Czy wiemy, DLACZEGO w naszym wszechświecie obowiązuje ograniczenie prędkości?
Twoje pytanie jest podobne do:
„Czy wiemy DLACZEGO istnieje ograniczenie długości? ”
W ten sam sposób potrzebujemy skończonych długości do pomiaru rozmiaru lub odstępu między dwoma punktami w 3D - przestrzeni euklidesowej , potrzebujemy skończona prędkość światła do pomiaru odstępu między zdarzeniami w 4D - przestrzeni Minkowskiego . Minkowski rozwinął swoją teorię, aby rozszerzyć równanie Maxwella w czterech wymiarach. Aby $ s ^ 2 $ w przestrzeni Minkowskiego, (2), zachował niezmienność, jako rozszerzenie twierdzenia Pitagorasa, (1), które w trzy wymiary to: $$ s ^ 2 = x ^ 2 + y ^ 2 + z ^ 2 \ tag {1} \ ,, $$
iw czterech wymiarach staje się: $$ s ^ 2 = x ^ 2 + y ^ 2 + z ^ 2 - {\ left (ct \ right)} ^ 2 \ tag { 2} \ ,, $$ $ c $ musi być nie tylko skończona, ale taka sama dla wszystkich ramek odniesienia, co potwierdzają obserwowane dowody, że światło Prędkość (fal EM) była niezależna od układu odniesienia obserwacji.
Prędkość światła musi mieć granicę, tj. Być skończona, aby Szczególna Teoria Względności działała:
Jeśli wróć do słynnych eksperymentów myślowych A. Einsteina, a konkretnie tego, w którym jest dwóch obserwatorów, jeden nieruchomy, $ A $ , stojący na stacji kolejowej, a drugi, $ B $ , poruszając się stojąc w pociąg, który przejeżdża przez stację kolejową.
Teraz, gdy pociąg przejeżdża i $ A $ i $ B $ są dokładnie naprzeciw siebie, piorun uderza po obu stronach $ A $ , w tej samej odległości . $ A $ widzi je jednocześnie:
Ponieważ jednak $ B $ przesuwa się względem nich, tj. od jednego do drugiego, widzi je kolejno:
...right?
Cóż, NIE, spowodowałoby to różny pomiar światła w różnych ramach referencyjnych, coś, co została obalona przez eksperyment Michelsona-Morleya , w którym Ziemia była pociągiem :
$ \ hspace {100px} $ ,
i zmierzona prędkość światła w dwóch prostopadłych kierunkach:
zakładając, że światło poruszające się w kierunku zgodnym z kierunkiem ruchu Ziemi musiałoby być mniejsze (podobnie jak osoba $ B $ , która była na pociąg) niż inne, założenie, które zostało naukowo udowodnione.
W konsekwencji prędkość światła jest stała i każdy, kto ją mierzy, znajdzie tę samą wartość, niezależnie od jego prędkości lub innymi słowy prędkość światła jest niezmienna . Niezmienność można porównać z teorią względności, na przykład względnością czasu, która, nawiasem mówiąc, została użyta do opisu dwóch osób, $ A $ i $ B $ , obserwuj tę samą prędkość światła, a mianowicie, ponieważ czas poruszającej się osoby $ B $ tyka wolniej, w Ogólnie rzecz biorąc, im większa prędkość względna między dwoma obserwatorami, tym większa różnica w tempie tykania ich zegarków, tj. dylatacja czasu .
Wreszcie dylatację czasu można zaobserwować w obecności obiektu o masie, który generuje pole grawitacyjne, lub w kategoriach ogólnej teorii względności w rozciągniętej czasoprzestrzeni, co spowoduje czas obserwatora znajdującego się bliżej obiektu masowego, aby tykał w wolniejszym tempie, tj. dylatacja czasu i odpowiednio, obserwator znajdujący się w większej odległości będzie obserwował tykanie swojego zegarka z większą szybkością.
Jak widzisz, czas jest względny, przestrzeń się rozciąga, a prędkość światła jest stałą, o skończonej wartości, która „trzyma je razem” i „synchronizuje” , definiowanie jednoczesności zdarzeń. Ponadto za jego pomocą możemy zdefiniować niezmienny odstęp między dwoma punktami w czasoprzestrzeni, czyli między dwoma zdarzeniami . Przedziały czasoprzestrzenne zależą od czasowego i przestrzennego oddzielenia dwóch punktów i mogą być: czasowe , lekkie (odległość czasowa = odległość przestrzenna ) lub podobna do przestrzeni (odległość czasowa < odległość przestrzenna) . Dzięki temu Szczególna Teoria Względności jest udaną teorią, z długą listą dowodów potwierdzających eksperyment.
Edycja:
W odpowiedzi na pierwszy komentarz, który dowodzi, że dylatacja czasu jest wynikiem stałości prędkości światła, przedstawię wam przykład odwrotny, tj. stałość prędkości światła może być pokazana jako bezpośrednia konsekwencja dylatacji prędkości:
Rozważmy hipotetyczny zegar zwany zegarem fotonowym. W nim światło odbija się tam iz powrotem między lusterkami, a za każdym razem, gdy światło pada na dane lustro, zegar tyka raz. Jeśli ten zegar jest w ruchu bezwładnościowym względem obserwatora, to dylatacja prędkości w czasie spowoduje, że tykanie będzie wolniejsze, podobnie jak wszystkie inne rodzaje zegarów. Jednakże, ponieważ zegar się porusza, impuls świetlny wytyczy dłuższą, nachyloną ścieżkę między lusterkami. Wynik netto dylatacji czasu prędkości i wzrostu długości ścieżki jest taki, że prędkość światła w poruszającym się zegarze fotonowym pozostaje równa prędkości światła w pozostałym zegarze fotonowym. Innymi słowy, prędkość światła pozostaje stała.
Ponadto transformacja Lorentza (LT), którą wyprowadził Joseph Larmor [1]
w 1897 i Lorentz (1899, 1904) [2], bezpośrednio przewidywał dylatację czasu. Faktycznie, dylatacja czasu przez czynnik Lorentza została poprawnie przewidziana przez Josepha Larmora (1897) [3] na długo przed opublikowaniem przez Einsteina swojej pracy w 1905 roku.
Twoje pytanie wydaje się nieco Filozoficzne, z tego, co wiemy, wartość $ c $ może być powiązana z samą własnością czasoprzestrzeni, określoną wraz z innymi Fundamentalnymi stałymi fizycznymi podczas Wielkiego Wybuchu, co jest trudne do zaobserwowania i uświadomienia sobie, podobnie do tego, dlaczego ryby nie są świadome całej wody wokół niej.
[1] Larmor, J. (1897), „O dynamicznej teorii ośrodka elektrycznego i świecącego”, Philosophical Transactions of the Royal Society190: 205-300.
[2] Lorentz, Hendrik Antoon (1899), „Uproszczona teoria zjawisk elektrycznych i optycznych w ruchomych systemach ”, Proc. Acad. Science Amsterdam I: 427-443; oraz Lorentz, Hendrik Antoon (1904), „Zjawiska elektromagnetyczne w układzie poruszającym się z dowolną prędkością mniejszą niż prędkość światła”, Proc. Natl. Acad. Science Amsterdam IV: 669–678.
[3] Larmor, J. (1897), „On a Dynamical Theory of the Electric and Luminiferous Medium, Part 3, Relations with material media”, Phil. Trans.Roy. Soc. 190: 205-300