admin
Опубликовано: 16:07, 11 октябрь 2020
Космос

Какова будет относительня скорость двух фотонов летящих навстречу друг другу?

Вопрос вынесенный.в заголовок статьи в разных формулировках нам задают очень часто. Иногда вместо фотонов в вопросе фигурируют звездолёты, что имеет немного меньше смысла. Все-таки лететь со скоростью света массивному объекту не получится...
Какова будет относительня скорость двух фотонов летящих навстречу друг другу?

Вопрос вынесенный.в заголовок статьи в разных формулировках нам задают очень часто. Иногда вместо фотонов в вопросе фигурируют звездолёты, что имеет немного меньше смысла. Все-таки лететь со скоростью света массивному объекту не получится.

Может показаться, что для получения относительной скорости двух фотонов их скорости нужно просто сложить. Но это не так. Теория относительности гласит, что для наблюдателей находящихся в разных системах отсчёта время течёт по разному. На первый взгляд это может показаться странным, нелогичным и противоречащим нашему повседневному опыту. Но единственная причина, по которой это нам кажется нелогичным состоит в том, что в обычной жизни мы никогда не движемся с околосветовыми скоростями и поэтому сталкиваемся с релятивистскими эффектами.

Замедление времени вызванное движением с околосветовыми скоростями довольно просто вычисляется, с помощью преобразований Лоренца. Так к примеру Лоренц-фактор, т.е. коэффициент пропорциональности на который умножается время вычисляется по следующей формуле:

Эффект замедления времени начинает становиться заметным при увеличении скорости объекта: в его системе отсчёта время начинает течь медленнее. И это не просто предположение, а факт проверенный экспериментально. Так, к примеру, синхронизированные пары атомных часов всегда рассинхронизируются, когда одни часы отправляют на орбиту, где они движутся с относительно большой скоростью. При этом они рассинхронируются именно на столько, на сколько и должны из-за эффекта замедления времени предсказанного теорией относительности. Так, к примеру часы находящиеся на МКС отстают от земных на 0.01 секунды за год.

Какова будет относительня скорость двух фотонов летящих навстречу друг другу?

Сколь бы малым не был этот эффект он во-первых может быть надёжно измерен высокоточными приборами, а во-вторых этот эффект всегда принимается во внимание при проектировании космической техники.

Вернёмся к нашим фотонам

Какова же будет скорость двух фотонов движущихся навстречу друг другу? С точки зрения стороннего наблюдателя расстояние между двумя фотонами будет изменяться с двойной скорость света. Может сложиться впечатление, что это что-то нарушает в теории относительности, но нет.

Двойная скорость света в данном случае — это не скорость движения какого-то физического объекта в системе отсчёта наблюдателя. Это скорость изменения расстояния между двумя фотонами. Но изменение расстояния — это не физический объект, Скорость каждого фотона в системе отсчёта наблюдателя всё равно будет равна скорости света.

А что будет если связать инерциальную систему отсчёта с одним из фотонов? Увы, сделать это не получится. Не может существовать системы отсчёта, в которой фотон покоится. К примеру если мы попробуем подставить скорость света вместо v в формулу Лоренц-фактора, то получим деление на ноль, что означает, что такое выражение не имеет смысла.

Впрочем ничто не мешает рассматривать нам вместо фотонов электроны или космические корабли движущиеся с 0.9 скорости света. Вот с электроном или космическим кораблём движущимся с досветовой скоростью мы легко можем связать систему отсчёта.

В системе отсчёта одного из кораблей часы идут не так, как в системе отсчёта другого корабля и обычная формула сложения скоростей, в которой скорости движущихся объектов просто складываются неприменима. Вместо этого из преобразований Лоренца легко выводится релятивистская формула для сложения скоростей:

[img]"[/img]

Подставив 0.9 скорости света вместо v1 и v2 мы легко можем рассчитать относительную скорость двух кораблей. Она будет равна 0.9945 скорости света, т.е. довольно близка к скорости света, но все же меньше неё.


Источник
Ctrl
Enter
Заметили ошЫбку
Выделите текст и нажмите Ctrl+Enter
Обсудить (0)