Birisi ışık hızında bir uzay aracında koşuyorsa, hızı ışık hızını aşar mı?
Birisi ışık hızında bir uzay aracında koşuyorsa, hızı ışık hızını aşar mı? Bu, Einstein'ın en hızlı ışık hızı teorisini bozar mı?
Bunun gibi pek çok sorun var ve insanlar sadece Einstein'ın görelilik teorisini tersine çevirmek için ışık hızını aşan karşı örnekler bulmak istiyorlar. Ama işler ters etkiye sahiptir, lümen üstü karşı örnekler kurulamaz ve Einstein'ın görelilik teorisi her zaman geçerlidir. Einstein'ın teorisi, Einstein'ın ışık hızı tanımını anlamadı.
Her şeyden önce hız göreceli bir kavramdır. Uzay aracı ile karşılaştırıldığında, uzay aracındaki koşucuların hızı kesinlikle ışık hızını değil, sadece koşma hızını aşacaktır. Ancak yere göre bile, koşucunun hızı ışık hızını aşmayacak, yine de ışık hızını aşacaktır. Öyleyse neden bir koşucunun hızı, koşma hızı artı ışık hızından etkilenmez? Ama ışık hızının garip sonucuna eşit olacak mı?
Aslında hayatımızda kullandığımız hız üst üste binme yöntemi, görelilik teorisinin sadece bir tahminidir, hızın ışık hızından çok daha düşük olduğu durumlarda kullanılabilir ancak ışık hızına yaklaşırken veya ışık hızına ulaştığında kullanılamaz. Işık altı hızı ve ışık hızı durumunda, görelilik teorisinin verdiği hız üst üste binme formülü aşağıdaki gibidir:
Yukarıdaki formülün, iyi bilinen formülden 1 / (1 + uv / c ^ 2) daha fazla faktöre sahip olduğu görülebilir. Hız, ışık hızından çok daha düşük olduğunda, uv / c ^ 20'a ve faktör 1'e eğilimlidir, bu nedenle hız üst üste binme formülü, bilinen form haline gelir: wu + v.
Örneğin uzay aracının yere göre hızı saniyede 100 metre ise ve uzay aracındaki insanlar saniyede 10 metre hızla koşuyorsa uzay aracındaki insanların yere göre hızı saniyede 110 metredir. Özel görelilik teorisi tarafından hesaplanan sonuç yaklaşık 109.999999999998776 m / s'dir ve bu yaklaşık değerden yalnızca% 0.00000000001224 daha küçüktür. Son derece yüksek hassasiyet gereksinimleri olan havacılık alanında bile, bu kadar küçük bir hata göz ardı edilebilir.
Bununla birlikte, ışık hızı ve ışık hızı hareketini içeriyorsa, yalnızca görelilik teorisini kullanabilirsiniz. Uzay aracının hızının ışık hızının% 80'i (0.8c) olduğu ve uzay aracından ışık hızının% 30'u (0.3c) olan bir taşın yayıldığı varsayıldığında, taşın yere göre hızı w = 0.8c + 0.3c = 1.1c değildir. > c, ancak w = (0.8c + 0.3c) / (1 + 0.8c · 0.3c / c ^ 2) 0.887c < c, böylece taşın hızı ışık hızını aşmaz.
Işık hızında sonuç daha da özeldir. Uzay aracının hızı u, koşucunun v hızından bağımsız olarak ışık hızı c ise, koşucunun yere göre hızı w = (c + v) / (1 + c · v / c ^ 2) = c'dir, Başka bir deyişle, koşucunun hızı, ışık hızını (c + v) değil, ışık hızını (c) korur.
Öte yandan, uzay aracı veya insanlar gibi statik kütlesi olan nesneler için ışık hızında hareket etmek imkansızdır. Bu noktada, göreliliğin kinetik enerji formülünden çıkarılabilir:
Sıfır olmayan bir statik kütleye sahip bir nesne ışık hızına ulaştığında, kinetik enerji sonsuz hale gelecektir, bu açıkça anlamsızdır, çünkü sonsuz enerji yoktur.
Görelilik teorisi ile daha uyumlu olmak için, yukarıdaki örnek aşağıdaki forma değiştirilebilir: uzay aracı ışık hızından daha düşük bir hızda hareket eder ve uzay aracı ileri yönde bir ışık huzmesi yayar, bu durumda bu ışının yere göre hızı çok fazladır. hızlı?
Sonuç yukarıdakilerle tutarlıdır.Hareket eden uzay aracı tarafından yayılan ışık, ışık hızından daha hızlı hareket etmeyecek, ancak uzay aracı ne kadar hızlı ulaşırsa ulaşsın ışık hızını koruyacaktır. Bu, Einstein'ın özel görelilik teorisinin arkasındaki ilkelerden biridir: Sabit ışık hızı ilkesi.
Sabit ışık hızı ilkesi Einstein tarafından mantıksız bir şekilde icat edilmemiştir, ancak teori (Maxwell'in elektromanyetik alan denklemleri) ve deneylerle (Michelson-Morley girişim deneyi, optik sapma etkisi) desteklenmektedir. Ve özel görelilik teorisinden türetilen çeşitli sonuçlar, teorinin geçerliliğini kanıtlamak için yeterli olan deneysel sonuçlarla çok tutarlıdır.
