Вопрос о постоянстве скорости света и ОТО/СТО

[yrs.raider]

Заранее прошу прощения за дилетантство 
С недавних пор читаю Фейнмановские лекции по физике, и мне очень понравился пример с кораблем, который движется с скоростью 200 тыс. км/с, в него пуляют лучом света с Земли, он догоняет корабль, и, казалось бы, находясь в корабле мы должны увидеть свет движущийся со скоростью 100 тыс. км/с, но на самом деле скорость света не изменится ни для наблюдателя с Земли, ни для экипажа корабля, и будет равна все те же самые 300 тыс км/с. Раньше я не осознавал всю мощь этой константы. Т.е. скорость света (в вакууме) не меняется, не зависимо от того, с какой скоростью движешься. Эйнштейн объяснил этот парадокскс тем, что время при движении замедляется (СТО). Вроде все понятно и красиво.
Дальше читаю про ОТО и про то, как гравитация сама по себе влияет и на время, и на скорость света соответственно (чем сильнее гравитация, тем медленнее время, и наоборот). Читаю фразу в вики, что "удалённым наблюдателем будет установлено, что свет двигается быстрее в направлении вращения объекта, чем против его вращения" (статья об увлечении инерциальных систем отсчёта), и моя стройная картина мира с постоянством скорости света ломается 
Как при этом ОТО и СТО не противоречат друг другу? Получается, что я, как наблюдать, не могу никак полагаться на скорость света, так как она меняется в зависимости от удаленности к гравитирующему телу. Получается, что не настолько она и постоянна?
(Еще я всегда думал и даже пару раз с пеной у рта доказывал, что разница во времени, наблюдаемая между Землей и спутниками GPS, связана со скоростью движения вокруг Земли, они ведь вынуждены быстро двигаться чтобы компенсировать земное тяготение, но как оказалось, время в них не отстает, а наоборот спешит, и это все из-за удаленности от Земли, а не релятивистского замедления, но это уже личная трагедия).

[Dredd]

 

Source of the post  мне очень понравился пример с кораблем, который движется с скоростью 200 тыс. км/с, в него пуляют лучом света с Земли, он догоняет корабль, и, казалось бы, находясь в корабле мы должны увидеть свет движущийся со скоростью 100 тыс. км/с, но на самом деле скорость света не изменится ни для наблюдателя с Земли, ни для экипажа корабля, и будет равна все те же самые 300 тыс км/с.  .

И вы поверили этому?  

[Анж]

Source of the post это демонстрируется экспериментом Хафеле — Китинга: [url=https://ru.wikipedia.org/wiki/%DD%EA%F1%EF%...%F2%E8%ED%E3%E0]https://ru.wikipedia.org/wiki/%DD%EA%F1%EF%...%F2%E8%ED%E3%E0[/url].

Да, магнитное поле - серьезная вещь. Против не попрешь. Даже замедление времени из-за скорости завернуло в сторону ускорения. Так что, что увидит экипаж очень зависеть будет от того, как расклад полей сложиться, а то и все 400000км/с узреет.

[zam2]

Source of the post Как при этом ОТО и СТО не противоречат друг другу? Получается, что я, как наблюдать, не могу никак полагаться на скорость света, так как она меняется в зависимости от удаленности к гравитирующему телу. Получается, что не настолько она и постоянна?

У Ландау-Лифшица (том 2, Теория поля) читаем: "Из принципа относительности вытекает, что скорость распостранения взаимодействий одинакова во всех инерциальных системах отсчета". Вот про слово "инерциальных" часто забывают. В неинерциальной системе отсчета результат измерения скорости света может быть каким угодно. Это что касается СТО. Теперь ОТО. Согласно принципу эквивалентности, свободно двжущаяся в гравитационном поле лаборатория неотличима от инерциальной. Но только локально! То есть, свободно движущийся наблюдатель измеряя скорость света получит стандартное значение, если свет проходит рядом, буквально "под носом". А если вдалеке - то нет.
Насчет спутников. Нужно учитывать оба эффекта - СТО(влияние скорости движения на темп хода часов) и ОТО(влияние гравитационного потенциала на темп хода часов). Эти эффекты могут как складываться, так и вычитаться. Очень наглядно это демонстрируется экспериментом Хафеле — Китинга: https://ru.wikipedia.org/wiki/%DD%EA%F1%EF%E5%F0%E8%EC%E5%ED%F2_%D5%E0%F4%E5%EB%E5_%97_%CA%E8%F2%E8%ED%E3%E0https://ru.wikipedia.org/wiki/%DD%EA%F1%EF%...%F2%E8%ED%E3%E0.

[yrs.raider]

Source of the post И вы поверили этому?  

Альтернативная наука не интересует, спасибо.

Source of the post У Ландау-Лифшица (том 2, Теория поля) читаем: "Из принципа относительности вытекает, что скорость распостранения взаимодействий одинакова во всех инерциальных системах отсчета". Вот про слово "инерциальных" часто забывают. В неинерциальной системе отсчета результат измерения скорости света может быть каким угодно. Это что касается СТО.
Теперь ОТО. Согласно принципу эквивалентности, свободно двжущаяся в гравитационном поле лаборатория неотличима от инерциальной. Но только локально! То есть, свободно движущийся наблюдатель измеряя скорость света получит стандартное значение, если свет проходит рядом, буквально "под носом". А если вдалеке - то нет.
Насчет спутников. Нужно учитывать оба эффекта - СТО(влияние скорости движения на темп хода часов) и ОТО(влияние гравитационного потенциала на темп хода часов). Эти эффекты могут как складываться, так и вычитаться. Очень наглядно это демонстрируется экспериментом Хафеле — Китинга: https://ru.wikipedia.org/wiki/%DD%EA%F1%EF%E5%F0%E8%EC%E5%ED%F2_%D5%E0%F4%E5%EB%E5_%97_%CA%E8%F2%E8%ED%E3%E0[url=https://ru.wikipedia.org/wiki/%DD%EA%F1%EF%...%F2%E8%ED%E3%E0]https://ru.wikipedia.org/wiki/%DD%EA%F1%EF%...%F2%E8%ED%E3%E0[/url].

Я правильно понимаю, что инерциальная система - это Земля и корабль в том примере (двигаются с постоянной скоростью)? В моем понимании, Земля движется не потому, что ее кто-то все время толкает, а по первому закону Ньютона, без всякой силы (пренебрегая незначитаельным замедлением). Если он выполняется, значит система инерциальная?
На счет света в далеке я тоже не совсем понял. Чтобы его увидеть, он должен долететь до меня, грубо говоря фотоны должны удариться о сетчатку глаза или прибор в руке, но тем самым они попадают в мою локальную систему, и двигаются уже по моим локальным правилам. Как при этом я могу зафиксировать ускорение/замедление?
Спасибо за пример Хафеле-Китинга, я он нем раньше не слышал.

Source of the post Да, магнитное поле - серьезная вещь. Против не попрешь. Даже замедление времени из-за скорости завернуло в сторону ускорения. Так что, что увидит экипаж очень зависеть будет от того, как расклад полей сложиться, а то и все 400000км/с узреет.

При чем здесь магнитное поле? Что вы имеете в виду под "как расклад полей сложится"? Магнитное поле как-то влияет на скорость света?

[zam2]

Source of the post Я правильно понимаю, что инерциальная система - это Земля и корабль в том примере (двигаются с постоянной скоростью)? В моем понимании, Земля движется не потому, что ее кто-то все время толкает, а по первому закону Ньютона, без всякой силы (пренебрегая незначитаельным замедлением). Если он выполняется, значит система инерциальная?

Современная формулирова первого закона Ньютона: существуют такие системы отсчета, называемые инерциальными, относительно которых материальные точки, когда на них не действуют никакие силы (или действуют силы взаимно уравновешенные), находятся в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения. Земля может считаться инерциальной системой отсчета, если нам не важно ускорение Земли от сил, действующих на Землю со стороны Солнца, Луны, других планет и пр. А если важно - то нет. Неинерциальность СО Земли иллюстрируется, например, опытом с маятиком Фуко. Земля движется в соответствии с законом сохранения импульса. Но ее все время толкает (тянет) Солнце. Поэтому Земля движется не по прямой, а по эллипсу.

Source of the post На счет света в далеке я тоже не совсем понял. Чтобы его увидеть, он должен долететь до меня, грубо говоря фотоны должны удариться о сетчатку глаза или прибор в руке, но тем самым они попадают в мою локальную систему, и двигаются уже по моим локальным правилам. Как при этом я могу зафиксировать ускорение/замедление?

А почему прибор должен находиться в руке? Запустите прибор к Нептуну, а другой в противоположную сторону. Пусть они выполнят измерения и передадут вам отчет о проделанной работе.

[balans]

здравия Вам желаю.

Source of the post Чтобы его увидеть, он должен долететь до меня, грубо говоря фотоны должны удариться о сетчатку глаза или прибор в руке, но тем самым они попадают в мою локальную систему, и двигаются уже по моим локальным правилам. Как при этом я могу зафиксировать ускорение/замедление?

 Я сам дилетант, но выскажу свое мнение. Берется  допустим 100 км абсолютно твердый швеллер с установленными на нем через каждый 1 м призмами и засовывается одним концом в черную дыру. Далее вдоль швеллера подается световой сигнал, часть света продолжает свой путь далее, а другая часть отражается и фиксируется наблюдателем. Наблюдателю кажется, что швеллер неоднородно сжался и рассчитывает "расстояние" между призмами по теореме Фалеса (как ему кажется) и делает расчет скорости света (нелокальной) деля кажимое расстояние между призмами на кажимый интервал времени (ну, типа пространство все такое же Евклидово) между отражениями от призм.

Source of the post При чем здесь магнитное поле? Что вы имеете в виду под "как расклад полей сложится"? Магнитное поле как-то влияет на скорость света?

  Насколько мне известно, у женщин свои секреты.
 

[yrs.raider]

Source of the post А почему прибор должен находиться в руке? Запустите прибор к Нептуну, а другой в противоположную сторону. Пусть они выполнят измерения и передадут вам отчет о проделанной работе.

То есть это ускорение/замедление света в ОТО фиксируется только по косвенным признакам? Т.е. в моей локальной системе свет всегда будет двигаться со скростью  (и в локальный системе приборов как у Нептуна, так и на Земле). Но если я возьму приборы, сравню их показания, то увижу, что они отличаются?

[zam2]

Source of the post То есть это ускорение/замедление света в ОТО фиксируется только по косвенным признакам?

А как еще можно определить скорость? Измеряется промеуток времени между событием отправления сигнала и событием приема сигнала. Измеряем расстояние между этими событиями. Делим втоое на первое. Пока мы в рамках СТО все просто. У нас сколько угодно синхронизированных часов, расставленных по всей Вселенной. И сколько угодно одинаковых линеек. Но когда темп хода часов зависит от того, где эти часы находятся и часы принципиально не могут быть синхронизированы (ОТО), картина меняется.

Source of the post Т.е. в моей локальной системе свет всегда будет двигаться со скростью (и в локальный системе приборов как у Нептуна, так и на Земле).

Я бы сказал так. В непосредственной близости от измерительного прибора свет движется со скоростью  (если ее рассчитывать по результатам измерений этим прибором).

Source of the post Но если я возьму приборы, сравню их показания, то увижу, что они отличаются?

Я имел в виду такой вариант. Один космический аппарат отправил сигнал и запомнил время отправки, а другой получил, и тоже запомнил это время. А потом вы собрали эти данные, определили расстояние между аппаратами, пересчитали времена аппаратов на ваше личное время и вычислили скорость распространения сигнала.  не получится (хотя отклонение меньше точности современых приборов). Вспомните всем надоевших близнецов. Путешественник за месяц летает на Альфу Центавра и обратно. Это значит, что в его системе отсчета (неинерциальной) средняя (не говоря уж о максимальной) скорость движения звезды Альфа Центавра во много раз больше .

[Анж]

Source of the post Насколько мне известно, у женщин свои секреты.

Что же тут секретного? В СТО нет разблюдовки на то, в какую сторону должны двигаться часы непокоящиеся, чтобы идти медленнее. И тем более нет разблюдовки, что в другую сторону они должны ускоряться. А в результате этого опыта, часы против движения магнитного поля Земли, ушли гораздо больше вперед, чем должны были замедлиться.