Продолжаем тему знакомства с идеями специальной теории относительности (СТО) на доступном уровне. Начало цикла здесь.
Я с удивлением обнаружил: некоторые читатели не поняли, что тезисы, начинающиеся с Знаю: ... являются мнениями воображаемого собеседника, которые автор как раз опровергает или уточняет. Рекомендую читать не только то, что выделено жирным!
Знаю: постулируется, что скорость света в вакууме есть наибольшая скорость в природе
Неверно: такого постулата нет. Скорее, постулат говорит о том, что скорость света одинакова в любой инерциальной системе отсчета (ИСО).
Хотя первоначальная формулировка Эйнштейна примерно такова: скорость света в вакууме не зависит от движения источника.
Может показаться, что это совсем не одна и та же мысль. Но в принципе, та же. Сменим ИСО – скорость источника изменится. Но скорость света от движения источника не зависит, значит, измениться не должна.
Здесь подключается первый постулат: если скорость не зависит от движения источника, значит, является фундаментальной константой, законом природы, ведь в пустоте ей не от чего больше зависеть.
Ну а законы природы одинаковы в любой ИСО – принцип относительности.
Просто формулировка Эйнштейна более «капитальная». В неинерциальных системах, а также с учетом гравитации – скорость света уже не будет одинакова. Однако ни в каком случае она не зависит от движения источника.
И еще одно: если приняли уравнения электродинамики фундаментальными, второй постулат уже в наличии. Так как фиксированная скорость света выводится просто из них.
Знаю: скорость света не зависит от скорости источника и приемника
Да, подобное можно прочитать. Но последнее дополнение нелепо: никакого «приемника» может вообще не существовать.
Конечно, если приемник есть, с ним можно связать систему отсчета. Но тогда бессмысленно говорить о скорости приемника: в связанной ИСО она нулевая.
Нередкая ошибка – подмена скорости света в ИСО приемника скоростью сближения света и приемника (что совсем не одно и то же!). Отсюда делают порой абсурдные выводы, «опровергающие» теорию.
Теория относительности для звука
Скорость звука тоже не зависит от скорости источника звука. И принцип относительности в механике действует. Что мешает вывести «теорию относительности» для звука? То, что звук распространяется не в пустоте. В уравнения движения обязательно войдет скорость самой среды в выбранной системе отсчета.
По той же причине скорость света в прозрачной среде никак не может быть инвариантной. Следовательно, она всегда меньше, чем в вакууме. Видите: факт, известный из опыта, вытекает также из общих принципов.
Интересно, что теория относительности для звука все-таки возможна! Уравнение для акустических волн ковариантно относительно преобразований Лоренца, в которых должна фигурировать фазовая скорость звука в среде. Конечно, такие преобразования не будут фундаментальными...
Знаю: теория относительности - это про свет
Нет, конечно. То, что свет угодил в постулаты, обусловлено чисто историческими причинами. Сейчас постулат выражают в учебниках так: наибольшая скорость распространения взаимодействий конечна. Кажется, перед нами другой вариант формулировки, а логически – то же самое. Ведь если существует наибольшая скорость, то ее значение это константа, закон природы. Вспомните давние рассуждения о проблемах с механикой: если скорость взаимодействий не бесконечна, значит – инвариантна.
Заметьте: из формулировки ничуть не следует, что наибольшая скорость равна скорости света! Свет не имеет для теории какого-то особого значения (какое можно вывести из популярных книжек).
Знаю: свет обладает необычным свойством постоянства скорости
Нет, это свойство не света, а пространства-времени. Любой объект, движущийся со световой скоростью, будет сохранять ее в любой ИСО.
Сбивает с толку то, что в формулах СТО фигурирует вроде бы скорость света. Нет, это фундаментальная физическая константа с. То, что ее нередко называют «скоростью света» – жаргон, к которому привыкли.
Конечно, скорость света (вообще электромагнитных волн) в пустоте относительно ИСО равна с, но это следует из волнового уравнения электродинамики.
Если хотите, вот вам еще вариант второго постулата: инвариантная скорость конечна. По Галилею, инвариантна, не зависит от системы отсчета только бесконечная скорость. СТО исходит из наличия конечной инвариантной скорости с. Скорости, большие и меньшие с, неинвариантны (и бесконечная тоже!).