Frage:
Warum ist die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum nicht ungewiss?
The Quantum Physicist
2014-01-09 15:40:46 UTC
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Ich könnte verstehen, dass die Definition einer Sekunde keine Unsicherheit in Bezug auf den Übergang des Cs-Atoms hat, daher gibt es keinen Fehler, da es sich um eine absolute Referenz handelt und wir andere Dinge anhand der physikalischen Definition messen von einer Sekunde, wie es Atomuhren tun.

Aber warum ist die Lichtgeschwindigkeit nicht unsicher? Ist die Lichtgeschwindigkeit nicht etwas, das physikalisch gemessen wird?

Überprüfen Sie dies bei NIST.

Acht antworten:
John Rennie
2014-01-09 15:54:34 UTC
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Die Sekunde und die Lichtgeschwindigkeit sind genau definiert, und das Messgerät wird dann als -Funktion von $ c $ span> und der Sekunde a angegeben >. Wenn Sie also experimentell die Lichtgeschwindigkeit messen, messen Sie effektiv die Länge des Messgeräts, dh der experimentelle Fehler ist der Fehler bei der Messung des Messgeräts, nicht der Fehler bei der Lichtgeschwindigkeit oder der Sekunde.

Es mag seltsam erscheinen, das Messgerät als variabel und die Lichtgeschwindigkeit als feste Größe zu behandeln, aber es ist nicht so seltsam, wie Sie vielleicht denken. Die Lichtgeschwindigkeit ist nicht nur eine Zahl, sie ist eine grundlegende Eigenschaft des Universums und hängt mit seiner Geometrie zusammen. Im Gegensatz dazu ist das Messgerät nur eine Länge, die für den Menschen praktisch ist. Weitere Informationen finden Sie unter Was ist das Besondere an der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum?.

Es ist eine sehr seltsame Konvention, den Fehler als lang zu betrachten ... Danke.
@TheQuantumPhysicist Die Lichtgeschwindigkeit wurde tatsächlich (genau) aus der Maxwellschen Gleichung berechnet: $ c = \ frac {1} {\ sqrt {\ epsilon_o \ mu_o}} $. Dies ist für jeden Frame konstant (intertial oder nicht). Wir haben herausgefunden, dass selbst wenn wir schneller und schneller fahren, die Lichtgeschwindigkeit $ c $ bleibt, es ist unsere Wahrnehmung von Länge und Zeit, die sich ständig ändert. Normale Newtonsche Mechanik ist nicht gültig!
@mikhailcazi Der peinliche Teil dieser Frage ist, dass ich wie ein Anfänger in Physik aussehe, während ich promoviere :)
@TheQuantumPhysicist Haha, tut mir leid! Mein Fehler. :) :)
-1. Das ist falsch. Die Lichtgeschwindigkeit schwankt tatsächlich. Das c ist die MEAN-Lichtgeschwindigkeit über große Entfernungen.
Er sagte basierend auf der Geometrie.Ich würde sagen, nein, es ist richtig, es ist die am einfachsten zu verstehende Antwort hier.
hdhondt
2014-01-09 15:58:16 UTC
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Um Wikipedia zu wiederholen:

Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum, allgemein mit c bezeichnet, ist eine universelle physikalische Konstante, die in vielen Bereichen der Physik wichtig ist. Sein Wert beträgt genau 299.792.458 Meter pro Sekunde, eine Zahl, die genau ist, weil die Länge des Zählers aus dieser Konstante und dem internationalen Zeitstandard definiert wird.

Mit anderen Worten, es ist genau, weil Wir haben eine Definition der Sekunde:

die Dauer von 9.192.631.770 Strahlungsperioden, die dem Übergang zwischen den beiden Hyperfeinniveaus des Grundzustands des Cäsiums 133 entsprechen Atom

und der Meter ist die Entfernung, die das Licht in $ 1 / 299,792,458 $ pro Sekunde zurücklegt.

Das lässt keinen Raum für Fehler in die Definition der Lichtgeschwindigkeit.

Nein, du beißt dir in den Schwanz. Sie sagen, das Messgerät wird aus der Lichtgeschwindigkeit definiert, dann ist bekannt, dass die Lichtgeschwindigkeit [diese Konstante] * 1 m / 1 s beträgt. Diese Konstante muss der Einfachheit halber gerundet und der Zähler von seiner ursprünglichen Definition neu definiert worden sein, um der Rundung zu entsprechen. ursprünglich war es ein Bruchteil des Erdbogens, daher kann es nichts mit der Lichtgeschwindigkeit zu tun haben. Ich bezweifle, dass es die Definition der Sekunde ist, die gerundet wurde, um dieser Konstante zu entsprechen. Aber es antwortet nicht auf das OP. Das OP spricht von Unsicherheit, und Lichtgeschwindigkeit ist unsicher.
Die Messungen sollten unabhängig von der Richtung des Lichts und der Geschwindigkeit des emittierenden Partikels gleich sein. Die Messungen sind jedoch verrauscht, und einige Experimente gehen sogar so weit, statistische Elemente dieses Rauschens wie die Varianz gemäß den Anweisungen zu messen. und ich erinnere mich an einige Ergebnisse, bei denen eine Richtung mehr Varianz aufwies. Die Schlussfolgerung ist, dass das Universum möglicherweise nicht isotrop ist. Ich denke, das ist diese Art von Gespräch, die OP erwartet.
Benedikt Bauer
2014-01-09 15:54:15 UTC
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Wie Sie in diesem Wikipedia-Artikel lesen können, wurde kürzlich beschlossen, alle SI-Einheiten auf sieben Naturkonstanten zu stützen. Dazu müssen diese Konstanten auf Absolutwerte gesetzt werden. Daher wurde entschieden, dass diese Konstanten ohne Fehlergrenze auf ihre allgemein akzeptierten Werte festgelegt werden, um alle anderen SI-Einheiten von diesen nun fundamentalen Konstanten abzuleiten.

Isidore Seville
2014-01-09 15:58:38 UTC
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Im SI-System ist ein Messgerät definiert als 1 / 299,792,458 Lichtsekunde (mit anderen Worten, die Entfernung, die das Licht im Vakuum in 1 / 299,792,458 Sekunden zurücklegt) und die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist daher definiert als 299.792.458 m / s.

Adrian Monk hier kanalisieren, aber warum konnten sie einen Zähler nicht als genau 1 / 300.000.000 Lichtsekunde definieren?
@Michael, Der Zähler wurde ursprünglich als 1 / 10.000.000 der Entfernung vom Äquator zum Nordpol definiert. Die Definition wurde 1983 geändert.
@Michael Technisch können sie (CGPM). Das Messgerät ist jedoch eine weit verbreitete Einheit, und daher ist es äußerst wünschenswert, die neue Definition so nah wie möglich an die historische Definition heranzuführen.
@Michael: Es ist nur ein Zufall, dass das Messgerät so nahe an 1 / 300k Lichtsekunden liegt. Der erste Vorschlag für das Messgerät war die Länge des Pendels, die für einen Zeitraum von 2 Sekunden benötigt wurde (um eine Uhr herzustellen, die jede Sekunde ticken kann). Aufgrund der Schwankungen der Erdgravitation wurde letztendlich beschlossen, sie auf der Grundlage des Erdumfangs zu erstellen. Es ist nur ein Glück, dass alle drei Definitionen innerhalb eines Rundungsfehlers voneinander liegen.
Anixx
2014-01-15 11:01:23 UTC
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Die Lichtgeschwindigkeit schwankt tatsächlich im Vakuum. Ein einzelnes Photon kann sich etwas schneller oder langsamer als Licht ausbreiten. Dies kann als Erscheinen virtueller Photonen vor dem sich ausbreitenden und konsequente Vernichtung des ersten mit einem der erschienenen interpretiert werden. Nur statistisch ist die Lichtgeschwindigkeit konstant.

Respektieren Sie respektvoll nicht, dass dieses Stück Randwissenschaft zu dieser Frage gehört.Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ergibt sich direkt aus dem sogenannten ** Lichtkegel **, der ein entscheidendes Element der Struktur der Raumzeit ist.Obwohl es * möglicherweise * Hypothesen gibt, die eine etablierte Weisheit in Frage stellen, wäre es unklug und nicht aktuell, diese Angelegenheit in dem Thread zu diskutieren, der sich auf Maßeinheiten konzentriert.
@Incnis Mrsi wie nennt man "etablierte Weisheit"?Es ist allgemein bekannt, dass in der Speziellen Rezativität eine Übertragung von Informationen schneller als Licht unmöglich ist.Hier gibt es keine schnellere Informationsübertragung als Licht. Wo widerspricht sie also der "etablierten Weisheit"?
@Incnis Mrsi Ich stimme zu, dass der Link falsch ist, ich habe ihn entfernt.
Keine Frage des konkreten Papiers, sondern der Idee, dass ** eine Sache, von der eine Definition der Raumzeit abhängt, über die Raumzeit schwanken kann **.Ī meine, die Weisheit, dass wir in einer Lorentzschen Mannigfaltigkeit leben.Eigentlich halte ich dieses Paradigma nicht für gut für die Physik des 21. Jahrhunderts, aber jeder * vernünftige * Versuch, es zu untergraben, erfordert theoretische Spekulationen, die sicherlich über den Rahmen einer kleinen netten Diskussion über die Zeit- und Längeneinheiten hinausgehen.
@Incnis Die Raumzeit von Mrsi hängt von einer Konstanten c ab. Unter bestimmten Umständen können sich Objekte schneller als c bewegen, wenn dies die Kausalität nicht bricht.Zum Beispiel ist Quantentunneln mit Geschwindigkeiten schneller als c möglich (wiederum aufgrund von Quantenunsicherheit).http://en.wikipedia.org/wiki/Faster-than-light#Faster_light_.28Casimir_vacuum_and_quantum_tunnelling.29
Ich bin nicht kompetent genug, um einen Brechungsindex von weniger als 1 zu diskutieren, aber hier geht es nicht um das Vakuum.Ein Vakuum ohne Schwerkraft ist Poincaré-invariant (eine etablierte Weisheit), während alle diese Platten und Lücken einen bevorzugten Referenzrahmen haben.
user2622016
2014-01-09 22:39:35 UTC
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Der Grund ist, dass Messungen der Lichtgeschwindigkeit sehr, sehr genau wurden. Viel mehr als Messungen des Erddurchmessers oder eines physischen Objekts wie eines 1-Meter-Stabes. Daher ist es besser, in c einen festen Wert von Metern pro Sekunde festzulegen. Etwas muss repariert werden, es kann etwas sein, das wir in jedem Labor leicht messen können.

user12262
2015-07-23 02:00:45 UTC
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Die Definition einer Sekunde hätte keine Unsicherheit in Bezug auf den Übergang des Cs-Atoms.

Die Definition der SI-Einheit " second "bezieht sich nicht nur auf eine gegebene Probe von Cs-Atomen und insbesondere nicht auf Übergänge zwischen den beiden Hyperfeinniveaus des Grundzustands einer gegebenen Probe von Cäsium-133-Atomen;
sondern auf eine Idealisierung : ein Cäsiumatom in Ruhe bei einer Temperatur von 0 K und frei von Störungen .

Soweit diese Idealisierung eindeutig definiert ist, so dass für gegebene Proben von Cäsium-133-Atomen eindeutig gemessen werden kann, um wie viel sie sich von der Idealisierung unterscheiden, hat die SI-Einheit " second " keine Unsicherheit.

Aber warum hat die Lichtgeschwindigkeit keine Unsicherheit?

Das liegt an unserer Definition von (wie man misst) " Geschwindigkeit ";
und in erster Linie an unserer Definition von (wie) zu messen) " Abstand " zwischen Teilnehmern ("Enden"), die in Ruhe zueinander waren und blieben, und (daher auch) aufgrund unserer Definition (wie zu messen ist), ob ein bestimmtes Paar von Die Teilnehmer sind " in Ruhe " zueinander oder nicht.

Insbesondere definieren wir im Rahmen der (speziellen) Relativitätstheorie und damit der zeitgenössischen Physik im Allgemeinen den Abstand zwischen ihnen zwei geeignete Teilnehmer (dh die in Bezug zueinander in Ruhe waren und blieben), sagen $ A $ und $ B $, über die Ping-Dauer zwischen ihnen, dh die Dauer eines Teilnehmers von der Anzeige eines Signals bis zur Anzeige des Empfangs des entsprechenden Reflexion vom anderen Teilnehmer. (Nach der Definition, wie die gegenseitige Ruhe gemessen werden soll, sind diese gegenseitigen Ping-Dauern von Versuch zu Versuch gleich und konstant.)

Der Abstand von $ A $ und $ B $ zueinander wird dann ausgedrückt als $$ \ ell [~ A, B ~] = \ ell [~ B, A ~]: = \ frac {c} {2} ~ \ tau A [~ \ text {signal}, \ circledR B \ circledR \ text {signal} ~] = \ frac {c} {2} ~ \ tau B [~ \ text {signal}, \ circledR Ein \ circledR \ text {signal} ~], $$

wobei "$ c $" (nur) ein unterscheidendes Symbol ist (zur Unterscheidung der Ping-Dauer zwischen einem geeigneten Teilnehmerpaar von einer anderen Dauer) (offensichtlich) nicht Null; und der Faktor $ \ frac {1} {2} $ wird gemäß Konvention eingeschlossen.

Ferner wird die Definition der "Durchschnittsgeschwindigkeit einer Reise von $ A $ zu $ ​​B $" als Verhältnis zwischen verwendet "Abstand zwischen Start und Ziel" und "Dauer des belegten Kurses",
die (durchschnittliche) Signalfrontgeschwindigkeit eines Signals, das zwischen $ A $ und $ B $ ausgetauscht wird, wird ausgewertet als Verhältnis zwischen $ \ ell [~ A, B ~] $ und der Hälfte der Ping-Dauer zwischen $ A $ und $ B $; explizit daher:

$$ \ ell [~ A, B ~] ~ / ~ \ frac {\ tau A [~ \ text {signal}, \ circledR B \ circledR \ text {signal} ~] } {2} = $$ $$ \ frac {c} {2} ~ \ tau A [~ \ text {signal}, \ circledR B \ circledR \ text {signal} ~] ~ / ~ \ frac {\ tau A. [~ \ text {signal}, \ circledR B \ circledR \ text {signal} ~]} {2} = c. $$

Also das Symbol "$ c $", das offiziell in eingeführt wurde Die Entfernungsdefinition wird (anschließend) als Wert der (durchschnittlichen) Signalfrontgeschwindigkeit (oder umgangssprachlich: "Lichtgeschwindigkeit im Vakuum") identifiziert.

Ist die Lichtgeschwindigkeit nicht etwas? das ist physikalisch gemessen?

Nein: Es gibt nichts wirklich zu messen; das Ergebnis ist notwendigerweise "$ c $", wie oben skizziert; klar und ohne Unsicherheit. (Daher eignet sich "$ c $" auch als "offensichtliche, natürliche Geschwindigkeitseinheit". Natürlich sind Geschwindigkeitswerte unabhängig von einer bestimmten Auswahl von Einheiten, in denen sie ausgedrückt werden.)

Was Versuch für Versuch gemessen werden kann und sollte, ist stattdessen in erster Linie: ob zwei bestimmte "Enden", die in Betracht gezogen wurden, tatsächlich in Ruhe zueinander waren und blieben (oder zu quantifizieren, soweit sie nicht waren).

Guill
2014-01-15 06:25:37 UTC
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Um diese Frage zu beantworten, muss man erkennen, dass der Begriff "Lichtgeschwindigkeit" zwei Komponenten hat. Es gibt die tatsächliche physikalische Lichtgeschwindigkeit (elektromagnetische Strahlung) und den damit verbundenen Wert .

Es sollte leicht ersichtlich sein, dass die Wert ist keine Konstante, da er vom verwendeten Einheitensystem abhängt. In einem System sind es 186.000 Meilen pro Sekunde, in einem anderen System 299.792.458 m / s usw. Wenn wir die Länge und / oder die Zeit neu definieren, erhalten wir unterschiedliche Werte .

Da jedoch die tatsächliche Lichtgeschwindigkeit nur von den Eigenschaften des Mediums abhängt, durch das es sich ausbreitet, ist die Lichtgeschwindigkeit "konstant" (oder absolut). in einem homogenen Medium.

Guill: "_ [...] der ** Wert ** ist keine Konstante, da er vom verwendeten Einheitensystem abhängt._" - Diese Aussage scheint nicht mit der allgemeinen Verwendung dieser Terminologie vereinbar zu sein, z. "[um den gleichen physikalischen Wert zu erhalten, ausgedrückt als eine andere Einheit] (http://en.wikipedia.org/wiki/Units_of_measurement#Expressing_a_physical_value_in_terms_of_another_unit)" oder "[der Wert einer physikalischen Größe Z wird als Produkt von ausgedrückt eine Einheit ... und ein numerischer Faktor] (http://en.wikipedia.org/wiki/Units_of_measurement#Units_as_dimensions) ". Vielleicht fehlt Ihnen nur der Begriff "numerischer Faktor".


Diese Fragen und Antworten wurden automatisch aus der englischen Sprache übersetzt.Der ursprüngliche Inhalt ist auf stackexchange verfügbar. Wir danken ihm für die cc by-sa 3.0-Lizenz, unter der er vertrieben wird.
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