя закрыт иллюминатор, то ты не можешь в ясную погоду определить, корабль движется или стоит на месте.

У Эйнштейна все то же самое.

Но мы теперь берем уже для полной ясности для примера какой-нибудь космический корабль. Ты в вакууме, вокруг ни планет, ни солнц. Не по чему ориентироваться. Ты не можешь определить уже действительно никак совершенно, движешься ты или покоишься.

А общая теория относительности — это тот же принцип экстраполируется, но там мы не можем определить, в какой мы системе: равномерно ускоряющейся или гравитационной. Это и есть принцип эквивалентности. Если у тебя ракета ускоряется со скоростью 9.8 м/сек^2, то ты не отличишь изнутри — в ракете ты находишься или на Земле, в гравитационном поле.

Что это значит? Как мы это можем развить?

Если, например, взять теорию относительности Галилея, то вот кораблик плывет, на нем мачта. Если с мачты уронить яблоко, а корабль плывет, то яблоко упадет не в другое место на корабле, оно упадет под мачтой!

Это то же самое, как вот плосковеры всё время спрашивают:

«Если земля крутится, то почему, когда я подпрыгиваю, я приземляюсь на то же самое место?»

Мы говорим: «Ну ты в поезде точно так же прыгаешь и приземляешься на то же место! Или в самолете». Ну, в общем, вывод такой, что они вообще не летали и не ездили на поезде. Никогда.

Так вот, лишний раз это подтверждает, что нет совершенно никакого физического опыта, с помощью которого мы могли бы проверить — система движется или она в покое.

То есть в ньютоновской механике было состояние абсолютного покоя и абсолютного движения. У Эйнштейна этого нет.

И теперь — внимание!

Все законы физики сохраняются, исполняются абсолютно точно так же, хоть в движущейся системе, хоть в системе, которая в состоянии покоя.

А это вот и значит, что если ты едешь верхом на фотоне и включаешь фонарик, то у тебя все равно свет будет распространяться из фонарика со скоростью света! Потому что у тебя не должно быть вообще никакого способа проверить, движешься ты или нет.

И вот поэтому скорость света абсолютна.

Причем дальше продолжается так: наблюдатель со стороны не увидит разницы, то есть для него у этого человека на фотоне с фонариком скорость света из фонарика будет всё равно равна скорости света! (так как это предел)

Вот вы можете это как-то осмыслить?!?

И вот что как будто замедление времени и сокращение расстояний (в специальное теории относительности Эйнштейна) компенсируют этот эффект.

Я думаю: так! Надо все заново понять, как там замедляется время, сокращаются расстояния. Сейчас будут клевые анимашки.

Замедление времени в СТО Эйнштейна

Для начала — самый простой случай. Мы берем линейку. Извините, у меня на картинке мили, ну сколько там примерно — 300 тысяч километров в секунду проходит свет. То есть одна линейка у нас вертикальная, которая 300 тысяч километров в длину.

Свет проходит вверх за секунду. Это «тик». Когда он возвращается вниз — это «так».

Теперь мы эти световые часы отправляем в путь. На скорости, близкой к скорости света (0.995 от с).

И мы отправляем их на такое же расстояние, то есть на 300 тысяч километров.

Они летят. Пролетают 300 тысяч км/сек — это «тик», потом еще 300 тысяч км в секунду — это «так».

Вот мы запустили эту линейку с этими часами к Луне. Нам со стороны должно казаться, что свет проходит большее расстояние. Ну то есть, как казаться? Он действительно проходит большее расстояние! Вместо того, чтобы проходить вверх-вниз, он проходит стороны треугольника. Если это все посчитать по теореме Пифагора, выясняется, что свет тогда проходит путь в 10 (!) раз длиннее.

Почему свет вообще под углом отражается? Ну, потому что если ты путешествуешь вместе с этими часами, для тебя они должны по-прежнему идти вверх-вниз. Это как на корабле яблоко с мачты упало. Все равно он должен действительно отражаться для нас (наблюдателей со стороны) под углом.

Но это же часы! Понимаете? Это часы, которые работают на фотонах! Которые не могут изменить скорость света. То есть получается, для человека, который путешествует с этими часами, проходит 2 секунды, а для нас, на Земле, проходит 20 секунд! А скорость света одинаковая.

То есть действительно, по идее, для разных наблюдателей должна быть одинаковая скорость света. Но с нашей перспективы — у них (путешествующих с часами) замедлилось время.

Я вспоминаю про мюоны.

Думаю, ну, ладно, ладно, как-то я могу это уложить в своей голове, что у мюонов замедляется просто процесс распада. Ведь вместе с часами замедляется всё. Если ты летишь с этими часами на скорости света, у тебя замедляются все процессы. Ты не просто следишь за тем, как секунда удлинилась. Нет! Для тебя все вообще нормально. Ну потому что ты должен не мочь определить, движешься ты или покоишься.

И думаю — ладно, мюоны стареют медленнее, поэтому они успевают долететь до Земли.

Парадокс близнецов в СТО Эйнштейна

Но, ребята! Ведь выходит тогда, что мы получаем парадокс близнецов в реальности!

Вот если вы будете искать «парадокс близнецов» в том же ютубе вам везде будут говорить: «Да нету там никакого парадокса! Это потому, что корабль улетает, ему приходится ускоряться, разгоняться, потом тормозить, пока он облетает галактику, потом опять ускоряться для возвращения. И все эффекты замедления времени из-за ускорения нивелируются».

Если кто не знает — парадокс близнецов в чем состоит: что есть 2 брата-близнеца. Один улетает на ракете на скорости света в другую галактику и возвращается. Из-за того, что он летел на скорости света, время замедлилось. И он вернется молодой, а его брат-близнец будет старый.

Но парадокс не в этом, а в том, что для близнеца, который в этой ракете летит, всё будет наоборот! Для него будет выглядеть так, что он покоится, а Земля улетает со скоростью света. Значит, на Земле время замедлилось, и его брат должен быть молодым, когда тот вернется.

Ну и все говорят, что это просто какая-то математическая загадка, и если все это правильно порешать, то нет никакого парадокса, он разваливается.

Да вот у вас эти мюоны! Которые показывают вам парадокс в действии, потому что им не надо ни ускоряться, ни замедляться. Они просто летят себе со скоростью света (почти). И это предел, они не могут там больше ускориться.

Для них МЫ медленно стареем, а для нас ОНИ медленно стареют.

Кто из нас первый постареет?

Так, думаю, ладно. Надо еще раз заново прочитать, как сокращаются расстояния в СТО. Может, там не будет такого парадокса?

Сокращение расстояний в СТО Эйнштейна

Усложняем наши часы. У нас одна линейка — 300 тысяч километров, и другая линейка — тоже 300 тысяч километров. Теперь у нас два световых импульса: вверх и вбок. Точно так же: «тик», отражаются, вернулись — «так».

Помним, что состояния абсолютного покоя не бывает. Если мы находимся рядом с часами, мы понятия не имеем, движемся мы или находимся в состоянии покоя.

А мы на самом деле движемся уже со скоростью почти что скорость света. По-прежнему для нас всё как обычно: две линейки, часы тикают. Время возврата сигнала — 2 секунды.

Но посмотрите, как это выглядит для наблюдателя со стороны.

Если мы движемся со скоростью, близкой к скорости света, то световой импульс, который идет от нас горизонтально по нижней линейке, не будет догонять противоположный конец. Он будет когда-то, но не за период времени, когда возвращается вертикальный сигнал. А они должны возвращаться одновременно! (см. второй вариант на видео ниже).

Единственный способ сохранить этот «тик-так» —  это сократить длину горизонтального стержня, горизонтальной линейки!

А теперь смотрите, какой финт ушами: свет идет долго в одну сторону, потому что он догоняет вот эту бибикалку. А назад возвращается практически моментально! (см. третий вариант на видео сверху).

Кто смотрел видео Veritassium про то, что мы за всю историю человечества ни разу не измерили cкорость света в одном направлении? Это прямо-таки иллюстрация к нему. Мы всегда измеряем время отклика, то есть сигнал возвращается, мы делим время надвое и получаем скорость света в одном направлении. Но кто сказал, что он в одном направлении не идет быстрее, чем в обратном? И куда бы ты ни стрелял, например: вправо идет медленно, а назад — быстро. Или наоборот: влево — быстро, а назад медленно. Не можешь проверить, может, мы все вообще несемся куда-то со скоростью света и даже проверить не можем.

Ну, думаю, хорошо. Вроде бы не должно быть противоречия. Сокращается длина пути этого мюона до Земли сквозь атмосферу Земли…

Но это же опять никак не бьется!

Если я наблюдаю мюон, то это как раз-таки для меня сокращается расстояние, которое он пролетает. Но для него-то — нет! Для него должно оставаться — сколько у нас там атмосфера километров.

Ну, либо, наоборот — для него это расстояние сократилось. Он, типа, в покое, а мы несемся к нему навстречу со скоростью света. Для него сократилось. Но для нас-то всё равно, как для наблюдателей, осталось это расстояние!

Ну как он не распадается-то через 600 метров?!?

Тут у меня уж вообще всё поплыло.

Я думаю:

Как это вообще можно измерить?!? Может, все астрономические измерения неправильные? Если  метр — это не метр, а сколько проходит фотон за 1/299 792 458 секунды, то как мы решаем, что это метр, ведь для него это не метр?

Дальше хуже.

Что меня все время добивает: почему мы считаем себя инерционным наблюдателем?!? Мы не находимся в состоянии равномерного движения. То есть мы на Земле на самом деле находимся в состоянии ускорения.

Как двигаться равномерно и при этом испытывать постоянное ускорение

Вот ребят, у кого в голове это не укладывается, смотрите: равномерное движение — это движение по прямой. Ускорение — это если сила на тебя влияет. И даже если ты меняешь только вектор своего движения, это все равно значит, что на тебя повлияла сила. Ведь тело не может просто так изменить направление движения.

(Мяч летит по прямой, единственное, что может изменить вектор его движения — это удар битой).

А так как мы постоянно движемся по окружности, то мы постоянно в каждой точке меняем свое направление. Значит, на нас постоянно действует сила. Какая? Гравитационная.

Вот просто для тех, кто не понимает, как ракета может бесконечно ускоряться. Ведь когда-то же это будет уже предел! Нет. Можно, например, делать это по большой окружности, и для человека в ракете это будет то же самое, что находиться на Земле и испытывать силу тяжести.

(Пол ракеты для него — основание ракеты, а потолок — нос)

Так вот, мы ни хрена не инерционный наблюдатель. Мы в ускоряющейся системе. Более того, мы же постоянно в движении. Как мы можем предполагать, какое расстояние до соседних галактик, если мы в движении относительно них? Вот, говорят, до них столько-то световых лет. Откуда вы знаете? Как это можно вообще измерить?!? Свет еще по пути постоянно попадает в гравитационные колодцы звёзд, черных дыр, еще чего-то — происходит красное смещение. Свет то замедляется, то ускоряется (эффект Шапиро).

Получается, у нас вообще нет никакой точки отсчета, никаких координат реальных! Как будто мы живем в какой-то… медузе, которая всё время растягивается и линзирует.

Лазерный кольцевой гироскоп

Я два дня искала ответ на вопрос, как мы можем измерять скорость света в метрах, если метры зависят от скорости света.

Ещё же не можешь даже сформулировать вопрос нормально. Везде пишут: для всех наблюдателей скорость света абсолютна!

Пока не нашла, наконец… Боже, храни интернет!

В общем, сайт называется Physics FAQ. FAQ — это вопросы и ответы, а не то, что вы подумали.

Вот там мужик открытым текстом и пишет:

«Скорость света зависит от того, кто измеряет».

Как раз рассказывает именно про эталонные единицы измерения. Про абсолютный метр, абсолютный сантиметр и тп.

Ну и пишет: а как, по-вашему, работает лазерный гироскоп!

Я такая — ё-моё. Мне еще полгода назад говорили, изучи, как работает лазерный гироскоп. Но там так сложно, что мне было лень. Я думаю, господи, придется всё-таки изучить, как работает лазерный гироскоп!

Не буду вас мучить — только принцип!

Они выпускают луч, который сплиттером разбивается надвое. То есть — 100%, что луч света выходит одновременно в двух разных направлениях. Оба луча после этого проходят кольцевой путь (навстречу друг другу) и возвращаются назад в детектор.

Если этот лазерный гироскоп находится в состоянии покоя — естественно, оба луча с обеих сторон возвращаются одновременно. Но если система начинает вращаться в какую-то из сторон,
то один луч приходит с задержкой! Потому что выходит, что один луч ПО движению идет, а другой — ПРОТИВ. И получается, что одному из них нужно преодолевать бОльшее расстояние.

Вот, видите — красный вернулся раньше, и детектор начинает мигать не белым, а красным.

Вы представляете?!?

То есть меняется скорость света! Из-за того, что снаружи происходит релятивистское движение, то есть — движение относительно движения этого луча света!

Ё-моё. У вас с 1963 года этот лазерный гироскоп существует. Это называется эффект Саньяка. Вот он работает на этом эффекте.

И вы нам все эти годы говорите, что скорость света абсолютна?!?

Ну, я не знаю, — это что, вы над нами издеваетесь, что ли?

Скорость света значит относительна движению? Хотя внутри гироскопа даже наблюдатель один и тот же — который меряет в обе стороны, он как бы сидит верхом на луче.

Я не знаю: то ли те, кто это все объясняет, сами ни хрена не понимают, что они объясняют, — все эти физики, преподаватели, сайты. То ли они нам специально говорят такими постулатами: «скорость света абсолютна!» Типа — вам, гоям, не понять.