Egyirányú fénysebesség

Egyirányú fénysebesség - a fény sebessége egy egyenes vonalban (visszaverődés nélkül) a forrástól a vevőig, amelyek különböző órákat használnak. A „ fénysebesség ” kifejezés használatakor néha különbséget kell tenni egyirányú és kétirányú sebessége között. A fényforrástól a vevőig terjedő egyirányú fénysebesség nem mérhető , függetlenül attól, hogy a forrásnál és a vevőnél hogyan szinkronizálják az órát. Kísérletileg azonban meg lehet mérni az oda-vissza sebességet (vagy kétirányú fénysebességet ), ha a forrás és a vevő azonos körülmények között, azonos órajellel működik. Ez lehet egy út a forrástól egy másik vevőhöz, amely azonnal visszaküldi a jelet, vagy a forrástól a tükörig és vissza. Albert Einstein olyan időzítési konvenciót választott (lásd Einstein -időzítés ), amely az egyirányú sebességet egyenlővé tette a kétirányú sebességgel. Az egyirányú sebesség állandósága bármely adott tehetetlenségi rendszerben a speciális relativitáselmélet középpontjában áll , bár ennek az elméletnek minden kísérletileg ellenőrizhető előrejelzése független ettől a konvenciótól [1] [2] .

Minden kísérlet, amely az egyirányú fénysebességet közvetlenül, az időzítéstől függetlenül próbálta megmérni, sikertelen volt [3] . Ezek a kísérletek közvetlenül megállapítják, hogy a lassú óraszinkronizálás egyenértékű az Einstein-szinkronizálással, amely a speciális relativitáselmélet egyik fontos jellemzője. Bár ezek a kísérletek közvetlenül nem állapítják meg az egyirányú fénysebesség izotrópiáját , mivel kimutatták, hogy az óra lassú mozgása, a Newton-féle mozgástörvények és a tehetetlenségi referenciakeretek már tartalmazzák az izotróp egyirányú sebesség feltételezését. a fény [4] . Általánosságban elmondható, hogy ezek a kísérletek összhangban vannak az anizotrop egyirányú fénysebességgel, ha a kétirányú fénysebesség izotróp [1] [5] .

A "fénysebesség" ebben a cikkben az összes elektromágneses sugárzás sebességére vonatkozik vákuumban

Kétirányú sebesség

A kétirányú fénysebesség a fény átlagos sebessége egy ponttól, például egy forrástól a tükörig és vissza. Mivel a fény ugyanazon a helyen kezdődik és ér véget, a teljes idő méréséhez csak egyetlen óra szükséges, így ez a sebesség kísérletileg meghatározható bármely óraidőzítési sémától függetlenül. Minden olyan mérés, amelyben a fény zárt úton halad, kétirányú sebességmérésnek minősül.

A speciális relativitáselmélet számos kísérlete, mint például a Michelson-Morley-kísérlet és a Kennedy-Thorndike- kísérlet , szűk határok között kimutatta, hogy a kétirányú fénysebesség egy tehetetlenségi keretben izotróp és független a vizsgált zárt úttól. Az izotróp Michelson-Morley típusú kísérletek nem külső órát használnak a fénysebesség közvetlen mérésére, hanem két belső frekvenciát vagy két órát hasonlítanak össze. Ezért az ilyen kísérleteket néha „óraanizotrópia-kísérleteknek” is nevezik, mivel a Michelson-interferométer minden egyes karja az orientációtól függően meghatározott sebességű (sebességű) fényórának tekinthető [6] .

1983 óta a mérőt a fény által vákuumban 1⁄299.792.458 másodperc alatt megtett távolságként "definiálják" [ 7 ] . Ez azt jelenti, hogy a fénysebesség kísérletileg már nem mérhető SI-mértékegységben, de a méter hosszát kísérletileg össze lehet hasonlítani néhány más hosszstandardtal.

Egyirányú sebesség

Bár az átlagsebesség egy kétirányú pálya mentén mérhető, az egyirányú sebesség egyik vagy másik irányban nem definiálható (és nem csak ismeretlen), amíg meg nem határozzák, hogy két különböző helyen mi az "azonos idő". A fény egyik helyről a másikra való eljutásához szükséges idő méréséhez ismernie kell az azonos időskálán mért kezdési és befejezési időt. Ehhez vagy két szinkronizált óra szükséges, egy az útvonal elején és egy a végén, vagy egy mód a jel azonnali továbbítására az elejétől a végéig. De nincsenek azonnali módok az információtovábbításra. Így az átlagos egyirányú sebesség mért értéke attól függ, hogy milyen módszerrel szinkronizálják az órákat a start- és célpontokban, és megegyezés kérdése. A Lorentz-transzformációkat úgy határozzuk meg, hogy a fény egyirányú sebességét a választott inerciarendszertől függetlenül mérjük [8] .

Egyes szerzők, mint például Mansouri és Sexl (1977) [9] [10] és Will (1992) [11] azzal érveltek, hogy ez a probléma nem befolyásolja az egyirányú fénysebesség izotrópiájának mérését. a kiválasztott (éteri) Σ vonatkoztatási rendszerhez viszonyított változások irányától függően. Elemzésüket az RMS-elmélet egy sajátos értelmezésére alapozták olyan kísérletekkel kapcsolatban , amelyekben a fény egyirányú pályát és lassú óraátadást követ . Will egyetértett abban, hogy a repülési idő módszerrel időzítő áramkör nélkül nem lehet egy irányban mérni a sebességet két óra között , bár azzal érvelt: "" ... a fénysebesség izotrópiájának vizsgálatának eredményei két óra között, a terjedési út Σ-hoz viszonyított orientációjának változása miatt, nem feltétlenül attól kell függnie, hogy hogyan lettek szinkronizálva..." Hozzátette, hogy az éterelméleteket csak az ad hoc bevezetésével lehet összeegyeztetni a relativitáselméletekkel Hipotézis [11] Későbbi közleményeiben (2005, 2006) Will ezeket a kísérleteket a " fénysebesség egyirányú terjedéssel történő izotrópiájának " [6] [12] mérésének nevezi .

Mások azonban, mint például Zhang (1995, 1997) [1] [13] és Anderson „et al. (1998) [2] kimutatta, hogy ez az értelmezés helytelen. Anderson és munkatársai például megjegyezték, hogy az egyidejűségre vonatkozó megegyezést már egy preferált referenciakeretben kell figyelembe venni, így az egyirányú fénysebesség és más sebességek izotrópiájára vonatkozó minden feltételezés is megegyezés kérdése. Ezért az RMS továbbra is hasznos tesztelmélet marad a Lorentz-változatlanság és a kétirányú fénysebesség, de nem az egyirányú fénysebesség elemzésére. Arra a következtetésre jutottak: "... még csak reménykedni sem lehet a fénysebesség izotrópiájának tesztelésében anélkül, hogy ugyanazon kísérlet során ne kapnánk legalább egy egyoldalú számértéket, amely ellentmondana a szinkronitási egyezménynek." [2] Az anizotróp egyirányú sebességű Lorentz-transzformációk általánosításait felhasználva Zhang és Anderson rámutatott, hogy minden olyan eseménynek és kísérleti eredménynek, amely kompatibilis a Lorentz-transzformációkkal és az izotróp egyirányú fénysebességgel, kompatibilisnek kell lennie a kétirányú transzformációkkal is. fénysebesség állandó és izotróp, és lehetővé teszi az anizotróp egyirányú sebességeket.

Szinkronizálási konvenciók

A távoli órák szinkronizálásának módja hatással lehet az összes távolsággal kapcsolatos időmérésre, például a sebesség vagy a gyorsulás mérésére. Az izotrópiával kapcsolatos kísérletekben az egyidejűségi konvenciók gyakran nincsenek kifejezetten kimondva, de implicite a koordináták meghatározásában vagy a fizika törvényeiben [2] .

Szinkronizálás Einstein módszerével

Ez a módszer szinkronizálja a távoli órákat, így az egyirányú fénysebesség kétirányú lesz. Ha egy A-ból t időpontban küldött jel t időpontban érkezik B-be, és t időpontban tér vissza A-ba , akkor a következő konvenció érvényes: $t_{1}$ $t_{2}$ ${\displaystyle t_{3))$

t_{2}=t_{1}+{\tfrac {1}{2}}\left(t_{3}-t_{1}\right)

Lassú óraátállítás

Könnyen demonstrálható, hogy ha két óra közel van egymáshoz és szinkronban van, majd az egyik órát gyorsan eltávolítjuk és visszahelyezzük, akkor az idődilatáció miatt a két óra már nem lesz szinkronban . Ezt számos kísérlet igazolta, és összefügg az ikerparadoxonnal [14] [15] .

Ha azonban egy órát lassan mozgatnak az S keretben, és visszahozzák az elsőre, akkor gyakorlatilag szinkronban maradnak visszatéréskor. Az órák tetszőleges pontossággal szinkronizálva maradhatnak, ha elég lassan mozgatják őket. Feltételezve, hogy az órák mindig szinkronban maradnak lassú átvitel során, még akkor is, ha szét vannak választva, ezzel a módszerrel két térben elválasztott óra szinkronizálható. Abban a határértékben, amikor az átviteli sebesség nullára hajlik, ez a módszer kísérletileg és elméletileg egyenértékű az Einstein-szinkronizálással [4] . Bár az idődilatáció erre az órára gyakorolt hatását nem lehet figyelmen kívül hagyni, ha egy másik mozgó S' referenciakeretben elemezzük, ez megmagyarázza, hogy az óra miért marad szinkronban S-ben, miközben nincs szinkronizálva az S' referenciakeretben, bizonyítva az egyidejűség relativitását az Einstein szinkronizálása [16] . Ezért a speciális relativitáselmélet szempontjából fontos az óraidőzítési sémák közötti egyenértékűség ellenőrzése, és néhány kísérlet, amelyben a fény egyirányú utat követ , nagy pontossággal bizonyította ezt az egyenértékűséget.

Nem szabványos szinkronizálás

Amint azt Hans Reichenbach és Adolf Grünbaum bemutatta , az Einstein-szinkronizálás csak egy speciális esete egy általánosabb szinkronizálási esetnek, amely a fény kétirányú sebességét változatlannak hagyja, de lehetővé teszi a különböző egyirányú sebességeket. Általános esetben az Einstein-szinkronizálási képletet úgy változtatjuk meg, hogy ½-t ε-re cseréljük: [4]

t_{2}=t_{1}+\varepsilon \left(t_{3}-t_{1}\right).

ε értéke 0 és 1 között lehet. Kimutatták, hogy ez a séma használható a Lorentz-transzformáció megfigyelési szempontból egyenértékű újrafogalmazására, lásd az anizotrop egyirányú sebességű Lorentz-transzformációk általánosításait .

Az Einstein-féle szinkronizálás és a lassú órajel-drift közötti kísérletileg igazolt ekvivalenciának megfelelően, amely a mozgó óra idődilatációjának ismeretét igényli, a nem szabványos szinkronizálások is befolyásolják az idődilatációt. Valójában kimutatták, hogy egy mozgó óra időtágulása a képletében használt egyirányú sebességegyezménytől függ [17] . Azaz az idődilatáció mérhető két álló óra A és B szinkronizálásával, és a mozgó C óra leolvasásának ezekkel való összehasonlításával Az A és B időzítési konvenciójának megváltoztatása idődilatációt eredményez (valamint a fény egyirányú sebességét). ) iránytól függően. Ugyanez a konvenció vonatkozik az idődilatációnak a Doppler-effektusra gyakorolt hatására is [18] . Csak akkor, ha az idődilatációt zárt utakon mérjük, akkor ez nem vitatható, és egyértelműen mérhető, mint a kétirányú fénysebesség. Az idődilatációt zárt utakon a Hafele-Keating kísérletben és a mozgó részecskék idődilatációs kísérleteiben, például Bailey és mtsai ( 1977) [19] mérték . Így az úgynevezett ikerparadoxon minden olyan transzformációban előfordul, amely megőrzi a kétirányú fénysebesség állandóságát.

Inerciális vonatkoztatási rendszerek és dinamika

A fénysebesség egyirányú egyezményével szemben kifogások merültek fel, miszerint ez a fogalom szorosan összefügg a dinamikával , a Newton-törvényekkel és a tehetetlenségi vonatkoztatási rendszerekkel [4] . Salmon leírta ennek az ellenvetésnek néhány változatát az impulzusmegmaradás segítségével , ami azt jelenti, hogy két azonos testnek ugyanazon a helyen, amelyek egyformán gyorsulnak ellentétes irányba, azonos egyirányú sebességgel kell mozogniuk [20] . Hasonlóképpen, Oganyan azzal érvelt, hogy az inerciális vonatkoztatási rendszereket úgy határozzák meg, hogy a Newton-féle mozgástörvények az első közelítésig megmaradjanak. Ezért, mivel a mozgástörvények előrejelzik az egyenlő gyorsulással mozgó testek izotróp egyirányú sebességét, valamint az Einstein-szinkronizálás és a lassú órajel-előrelépés közötti egyenértékűséget demonstráló kísérletek miatt szükségesnek tűnik közvetlenül megmérni, hogy a fény sebessége izotróp inerciális vonatkoztatási rendszerek. Ellenkező esetben az inerciális vonatkoztatási rendszerek és a mozgástörvények fogalmát sokkal összetettebb változatokkal kell helyettesíteni, beleértve az anizotróp koordinátákat [21] [22] .

Mások azonban kimutatták, hogy ez alapvetően nem mond ellent az egyirányú fénysebességről szóló megállapodásnak [4] . Lazac (Salmon) azzal érvelt, hogy az impulzus megőrzése szabványos formájában a kezdetektől fogva a mozgó testek izotróp egyirányú sebességét jelenti. Így lényegében ugyanazt a konvenciót foglalja magában, mint az izotróp egyirányú fénysebesség esetében, így a fénysebesség-egyezmény elleni érvként való felhasználása "hurkolt" lenne [20] . Szintén Ohanian-ra válaszolva MacDonald és Martinez azzal érvelt, hogy bár a fizika törvényei bonyolultabbá válnak a nem szabványos időzítéssel, még mindig működőképes módszerei a jelenségek leírásának. Azzal is érveltek, hogy nem szükséges inerciális vonatkoztatási rendszereket a Newton-féle mozgástörvények alapján meghatározni, mivel ez más módszerekkel is megtehető [23] [24] . Ezen túlmenően Iyer és Prabhu különbséget tett a szabványos szinkronizálású "izotróp tehetetlenségi keretek" és a nem szabványos szinkronizálású "anizotrop tehetetlenségi keretek" között [25] .

Kísérletek, amelyek a jelek szerint a fény egyirányú sebességét mérik

Kísérletek, amelyek azt állították, hogy egyirányú fényjelet használnak

Gravis, Rodriguez és Ruiz-Camacho kísérlete

Az American Journal of Physics 2009. októberi számában Greaves, Rodriguez és Ruiz-Camacho egy új módszerről számolt be a fény egyirányú sebességének mérésére [26] . Az American Journal of Physics 2013. júniusi számában Hankins, Rackson és Kim megismételték Greaves kísérletét, nagyobb pontossággal származtatva a fény egyirányú sebességét [27] . A kísérlet nagyobb pontossággal bizonyítja, hogy a jel késleltetése a mérőkészülékhez való visszatérési úton állandó és nem függ a fényút végpontjától, ami lehetővé teszi a fény egyirányú sebességének mérését.

J. Finkelstein kimutatta, hogy a Gravis-kísérlet valójában a fény kétirányú sebességét méri [28] .

Az Indian Journal of Physics novemberi számában Ahmed és munkatársai átfogó áttekintést tettek közzé a fénysebesség izotrópiájának tesztelésére irányuló egy- és kétoldalú kísérletekről [29] .

Kísérletek, amelyekben a fény egyirányú utat követ

A fény egyirányú sebességének vagy variációinak mérésére számos kísérletet végeztek (és néha még mindig) úgy, hogy a fény egyirányú utat követjen [30] . Ezekről a kísérletekről azt állították, hogy az óraszinkronizációs konvenciótól függetlenül mérik a fény egyirányú sebességét, de kimutatták, hogy valójában mindegyikük a kétirányú fénysebességet méri, mivel összhangban vannak az általánosított Lorentz-transzformációkkal, beleértve a szinkronizálást is. az izotróp kétirányú fénysebesség alapján különböző egyirányú sebességekkel.

Ezek a kísérletek is megerősítik a lassú átvitellel történő óraszinkronizálás és az Einstein-szinkronizálás közötti egyetértést [31] . Bár egyes szerzők azzal érveltek, hogy ez elegendő az egyirányú fénysebesség izotrópiájának bemutatásához, [10] kimutatták, hogy az ilyen kísérletek semmilyen értelmes módon nem tudják mérni a fény egyirányú sebességének (ani)izotrópiáját. fényt addig, amíg a tehetetlenségi kereteket és koordinátákat eleve nem határozzuk meg, így a térbeli és időbeli koordináták, valamint az órák lassú mozgása izotróp módon leírható. A különböző értelmezésektől függetlenül az ilyen típusú szinkronizálások között megfigyelt egyezés a speciális relativitáselmélet fontos előrejelzése, mivel megköveteli, hogy a hordozott óra idődilatáción menjen keresztül (ami maga is a szinkronizálástól függ), ha más vonatkoztatási rendszerből nézzük.

JPL kísérlet

Ez a kísérlet, amelyet a NASA Jet Propulsion Laboratory 1990-ben végzett , a fényjelek repülési idejét mérte egy száloptikai kapcsolaton keresztül két hidrogén maser óra között [32] . 1992-ben a kísérlet eredményeit Will Clifford elemezte, és arra a következtetésre jutott, hogy a kísérlet valóban a fény egyirányú sebességét mérte [11] .

1997-ben a kísérletet újra elemezte Zhang, aki kimutatta, hogy valójában kétirányú sebességet mérnek [33] .

Römer mérése

A fénysebesség első kísérleti meghatározását O. Roemer végezte . Úgy tűnhet, hogy ez a kísérlet azt az időt méri, amely alatt a fény áthalad a Föld pályájának egy részén, és így méri annak egyirányú sebességét. Ezt a kísérletet azonban alaposan elemezte Zhang, aki kimutatta, hogy a kísérlet nem méri a sebességet az óraszinkronizálási sémától függetlenül, hanem valójában a Jupiter rendszert használja lassan mozgó óraként a fény áthaladási idejének mérésére [34] .

Karlov ausztrál fizikus azt is kimutatta, hogy Roemer valóban megmérte a fénysebességet, és implicite azt a feltételezést tette, hogy a fénysebesség az egyik és a másik irányban egyenlő [35] [36] .

Más kísérletek, amelyek az Einstein-féle szinkronizálást hasonlítják össze a lassú óraeltolódásos szinkronizálással

Kísérlet	Év		$\Delta c/c$
Rotary kísérlet Moessbauer (Moessbauer)	1960	Gamma-sugarakat küldtek a forgó korong hátuljáról a közepébe. Várható volt, hogy a fénysebesség anizotrópiája Doppler-eltolódásokhoz vezet.	$<3\times 10^{-8}$
Vessot és mások . [37]	1980	A felfelé irányuló és a lefelé irányuló jel repülési idejének összehasonlítása Gravity Probe A .	$\sim 10^{-8}\!$
Riis és mások . [38]	1988	A kétfoton abszorpció frekvenciájának összehasonlítása egy gyors részecskék nyalábjában, amelynek iránya megváltozott az állócsillagokhoz képest, a nyugalmi abszorber frekvenciájával.	$<3\times 10^{-9}$
Nelson (Nelson) és mások . [39]	1992	Hidrogénmaser és lézersugár impulzusok impulzusfrekvenciájának összehasonlítása. Az út hossza 26 km volt	$<1,5\x 10^{-6}$
Farkas és Petit (Wolf, Petit) [40]	1997	Óra-összehasonlítás a földön lévő hidrogénmaser órák és a cézium és rubídium órák között 25 GPS műholdon.	$<5\times 10^{-9}$

Egyirányú fénysebességgel végezhető kísérletek

Bár a kísérletek nem végezhetők el, ha az egyirányú fénysebességet bármilyen óraszinkronizálási sémától függetlenül mérik, olyan kísérletek végezhetők, amelyek mérik az egyirányú fénysebesség változását például egy forrás mozgása miatt. Ilyen kísérlet a kettőscsillagok megfigyelésével foglalkozó de Sitter-kísérlet (1913), amelyet végül K. Brescher 1977-ben ismételt meg a röntgenspektrumban; [41] vagy földi kísérlet Alvager és munkatársai (1963); [42] , amelyek azt mutatják, hogy inerciális vonatkoztatási rendszerben mérve az egyirányú fénysebesség nem függ a forrás mozgásától a kísérleti pontosságon belül. Az ilyen kísérletekben az órák bármilyen kényelmes módon szinkronizálhatók, mivel csak a fénysebesség változását mérik.

A távoli csillagászati események sugárzásának beérkezésének megfigyelései azt mutatták, hogy a fény egyirányú sebessége nem változik a frekvenciával, vagyis a fénynek nincs vákuumdiszperziója [43] . Hasonlóképpen kizárták a bal és jobb oldali fotonok egyirányú terjedésének különbségeit, amelyek vákuum kettős töréshez vezettek, ha megfigyeltük a távoli csillagok fényének egyidejű érkezését [44] . Mindkét hatás jelenlegi korlátaihoz, amelyeket gyakran a Standard Modell kiterjesztésével elemeznek, lásd "vákuumdiszperzió" és "vákuum kettős törés" a Lorentz invariancia megsértésének modern keresésében.

Kétirányú és egyirányú sebességkísérletek a szabványos modell kiterjesztésével

Míg a fent leírt kísérleteket általánosított Lorentz-transzformációkkal elemeztük , mint a Robertson-Mansouri-Sekl elméletben., sok modern teszt a standard modell kiterjesztésein alapul. Ez a tesztelmélet nemcsak a speciális relativitáselmélet, hanem a standard modell és az általános relativitáselmélet Lorentz-invarianciájának minden lehetséges megsértését is magában foglalja . Ami a fénysebesség izotrópiáját illeti, mind a két-, mind az egyoldali kényszereket együtthatók (3x3 mátrixok) segítségével írják le: [45]

${\tilde {\kappa }}_{e-}$ , amely a kétirányú fénysebesség anizotróp eltolódásait jelenti, [46] [47]
${\tilde {\kappa }}_{o+}$ , amely az ütköző gerendák egyirányú sebességének anizotróp különbségeit jelenti a tengely mentén, [46] [47]
${\displaystyle {\tilde {\kappa ))_{tr))$ , amely izotróp (orientáció-független) eltolódásokat jelent a fény egyirányú fázissebességében [48] .

2002 óta egy sor kísérletet végeztek (és még mindig tartanak) mindezen együtthatók tesztelésére, például szimmetrikus és aszimmetrikus optikai rezonátor segítségével . , , és belül nem figyelhető meg a Lorentz -változatlanság megsértése 2013-ban. A részletekért és a forrásokért lásd: Modern keresések a Lorentz-változatlanság megsértésére . ${\displaystyle {\tilde {\kappa ))_{e-}=\scriptstyle (-0,31\pm 0,73)\times 10^{-17))$ ${\displaystyle {\tilde {\kappa ))_{o+}=\scriptstyle 0.7\pm 1\times 10^{-14))$ ${\displaystyle {\tilde {\kappa ))_{tr}=\scriptstyle -0,4\pm 0,9\times 10^{-10))$

Ezeknek a mennyiségeknek a részben önkényes jellegét azonban Alan Kostelecki és munkatársai kimutatták , rámutatva, hogy a fénysebesség ilyen változásai megfelelő koordináta-transzformációkkal és mező-újradefiniálással kiküszöbölhetők. Bár ez önmagában nem szünteti meg a Lorentz-sértést , mivel egy ilyen újradefiniálás csak a Lorentz-sértést a fotonszektorból a KKV anyagszektorba helyezi át, ezért ezek a kísérletek a Lorentz-sértés érvényes tesztjei maradnak [45] . Vannak egyoldalú kkv-együtthatók, amelyek nem definiálhatók át más szektorokra, mivel ugyanazon távolságból különböző fénysugarak közvetlenül egymás mellett vannak, lásd az előző részt.

Elméletek, amelyekben a fény egyirányú sebessége nem egyenlő a kétirányú sebességgel

A speciális relativitáselméletnek megfelelő elméletek

Lorentz éterelmélete

1904-ben és 1905-ben Hendrik Lorenz és Henri Poincaré elméletet javasolt ennek magyarázatára.[ mi? ] eredménye az éteren keresztüli mozgásnak a fizikai objektumok hosszára és az óra sebességére gyakorolt hatásán keresztül. Az éteren áthaladó mozgás miatt a tárgyaknak a mozgás iránya mentén csökkenniük kellett volna, és az óra lelassulna. Így ebben az elméletben a lassan mozgó órák nem maradnak szinkronban, bár ez nem figyelhető meg. Az elméletet leíró egyenletek Lorentz-transzformációként ismertek . 1905-ben ezek a transzformációk váltak Einstein speciális relativitáselméletének alapegyenletévé, amely ugyanazokat az eredményeket kínálta az éterre való hivatkozás nélkül.

Ebben az elméletben a megfigyelő éteren keresztüli mozgása miatt a fény egyirányú sebessége csak az éter vonatkoztatási rendszerében egyenlő a kétirányú sebességgel, és nem egyenlő más vonatkoztatási rendszerekben. Az egyirányú és a kétirányú fénysebesség közötti különbség azonban soha nem figyelhető meg az éter órákra és hosszokra gyakorolt hatása miatt. Ezért ez a modell is a Poincaré-Einstein konvenciót használja, amely a fény egyirányú sebességét minden vonatkoztatási rendszerben izotrópvá teszi.

Bár ez az elmélet kísérletileg megkülönböztethetetlen a speciális relativitáselmélettől, Lorentz elméletét filozófiai preferenciák és az általános relativitáselmélet fejlődése miatt már nem használják.

A Lorentz-transzformációk általánosításai anizotróp egyirányú sebességekkel

A Reichenbach és Grünbaum által javasolt szinkronizálási sémát, amelyet ε-szinkronizálásnak neveztek, olyan szerzők fejlesztették tovább, mint Edwards (1963), [49] Winnie (1970), [17] Anderson és Stedman (1977), akik újrafogalmazták a Lorentz-et. átalakul fizikai előrejelzéseinek változása nélkül [1] [2] . Például Edwards felváltotta Einstein feltevését, miszerint a fény egyirányú sebessége állandó, ha tehetetlenségi keretben mérjük a következővel:

A fény kétirányú sebessége vákuumban, két (inerciális) vonatkoztatási rendszerben mérve, állandó relatív sebességgel mozogva, ugyanaz, függetlenül az egyirányú sebességre vonatkozó feltételezésektől [49] .

Így az átlagos oda-vissza sebesség kísérletileg igazolható kétirányú sebesség marad, míg az egyirányú fény ellentétes irányú sebessége a következő lehet:

c_{\pm }={\frac {c}{1\pm \kappa )).

ahol κ 0-tól 1-ig terjedhet. Abban a határértékben, ahol κ megközelíti az 1-et, a fény az egyik irányba haladhat azonnal, a másik irányba pedig teljes utazási idővel. Edwards és Vinnie nyomán Anderson és munkatársai általánosított Lorentz-transzformációkat fogalmaztak meg tetszőleges alakzatra: [2]

{\begin{aligned}d{\tilde {t}}'=&{\tilde {\gamma }}\left[1+\kappa \cdot {\tilde {\mathbf {v} }}/c -\kappa '\cdot {\tilde {\mathbf {v} }}'/c\right]d{\tilde {t}}-\left(\kappa '+{\tilde {\gamma }}{\tilde {\mathbf {v} }}'\jobbra)\cdot d{\tilde {\mathbf {x} }}/c\\&-\left[{\tilde {\gamma }}\left(1+\kappa \cdot {\tilde {\mathbf {v} }}/c\right)-1\right]{\frac {\kappa '\cdot {\tilde {\mathbf {v} }}}{{\tilde {\ mathbf {v} }}^{2}c}}{\tilde {\mathbf {v} }}\cdot d{\tilde {\mathbf {x} }}+{\tilde {\gamma }}\kappa \ cdot {\tilde {\mathbf {v} }}\left(\kappa \cdot d{\tilde {\mathbf {x} }}\right)/c,\\d{\tilde {\mathbf {x} } }'=&-{\tilde {\gamma }}{\tilde {\mathbf {v} }}d{\tilde {t}}+d{\tilde {\mathbf {x} }}+\left[{ \tilde {\gamma }}\left(1+\kappa \cdot {\tilde {\mathbf {v} }}/c\right)-1\right]{\frac ({\tilde {\mathbf {v} }}\cdot d\mathbf {x} }{{\tilde {\mathbf {v} }}^{2}}}{\tilde {\mathbf {v} }}-{\tilde {\gamma }}{ \tilde {\mathbf {v} }}\left(\kappa \cdot d{\tilde {\mathbf {x} }}\right)/c,\\{\tild  e {\gamma }}=&\gamma \left(1-\kappa \cdot \mathbf {v} /c\right),\\{\tilde {\mathbf {v} }}=&{\frac {\ mathbf {v} }{1-\kappa \cdot \mathbf {v} /c}},\end{aligned}}

(ahol κ és κ ' szinkronizációs vektorok az S, illetve S' keretben). Ez a transzformáció azt mutatja, hogy a fény egyirányú sebessége minden vonatkoztatási rendszerben feltételes, így a kétirányú sebesség invariáns marad. κ = 0 esetén megkapjuk az Einstein-szinkronizálást, amely a standard Lorentz-transzformációhoz vezet. Ahogy Edwards, Winnie és Mansouri-Sekl kimutatta, a szinkron paraméterek megfelelő átrendezésével akár valamiféle "abszolút szimultanitás" is elérhető a lorentzi éterelmélet alapfeltevésének modellezésére. Vagyis az egyik vonatkoztatási rendszerben a fény egyirányú sebességét izotrópnak választják, és minden más vonatkoztatási rendszerben a „külső szinkronizálás” révén veszi fel ennek az „előnyben részesített” vonatkoztatási rendszernek az értékét [9] .

Az ilyen transzformációból származó összes előrejelzés kísérletileg megkülönböztethetetlen az összes standard Lorentz-transzformációtól; az egyetlen különbség az, hogy a kiválasztott óra ideje eltér Einsteinétól a távolság szerint egy bizonyos irányban [50] .

A speciális relativitáselméletnek nem megfelelő elméletek

Jegyzetek

↑ 1 2 3 4 Yuan-Zhong Zhang. Speciális relativitáselmélet és kísérleti alapjai . - World Scientific , 1997. - ISBN 978-981-02-2749-4 . Archivált másolat (nem elérhető link) . Letöltve: 2018. július 27. Az eredetiből archiválva : 2012. május 19. (határozatlan)
↑ 1 2 3 4 5 6 Anderson, R.; Vetharaniam, I. & Stedman, G.E. (1998), A szinkronizálás konvencionálissága, a mértékfüggőség és a relativitáselméletek , Physics Reports 295(3–4): 93–180 3
↑ Michael Tooley. Idő, feszültség és okozati összefüggés . - Oxford University Press , 2000. - P. 350. - ISBN 978-0-19-825074-6 .
↑ 1 2 3 4 5 Janis, Allen (2010). "Conventionality of Simultaneity" Archivált 2018. szeptember 11-én a Wayback Machine -nél , "Transport of Clocks" Archivált : 2018. szeptember 11-én a Wayback Machine -nél . Zaltában Edward N. Stanford Filozófiai Enciklopédia.
↑ Jong-Ping Hsu; Yuan Zhong Zhang. Lorentz és Poincaré változatlanság: A relativitáselmélet 100 éve . - World Scientific , 2001. - ISBN 978-981-02-4721-8 .
↑ 1 2 Will, CM Speciális relativitáselmélet: Centenáriumi perspektíva // Poincare Seminar 2005 / T. Damour; O. Darrigol; B. Duplantier; V. Rivasseau. Bázel: Birkhauser, 2005. - S. 33-58. - doi : 10.1007/3-7643-7436-5_2 .
↑ 17. Általános Súly- és Mértékkonferencia (1983), 1. határozat,
↑ Zhang (1997), 24. o
↑ 1 2 Mansouri R.; Sexl EN A speciális relativitáselmélet tesztelmélete. I: Egyidejűség és óraszinkronizálás (angol) // Gen. Rel. Gravit. : folyóirat. - 1977. - 1. évf. 8 , sz. 7 . - P. 497-513 . - doi : 10.1007/BF00762634 . - .
↑ 1 2 Mansouri R.; Sexl RU A speciális relativitáselmélet tesztelmélete: II. Elsőrendű tesztek // Gen. Rel. Gravit. : folyóirat. - 1977. - 1. évf. 8 , sz. 7 . - P. 515-524 . - doi : 10.1007/BF00762635 . - .
↑ 1 2 3 Will, Clifford M. Óraszinkronizálás és az egyirányú fénysebesség izotrópiája // Physical Review D : Journal . - 1992. - 1. évf. 45 , sz. 2 . - P. 403-411 . - doi : 10.1103/PhysRevD.45.403 . - .
↑ Will, CM Az általános relativitáselmélet és a kísérlet szembeállítása // Living Rev. relatív. : folyóirat. - 2006. - 20. évf. 9 . — 12. o . - doi : 10.12942/lrr-2006-3 . - Iránykód . - arXiv : gr-qc/0510072 .
↑ Zhang, Yuan Zhong. Tesztelméletek a speciális relativitáselméletről (angol) // General Relativity and Gravitation : Journal. - 1995. - 1. évf. 27 , sz. 5 . - P. 475-493 . - doi : 10.1007/BF02105074 . - .
↑ Hafele, JC; Keating, REAround-the-World Atomic Clocks: Predicted Relativiistic Time Gains (angol) // Science : Journal. - 1972. - július 14. ( 177. évf. , 4044. sz.). - 166-168 . o . - doi : 10.1126/tudomány.177.4044.166 . - . — PMID 17779917 .
↑ CO Alley, NASA Goddard Space Flight Center, Proc. a 13. Ann. Pontos idő és időintervallum (PTTI) Appl. és Tervezési értekezlet, p. 687-724, 1981, online elérhető. Archiválva az eredetiből 2011. július 27-én. .
↑ Giulini, Domenico. Szinkronizálás lassú óratranszporttal // Speciális relativitáselmélet: Első találkozás. 100 éve Einstein óta . - Oxford University Press , 2005. - ISBN 0191620866 . Speciális relativitáselmélet: Első találkozás a " Google Könyvek " -nél
↑ 1 2 Winnie, JAA Speciális relativitáselmélet egyirányú sebességfeltevés nélkül // Tudományfilozófia: folyóirat. - 1970. - 1. évf. 37 , sz. 2 . - P. 81-99, 223-38 . - doi : 10.1086/288296 . — .
↑ Debs, Talal A.; Redhead, Michael LG Az iker "paradoxon" és az egyidejűség konvencionálissága // American Journal of Physics : folyóirat. - 1996. - 1. évf. 64 , sz. 4 . - P. 384-392 . - doi : 10,1119/1,18252 . — .
↑ Bailey et al. Relativisztikus idődilatáció mérése pozitív és negatív müonoknál körpályán (angol) // Nature : Journal. - 1977. - 1. évf. 268 , sz. 5618 . - P. 301-305 . - doi : 10.1038/268301a0 . — .
↑ 1 2 Wesley C. Lazac. Az egyirányú fénysebesség filozófiai jelentősége // Noûs : folyóirat. - 1977. - 1. évf. 11 , sz. 3 . - P. 253-292 . - doi : 10.2307/2214765 . — .
↑ Ohanian, Hans C. The role of dynamics in the synchronization problem // American Journal of Physics : folyóirat. - 2004. - 20. évf. 72 , sz. 2 . - 141-148 . o . - doi : 10,1119/1,1596191 . — .
↑ Ohanian, Hans C. Válasz A. Macdonald és AA Martínez "Megjegyzése(i) a 'Dinamika szerepe a szinkronizálási problémában" című cikkére // American Journal of Physics : folyóirat. - 2005. - 20. évf. 73 , sz. 5 . - P. 456-457 . - doi : 10,1119/1,1858449 . — .
↑ Martínez, Alberto A. Konvenciók és inerciális referenciakeretek // American Journal of Physics : folyóirat. - 2005. - 20. évf. 73 , sz. 5 . - P. 452-454 . - doi : 10,1119/1,1858446 . - . Archiválva az eredetiből 2012. szeptember 2-án.
↑ MacDonald, Alan. Megjegyzés: "A dinamika szerepe a szinkronizálási problémában", Hans C. Ohanian // American Journal of Physics : folyóirat. - 2004. - 20. évf. 73 , sz. 5 . - P. 454-455 . - doi : 10,1119/1,1858448 . - .
↑ Iyer, Chandru; Prabhu, GM Az egyirányú fénysebesség konstruktív megfogalmazása (angol) // American Journal of Physics : folyóirat. - 2010. - 20. évf. 78 , sz. 2 . - P. 195-203 . - doi : 10,1119/1,3266969 . — . - arXiv : 1001.2375 .
↑ Greaves, ED; Rodríguez, An Michel & Ruiz-Camacho, J. (2009), Egyirányú fénysebesség-kísérlet , American Journal of Physics 77. kötet (10): 894–896 , DOI 10.1119/1.3160665.
↑ Hankins A.; Rackson C. és Kim WJ (2013), Fotontöltés kísérlet , Am. J Phys. T. 81 (6): 436–441 , DOI 10.1119/1.4793593
↑ Finkelstein, J. (2009), Egyirányú fénysebesség? , American Journal of Physics 78 (8): 877 , DOI 10.1119/1.3364868
↑ Md. F. Ahmed; Brendan M. Quine; Stoyan Sargoytchev és AD Stauffer (2012), Egyirányú és kétirányú kísérletek áttekintése a fénysebesség izotrópiájának tesztelésére , Indian Journal of Physics 86(9): 835–848 , DOI 10.1007/ s12648- 012-0112-4
↑ Roberts, Schleif (2006): Relativitáselmélet GYIK, Fénysebesség izotrópia egyirányú tesztjei archiválva 2009. október 15-én a Wayback Machine -nél
↑ Anderson, R.; Vetharaniam, I.; Stedman, GE (1998), "A szinkronizálás konvencionalitása, a mérőműszer-függőség és a relativitáselméletek", Physics Reports, 295(3-4): 93-180
↑ Krisher et al. Az egyirányú fénysebesség izotrópiájának vizsgálata hidrogén-maser frekvenciastandardok segítségével (angol) // Physical Review D : Journal. - 1990. - 1. évf. 42 , sz. 2 . - P. 731-734 . - doi : 10.1103/PhysRevD.42.731 . - .
↑ Zhang (1997), pp. 148-150
↑ Zhang (1997), pp. 91-94
↑ Karlov L. Ad-e Römer módszere egyirányú fénysebességet? (angol) // Australian Journal of Physics : folyóirat. - 1970. - 1. évf. 23 . - P. 243-253 . - doi : 10.1071/PH700243 . - .
↑ A speciális relativitáselmélet kinematikájának szimulációja archiválva : 2018. július 30. a Wayback Machine -nél
↑ Vessot et al. Relativisztikus gravitáció tesztje űrben szállított hidrogénmaserrel (angol) // Physical Review Letters : Journal. - 1980. - 1. évf. 45 , sz. 29 . - P. 2081-2084 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.45.2081 . — .
↑ Riis et al. Fénysebesség izotrópiájának vizsgálata gyorssugaras lézerspektroszkópiával (angol) // Physical Review Letters : Journal. - 1988. - 1. évf. 60 , sz. 11 . - 81-84 . o . - doi : 10.1103/PhysRevLett.60.81 . - Iránykód .
↑ Nelson et al. Időszinkronizálási technikák kísérleti összehasonlítása fényjelek és óratranszport segítségével a forgó földön // Proceedings of the 24th PTTI meeting: Journal. - 1992. - 1. évf. 24 . - 87-104 . o . (nem elérhető link)
↑ Farkas Péter; Petit, Gerard. A speciális relativitáselmélet műholdtesztje a globális helymeghatározó rendszer segítségével // Physical Review A : Journal . - 1997. - 1. évf. 56 , sz. 6 . - P. 4405-4409 . - doi : 10.1103/PhysRevA.56.4405 . - . . - ".".
↑ Brecher, K. (1977), Független-e a fénysebesség a forrás sebességétől , Physical Review Letters 39(17): 1051–1054 , DOI 10.1103/PhysRevLett.39.1051
↑ Alvager, T.; Nilsson, A. & Kjellman, J. (1963), A speciális relativitáselmélet második posztulátumának közvetlen földi tesztje , Nature T. 197 (4873): 1191 , DOI 10.1038/1971191a0
↑ Amelino-Camelia, G. Astrophysics: Burst of support for relativity // Nature : Journal. - 2009. - 1. évf. 462 , sz. 7271 . - P. 291-292 . - doi : 10.1038/462291a . — . — PMID 19924200 .
↑ Laurent et al. A Lorentz-féle változatlanság megsértésének korlátai a GRB041219A integrál/IBIS megfigyeléseivel (angol) // Fizikai áttekintés D : folyóirat. - 2011. - 20. évf. 83 , sz. 12 . — P. 121301 . - doi : 10.1103/PhysRevD.83.121301 . - . - arXiv : 1106.1068 .
↑ 1 2 Kostelecký, V. Alan; Mewes, Matthew (2002). „Lorentz-sértés jelei az elektrodinamikában”. Fizikai áttekintés D. 66 (5): 056005. arXiv : hep-ph/0205211 . Irodai kód : 2002PhRvD..66e6005K . DOI : 10.1103/PhysRevD.66.056005 . S2CID 21309077 .
↑ 1 2 Hohensee et al. A fénysebesség izotróp eltolódásának és anizotrópiáinak továbbfejlesztett korlátai forgó kriogén zafír oszcillátorok használatával // Physical Review D : Journal . - 2010. - 20. évf. 82 , sz. 7 . — P. 076001 . - doi : 10.1103/PhysRevD.82.076001 . - . - arXiv : 1006.1376 .
↑ 1 2 Hohensee et al. A Lorentz-sértő elektromagnetizmus kovariáns kvantálása (angolul) : folyóirat. - 2010. - . - arXiv : 1210.2683 . ; A Ph.D.-ben szereplő munka önálló változata. M. A. Hohensee tézise.
↑ Tobar et al. Új módszerek a Lorentz-sértés vizsgálatára az elektrodinamikában (angol) // Physical Review D : Journal. - 2005. - 20. évf. 71 , sz. 2 . — P. 025004 . - doi : 10.1103/PhysRevD.71.025004 . - . - arXiv : hep-ph/0408006 .
↑ 1 2 Edwards, WF Speciális relativitáselmélet az anizotróp térben // American Journal of Physics : folyóirat. - 1963. - 1. évf. 31 , sz. 7 . - P. 482-489 . - doi : 10.1119/1.1969607 . - .
↑ Zhang (1997), pp. 75-101

Linkek

Az információ dupla fénysebességgel továbbítható. Archiválva : 2018. március 14. a Wayback Machine -nél
Kísérlet a fénysebesség relatív eltéréseinek meghatározására, amikor egy sugár áthalad egy irányba. Archiválva : 2018. július 28. a Wayback Machine -nél
Népszerű tudományos videó az egyirányú fénysebesség mérésének problémáiról.
Rizzi, Guido; Ruggiero, Matteo Luca; Serafini, Alessio (2005). "Szinkronizációs mérőeszközök és a speciális relativitáselmélet alapelvei". A fizika alapjai . 34 (12): 1835-1887. arXiv : gr-qc/0409105 . Irodai kód : 2004FoPh...34.1835R . DOI : 10.1007/s10701-004-1624-3 .
Sonego, Sebastiano; Pin, Massimo (2009). „Az anizotróp relativisztikus mechanika alapjai”. Mathematical Physics folyóirat . 50 (4): 042902-1-042902-28. arXiv : 0812.1294 . Bibcode : 2009JMP....50d2902S . DOI : 10.1063/1.3104065 .

A speciális relativitáselmélet kísérleti igazolása
Sebesség/izotrópia	Michelson tapasztalata A Kennedy-Thorndike élmény Ives-Stilwell kísérlet Kísérletek optikai rezonátorral De Sitter kísérlete kettős csillaggal Hammar tapasztalat Neutrinó sebességmérés
Lorentz invariancia	Modern keresések a Lorentz-változatlanság megsértésére Hughes és Drever kísérletei Troughton-Noble kísérlet Rayleigh és Brace kísérletei Troughton-Rankin kísérlet hu: Lorentz megsértésének antianyag tesztjei hu: Lorentz-sértő neutrínó oszcillációk hu: Lorentz-sértő elektrodinamika
Időtágulás Lorentz kontrakció	Ives-Stilwell kísérlet Kísérletek a Mossbauer rotorral hu:Az idődilatáció kísérleti tesztelése Hafele-Keating kísérlet Hossz-összehúzódások megerősítései
Energia	hu: A relativisztikus energia és lendület tesztjei Kaufman-Bucherer-Neumann kísérletek
Fizeau/Sagnac	Fizeau tapasztalata A Sagnac élmény Michelson-Gal-Pearson kísérlet
Alternatívák	Az éterelmélet cáfolatai A ballisztikai elmélet cáfolata
Tábornok	Egyirányú fénysebesség hu: Speciális relativitáselméletek hu:Standard-Model Extension