Kysymys:
Mistä tiedämme, että fysiikan lait ovat muuttumattomia kaikissa inertiakehyksissä?
Francesco Bertolaccini
2017-12-17 06:41:54 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Einsteinin erityinen suhteellisuusteoria perustuu olettamukseen, että fysiikan lait ovat invariantit kaikissa inertiakehyksissä, ja siitä - Maxwellin yhtälöiden mukaan - saadaan, että valon nopeuden on oltava sama kaikissa vertailukehyksissä, jotenaikalaajennuksen tarve jne. ...

Mutta miten alkuperäinen oletus on perusteltu?Minulle on aina selitetty tämä oletus "intuitiivisella" tavalla, ajatuskokeiluna, esimerkiksi siitä, että sohvalla istuminen ei ole erilainen kuin istuminen lentokoneessa.Mutta olisin voinut tehdä saman ajatuskokeilun hypoteesista, jonka mukaan nopeudet aina laskevat yhteen, joten voisi tehdä valosta "nopeamman" loistamalla sädettä raketin kärjestä ...

Emme tiedä.Emme tiedä mitään.Emme vain ole havainneet yhtään tämän periaatteen rikkomista, ja on erittäin hyödyllistä olettaa, että se pitää paikkansa.
Voisit * tehdä tuon ajatuskokeilun ja todeta myöhemmin todellisten kokeiden avulla, että ajatuskokeilusi lähtökohta oli väärä.Suhteellisuusteoria on todellakin fysiikan postulaatti, mutta se on filosofisesti tyydyttävä, eikä ole koskaan ollut mitään todisteita, jotka olisivat ristiriitaisia sen kanssa.Ehkä jonain päivänä tulee.
Jos 4-ulotteinen näkymä tapahtumasta jätetään huomiotta, intuitio tulee hyvin rajalliseksi.4D-näkökulmasta katsottuna kaikki SR: stä selitetään välittömästi, ja puolestaan siitä tulee niin yksinkertaista, että melkein kuka tahansa voi ymmärtää sitä.Kun yksinkertainen 4D-ymmärrys on annettu, kuka tahansa voi sitten johtaa kaikki SR-matemaattiset yhtälöt pelkästään minuutteina.Se on niin yksinkertaista, että aikaisempaan fysiikan koulutukseen ei vaadita voidakseen tehdä tätä.
üks vastaus:
Cort Ammon
2017-12-17 07:26:37 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Lefaroundaboutin kommentti on tärkeä. Vaikka meille yleensä opetetaan, että käytämme tiedettä tietämään asioita , se ei ole oikeastaan ​​oikea väite. Tiede on erittäin tehokas työkalu sellaisten mallien luomiseen, joiden avulla voidaan luoda koulutettuja ennusteita järjestelmän toiminnasta, ja se perustuu väärennettävien hypoteesien ajatukseen, mutta se ei tarkoita, ettemme ole koskaan väärässä. Se tarkoittaa vain, että hypoteeseja on mahdollista kumota.

Esimerkki nopeuksien lisäämisestä on loistava esimerkki. On erittäin intuitiivista, että nopeudet laskevat yhteen. Jos olen junassa ja heitän baseballin, tarkkailija maassa näkee baseballin törmäävän ilman läpi junan nopeudella plus heittoni nopeudella. Olisi hyvin luonnollista olettaa, että valo käyttäytyy samalla tavalla. Itse asiassa mielestäni useimmat ihmiset uskovat, että valo toimii näin, kunnes luonnontieteiden opettaja kertoo heille toisin.

Otetaan nyt Maxwellin yhtälöt. Maxwellin yhtälöt tekevät huomattavan hyvää työtä ennustamaan sähkön ja magneettisuuden käyttäytymistä. Voit yrittää väärentää niitä rakentamalla omituisesti suunniteltuja kokeita eristääkseen magneettisia monopoleja ja niin edelleen, mutta huomasimme, että hänen lait pitävät hyvin kiinni (ainakin aina kvanttimekaniikkaan saakka, joka on oma peto ja oma tarinansa) . Paljon testien jälkeen tiedeyhteisö pääsi yksimielisyyteen siitä, että Maxwellin yhtälöt ovat melko luotettavia. En voi sanoa "he tiesivät, että hänen yhtälönsä olivat totta", koska se olisi liioiteltua, mutta heidän itseluottamuksensa oli erittäin korkea.

On kuitenkin omituisuus. Maxwellin yhtälöt ennustavat "valon nopeuden". Mutta jos palaat baseball-esimerkkiin, näemme, että baseball kulkee eri nopeuksilla eri inertiakehyksissä. Kun ajaan junassa tasaisella nopeudella, katson maailmaa inertiaalikehyksestä ja näen pallon yhdellä nopeudella. Kun olet maassa ja seisot paikallasi, katsot maailmaa inertiaalikehyksestä ja näet pallon eri nopeudella. Maxwellin yhtälöissä ei yksinkertaisesti ole tilaa sille. He vain sanovat "valolla on kiinteä nopeus", jolloin tutkijat miettivät, mitä sillä on.

Yksi intuitiivinen lähestymistapa on olettaa, että valo kulkee väliaineen läpi, ja valon nopeus on suhteessa tähän väliaineeseen. Tämä on intuitiivista, kun tarkastelet tehosteita, kuten vetää baseballia. Baseballin vetovoimat eivät ole riippuvaisia ​​siitä, kuinka nopeasti se kulkee suhteessa minuun tai sinuun, vaan kuinka nopeasti se kulkee tuulen suhteen. Teorian mukaan valo voi kulkea niin sanotussa "valovoimaisessa eetterissä", aivan kuten baseballimme kulkee ilman läpi. Tämä ratkaisee Maxwellin yhtälöiden ongelman: "valon nopeus" on valon nopeus eetterin suhteen.

Tämä oli siis kohtuullinen hypoteesi. Aivan kuten hypoteesi "nopeudet lisäävät", se johtaa luonnollisiin tapoihin ajatella valoa. Tietenkin, koska tämä on tieteellinen hypoteesi, se on suunniteltu väärennettäväksi. Jos voidaan osoittaa, että valon liike ei toiminut kuin etuoikeutetussa vertailukehyksessä (eetterin kehys), niin tämä hypoteesi voidaan kumota. Ja he tekivät.

Tunnetuin eteeriteorioita väärentävä koe oli Michaelson – Morley -kokeilu. Älykkään interferometrian avulla he pystyivät vertailemaan valon nopeuksia, jotka kulkevat maapallon kiertoradan suuntaan auringon ympäri sen menemiseen. Heidän tavoitteenaan oli selvittää, onko eetteri paikallaan vai onko sitä jotenkin "vedetty" pitkin maapallon kaltaisten massiivisten esineiden (kuten kuinka ilma muodostaa luonnoksia suuren ajoneuvon taakse). He totesivat, kummallakin kyllä, ettei valon nopeudessa ollut havaittavaa eroa molempiin suuntiin. Jos eetteri todellakin oli olemassa (mihin he uskoivat tuolloin), se oli niin sitoutunut maan liikkumiseen, että emme voineet erottaa sitä. Se on kuin olisit vedonnut suuren ajoneuvon taakse, ja sen sijaan, että tuntisit tuulen vievän sinua eteenpäin, tuntui enemmän siltä, ​​että olit verhottu betoniin ja vedetty voimakkaasti mukaan!

Monista muista kokeista löytyi myös tällaisia ​​tuloksia, mikä sai eetteriteoriat näyttämään erittäin epäluotettavilta. He vain vaativat liikaa "käsin heiluttamista". Tästä kehitimme Lorentz-tehostimet, jotka olivat muutoksia Maxwellin yhtälöihin, jotka olivat erittäin tehokkaita ennustamaan tällaisten kokeiden tuloksia, mutta tekivät yhtälöistä hirvittävän rumia. Maxwellin yhtälöiden kauneus katosi Lorenzin muunnosten alla.

Joten kirjoita nyt Einstein, olettaen, että valon nopeuden on oltava sama kaikissa vertailukehyksissä. Olen samaa mieltä alkuperäisen mielipiteesi kanssa siitä, että on outoa asia vain olettaa . Mutta se oli loistava. Kun hän oli suorittanut matematiikan, ruma Lorenzin tehostaminen, joka saastutti Maxwellin yhtälöt, oli siististi kiinnitetty tähän olettamaan, että valon nopeus oli sama kaikissa vertailukehyksissä. Se teki erittäin hyvää työtä siivoamaan paljon teoreettisia rumauksia. Ihmiset pitivät siitä.

Enemmän kuin pidetty, se oli tieteellistä: se oli väärennettävissä.Jos löysimme koskaan kaksi inertiaalista kehystä, joilla oli erilainen valonopeus, tai jos saisimme selville, että aikalaajennusta ei tapahtunut, se olisi väärentänyt Einsteinin teorioita, emmekä todennäköisesti luulisi häntä kunnioittavan kuin tänään.Sadoissa (ellei tuhansissa) kokeissa olemme kuitenkin havainneet, että Einsteinin teoria on poikkeuksellisen hyvä ennustamaan joitain todella hankalia ja epäjohdonmukaisia vaikutuksia.

Joten perustelemme hänen olettamuksensa siitä, että valon nopeus on sama kaikissa inertiakehyksissä tosiasian jälkeen.Olemme havainneet, että tämän oletuksen tulokset ovat erittäin hyödyllisiä ja tehokkaita.Tuolloin perustelu oli, että se oli tyylikäs ratkaisu erittäin vaikeaan ongelmaan, ja se tuotti uusia väärennettäviä hypoteeseja testattavaksi (kuten mikä tahansa hyvä tieteellinen teoria).

Hyvä vastaus!Mutta olen eri mieltä yhdestä asiasta.Kirjoitat ensimmäiseen alineaan ** se perustuu ajatukseen väärennettävistä hypoteeseista **.Tämä on osa Karl Popperin kerran kehitettyä tieteellistä menetelmää, eikä se ole oikea lausunto siinä mielessä, että se on ** ainoa ** menetelmä.Miksi fyysisen mallin pitäisi olla väärennettävissä?Itse asiassa menetelmiä on monia, ja fyysiset mallit perustuvat useimmiten mihinkään menetelmään.Lue joitain erittäin hyviä juttuja, jotka Feyerabend on kirjoittanut.Varsinkin tietysti ** Menetelmää vastaan **.
@descheleschilder Katson mielelläni vähemmän tyypillisiä "tieteen" määritelmiä, mutta minusta on usein vaikea puhua heille.On suhteellisen vaikeaa ymmärtää suhteellisuusteoriaa syventämättä liikaa tieteen takana olevaan filosofiaan.Faslifability on kuitenkin erittäin tehokas suojaus metafysiikan maailmaan tulevien hypoteesien tekemiseltä, ja se on ollut käytännöllisesti katsoen erittäin hyödyllistä, kun tiede löytää paikan yhteiskunnassa.Se on myös toiminut tapana, jolla * monet ihmiset erottavat tieteen pseudotieteestä.
Luulen, että sanot * "Maxwellin yhtälöissä ei yksinkertaisesti ole tilaa sille." * Liian modernilla näkökulmalla.Tämä ennustus ei aiheuttanut 19. vuosisadan edeltäjillemme mitään ongelmia: he vain olettivat, että se toimi kuten kaikki muutkin aallot, joille he voisivat johtaa nopeuden, ja viittasivat nopeuteen suhteessa (oletettu) väliaineeseen.
@dmckee True.Työskentelin OP: n oletuksessa lisätäksesi nopeuksia ja ajattelemalla fotoneja (ja baseballeja), mutta olen samaa mieltä siitä, että minulla oli luultavasti liian moderni ajattelu siellä.
Minusta on hämmästyttävää, että johdettaessa valon nopeutta, jonka Maxwell teki järjestelemällä yhtälöitään, vastaus ei viitannut millään tavalla vertailukehyksen nopeuteen, jossa kyseinen nopeus mitattiin.Minulle on annettu ymmärtää, että tämä tarkoittaa, että erityinen suhteellisuusteoria on jossain mielessä kudottu maxwellin yhtälöihin hyvin syvällä tasolla.Mietin usein, mitä olisi tapahtunut, jos Maxwell itse olisi jatkanut tätä tosiasiaa;ehkä hän olisi voinut kohdata erityistä suhteellisuusteoriaa ennen Einsteinia?
Olet oikeassa.En tiedä mitä tarkoitat hyvin syvällä tasolla, mutta Maxwellin yhtälöt ovat muuttumattomia Lorenzin muunnosten alla.Ja vaikka Maxwell ei tiennyt mitään suhteellisesta suhteellisuudesta, on melko hämmästyttävää, että hänen yhtälönsä pysyvät jokaisessa inertiaalisessa (tai ei-inertiaalisessa?) Kehyksessä (vaikka minusta tuntuu melko loogiselta, että ei ole suositeltuja viitekehyksiä).
+1 merkinnälle "se ei ole oikea lause".Tiede on havainnon mallintamista ja (erittäin hyödyllisten) ennusteiden tekemistä, ei ymmärtämistä.
+1 hyvästä vastauksesta.Rypistelen joka kerta kun luen / kuulen "luonnon lait", "tieteelliset tosiasiat", "tieteellisesti todistetut" jne. Fyysikot ovat osittain syyllisiä tähän, koska he puhuvat usein tavalla, joka sekoittaa matemaattisen mallin mitattavaan todellisuuteense aikoo kuvata.


Tämä Q & A käännettiin automaattisesti englanniksi.Alkuperäinen sisältö on saatavilla stackexchange-palvelussa, jota kiitämme cc by-sa 3.0-lisenssistä, jolla sitä jaetaan.
Loading...