Relatywistyka

Demogorgon · 31 Października 2006

Czesc
W tym cytacie, nie ma zrodla swiatla, tylko dwa zwierciadla i foton miedzy nimi, wiec jesli predkosc lustra nie ma wplywu na kierunek fotonu, to takiej klepsydry nie wprawisz w ruch. Czy zgodzisz sie z tym? Jesli tak, to ruch fotonu nie jest skladowa prostopadlej i rownoleglej. Pozdrawiam.

tak - tzn rozumiem ze chodzi Ci o to, czy jezeli uwiezimy foton pomiedzy dwoma zwierciadlami, a nastepnie zmienimy polozenie tych zwierciadel prostopadle do kierunku ruchu fotonu, to czy ten foton "wymknie" nam sie z pomiedzy tych zwierciadel (jezeli beda male) - wedlug mnie odp. brzmi tak, wymknie sie - powodem jest przyspieszenie.

Jednak w doswiadczeniu o ktorym piszesz w pierwszym poscie, nie ma mowy o przyspieszeniu tylko o ruchu jednostajnym - i sytuacja sie nieco zmienia.

Wyobraz sobie nastepujaca sytuacje (to powinno wyjasnic sprawe, chyba ze ja czegos nie rozumiem):

" Na ziemi ustawiasz dwa zwierciadla - obydwa rownolegle do powierzchni Ziemi, jedno na powierzchni, drugie powiedzmy 100 m nad powierzchnia. Nastepnie emitujesz promien swiatla tak aby zostal on "uwieziony" pomiedzy tymi dwoma zwierciadlami, i ciagle sie od nich odbijal."

Ty znajdujesz sie w spoczynku wzgledem zwierciadel, wiec nie obserwujesz ruchu poprzecznego. Jednak obserwator znajdujacy sie np. na Sloncu, widzi ten ruch poprzeczny. Gdyby nie widzial tego ruchu poprzecznego - zaobserwowal by ze foton "uciekl" z pomiedzy zwierciadel.

ps. posluguje sie wciaz korpuskularna natura swiatla, poniewaz mysle ze ulatwia ona zrozumienie

Wladek · 1 Listopada 2006

Wyobraz sobie nastepujaca sytuacje (to powinno wyjasnic sprawe, chyba ze ja czegos nie rozumiem):
" Na ziemi ustawiasz dwa zwierciadla - obydwa rownolegle do powierzchni Ziemi, jedno na powierzchni, drugie powiedzmy 100 m nad powierzchnia. Nastepnie emitujesz promien swiatla tak aby zostal on "uwieziony" pomiedzy tymi dwoma zwierciadlami, i ciagle sie od nich odbijal."

Ty znajdujesz sie w spoczynku wzgledem zwierciadel, wiec nie obserwujesz ruchu poprzecznego. Jednak obserwator znajdujacy sie np. na Sloncu, widzi ten ruch poprzeczny. Gdyby nie widzial tego ruchu poprzecznego - zaobserwowal by ze foton "uciekl" z pomiedzy zwierciadel.

ps. posluguje sie wciaz korpuskularna natura swiatla, poniewaz mysle ze ulatwia ona zrozumienie

Moge sie zgodzic z Twiomi odpowiedziami, bo tez swiadcza o eterze, tylko troche musimy je uporzadkowaci a niektore z problemy wyjasnic, a poruszyles ich kilka. Piszesz ze korpuskularna natura swiatla ulatwia zrozumienie. Moim zdaniem utrudnia, bo foton nie ma masy, wiec nie podlega prawom dynamiki, a po drugie, sugeruje jaka droge przebywa foton i dlatego ta droga wyglada inaczej dla obserwatora poruszajacego sie wraz ze zrodlem, a inaczej dla obserwayora w spoczynku (z boku). Nie widzimy przeciez fotonu, tylko punkt z ktorego sie on "odbil".

Wyjasnijmy jeszcze problem z lustrami. Piszesz, ze bedac na Ziemi bede widzial promien uwieziony miedzy lustrami, ktory "lata" prostopadle do luster, a obserwator ze Slonca bedzie widzial ze promien pada pod katem do luster zaleznym od predkosci "v" ( dla v = 0.5c kat ten (gamma) wynosi 60st.). Wiedzac ze kat padania = katowi odbicia, obserwator na Ziemi, tez powinien widziec ze promien jest nachylony pod tym katem do lustra, co wydaje mi sie prawdziwe. Jakie jest Twoje zdanie? Pozdrawiam.

misiekc · 1 Listopada 2006

Nie twierdze ze (dop. predkosc) zalezy
(dop. od predkosci zrodla), ale twierdze ze wplynie na kierunek jego ruchu, jezeli zrodlo porusza sie prostopadle do kierunku ruchu!

Predkosc. mowiac scisle, to wektor, ktorego cechami sa m. in. watrosc i kierunek. Wiec druga czesc Twojego zdania zaprzecza pierwszej. Wiem, ze sie czepiam, ale z drugiej strony ktos powinien sie czepiac, zeby powszechnie nie mylono predkosci z wartoscia predkosci.

Natomiast ezeli winda przyspiesza, foton zaczyna zblizac sie do podlogi.
... foton przejmuje czesc ruchu poprzecznego, i porusza sie w poprzek razem z predkoscia zrodla w momecie wyemitowania...

ps. posluguje sie wciaz korpuskularna natura swiatla, poniewaz mysle ze ulatwia ona zrozumienie

Pierwsza obserwacja nie upowaznia wniosku w kolejnym zdaniu. Swiatlo nie ma natury kolpuskularnej tylko falowo-kolpuskularna. Miedzy innymi z tego powodu nie mozna traktowac fotonu jako kulki. Jesli nie wierzysz, ze nie mozna, to wytlumacz mi prosze jak wyjasnic spajki od jasnych gwiazd pojawiajace sie na wielu zdjeciach chocby z tutejszego dzialu "Astrofotografia".

nasuwa sie pytanie, czy swiatlo wyslane rownolegle i prostopadle wroci w tym samym czasie, zakladajac ze linijka ustawiona rownolegle ulegniie kontrakcji?

Tak. STW tlumaczy to tym, ze do obu koncow linijki jest tak samo daleko. Zwolennicy eteru mowia o skroceniu Lorentza wynikajacego z ruchu linijki wzgledem eteru. Ktore wytlumaczenie jest prostsze?

Wyobraz sobie nastepujaca sytuacje (to powinno wyjasnic sprawe, chyba ze ja czegos nie rozumiem):
" Na ziemi ustawiasz dwa zwierciadla - obydwa rownolegle do powierzchni Ziemi, jedno na powierzchni, drugie powiedzmy 100 m nad powierzchnia. Nastepnie emitujesz promien swiatla tak aby zostal on "uwieziony" pomiedzy tymi dwoma zwierciadlami, i ciagle sie od nich odbijal."

Ty znajdujesz sie w spoczynku wzgledem zwierciadel, wiec nie obserwujesz ruchu poprzecznego. Jednak obserwator znajdujacy sie np. na Sloncu, widzi ten ruch poprzeczny. Gdyby nie widzial tego ruchu poprzecznego - zaobserwowal by ze foton "uciekl" z pomiedzy zwierciadel.

Bardzo ciekawy eksperyment ale znowu bledny wniosek. Wzgledem obserwatora na Sloncu caly uklad zwierciadel i promienia swiatla "obracalby" sie, wiec promien latalby po tej samej drodze. Jak widac nawet klasyczne rozumowanie nie doprowadzi do "ucieczki" promienia. Oczywiscie mozna przeprowadzic eksperment "myslowy" w ktorym uwolnimy sie od tego ruchu obrotowego. W takim wypadku nalezy jednak wczesniej spytac, jaki ksztalt i wzgledne polozenie mialyby lustra, ktore poruszaja sie wzgledem obserwatora, a dopiero potem rozwazac odbicia promienia swiatla. Innymi slowy: skad wiesz, ze lustra wg tego obserwatora beda nadal plaskie i umieszczone naprzeciw siebie?

Edytowane 1 Listopada 2006 przez misiekc

Demogorgon · 2 Listopada 2006

Swiatlo nie ma natury kolpuskularnej tylko falowo-kolpuskularna. Miedzy innymi z tego powodu nie mozna traktowac fotonu jako kulki. Jesli nie wierzysz, ze nie mozna, to wytlumacz mi prosze jak wyjasnic spajki od jasnych gwiazd pojawiajace sie na wielu zdjeciach chocby z tutejszego dzialu

to jaka nature swiatla przyjmuje, zalezy od zjawiska ktore chce opisac. Opisujac zjawisko interferencji, przyjmuje nature falowa, natomiast dla zjawiska fotoelektrycznego korpuskularna. Do naszego doswiadczenia, potrzebna jest tylko jedna wlasciwosc swiatla: jego predkosc. Niezaleznie od tego ktora nature swiatla przyjme, prdkosc jego jest taka sama. Dlatego twierdze, ze w tym doswiadczeniu mozna przyjac nature korpuskularna.

Innymi slowy: skad wiesz, ze lustra wg tego obserwatora beda nadal plaskie i umieszczone naprzeciw siebie?

dlaczego mialo by byc inaczej? Plaskie powinny byc nadal. Naprzeciwko siebie przy duzych predkosciach faktycznie byc niemusza - ale jaki to ma wplyw? Mi chodzilo tylko o ruch poprzeczny fotonu, wzgledem zwierciadel.

misiekc · 3 Listopada 2006

ad natura swiatla) Wlasciwosci swiatla nie zaleza od eksperymentu ani tym bardziej od sposobu w jaki chcesz opisywac eksperyment. Oczywiscie w niektorych wypadkach pewne cechy maja mniejszy wplyw a inne wiekszy. Skad wiesz, ze akurat w Twoim przykladzie mozna calkowicie zaniedbac wlasnosci falowe i uwypuklic wlasnosci kolpuskularne? Ja twierdze, ze nie mozna i ze promien swiatla nie przejmuje pedu ze zrodla, bo swiatlo jest fala, a fale pedu za zrodla nie przejmuja. Prosze, przekonaj mnie, ze masz racje?

ad ksztalt zwierciadel) A dlaczego nie? Ty zaproponowales ten eksperyment i jego wytlumaczenie, wiec na Tobie spoczywa obowiazek przekonania mnie, ze Twoje tlumaczenie jest wlasciwe. Argumenty typu "a dlaczego mialoby byc inaczej" niestety nie przekonuja mnie.

Od siebie dodam tyle, ze wzgledem obserwatora "nieruchomego" to lustro, ktore bylo na wysokosci 100m ma zarowno skladowa predkosci radialna jak i poprzeczna. Obserwowany rozmiar wzdluz skladowej radialnej zmienia sie w wyniku tzw. transformacji Lorentza, natomiast rozmiar poprzeczny pozostaje taki sam. Nie musze chyba dodawac, ze zmierzona przez obserwatora predkosc blizszej krawedzi lustra bedzie inna niz dalszej. Czyli ksztalt luster nie bedzie sie transformowal w sposob "jednorodny" Mi to w zupelnosci wystarczy do zakwestionowania co najmniej "rownoleglego" polozenia wzglednego poruszajacych sie luster, a co za tym idzie postulowanego przez Ciebie wyniku eksperymentu. Prosze, przekonaj mnie, ze sie moje obawy sa nieuzasadnione.

Edytowane 3 Listopada 2006 przez misiekc

Wladek · 4 Listopada 2006

Ja twierdze, ze nie mozna i ze promien swiatla nie przejmuje pedu ze zrodla, bo swiatlo jest fala, a fale pedu za zrodla nie przejmuja. Prosze, przekonaj mnie, ze masz racje?

Chyba juz czas na male podsumowanie.

Zgadzamy sie ze swiatlo wyslane z tego samego miejsca przez zrodlo stojace jak i w ruchu, ma jednakowa predkosc. Znaczy to, ze w tym samym momencie, oddali sie od punktu w ktorym zaistnialo na ta sama odleglosc. Zrodlo w ruchu tez oddali sie na odleglosc zalezna od predkosci "v". "Medialni", ( jak okreslil Cygnus) wyciagna wniosek ze zrodlo w spoczynku pozostanie w srodku "naszej kuli", a zrodlo w ruchu nie bedzie w srodku kuli.

Natomiast "niemedialni" wnioskuja, ze obydwa zrodla znajduja sie w srodku. (post nr 38)

Medialni twierdza, ze swiatlo ze zrodla w ruchu doleci do konca linijki zwiazanej ze zrodlem, po dluzszym czasie niz swiatlo ze zrodla z linijka w spoczynku i dlatego "zegary swietlne" zrobione na tej zasadzie beda pokazywac rozny czas (dylatacja).

Niemedialni twierdza, ze swiatlo ze zrodla w ruchu doleci do konca linijki jednoczesnie ze swiatlem ze zrodla w spoczynku, (post nr 2). Mimo to zegar swietlny w ruchu bedzie chodzil wolniej.

Medialni mowia ze jesli ustawimy dwie linijki, jedna pionowo a druga poziomo w stosunku do ruchu to linijka pozioma ulegnie skroceniu (kontrakcja) i swiatlo doleci do jej konca w czasie dluzszym niz do linijki pionowej.

Niemedialni mowia, ze linijka pozioma ulegnie kontrakcji, ale odleglosc do konca linijek bedzie taka sama, wiec swiatlo doleci do konca obu linijek jednoczesnie, mimo ze predkosc swiatla jest jednakowa we wszystkich kierunkach.

Jesli jest cos co przeoczylem lub zle zrozumialem, popraw mnie.

ekolog · 14 Maja 2021

W dniu 9.10.2006 o 13:39, krzychoooo napisał:

Myślę że przed takowymi eksperymentami (eksperymentami może złe słowo) należałoby zaznajomić się z równaniami Maxwela, transformacją Lorentza, czy też z przestrzenią Minkowskiego w której to odległość jest nie między punktami ale między zdarzeniami.

To jest znakomita kolejność właśnie.

Autentyczny (znany mi) fizyk napisał kiedyś w necie:

Zastanawia mnie dlaczego teoria względności przyciąga tylu szaleńców.

Chyba Staruszkiewicz ma rację, że to kwestia dydaktyki, że szczególną teorię względności powinno się wprowadzać jako geometrię czasoprzestrzeni.
Ja tak naprawdę zrozumiałem o co tu chodzi, gdy zrozumiałem ten obrazek (gif).

Tenże, linkowany tu na dole gif filmowy jest podpisany:
The momentarily co-moving inertial frames along the world line of a rapidly accelerating observer (center).

Cały dość spory temat, zawierający tego gif'a, zawiera międy innymi takie fragmety:

'Diagramy czasoprzestrzeni stanowią ilustrację graficzną właściwości czasu i przestrzeni w szczególnej teorii wzgl.
i pozwalają na jakościowe zrozumienie odpowiednich zjawisk, takich jak dylatacja czasu i skrócenie długości, bez równań matematycznych.
...
Najbardziej znaną klasą diagramów czasoprzestrzeni są diagramy Minkowskiego , opracowane przez Hermanna Minkowskiego w 1908 roku.
...
Rozważania te pokazują, że prędkość światła jako granica jest konsekwencją właściwości czasoprzestrzeni, a nie właściwości obiektów, takich jak technicznie niedoskonałe statki kosmiczne. Dlatego zakaz ruchu szybszego od światła nie ma nic wspólnego z falami elektromagnetycznymi ani światłem, ale jest konsekwencją struktury czasoprzestrzeni.'

https://en.wikipedia.org/wiki/Spacetime_diagram#Accelerating_observers

Siema
Link:

don Pedro · 19 Stycznia 2022

Przestrzeń międzygwiezdna wypełniona jest materią o gęstości rzędu 1 atom/cm^3. Jezeki lecimy z predkosciami relatywistycznymi to z punktu widzenia statku wymiary liniowe ulegają skróceniu w kierunku ruchu, więc odległość między molekulami gazu uległa by skróceniu.Lotrentza-Fitzgeralda. Jak myslicie czy pojawiłby się tu efekt "spreżania relatywistycznego" (per analogiam do fali uderzeniowej przed samolotem naddźwiekowym czy rakietą)?

Przypewnej prędkość mogloby się okazać , że mamy do czynieniea z...ruchem w ośrodku ciągłym jeżeli liczba Knudsena Kn= l_0/L byłaby bliska 0,01 ? Statek mógłby zostac zmiażdzony przez ciśnienie spiętrzenia...

A zatem, mogloby się pojawic oograniczenie aerodynamiczne dla predkosci obiektów relatywistycznych.

1. statek powinien mieć kształt igły.

2. miec prekursor przyjmujacy oddziaływanie ośrodka, izby atomy nie "rozstrzelały" wehikułu?

O kolizjach z ziarnami pyłu tu litosciwie nie wspomnę, bo to katastrofa...

Właściwie, to operowanie pojeciem średniej drogi swobonej tutaj jest bez sensu, bo to staek się porusza, a ośrodek jest względem niego nie ruchomy, bo prędkosci molekuł gazu będa nawet warunkach ciepłego osrodka molekularnego (rz. 8000 K) są i tak pomijanie małe w porównaniu z wartosciami relatywistycznymi. Przy koncentracji molekuł 0,2-0,5 m^-3 bardziej istotne sa "średnie odległości", między cząsteczkami (założenie bzdurne, bo to tak jakbysmy lecieli przez coś w rodzaju rzadkie siaki krystalicznej ale...).

Co więcej, kiedy protony zderzałyby się ze statkiem, najprawdopodobniej wnikałyby w materiał poszycia, w przeciwieństwie do warunków, w których cząsteczki gazu po prostu odbijają się od obiektu (jak w modelu Newtona-Leesa, dla przepływow hiperdźwiękowych). Spowoduje to uszkodzenie radiacyjne kadłuba statku, poza tym poszycie staku emitowaloby promienie rentgenowskie.. Co więcej, przy tak dużych prędkościach ważna będzie interakcja z fotonami, w szczególności kosmiczne mikrofalowe tło, powodujące dodatkowy opór.

Edytowane 19 Stycznia 2022 przez don Pedro
Niechlujstwo językowe... ;)

Behlur_Olderys · 20 Stycznia 2022

13 godzin temu, don Pedro napisał:

Jezeki lecimy z predkosciami relatywistycznymi to z punktu widzenia statku wymiary liniowe ulegają skróceniu w kierunku ruchu, więc odległość między molekulami gazu uległa by skróceniu.Lotrentza-Fitzgeralda

Weź pod uwagę, że dopiero przy prędkości rzędu 86% prędkości światła gęstość ośrodka z punktu widzenia statku zwiększy się dwukrotnie.

98% c - pięciokrotnie.

99.5%c - dziesięciokrotnie.

Jak dla mnie 99.5% prędkości światła to i tak dosyć szybko, a 10x gęściej, niż 1 atom / cm^3 to wciąż tylko 10 atomów na cm^3

Wydaje się, że osiągnięcie technologii pozwalającej na podróż z prędkościami 86%c jest na razie poza naszymi możliwościami, nie mówiąc o 99.5%.

Jak już to zrobimy, to wtedy realne zaczną być problemy, o których piszesz, i będzie szerszy wachlarz dostępnych rozwiązań, których teraz nie znamy z tego samego powodu, dla którego nie latamy tak szybko

Lot z prędkością 99.5%c będzie powodował ~10^16 zderzeń z atomami o energii rzędu nJ generując moc cieplną rzędu kilkudziesięciu MW dla statku o przekroju 10x10m i to poważniejszy problem niż aerodynamiczny kształt. Wciąż - pozbycie się tego ciepła wydaje się całkowicie marginalnym problemem wobec zagadnienia: jak nadać 100-tonowej rakiecie prędkość 99.5%c?

Żeby 100ton wynieść na orbitę przy obecnej technologii potrzeba ok. 11 TJ energii. To jest 1h pracy dużej elektrowni.

Żeby 100ton przyspieszyć do 99.5%c potrzeba ~10^10x więcej energii. Czyli 100 000 lat pracy dużej elektrowni

don Pedro · 19 Lutego 2022

Czyli jednak... aerotermodynamika.

Tu przed statkiem przydalby się prekursor rozpraszający tę "nawałę" atomów i rozpraszął na boki energię cieplną i promieniowanie rentgenowskie przed statkiem własciwym...

Edytowane 19 Lutego 2022 przez don Pedro