היש דבר כזה "מהיר מהאור"?

[goldy]

היש דבר כזה "מהיר מהאור"?

מה דרוש כדי לעבור אותו / עד כמה המדענים בכיוון?

 

[אני רק עובר]

נצל"ש: מהירות על-אורית -> מסע בזמן לעבר?

אולי מישהו מן הפיזיקאים כאן יכול להסביר לי האם ולמה תנועה מהירה מן האור גוררת מסע בזמן לעבר.

 

[penholders]

לא שמעתי על זה.

אבל אם הייתי צריך לנחש מאיפה זה בא, הייתי אומר שזה נשמע כמו פרשנות לא נכונה של משוואת התארכות הזמן.
T=t/(1-v^2/c^2)^0.5
ככל ש V יהיה יותר גדול, כך הזמן יותר "יתארך". אם V>C, תהיה תוצאה מרוכבת, ובפיזיקה בד"כ זורקים תוצאות כאלה לפח. אבל אולי יש פרשנות שנותנת משמעות לתוצאה במסגרת תורת היחסות. אני לא מכיר כזאת, אבל אני לא פיזיקאי (עדיין...).

 

[שם מקורי 19]

בגדול - כן

ע"פ תורת היחסות הפרטית, "מסע" (של חומר או אינפורמציה) במהירות גבוהה מן האור אקוויולנטית למסע בזמן.
הסבר פשוט יחסית נמצא כאן:
http://www.theculture.org/rich/sharpblue/archives/000089.html

עם קצת נפנופי ידיים:
נביט בשני אירועים שלא נמצאים זה בקונוס האור העתידי של זה (כלומר, מרוחקים זה מזה במרחב-זמן דיים כדי שלא יוכלו להשפיע זה על זה). שני צופים במערכות ייחוס אינרציאליות שונות לא בהכרח יסכימו אם הם קורים בו זמנית.
נניח שאחד האירועים הוא שידור והשני קליטה. אם האות נע במהירות האור או נמוך ממנה, הרי ששני הצופים יסכימו, לכל הפחות, על סדר האירועים (השידור קרה לפני הקליטה). אבל, אם האות עובר את מהירות האור, הרי שהם לא יסכימו גם על סדר האירועים. כלומר, אחד מהם יראה קליטה לפני השידור - שזה כמו מסע בזמן.
ומאחר שלפי תורת היחסות, חוקי הפיסיקה עובדים בצורה זהה בכל המערכות האינרציאליות, הרי שאם הראנו מסע בזמן במערכת ייחוס אחת, הראנו אותו בכולן.

בתקווה שאינ לא עושה בלגן (אני כותב מהזיכרון) - פרדוקס טולמן (אאל"ט) שנקרא גם אנטיטלפון טכיוני, מדבר על שני צופים כאלו. א' שולח לב' (שנע מבחינתו מהר מהאור) הודעה. מבחינת ב', ההודעה מגיעה לפני שא' שלח אותה. ב' עונה לא', שמבחינתו נע מהר מהאור. א' מקבל את ההודעה לפני שב' שלח אותה. כלומר, א' מקבל תשובה לפני ששלח את ההודעה המקורית - דבר שמפר את הסיבתיות בכל מערכת אינרציאלית.

 

[ranisharoni]

בטרספורמצית לורנץ השורש יצא שלילי

ולכן אני לא רואה הסבר פיזיקלי טוב לתופעה ללא תיקון של המשוואה

 

[שם מקורי 19]

הלא התחלנו בכך שלא ניתן להאיץ מעבר למהירות

האור, וטרנפורצית לורנץ היא רק ביטוי מתמטי לכך...

בלינק שהבאתי, המחבר עונה בטוקבק מס' 3, ואומר שמקובל לומר שניתן לבחור רק שניים מבין השלישיה {יחסות פרטית, סיבתיות, מהיר מהאור}.

 

[ranisharoni]

בשביל אפשרות של חזרה בזמן

הייתי מצפה שהצבה בטרנפורצית לורנץ תתן תוצאה בה הזמן שלילי (קרי המשכה אנליטית) ולא שורש של מספר שלילי שאין לו שום משמעות פיזיקלית. דבר דומה רואים בתרגילים בסיסיים שבהם צריך לחשב זמן הגעה של טיל שנורה מגבעה לגובה מסוים. במקרה זה המשוואה הריבועית (פרבולה) נותנת גם פתרון שלילי שאומר מה היה קורה בדיעבד אם הטיל היה נורה מגובה אפס.

גם האינווריאנט היסודי של היחסות הפרטית - "מהירות האור זהה בכל מערכת יחוס" מביא לפרדוקס אם "עוברים" את מהירות האור כי אז גוף כזה שוב רואה את האור נע באותה מהירות למרות שהוא יותר מהיר...

השאלה לפיכך היא איזה תיקון דרוש לתורת היחסות כדי להתמודד עם "מהיר מהאור"?

אגב להבנתי כשמגיעים למהירות האור אז חומר הופך לאנרגיה (מסה לאנרגיה) ולכן יש חסם פיזיקלי (האינווריאנט היחסותי קשור להאטה בהתפרקות של חומר, קרי שינוי, קרי זמן (?)).

 

[uzi2]

כדי להביא חומר עם מסת מנוחה

למהירות האור, דרושה אנרגיה אינסופית.
תהליך שאין לנוסחאות שלו פתרון פיסיקלי, פירושו תהליך שלא קורה.
לא יודע למה כוונתך חומר הופך לאנרגיה כאשר מגיעים למהירות האור בריק. אנרגיית המנוחה (שניתן להתייחס אליה כאל חומר) קבוע בטרנספורמציה. מה שמשתנה זה האנרגיה הקינטית שהיא מתבדרת ככל שהגוף (שיש לו מסת מנוחה) מתקרב למהירות האור במערכת הצירים הנתונה.

ברור שככל שיש יותר אנרגיות שמעורבות, כך גם יש יותר סיכוי לתהליכים שבהם חומר משתנה.

 

[ranisharoni]

לא מספיק לפרק אותו?

או את חלקו כדי להמיר חלק מהמסה לאנרגיה עפ"י הנוסחא E=MC^2?
כזכור לי ככל שגוף מתקרב למהירות האור הוא הופך (בצורה כלשהי) לאנרגיה וכך למשל מצליח להאריך את מחצית זמן חייו (למשל חלקיקים שחודרים את האטמוספירה).

גוף שנופל לחור שחור וחוצה את אופק הארועים לא יתקרב\יגיע למהירות האור (מנקודת מבטו, כזכור לי צופה חיצוני לא יראה אותו לעולם חוצה את אופק הארועים אלא רק שואף אליו)?

 

[uzi2]

צריך להחליט על נקודת מבט.

מנקודת מבטי, תהליכים מסויימים יתרחשו יותר לאט, שכן תהליכים שמתרחשים במערכת הצירים של החלקיק בפרק זמן מסויים ובאותו מיקום, יתרחשו מנקודת מבט של מי שרואה את החלקיק נע במהירות קרובה למהירות האור בריק, בפרק זמן הרבה יותר ארוך. ואכן כאשר נשאיף את מהירות החלקיק למהירות האור בריק, משך הזמן ישאף לאינסוף.

הנוסחה של איינשטיין מתפרקת:
E = M c^2 = E_0 + E_k

E_0 הוא אנרגיית המנוחה והוא בעצם מסת המנוחה (רק ביחידות של אנרגיה), ניתן לראות זאת כמדד לכמות החומר. E_k הוא האנרגיה הקינטית של החלקיק. מסת המנוחה נשארת קבועה כאשר מאיצים חלקיק, ורק האנרגיה הקינטית גדלה.
ברור שככל שיש יותר אנרגיה שמעורבת בתהליכים, כך יש יותר סיכוי למעברי אנרגיה שכוללים גם שינוי בחומר. חומר (מסת מנוחה), היא צורה של אנרגיה. ואנרגיה יכולה להפוך מצורה אחת לצורה אחרת. בפצצות גרעיניות יש שינוי במסה של החומרים, ושינוי קטן מאוד במסת המנוחה של החומר (שזה קורה בתהליכים גרעיניים), בגלל שיש להכפיל אותו ב- c בריבוע, מהווה שינוי גדול מאוד באנרגיה.
חלקיק נקודתי מנקודת מבטו תמיד יהיה במנוחה, גם כאשר חוצה אופק ארועים של חור שחור. גוף - מרכז המסה שלו תהיה במנוחה יחסית למערכת הצירים של הגוף (כלומר מערכת הצירים שבה הגוף במנוחה.
אופק ארועים חורג מהדיון של תורת היחסות הפרטית אל עבר תורת היחסות הכללית. אם מדובר בגוף מסיבי, תלוי במאפייני החור השחור, ייתכן שהגוף בכלל לא ירגיש שהוא חצה את אופק הארועים, וייתכן שהוא ירגיש כוחות גזירה.

 

[ranisharoni]

אגב - זה לא אנלוגי לאפס המוחלט?

באפס המוחלט אין תנועה (למעט קוונטית) ולכן לא קיים מצב עם פחות תנועה.
במהירות האור אין שינוי (הנדרש למדידת זמן) ולכן לא קיים מצב עם פחות שינוי.

(אין לי מושג אם באפס המוחלט גם אין התפרקות אטומית הנדרשת למדידת מחצית זמן חיים ולכן גם במצב זה גם אין זמן).

 

[uzi2]

לא רואה שום קשר לאפס המוחלט.

מהרגע שהבנו שניתן להמיר מסה לצורה אחרת של אנרגיה, אזי ההגדרה של מסת מנוחה היא רק הגדרה.

באפס המוחלט, יש רק מצב קוונטי אחד מאוכלס. בלי שום קשר לתנועה. זה אומר גם שאין התפרקות אטומית. אבל להגיד שאין זמן? הזמן אולי לא ידוע היטב, כי אנחנו יודעים את האנרגיה בוודאות.
כשאתה כותב "במהירות האור אין שינוי", צריך להבין שאתה מדבר על תהליכים פנימיים בפוטון. תהליכים שקשורים החוצה ממנו קיימים כמובן, ואנחנו כמובן צופים מבחוץ - שם אין בעיה.

 

[ranisharoni]

שאלתי למעשה על הסבר פיזיקלי להאטת הזמן

אם זמן נמדד לפי שינוי (למשל זמן מחצית חיים של חומר) אזי שבמהירות האור פשוט אין שינוי (כי אין התפרקות) ולכן יש פה חסם פיזיקלי. זה דומה לאפס המוחלט כי גם זהו חסם (רק שעל תנועה ולא שינוי).

(לפיכך מנקודת מבטו של האור לוקח לו אפס זמן להגיע מנקודה לנקודה כי השעון שלו לא זז).

האם מכאן ניתן לגזור את העובדה\חוק-טבע לפיו מהירות האור זהה בכל מערכת יחוס? למודדים השונים יש שעונים מהירים או איטיים יותר. למודד מהיר (למשל מחצית ממהירות האור) יש שעון איטי יותר ולכן הוא חושב שהאור נע מהר יותר (למרות שמתבונן חיצוני מודד את ההפרש האמיתי בין המהירויות של המודד ושל האור).

אחת הבעיות עם ההסבר הזה היא במקרה שהאור נע במנוגד לכיוון המודד המהיר. גם במקרה זה המודד ימדוד את אותה מהירות (למודד למשל יש שני חישנים מרוחקים איתם הוא מודד את מהירות האור).

 

[uzi2]

ההסבר המקובל הוא בקיומה של סימטריה ביקום

והסימטריה הזאת שקרויה SO(3,1). היא מעיין הכללה של סיבובים.
מרחק בין 2 נקודות יהיה תמיד אותו מרחק גם כאשר נסובב את מערכת הצירים. זו סימטריה שקרויה SO(3).
והיא שאם המיקום של נקודה אחת יהיה x,y,z והמיקום של השניה יהיה X,Y,Z אזי המרחק יהיה:

(X-x)^2+(Y-y)^2+(Z-z)^2

ההנחה שלנו כאן היא של מרחב ישר (יחסות כללית מסבכת יותר את העניין).
גם אם נסובב את מערכת הצירים, הרכיבים בציר x, y, z של הנקודות ישתנו, אך עדיין באופן שהנוסחה למרחק תתאר את אותו המרחק. חוקי הפיסיקה אינם משתנים תחת סיבוב מערכת הצירים, (וסיבוב מערכת הצירים מוגדר כשינוי מערכת הצירים ששומר על הגודל הרשום לעיל. ולכן הסימטריה של סיבובים SO(3) היא סימטריה של חוקי הפיסיקה.
אבל מה שגילו זה קיום של סימטריה קצת יותר מורכבת, והיא שאם יש שני ארועים נקודתיים שמתרחשים בזמנים שונים: X,Y,Z,T והשני ב- x,y,z,t, אזי חוקי הפיסיקה אינם משתנים כאשר "מסובבים" את מערכת הצירים כך שהגודל:

(X-x)^2+(Y-y)^2+(Z-z)^2-(T-t)^2
נשאר קבוע.
כלומר חוקי הפיסיקה שקושרים בין הארועים מאפשרים כל שינוי מערכת צירים ובלבד שהגודל הרשום לעיל נשאר קבוע. מסימטריה זו ומהעובדה שמהירות התנועה של גוף חסר מסה היא קבועה בכל אחת ממערכות הצירים, נובעים כל התכונות של התכווצות האורך והתארכות הזמן, וגם החסם התחתון והעליון עבורם. השאלה מה יותר יסודי היא שאלה יותר פילוסופית מאשר פיסיקלית. מבחינתי הסימטריות הן הסיבה. ואני לא תמיד מבין מה אדם מסויים מחפש כאשר הוא שואל - מה הסיבה? האם חוקיות מסויימת בפיסיקה? כי לכל דבר אפשר לשאול מה הסיבה, כמו הילד ששואל על כל דבר "למה" באחת הפרסומות.

 

[BigBadWolf]

זה מזכיר לי את התשובה של פיינמן למהי מגנטיות

http://www.youtube.com/watch?v=wMFPe-DwULM

 

[uzi2]

 

[ranisharoni]

האינווריאנט של המטריקה

שהזכרת הוא לא ניסוח שקול לאי היחסיות של מהירות האור?
(X-x)^2+(Y-y)^2+(Z-z)^2-(T-t)^2
אני ניסיתי להבין את חוק הטבע ע"י הגדרת מדידת זמן עפ"י קצב התפרקות של חומרים (קרי שינוי) ביחס למהירות הגוף. הקצב מואט ככל שהמהירות עולה והוא שואף לאפס כאשר המהירות שואפת למהירות האור (אין זמן במהירות האור).

אולי אפקט עליית המסה ביחס למתבונן קשורה איכשהו "להתנגדות" שמפעיל שדה היגס על גוף כפונקציה של המהירות שלו ולפיכך המסה עולה.

מה רע בלשאול למה רמה אחת ממה שידוע? זה לא טבעי במדע?

 

[uzi2]

אז ככה

אכן הקביעות של מהירות האור בריק (שבנוסחה שרשמתי היא שווה ל- 1 ביח' המתאימות) היא תוצאה של הסימטריה. אבל היא לא שקולה לקיומה של הסימטריה, שכן הקביעות של מהירות האור לבדה לא מספקת לצורך מציאת הסימטריה.

ההסבר שלך על התפרקות חומרים, הוא בעצם מבחינתי תוצאה ולא הסבר.

לגבי עליית המסה (למה הכוונה? לאנרגיה?) הסימטריה של יחסות כללית היא סימטריה חיצונית. שדה ההיגס ומנגנון היגס קשור לשבירה של סימטריות פנימיות שהן אחרות. ברור שכל דבר קשור לכל דבר. מקווים למצוא סימטריה פשוטה שכל תתי הסימטריות האלו יהוו חלק ממנה, אבל בשלב זה זו רק תקווה, בכל מקרה המנגנון לא קשור באופן ברור לסימטריה שנותנת לנו מסת מנוחה, וכדומה.

אין רע בלשאול שאלות, אבל השאלה למה - דווקא משום שתמיד ניתן לשאול אותה ולגבי כל דבר, אינה מכילה שום דבר מהותי, ומשאירה לעונה את מלוא האפשרויות לאינטרפרטציה בכל מה שקשור לשאלה, מה התשובה שתספק את השואל. לכן תמיד עדיף שתפרט מה בדיוק אתה מחפש כאשר אתה שואל למה. מה סוג התשובה שיספק אותך. הסבר פשוט יותר? מנגנון מפורט יותר? סתם תובנות נוספות שקשורות? גם לא לכל האפשרויות יש תשובה ידועה. אבל בכל מקרה דווקא משום שתמיד אפשר לשאול את השאלה הזאת, היא לא מקדמת דבר בפני עצמה, ורק חפירה של מה בדיוק אתה מחפש עשוי להפוך אותה לשאלה טובה, (או שלא).
רק להבהיר - כאשר מדברים על מסה בתחום של חלקיקים אלמנטריים מתכוונים למסת מנוחה. מה שקרוי מסה יחסותית בספרי מבוא ליחסות פרטית, מבחינתנו, זו המסה (מסת המנוחה) ביח' של אנרגיה + אנרגיה קינטית.

 

[ranisharoni]

בעיקר לשיחות סלון

בנסיון לתת אזשהו הסבר לתופעת הבסיס הלא אינטואיטיבית של אי-יחסיות מהירות האור ע"י הגדרת מדידת זמן ולפיכך לקשור את התופעה לקצב התפרקות חומרים שהוא הוא קצב תיקתוק אותו שעון יחסותי. אני באופן אישי ולמרות בורותי חושב שזה מקור התופעה של אי-יחסיות מהירות האור ממנה גוזרים את תורת יחסות (בנוסף להנחות "קונבנציונליות"). גל אלקרומגנטי הוא חסר מסה ולכן אין מה לפרק ולכן אין מדידת זמן מנקודת מבטו.

 

[uzi2]

זה מנקודת מבטנו

שתהליכים פנימיים בפוטון נעצרים. כלומר הם נעצרים על פי שעון הזמן שלנו. קצת קשה לדבר על חלקיק חסר מסה לחלוטין, כי אין טרנספורמציה רגולרית, אבל ניקח חלקיק שהמסה שלו (מסת המנוחה) זניחה, ומביאים אותו למהירות קרובה מאוד מאוד למהירות האור. בגלל שמסתו זניחה לא דרושה כמעט אנרגיה להביא אותו למהירות האור באופן אפקטיבי (כלומר מספיק קרוב). תהליכים שמתרחשים בחלקיק הזה ולוקחים שם מספר דקות, בשעון שלנו יראו כאילו לוקח להם להתרחש המון המון זמן (כמעט אינסופי).