Einweg-Lichtgeschwindigkeit messen?
Ich weiß, dass viele Leute ( einschließlich mir ) diese Seite mit Fragen zum aktuellen Veritasium-Video über die Einweg-Lichtgeschwindigkeit bombardieren, aber ich glaube, ich habe einen Weg gefunden.
Hier ist es: (Sie können auf dem Bild, das ich angehängt habe, sehen, wovon ich spreche. Stellen Sie sich einfach vor, die Spiegel wären nicht da.)
Sie können eine Lichtquelle einrichten und auf ein sich drehendes Objekt / Rad mit Zähnen richten (wie in der Abbildung dargestellt). Wenn Sie dann die Drehzahl des Rads einstellen, können Sie sehen, wann das Licht die andere Seite des Rads / Zahnrads erreicht (Sie müssen nicht messen, wie lange es dauert, um dorthin oder zurück zu gelangen - dies macht Uhren überhaupt überflüssig [ andere als diejenigen, die zum Kalibrieren der Drehung des Rades benötigt werden]). Wenn Sie die Entfernung kennen, die das Licht zurücklegen muss, um zum Zahnrad zu gelangen, können Sie seine Geschwindigkeit berechnen, wenn Sie wissen, dass es zu einem bestimmten Zeitpunkt durch das Zahnrad gefahren ist (basierend auf der Drehzahl des Rads). Ich weiß, dass dies sehr ähnlich ist, wie die Lichtgeschwindigkeit von Fizeau berechnet wurdeIch glaube jedoch, dass dieses Setup funktionieren würde, wenn die Reflexion des Lichts eliminiert würde. Vermisse ich etwas oder ist das möglich?
Bitte lassen Sie mich auch wissen, wenn mein Verfahren zu inkohärent war. Danke im Voraus!
Antworten
Ich wollte dies als Kommentar hinzufügen, kann es aber wegen des schlechten Rufs nicht, deshalb werde ich ein bisschen mehr schreiben.
Das Experiment ist wie folgt aufgebaut:
Lichtquelle ------------ rotierendes Rad -------------- Detektor
Sobald das rotierende Rad nicht mehr im Weg ist, trifft das Licht auf den Detektor und Sie messen die Zeit und erhalten durch Kenntnis der Entfernung die Geschwindigkeit. Verstehe ich richtig?
Ich denke nicht, dass das funktioniert. Dies hat das gleiche Problem wie das Messen der Lichtgeschwindigkeit mit zwei Uhren (wie im Video von Veritasium), aber jetzt wird eine Uhr mit dem Rad ausgetauscht. Die Drehung des Rades wird mit einer Uhr fixiert und dann bewegen Sie die Uhr zum Detektor. Denn die am Ende gemessene Zeit ist die Zeitdifferenz zwischen Rad und Uhr am Detektor. Und wegen der speziellen Relativitätstheorie funktioniert dies nicht.
Dieses Experiment misst überhaupt nicht die Lichtgeschwindigkeit, geschweige denn die Einweggeschwindigkeit (die ohne die Annahme einer Gleichzeitigkeit nicht zu messen ist).
Für dieses spezielle Experiment wird überhaupt keine Geschwindigkeit gemessen. Wir haben ein Spinnrad, das abwechselnd Licht blockiert und durchlässt. Auf der Detektorseite erhalten wir eine Spur, die zeigt, dass Licht abwechselnd blockiert und durchgelassen wird. Diese Spur enthält keine Informationen, mit denen wir die Lichtgeschwindigkeit bestimmen können. Unabhängig von der Geschwindigkeit des Signals oder der Länge des Pfades ist die Spur dieselbe.
Um dies in eine Geschwindigkeitsmessung umzuwandeln, wären zwei synchronisierte Uhren erforderlich, damit Sie feststellen können, wann der Zahnradzahn das Licht blockiert und wann die Detektorspur das blockierte Licht anzeigt. Ohne diese zusätzlichen Zeitinformationen liefert der Trace überhaupt keine Geschwindigkeitsinformationen. Leider geht der übliche Synchronisationsprozess bereits davon aus, dass die Einweg-Lichtgeschwindigkeit isotrop ist, und genau das wollten wir messen.
Im Allgemeinen wird jede Messung der Einweg-Lichtgeschwindigkeit explizit oder implizit eine Synchronisationskonvention voraussetzen. Diese Annahme bestimmt die gemessene Geschwindigkeit. Es gibt also keine Möglichkeit, die Einweg-Lichtgeschwindigkeit zu messen. Da die Zweiwege-Lichtgeschwindigkeit isotrop ist, ist es sinnvoll, die Konvention zu verwenden, dass die Einweg-Lichtgeschwindigkeit ebenfalls isotrop ist, aber es ist eine Konvention.
Einige Leute denken, dass es nur darum geht, ihrem Experiment eine weitere Komplikation hinzuzufügen, aber das ist es nicht. Die Definition der Einweg-Lichtgeschwindigkeit hängt von Ihren Zeitkoordinaten und damit von Ihrer Wahl der Synchronisationskonvention ab. Es geht nicht darum, ein kluger Experimentator zu sein, es geht einfach um Definitionen.