Frage:
Der Ursprung des Wertes der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum
Tom Info
2011-01-23 07:15:03 UTC
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Das heißt, warum ist es die genaue Zahl, die es ist? Warum nicht 2x10 ^ 8 m / s statt 3? Hat es etwas mit der Masse, Größe oder dem Verhalten eines Photons zu tun? Um klar zu sein, ich frage nicht "wie wir die Lichtgeschwindigkeit bestimmt haben". Ich weiß, dass es keine klare Antwort gibt, ich suche wirklich nach den vorherrschenden Theorien.

Verwandte, aber nicht ganz ein Duplikat, denke ich: http://physics.stackexchange.com/q/1383/
Licht bewegt sich mit der Geschwindigkeit $ c $, aber "Lichtgeschwindigkeit" ist ein bisschen eine Fehlbezeichnung, weil sich andere masselose Dinge mit dieser Geschwindigkeit bewegen, und tatsächlich ist die Lichtgeschwindigkeit physikalisch signifikant, auch ohne Bezug auf Elektromagnetismus oder irgendetwas, das sich bewegt bei $ c $. Sie könnten David Minins Artikel "Relativität ohne Licht" ausprobieren http://adsabs.harvard.edu/abs/1984AmJPh..52..119M (nicht kostenlos)
Ich möchte Sie auf die Antwort von @LubosMotl verweisen, die den kritischen Punkt hervorhebt, dass die spezifische Anzahl nur ein Unfall der ausgewählten Einheiten ist. Meter sind französisch, Sekunden als Konzept sind in der Tat sehr alt (babylonisch?). Wenn Sie also diese beiden mischen, erhalten Sie eine ziemlich willkürliche Zahl. Meine eigene Lieblingsnummer * c * ist bei Google verfügbar, indem Sie den Text in folgende Klammern eingeben: [Lichtgeschwindigkeit in Furlong pro zwei Wochen]. Klar eine viel grundlegendere Zahl, das!
Verwandte: http://physics.stackexchange.com/q/144262/
Neunzehn antworten:
Johannes
2011-01-23 09:54:55 UTC
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Tom, hätten Sie die Frage "Warum beträgt die Lichtgeschwindigkeit 1 ls / s" gestellt, wenn wir zufällig die Entfernung in Lichtsekunden und die Zeit in Sekunden gemessen hätten?

Die wahre Antwort auf Ihre Frage lautet: Die Lichtgeschwindigkeit beträgt 1, wenn Sie Entfernung und Dauer in kompatiblen Einheiten messen, und es ist unabhängig davon, wie Ihr Einheitensystem dies definiert, wenn Sie umständlichere Einheiten verwenden. Eine andere Art zu erklären ist, dass Geschwindigkeit - grob gesagt - einem Winkel in der Raumzeit entspricht. Und Winkel sind dimensionslos.

Ich weiß, dies wird nicht als zufriedenstellende Antwort angesehen. Aber das liegt daran, dass Sie die falsche Frage stellen. Die richtige Frage lautet "Warum ist alles um uns herum so langsam? Warum sind die Geschwindigkeiten, denen wir normalerweise bei materiellen Objekten begegnen, etwa 10 ^ -8?"

Es muss nicht 1 sein, Sie können jeden Wert ungleich Null auswählen.
@Joe: gibt es aber keine bessere Zahl als 1 :)
@Marek: Eine gute Antwort, denke ich. Der Punkt ist, Einheiten sind willkürlich und physikalische Konstanten sind ... nun, nur Konstanten? Möchten Sie eine kurze Erklärung / einen Link zu natürlichen Einheiten einfügen? Ich würde es dann definitiv abstimmen.
Dies verschiebt die Torpfosten jedoch nur zu einer neuen Frage. Sie werden immer andere willkürliche Konstanten haben - Permittivität des freien Raums, Masse eines Elektrons, Plancksche Konstante usw., und Sie können sie nicht dazu bringen, dass ALLE eins sind.
Alle dimensionalen Konstanten (c, hbar, G) * können * gleich eins gemacht werden. Das läuft nur darauf hinaus, in natürlichen (Planck) Einheiten zu arbeiten. Es gibt keine Änderung der Torpfosten. Nur die Tatsache, dass nur dimensionslose Konstanten als "zu erklären" eingestuft werden können.
Sicher, die an * c * angeschlossenen Einheiten können sich ändern und die Anzahl kann abhängig von den beteiligten Einheiten auf 1 reduziert werden.Unabhängig davon, ob es 186 km / s oder 1 l / s sind, bleibt die Frage.Warum bewegt sich Licht (oder masselose Teilchen) mit der Geschwindigkeit, mit der es sich bewegt?Oder ist dies nur eine fundamentale Konstante der Natur, für die es keine Erklärung gibt?
@Johannes und was denkst du die Antwort auf deine richtige Frage?
Mark Eichenlaub
2011-01-23 11:07:33 UTC
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Der bestimmte Wert von $ c $ hängt davon ab, wie lang ein Meter ist und wie lang eine Sekunde ist. Wenn Meter beispielsweise länger wären, wäre die Lichtgeschwindigkeit geringer, obwohl das Licht immer noch so schnell wäre. So gesehen sind physikalische Messungen Verhältnisse. In diesem Fall ist es ein Verhältnis der Lichtgeschwindigkeit zu einer eher willkürlichen Geschwindigkeit - ein Meter pro Sekunde.

Ein Meter pro Sekunde ist ungefähr eine Gehgeschwindigkeit. Ihre Frage könnte also wie folgt interpretiert werden: "Warum ist die Lichtgeschwindigkeit dreihundert Millionen Mal schneller als eine Gehgeschwindigkeit?"

Diese Frage ist sehr anthropozentrisch. Es geht darum, wie groß wir sind (wie viele Atome sich in unserem Körper befinden), wie viel Kraft unsere Muskeln ausüben können (die Energie, die an chemischen Reaktionen beteiligt ist) und wie stark unsere Knochen und Bänder sind (die Stärke von Materialien).

Da wir uns an die Physik halten möchten, ist es aufschlussreicher, die Lichtgeschwindigkeit als Verhältnis von etwas anderem zu betrachten. Wir sollten nach einer anderen von der Natur festgelegten Geschwindigkeit suchen als nach einer auf Menschen basierenden Geschwindigkeit und die Lichtgeschwindigkeit damit vergleichen.

Ein typischer Kandidat besteht darin, die Plancksche Konstante $ \ hbar $ und die Einheit der elektrischen Ladung $ e $ zu nehmen. Diese können kombiniert werden, um eine Geschwindigkeit $ e ^ 2 / \ hbar = 2,2 * 10 ^ 6 m / s $ zu erzeugen. (In einigen Einheitensystemen müssen Sie andere "Konstanten" wie die Permittivität des freien Raums einbeziehen, um die Einheiten umzuwandeln.)

Dies ist ungefähr die Geschwindigkeit eines Elektrons in einem Atom. Die Energie eines Elektrons ist gekennzeichnet durch $ E \ ungefähr e ^ 2 / r $, wobei $ r $ die Größe der Umlaufbahn hat. Sein Drehimpuls wird in Einheiten von $ \ hbar $ angegeben, also $ L \ ungefähr \ hbar \ ungefähr mvr $. Der Virialsatz lässt uns die Energie als $ E \ approx mv ^ 2 $ schreiben. Anhand dieser Fakten können wir nach einer Möglichkeit suchen, die Geschwindigkeit abzuschätzen. $ v = mv ^ 2 / mv \ ungefähr E / (L / r) \ ungefähr (e ^ 2 / r) / (L / r) = e ^ 2 / L = e ^ 2 / \ hbar $.

Diese "typische Elektronengeschwindigkeit" beträgt ungefähr $ \ frac {1} {140} c $. Als Verhältnis ist $ e ^ 2 / \ hbar c \ approx \ frac {1} {140} $. Dies wird als Feinstrukturkonstante bezeichnet. Es ist sehr nützlich zu wissen, da es sich um eine Zahl handelt, die die angeborene Stärke der elektromagnetischen Kraft beschreibt.

Ihre ursprüngliche Frage lautet: "Warum ist die Feinstrukturkonstante $ \ frac {1} {140} $?" , oder "Warum beträgt die Lichtgeschwindigkeit $ 140 $, wenn sie in Grundeinheiten aus der Quantenmechanik und dem Elektromagnetismus gemessen wird?" Abgesehen von einer hokey Anrufung des anthropischen Prinzips glaube ich nicht, dass es eine Antwort auf diese Frage gibt, zumindest noch nicht. Eine physikalische "Theorie von allem" könnte hoffen, die Feinstrukturkonstante aus einer grundlegenderen Idee abzuleiten, aber dies wurde noch nicht erreicht, und es ist nicht bekannt, ob dies jemals der Fall sein wird.

Schöne Demonstration der Tatsache, dass jede Frage nach der Größe in eine Frage nach dimensionslosen Zahlen übersetzt werden kann (und sollte). --- Nur aus Neugier: Warum hast du 1/140 zitiert (im Gegensatz zu ~ 1/137)?
@Johannes Danke. Ich habe 140 verwendet, weil ich früher in der Post $ e ^ 2 / \ hbar $ zu zwei signifikanten Zahlen zitiert habe, aber ich hatte keine besondere Motivation für zwei Sig Feigen. Laut Wikipedia sind es mittlerweile 12 bedeutenden Persönlichkeiten bekannt.
@Johannes übrigens, die Zahl, die ich tatsächlich auswendig gelernt habe, ist 1/137, genau wie alle anderen.
Luboš Motl
2011-01-23 13:06:06 UTC
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Die Lichtgeschwindigkeit wurde von der Natur als eins geschaffen, die Zahl, deren Multiplikation nichts beeinflusst. Aber die primitiven Menschen, die in der Raumzeit lebten und sich mit Geschwindigkeiten bewegten, die viel kleiner als $ c = 1 $ waren - entlang kleiner Winkel in der Raumzeit -, konnten nicht erkennen, dass ihre Geschwindigkeiten bestimmte Bruchteile der Höchstgeschwindigkeit waren. Die Menschheit blieb so primitiv, bis Albert Einstein 1905 die Geschichte änderte (mit etwas Marketinghilfe von Hermann Minkowski im Jahr 1908).

Obwohl Raum und Zeit im Grunde die gleiche Menge sind, die in verschiedene Richtungen gemessen wird, sind die Menschen wählte verschiedene Einheiten für Länge und Dauer. Einige bestimmte Leute wählten $ 1/24/3600 $ des Sonnentages, weil die Potenzen von $ 60 $ und $ 12 $ usw. sehr beliebt waren - eine Menge zufälliger chaotischer Geschichten mathematischer Konventionen. Sie nannten die Einheiten eine Sekunde.

Andere Leute wählten einen Meter als $ 1 / 40.000.000 $ des Umfangs eines Meridians.

In diesen zufällig ausgewählten Einheiten von Entfernung und Zeit - die waren Um genauer zu sein, wurde die Anzahl der Perioden verschiedener Strahlungsarten verfeinert - die Lichtgeschwindigkeit $ c = 1 $ hätte als 299.792.458 $ m / s geschrieben werden können. Zumindest wurden die Messungen so genau, dass die Definition eines Meters in den 1980er Jahren geändert wurde, um die Lichtgeschwindigkeit in diesen Einheiten mindestens konstant zu halten. Die Geschwindigkeit, die ich geschrieben habe, ist nun per Definition genau.

Erwachsene Physiker, die mit relativistischen Theorien arbeiten, verwenden Einheiten mit $ c = 1 $. In ähnlicher Weise verwenden erwachsene Quantenphysiker Einheiten mit $ \ hbar = 1 $, $ k_B = 1 $ und manchmal $ G = 1 $, wenn sie die allgemeine Relativitätstheorie (oder Quantengravitation) untersuchen.

Zusammenfassend: die Die numerische Größe der universellen Konstanten hat nichts mit der Grundphysik zu tun - es geht um menschliche Konventionen (die Einheiten).

Beste WünscheLuboš

+1 für den Hinweis auf die einzig vernünftige Auswahl an Einheiten (keine!).
Tatsächlich verwenden einige erwachsene Physiker (einschließlich ich) ziemlich oft $ \ hbar = 2 $ ;-)
Jerry Schirmer
2011-01-23 07:46:39 UTC
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Nun, derzeit ist die Lichtgeschwindigkeit als exakte Zahl definiert, wobei die zweite als Elektronenübergangszeiten von Cäsium bestimmt wird und $ c $ Meter als $ c \ times \ left (1 \, definiert werden). s \ right) $. Die banale Antwort darauf ist also, dass wir es so definiert haben.

Ich würde denken, dass die vorsichtigere Antwort wäre, dass Chemie bei sehr niedrigen Energien im Vergleich zu typischen relativistischen Energien stattfindet. Da die Energien niedrig sind, bedeutet dies, dass die grundlegenden Zeitskalen des Alltags (relativistisch) viel länger sind als die grundlegenden Längenskalen. $ c $ zeigt Ihnen, wie Sie von einem zum anderen konvertieren.

Dies ist eine sehr nachdenkliche Antwort.
Mitchell
2011-01-23 10:09:39 UTC
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Viele der Antworten hier scheinen den Kern der Frage zu verfehlen, nämlich (glaube ich), warum sich Photonen mit Lichtgeschwindigkeit c bewegen, im Gegensatz zu einer anderen Geschwindigkeit. Das heißt, wenn man einen Meter als "einen so langen Stock" definiert, warum braucht Licht dann besonders viel Zeit, um diese Distanz zu überwinden.

Die Antwort lautet, dass es einen gibt Stellen Sie die Geschwindigkeit ein, mit der sich ein masseloses Teilchen wie ein Photon bewegt, und diese Geschwindigkeit c ist eine grundlegende Eigenschaft unseres Universums. Jedes Mal, wenn ein Physiker sagt, dass etwas grundlegend ist, bedeutet dies, dass er nicht weiß warum, es ist einfach so.

Um fair zu sein, können Sie erklären, warum c wichtig ist, indem Sie sich auf die Relativitätstheorie, die Art und Weise, wie wir den Zeitfluss messen, die Definition der Einheiten, die wir bei der Messung verwenden, usw. berufen. Aber im Grunde genommen Ebene, c ist eine Selbstverständlichkeit, etwas, das wir in Gleichungen einfügen, nicht etwas, das wir aus ihnen herausholen. Es ist eine Eigenschaft des Lichts (und jedes masselosen Teilchens), aber wir müssen das Universum beobachten, um es zu finden.

Als Randnotiz sind die Experimente zur Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit nicht ist nicht besonders unklar. Es gibt einige. Welches die erste genaue Antwort gab, ist vielleicht umstritten, aber die Durchführung der Messung ist kein Streitpunkt.

FrankH
2012-12-10 12:54:28 UTC
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Die Lichtgeschwindigkeit ("$ c $") ist wirklich ein Umrechnungsfaktor, der Raumabstände in Zeitdauern umwandelt. Es ist Teil der Geometrie der Raumzeit und wird insbesondere zur Berechnung der invarianten infinitesimalen Eigenzeit verwendet, die in der flachen Raumzeit von Minkowski durch diese Formel gegeben ist:

$ d \ tau ^ 2 = dt ^ 2 - (dx ^ 2 + dy ^ 2 + dz ^ 2) / c ^ 2 $

Für jedes Teilchen oder Objekt mit einer Ruhemasse ungleich Null ist die richtige Zeit eine Invariante dass sich alle Beobachter einig sind und dieser Wert mit der Zeit übereinstimmt, die von einer Uhr aufgezeichnet wird, die von dem massiven Teilchen oder Objekt getragen wird. Das ist also die wahre Bedeutung der Konstanten "$ c $" - es ist ein Umrechnungsfaktor zwischen Raum und Zeit in der 4-dimensionalen Raum-Zeit-Geometrie.

Nun muss nach der Speziellen Relativitätstheorie ein masseloses Teilchen sein habe immer 0 richtige Zeit ($ d \ tau ^ 2 = 0 $), was bedeutet:

$ dt ^ 2 = (dx ^ 2 + dy ^ 2 + dz ^ 2) / c ^ 2 $

und daher

$ c = \ sqrt {(dx / dt) ^ 2 + (dy / dt) ^ 2 + (dz / dt) ^ 2} $

was bedeutet, dass masselose Partikel sich immer mit der Geschwindigkeit "$ c $" fortbewegen müssen. "$ C $" ist also wirklich die Geschwindigkeit masseloser Teilchen. Das offensichtlichste und bekannteste masselose Teilchen ist das Photon - das Quantum des elektromagnetischen Feldes. Deshalb ist "$ c $" die Lichtgeschwindigkeit.

Theoretisch wären Gravitonen auch masselos, so dass sie sich auch mit der Geschwindigkeit "$ c $" fortbewegen würden. Lange Zeit galten Neutrinos als masselos, so dass sie sich auch mit der Geschwindigkeit "$ c $" fortbewegt hätten. Jetzt ist bekannt, dass mindestens 2 und wahrscheinlich alle 3 Arten von Neutrinos eine sehr kleine Masse haben, die jedoch nicht Null ist Die Neutrinos mit einer Masse ungleich Null müssten sich mit weniger als "$ c $" fortbewegen.

Somit ist die Lichtgeschwindigkeit tatsächlich die Geschwindigkeit aller masselosen Teilchen und es ist wirklich ein Umrechnungsfaktor zwischen dem Raum und Zeit.

Kyle Kanos
2015-01-22 23:08:06 UTC
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Letztendlich lautet die Antwort: wir wissen es nicht . Gleichzeitig wissen wir nicht, ob wir jemals wissen können, warum dies so ist.

Wir haben $ c $ in Bezug auf ein Einheitensystem gemessen, das wir Menschen 1 sup> entwickelt haben, aber wir wissen nicht, ob es einen Grund dafür gibt Wert; es ist einfach das, was es ist.



1 Wir haben die Lichtgeschwindigkeit 1983 als Konstante definiert, also werden Meter und Sekunde technisch aus $ c $ bestimmt, nicht umgekehrt, wie ich hier vorgeschlagen habe. sup>

Joe Fitzsimons
2011-01-23 11:33:40 UTC
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Die Lichtgeschwindigkeit ist nicht beliebig. Sie können die Ausbreitungsgeschwindigkeit kleiner Störungen mithilfe der Maxwellschen Gleichungen berechnen, die $ c = \ frac {1} {\ sqrt {\ mu_0 \ epsilon_0}} $ ergeben. Wenn also diese Konstanten festgelegt sind, ist auch die Lichtgeschwindigkeit festgelegt

Die Permittivität Eps_0 ist * definiert * als 1 / (c ^ 2 mu_0) ...
@Johannes: Alle drei sind messbare Größen, sodass Sie eine beliebige Größe in Bezug auf die beiden anderen definieren können.
@Joe F: alle drei sind definiert (d. H. Genaue Zahlen).
@Johannes: das stimmt nicht. Ihr Wert in SI-Einheiten ist definiert, aber das liegt daran, dass sie zum Definieren der Einheiten verwendet werden. Es ist überhaupt nicht dasselbe.
@Joe: und deshalb sind SI-Einheiten rationale Einheiten. Messsysteme, die nicht erkennen, dass Sie Maßstäbe im Raum drehen können, definieren unterschiedliche Einheiten für Tiefe und Breite. Wir alle erkennen dies als überkomplizierte Dinge an. Gleiches gilt für Rotationen in der Raumzeit. Ja, es gibt Messsysteme, die nicht erkennen, dass Sie einen Maßstab für die Entfernung in einen Maßstab für die Dauer drehen können, aber in der Physik gibt es keinen Platz für solche Systeme.
@Johannes: Das ist überhaupt nicht der Punkt. Die Art und Weise, wie Einheiten definiert werden, um bestimmte Werte für physikalische Konstanten festzulegen, bedeutet nicht, dass sich diese Konstanten nicht ändern können. Die Folge ist einfach, dass eine bessere Messung der Lichtgeschwindigkeit bedeutet, dass meine Wohnung in diesen Einheiten eine andere Größe hat. Dies bedeutet eindeutig nicht, dass c oder $ \ mu_0 $ oder $ \ epsilon_0 $ festgelegt sind, sondern lediglich, dass ihre Messung in SI-Einheiten erfolgt. Dies ist eine Eigenart der Wahl der Einheiten, nicht etwas Grundlegendes.
Du verfehlst den springenden Punkt. Ich sage, wenn Sie die Invarianz unter der Poincare-Gruppe als grundlegende Eigenschaft der Natur akzeptieren, können Sie nicht behaupten, dass die Werte für c, mu0 und eps0 unabhängig und nicht miteinander verbunden sind. Ihre Antwort oben deutet darauf hin, dass Sie dieser Meinung sind.
user68
2011-01-23 07:45:18 UTC
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c ist nur eine grundlegende Eigenschaft unseres Universums, die maximale Geschwindigkeit der Informationsverbreitung; Es wurde jedoch genau 299792458 m / s definiert, um einen Zähler zu definieren.

foobar
2011-01-23 20:46:56 UTC
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Angenommen, es gibt eine SuperEarth mit einer Stadt namens SuperParis. In dieser Stadt halten die Einwohner eine Eisenstange mit zwei Markierungen. Diese Entfernung wird als Supermeter bezeichnet, sie ist die Grundeinheit der Länge auf dem Superearth.

Wenn diese Menschen zufällig dieselbe Zeiteinheit wie Menschen verwenden und wenn zufällig 1 Supermeter hier auf der Erde 299792458 m beträgt - Wie hoch ist dann die Lichtgeschwindigkeit für die Supermenschen?

Das ist nur ein Einheitenwechsel. Sie könnten auch argumentieren, dass die Lichtgeschwindigkeit in Meilen pro Stunde unterschiedlich ist.
Lawrence B. Crowell
2011-01-23 21:26:11 UTC
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Die Lichtgeschwindigkeit ist nur ein Umrechnungsfaktor von einer Koordinatenrichtung in eine andere. Die richtige Einheit ist "eins" oder $ 1.0ly / y $ und so weiter. Jetzt hat es diesen lustigen Satz von Einheiten in CGS und so weiter. Wenn Sie jedoch argumentieren würden, dass die Lichtgeschwindigkeit in diesen Einheiten unterschiedlich sein könnte, würden die Planck-Einheiten wie $ \ ell ~ = ~ \ sqrt {G \ hbar / c ^ 3} $ alle entsprechend und als Ergebnis neu skaliert So würden unsere Stangen und Uhren. Dies würde die Neuskalierung völlig unbeobachtbar machen.

Warum $ c ~ = ~ 299.792.458 m / s $ mit anderen Naturkonstanten wie der Masse des Protons usw. zu tun hat. Wir messen die Lichtgeschwindigkeit anhand physikalischer Objekte und sie hat diesen großen Wert aufgrund der physikalischen Abmessungen der Stäbe, die vom Bohr-Radius abhängen, der wiederum von der Masse der Elektronen usw. abhängt. Die Lichtgeschwindigkeit ist so groß, teilweise weil die Schwerkraft sehr schwach ist, und dies hat wirklich damit zu tun, dass Elementarteilchen im Vergleich zur Planck-Masse eine geringe Masse haben. Wenn diese enorme Ungleichheit nicht existiert, ist die natürliche Einheit für die Lichtgeschwindigkeit eine Planck-Länge pro Planck-Zeit, was nur eine Einheit ist.

Die Planck-Länge hat nichts mit den Eigenschaften von Stangen und Uhren zu tun. Wenn dies der Fall wäre, würden wir eine Theorie der Quantengravitation benötigen (die wir nicht haben), um die Eigenschaften von Stäben und Uhren zu verstehen.
Joel Rice
2011-01-29 01:29:09 UTC
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Die Lichtgeschwindigkeit ist eine Eigenschaft der Raumzeit, die eine Minkowski-Metrik hat, was bedeutet, dass sie einen Nullraum hat, der Raum und Zeit mit der Geschwindigkeit verbindet, die unveränderlich ist. Man könnte sich David Hestenes "Space Time Algebra" und verschiedene seiner Arbeiten ansehen oder eine Website über geometrische Algebra (dh Clifford Algebra) besuchen. Die Geometrie der Raumzeit ist für Maßeinheiten undurchlässig - was auch immer Ihr Boot schwimmt. Ein Professor benutzte Furlongs pro zwei Wochen.

Anixx
2011-08-15 18:05:40 UTC
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Tatsächlich kann die Lichtgeschwindigkeit in verschiedenen Medien unterschiedlich sein, zum Beispiel ist sie im Casimir-Vakuum höher als $ c $ und in einem festen Medium kleiner als $ c $.

Es scheint die tatsächliche zu sein Die Frage ist hier, warum die Lichtgeschwindigkeit im Flachvakuum die höchste Geschwindigkeit ist, mit der Informationen übertragen werden können.

Dies stammt aus der Speziellen Relativitätstheorie, in der gezeigt wurde, dass bei einer FTL-Informationsübertragung a Es würde ein Unfallparadoxon auftreten. Dies liegt daran, dass $ c $ in Lorentz-Transformationen verwendet wird.

Und nun stellt sich natürlich eine weitere Frage, warum genau die Spezielle Relativitätstheorie $ c $ in ihren Lorentz-Transformationen anstelle einer anderen Geschwindigkeit verwendet. Dies liegt an der Idee, dass alle Trägheitsrahmen nicht zu unterscheiden sein sollten: Die Geschwindigkeiten aller elektromagnetischen, mechanischen oder gravitativen Prozesse sollten sich beim Ändern eines Referenzrahmens ähnlich ändern. Wenn sich elektrische Prozesse in eine Richtung ändern und Gravitation in eine andere Richtung sagen, können wir feststellen, ob wir uns in einem sich bewegenden oder stationären Rahmen befinden.

Daraus folgt, dass sich alle grundlegenden Wechselwirkungen mit der gleichen Geschwindigkeit ausbreiten sollten, damit dieses Kriterium erfüllt wird.

Wenn also irgendwo ein Medium existiert, dessen Lichtgeschwindigkeit höher oder kleiner als ist c, dann ist es in einem solchen Medium möglich zu bestimmen, ob sich der gegebene Rahmen relativ zu dem Medium absolut bewegt oder stationär ist. Ein solches Medium hat nicht die Haupteigenschaft unseres Vakuums, was es von Ether unterscheidet: Es gibt keinen Unterschied zwischen Bewegung (ohne Beschleunigung) und Ruhe.

Gaurav
2015-01-23 23:30:15 UTC
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Wie Kyle Kanos in seiner Antwort sagte, wissen wir nur, dass es da ist. Es wird theoretisch berechnet und in Verbindung mit experimentellen Beweisen akzeptieren wir einfach, dass die Lichtgeschwindigkeit $ c = 3x 10 ^ 8 \ frac {m} {s} $ ist.

Sie sehen, wir erwarten immer, dass alles so ist, wie wir es mögen. Wir wollen die Kontrolle über uns haben, sogar über die Natur. Unsere inhärente Auffassung ist, dass wir bei allem, was wir tun, eine zentrale, privilegierte Position einnehmen, von Beziehungen zu Unternehmen bis hin zu unserem Verständnis des Universums. Die Realität ist, dass wir alles andere als privilegiert sind. Die Wissenschaft hat dieses Missverständnis von uns wiederholt zerstört, aber wir halten immer noch am Ego fest. Ich schlage vor, Sie sehen sich Carl Sagans berühmte Rede The Pale Blue Dot an, die diese Botschaft so kraftvoll vermittelt.

In einem solchen Fall halte ich es für äußerst unfair, zu erwarten, dass die Lichtgeschwindigkeit einen Wert hat, der uns anspricht, abgesehen von $ c $, der universellen Geschwindigkeitsbegrenzung. In Ihrem Fall geht es nicht darum, warum die Lichtgeschwindigkeit diesen bestimmten Wert hat, sondern warum wir glauben, dass dies nicht der Fall sein soll.

"Wir haben es theoretisch berechnet." "Wer ist dieses" wir "?
Gary Godfrey
2015-07-14 10:52:29 UTC
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Es gibt einen eindeutigen numerischen Wert von c in den von Ihnen verwendeten Einheiten (z. B. m / s oder Meilen / Stunde oder Furlong / 14 Tage), der die Geschwindigkeit korrekt in $ \ phi $ Radiant umwandelt, um Boosts mit dem Lorentz durchzuführen Gruppe, in der $ \ phi $ als Lorentz-Boost-Parameter bezeichnet wird. $$ v / c = tanh (\ phi) $$ Die Anzahl der Bogenmaß für einen bestimmten Boost ist nicht zufällig, da Boosts nicht pendeln. Für $ \ phi << 1 $ gilt Folgendes: $$ [xBoost (\ phi), yBoost (\ phi)] = zRotation (\ phi ^ 2) $$ Wenn Sie nicht den richtigen Wert von c verwenden, um Ihre zu konvertieren Erhöhen Sie die Geschwindigkeit v auf $ \ phi $ Radiant, dann berechnen Sie die experimentell beobachteten $ \ phi ^ 2 $ Radiant nicht korrekt. Solange Boosts Elemente der Lorentz-Gruppe sind, gibt es einen eindeutigen numerischen Wert von c für jede Wahl der Einheiten. Der Wert von c ist in einem anderen Universum nicht unterschiedlich, er wird weder von Gott festgelegt noch kann er vom Kongress zufällig festgelegt werden.

In gewissem Sinne ist c ein Artefakt dafür, wie wir das Ding messen, das Geschwindigkeit genannt wird Stöcke und Zecken. Wenn wir die Geschwindigkeit auf lange Sicht direkt im Bogenmaß wahrnehmen könnten, indem wir beispielsweise eine gebrochene Länge oder Zeitkontraktion sehen, die $ = cosh (\ phi) $ ist, dann würden wir niemals über v oder c sprechen. P. >

Die meisten Antworten auf die Frage geben korrekt an, dass der bestimmte Wert von c von den verwendeten Einheiten abhängt ... Dimensionsanalyse.Vielleicht deutet der Op auf die interessantere Frage hin, warum es eine Konstante c gibt.Empirisch beantwortet liegt dies daran, dass beobachtet wird, dass leichte und masselose Partikel in allen Referenzrahmen mit dieser konstanten Geschwindigkeit arbeiten.Theoretisch beantwortet, weil Maxwells Gleichungen, spezielle Relativitätstheorie und Boosten über die Lorentz-Gruppe eine Konstante c erfordern.Meine Antwort auf nicht pendelnde Boosts ist das Herzstück des Grundes, warum ein Wert ungleich Null und nicht unendlich von c benötigt wird.
user12262
2017-03-21 00:21:19 UTC
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Warum wird die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum, dh Signalfrontgeschwindigkeit, $ c $, dem genauen Wert von $ 299'792'458 ~ \ text {m / s} $ zugeordnet?

Dies liegt an der besonderen Definition der Einheit "meter ($ \ text {m} $)" innerhalb des SI-Systems, die mit der besonderen Definition der Einheit "second ($ \ text {s} $)" zusammenhängt. ;; cmp. http://www.bipm.org/en/publications/si-brochure/metre.html und http://www.bipm.org/en/publications/si-brochure/ second.html.

Die Definition von "Meter ($ \ text {m} $)" als "Längeneinheit" implementiert dabei wohl die chronometrische Abstandsdefinition
$$ \ text {Entfernung} [\, A, B \,]: = c / 2 \, \, \ text {Ping-Dauer} \ tau A [\, \ _ \ text {ray_leaves}, \ _ \ text { sah das} B \ text {sah das A_ray_leaves} \,], $$ (cmp. Einstein 1905),
unter der Bedingung, dass die Ping-Dauer der beiden "Enden" $ A $ und $ B $ gleich (einzeln) und konstant (in Bezug aufeinander) blieb; wobei das Symbol $ c $ als unendlicher, endlicher Dimensionsfaktor ungleich Null eingeführt wird.

Mark Roseman
2017-06-28 02:37:36 UTC
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Der Wert von c ist nicht willkürlich, aber von enormer Bedeutung.E = mc ^ 2 gibt zum Beispiel die Energiedifferenz zwischen 4 Wasserstoffatomen und Helium4 an, wodurch wir verstehen, wie das Periodensystem der Elemente aufgebaut wird.

Dies beantwortet die Frage nicht wirklich.
Helder Velez
2011-01-27 19:02:00 UTC
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Wir messen Beziehungen zwischen Objekten, die zu unserer lokalen Umgebung gehören. Unsere Lineale basieren auf atomaren Eigenschaften.

c ist eine Eigenschaft des Raums oder, wie oben erwähnt, a Eigentum des Universums, nicht des Lichts, weil ich den Standpunkt von Israel Perez teile, dass Materie und Raum nach Spinoza (Ethik) unterschiedliche Ausdrücke derselben Entität sind.

c ist eine Beziehung, ein Verhältnis zwischen Länge und Zeitintervallen. Wenn Sie die Definitionen für Zeit- und Längeneinheiten überprüfen, wird deutlich, dass sie nicht unabhängig voneinander definiert sind, sondern mit Hilfe des anderen definiert werden. Dann muss man schließen, dass c wirklich eine grundlegende Eigenschaft ist, die ausdrückt, wie sich Störungen im Raum entwickeln können.

Ein ähnliches Verhalten wird in den Wellen eines Sees beobachtet. Es ist eine Eigenschaft des Mediums (Vakuum, Feld, Äther, Raum, ... viele Namen).

Dies erklärt, warum sich Licht unabhängig von der Bewegung der Quelle oder des Empfängers immer auf die gleiche Weise ausbreitet.

Über den Wert des Maßes von c:

Ich denke, wir können nur die Zwei-Wege-Lichtgeschwindigkeit messen, nicht die Ein-Wege-Lichtgeschwindigkeit (als Poincaré). Wir messen nur das Verhältnis (L / T) und dies ist eine absolute Konstante.

Nehmen wir an, dass in dieser Welt (oder in der fernen Vergangenheit) die Atome doppelt so groß sind wie unsere lokalen Atome, dann muss die Beziehung L / T dieselbe sein und die physikalischen Gesetze bleiben unveränderlich. (Die Elektronen brauchen im Vergleich zu unserer Ortszeit eine längere Zeit, um sich um das Proton zu entwickeln, und das emittierte Licht wird umgeschaltet :-)

Wir machen keine "absoluten" Messungen der Länge oder Zeit Dauer. Grundsätzlich können wir es nicht anders machen.

user2435479
2015-01-22 21:30:55 UTC
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Sie können aus Maxwells Gleichungen beweisen, dass die Lichtgeschwindigkeit ist: $ c = \ sqrt {\ frac {1} {\ epsilon_0 \ mu_0}} $. Wenn $ ϵ_0 $ (Vakuumpermittivität) und $ μ_0 $ (Vakuumpermeabilität) beide konstant sind.

Wenn Sie vollständig verstehen möchten, wie diese Gleichung funktioniert, empfehle ich Ihnen, diesen Beweis zu lesen: Maxwell's Gleichungen sagen voraus, dass die Lichtgeschwindigkeit konstant ist.

In [cgs-Einheiten] (http://en.wikipedia.org/wiki/Centimetre–gram–second_system_of_units) ist $ \ epsilon_0 = 1 $ und $ \ mu_0 = 1 / c ^ 2 $, daher ist die Beziehung etwas trivial.Das heißt, alle drei Begriffe haben genaue Werte und erklären überhaupt nicht, * warum * $ c $ den Wert hat, den es hat.


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 2.0-Lizenz, unter der er vertrieben wird.
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