3.3: Що таке ж у різних кадрах

Last updated
Save as PDF

Page ID: 77438

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

те ж саме: фізичні закони, фізичні константи в цих законі

Різні значення деяких фізичних величин між двома кадрами? Так, але ідентичні фізичні закони! Наприклад, співвідношення між силою, що діє на частинку, і зміною швидкості в одиницю часу цієї частинки слідує тому ж закону в лабораторному кадрі, що і в рамі ракети. ¹ Сила не однакова в двох кадрах. Ні зміна швидкості в одиницю часу не однакова. Але закон, який пов'язує силу і зміну швидкості в одиницю часу, однаковий в кожному з двох кадрів. Всі закони руху однакові в одній фреймі free float, як і в іншій.

Не тільки закони руху, а й закони електромагнетизму та всі інші закони фізики тримаються так само вірно в одному фреймі, як і в будь-якому іншому такому кадрі. Це те, що означає сказати: «Жодна перевірка законів фізики не дає жодного способу відрізнити один кадр з вільним плаванням від іншого».

Глибоко в законі фізики знаходяться числові значення фундаментальних фізичних констант, таких як елементарний заряд на електроні і швидкість світла. ² Значення цих констант повинні бути такими ж, як вимірюються в перекриваються фреймах з вільним плаванням у відносному русі; інакше ці кадри можна було б відрізнити один від одного і порушити Принцип відносності.

Одна основна фізична константа фігурує в законі електромагнетизму: швидкість світла у вакуумі,\(c = 299,792,458\) метрів в секунду. Відповідно до Принципу відносності, це значення має бути однаковим у всіх фреймах вільного плавання при рівномірному відносному русі. ^{3 Чи} перевірило спостереження цей висновок? Так, багато експериментів демонструють це щодня і щогодини на кожному об'єкті, що прискорює частинки на Землі. Тим не менш, це зайняло багато часу, щоб люди звикли до, мабуть, абсурдної ідеї про те, що може бути одна особлива швидкість, швидкість світла, яка має однакове значення, виміряне в кожному з двох перекриваються кадрів вільного плавання у відносному русі.

Значення швидкості світла, виміряної лабораторним і ракетним спостерігачем, виходять ідентичними. Ця угода пролила нове світло на світло. Його швидкість вже не є постійною природою. Натомість сьогодні швидкість світла займає як простий коефіцієнт перетворення між метром і другим, як коефіцієнт перетворення з сантиметра в метр. Значення цього коефіцієнта перетворення тепер встановлено указом і вимірювачем, визначеним з його точки зору (Коробка 3-2 в розділі 3.2). Цей указ передбачає незмінність швидкості світла. Жоден експериментальний результат не суперечить цьому припущенню.

Значення швидкості світла, виміряної лабораторним і ракетним спостерігачем, виходять ідентичними. Ця угода пролила нове світло на світло. Його швидкість вже не є постійною природою. Натомість сьогодні швидкість світла займає як простий коефіцієнт перетворення між метром і другим, як коефіцієнт перетворення з сантиметра в метр. Значення цього коефіцієнта перетворення тепер встановлено указом і вимірювачем, визначеним з його точки зору (Коробка 3-2 в розділі 3.2). Цей указ передбачає незмінність швидкості світла. Жоден експериментальний результат не суперечить цьому припущенню.

Приклад\(\PageIndex{1}\): Examples of the Principle of Relativity

Приклади принципу відносності відносного руху. Відповідно до Принципу відносності, яка з величин у наступному списку обов'язково повинна бути такою ж, як вимірюється в двох кадрах? Які величини не обов'язково однакові, що вимірюються в двох кадрах?

числове значення швидкості світла у вакуумі
швидкість електрона
значення заряду на електроні
кінетична енергія протона (ядра атома водню)
значення електричного поля в заданій точці
час між двома подіями
порядок елементів у таблиці Менделєєва
Перший закон руху Ньютона («Частка спочатку в спокої залишається в спокої, і. «)

Рішення

Швидкість світла обов'язково однакова в двох кадрах. Це один з центральних догнів Принципу відносності і основа теорії відносності.
Швидкість електрона НЕ обов'язково однакова в двох кадрах. Визначення швидкості частинки залежить від вимірювання простору та часу між подіями, такими як спалахи, що випромінюються частинкою. Відділення простору та часу між подіями, відповідно, може бути різним для спостерігачів у відносному русі. Таким чином, швидкість - співвідношення пройденої відстані до часу, що минув - може бути різним.
Значення заряду на електроні обов'язково однакове в двох кадрах. Припустимо, що заряд мав одне значення для лабораторного каркаса і прогресивно менші значення для рамок ракет, що рухаються все швидше і швидше щодо лабораторного каркаса. Тоді ми могли б виявити «абсолютну швидкість» кадру, в якому ми знаходимося, вимірюючи заряд на електроні. Але це порушує Принцип відносності. Тому заряд на електроні повинен мати однакове значення у всіх free float кадрах.
Кінетична енергія протона НЕ обов'язково однакова в двох кадрах. Величина його кінетичної енергії залежить від швидкості протона. Але швидкість не обов'язково така ж, як вимірюється в двох кадрах (b).
Значення електричного поля в даній точці НЕ обов'язково однакове в двох кадрах. Аргумент непрямий, але неминучий: електричне поле вимірюється шляхом визначення сили на випробувальному заряді. Силу можна виміряти зміною швидкості, яку сила надає частинці відомої маси. Але швидкість - і зміна швидкості - частинки може бути різною для спостерігачів у відносному русі (b). Тому електричне поле може бути різним для спостерігачів у відносному русі.
Час між двома подіями НЕ обов'язково однаковий у двох кадрах. Це прямий результат інваріантності інтервалу (Глава 1 і Розділ 3.7).
Порядок елементів в таблиці Менделєєва за атомним номером обов'язково однаковий в двох кадрах. Бо припустимо, що атомний номер (кількість протонів в ядрі) був меншим для гелію, ніж для урану в лабораторному каркасі, але більшим для гелію, ніж для урану в рамі ракети. Тоді ми могли б визначити, в якому кадрі ми знаходилися, порівнюючи атомні номери гелію та урану.
Перший закон руху Ньютона обов'язково однаковий у двох кадрах. Перший закон Ньютона насправді є визначенням інерційного (free float) кадру. Припускаємо, що всі лабораторні і ракетні рами інерційні.

1 Закони фізики однакові в різних рамках

2 Фундаментальні константи однакові

3 Швидкість світла однакова