Fundamental fysik bloghoved

Relativitetsteoriens jubilæum: Den øverste fartgrænse

I år er det hundrede år siden Albert Einstein udgav den artikel hvor den generelle relativitetsteori blev beskrevet første gang. Det var kronen på et arbejde der blev startet ti år tidligere, med udarbejdelsen af den specielle relativitetsteori. Dette jubilæum er bestemt noget at fejre. Uden relativitetsteori var der ingen moderne fysik som vi kender den.

Jeg vil fejre dette jubilæum, her på bloggen, ved at gennemgå hele møllen. Ikke nødvendigvis historisk korrekt, men hvad der, efter min opfattelse, er logisk korrekt. Det kan ikke gøres i ét enkelt indlæg, så serien vil køre resten af året (jeg vil naturligvis også stadig skrive om andre ting), starte med grundlaget for speciel relativitet, fortsætte med generel relativitet, og ende i nogle af de åbne spørgsmål der stadig eksisterer.

Den specielle relativitetsteori er bygget op om en meget central påstand: Der eksisterer en øvre fartgrænse i Universet, og intet kan bevæge sig væk fra noget andet med en hastighed større end denne øvre fartgrænse. Masseløse partikler, så som fotoner (lyspartikler), bevæger sig med denne hastighed, der normalt kaldes c.

Det der gør denne påstand hjernevridende er, at den også gælder ting der er i bevægelse i forhold til noget andet. I fysikerjargon siger vi at lysets hastighed (c) er konstant uafhængigt af hvilket inertialsystem det måles i. Inertialsystem betyder bare et hvilket som helst system der bevæger sig med en konstant hastighed.

Et eksempel er nok på sin plads. Lad os sige at du kører ud af motorvejen, nålen på speedometeret viser 100 km/t. Det betyder at du kører 100 km/t i forhold til vejen. En anden bilist overhaler dig med speedometernålen på 200 km/t. Fartbøllens hastighed i forhold til dig er dermed 100 km/t. Din hastighed i forhold til fartbøllen er minus 100 km/t: Set fra fartbøllens synsvinkel bevæger du dig med 100 km/t i den anden retning. Så langt så godt.

Der er altså tre systemer. Vejens, dit og fartbøllens. Alle tre systemer kaldes for "inertialsystemer". Det betyder at systemet bevæger sig med konstant hastighed i forhold til andre inertialsystemer, og altså ikke bliver hverken accelereret eller bremset. Hvis du kaster en bold lige op i luften i et inertialsystem, vil den ramme jorden samme sted som den blev kastet fra. Bid mærke i ordet "inertialsystem". Det kommer vi til at bruge en del gange.

Tilbage til motorvejen. Nu bliver i overhalet af en foton. Hvis vi står på vejen og måler fotonens hastighed, vil vi se at den er 300,000 km/s i forhold til vejen. Sidder vi i din bil og måler hastigheden er den sørme også 300,000 km/s i forhold til bilen (og ikke 300,000 km/s minus din bils hastighed som man ellers kunne have forventet). Måler vi hastigheden fra fartbøllens bil er hastigheden også 300,000 km/s i forhold til fartbøllens bil.

Dette er betydningen af udsagnet: lysets hastighed er éns i alle inertialsystemer. Det virker ikke logisk, men det er bare fordi det opfører sig anderledes end de ting vi ser i vores dagligdag (cykler, biler, toge osv.). Man har målt efter utallige gange de sidste 100 år, og det passer hver gang.

Den kvikke læser vil måske spørge: Men hvad nu med de to biler i det ovenstående eksempel. Du sagde at den relative hastighed mellem dem var 100 km/t. Har relativitetsteorien ikke noget at sige om det? Svaret er jo, og overraskende nok er den relative hastighed mellem de to biler i eksemplet faktisk ikke 100 km/t hvis man regner relativistiske effekter med, men vil afvige en ganske lille smule. Men fordi lyshastigheden er så gigantisk stor i forhold til almindelige hastigheder, bliver korrektionen så lille at man ikke kan måle den ved almindelige hastigheder. Det er grunden til vi ikke bruger relativitetsteori til daglig.

Hvis man for alvor skulle afprøve hypotesen, skulle man have fat i noget hurtigere. I 1887 udførte Michelson og Morley et eksperiment hvor de brugte selve jorden som "bil". Idéen er følgende: Jorden bevæger sig med godt og vel 100,000 km/t rundt om solen. Sender man derfor lys med og mod Jordens bevægelsesretning, burde man kunne se en forskel i lyshastigheden (de tekniske detaljer kan man for eksempel læse om her). Resultatet blev at lysets hastighed i forhold til Jorden er konstant, og eksperimentets resultat blev én af relativitetsteoriens (der jo først fremkom senere!) hjørnesten.

Christian Bierlich er teoretisk partikelfysiker og er i gang med en ph.d. ved Lund Universitet. Han skriver om stort og småt fra fysikkens verden.
sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Speedometeret måler faktisk hvor meget vej han tilbagelægger, og det kunne også gøres ved at tælle afstandsmærker på vejen ligesom rumleriller. Hvis han kører 200km/t og den anden 100km/t så passerer den hurtige altså dobbelt så mange riller som den langsomme, og deres relative hastighed er så givet af hvor meget rillerne imellem dem vokser. Er det så afstanden mellem rillerne der bliver kortere for den hurtigkørende? Man taler om at afstande og tid ændres med hastigheden, men kan det ikke blive dobbeltkonfekt?

  • 2
  • 4

Lidt grus

Speedometeret måler faktisk hvor meget vej han tilbagelægger, og det kunne også gøres ved at tælle afstandsmærker på vejen ligesom rumleriller. Hvis han kører 200km/t og den anden 100km/t så passerer den hurtige altså dobbelt så mange riller som den langsomme, og deres relative hastighed er så givet af hvor meget rillerne imellem dem vokser. Er det så afstanden mellem rillerne der bliver kortere for den hurtigkørende? Man taler om at afstande og tid ændres med hastigheden, men kan det ikke blive dobbeltkonfekt?

For den hurtigkørende ændres såvel afstande som tid. Den målestok som er i den hurtigkørendes bil, har en anden længde, og derfor ændres afstanden imellem afstandsmærkerne der ses.

Forestiller vi os, at du er i det tomme rum, og lægger små sten ud efter et rumskib, så er afstanden bestemt af din hastighed. Og du kan - i forhold til dine sten - til en hver tid opnå en dobbelt så stor hastighed.

Vi kan også formulere det sådan, at du til enhver tid, kan accelerere med konstant hastighed. Og i dit univers - på rumskibet - vil du derfor komme til, at du kan opnå uendelig hastighed. Det kan f.eks. ses ud fra de sten du har lagt ud.

  • 0
  • 6

Den specielle relativitetsteori er bygget op om en meget central påstand: Der eksisterer en øvre fartgrænse i Universet, og intet kan bevæge sig væk fra noget andet med en hastighed større end denne øvre fartgrænse. Masseløse partikler, så som fotoner (lyspartikler), bevæger sig med denne hastighed, der normalt kaldes c.

Helt masseløse er fotoner ikke - de har ingen hvilemasse. Men, de har stadig masse fordi de har energi. Hvis der findes et "ur" i partiklerne, og de har halveringstid, eller på anden måde ændrer sig med tiden, kan begrundes at lysets hastighed er maksimum, da vi helst ikke skal kunne opnå tidsrejser.

Umålelige partikler interagerer ikke direkte med relativitetsteorien, og kan godt have større hastighed end lysets. En partikel er umålelig, hvis den ikke indeholder nogen former for tid eller energi.

  • 0
  • 6

"Set fra fartbøllens synsvinkel bevæger du dig med 100 km/t i den anden retning" Denne er også lidt misvisende, man kan godt se at man bevæger sig samme vej hvis man kører på en 'vej'. Og at den anden ikke bevæger sig så hurtig samme vej. Kun hvis man bevæger sig uden referencerammer kan man ikke afgøre hvad vej bilen der kommer længere og længere væk bevæger sig.

  • 0
  • 7

For den hurtigkørende ændres såvel afstande som tid. Den målestok som er i den hurtigkørendes bil, har en anden længde, og derfor ændres afstanden imellem afstandsmærkerne der ses.

Det er jo ikke nødvendigt at både afstand og tid ændres før den klassiske hastighedsdefinition ikke holder. Uanset hvad det er for definitioner vi ser på som værende den mest "aksiomatiske", så er der vel næppe tvivl om at det er definitionen på afstand vi føler os mere trygge ved end hvad tid egentlig er for noget!

John Larsson

  • 0
  • 5

Jeg vil nødig være surt pedantisk men det er ikke antallet af riller speedometer måler men hastigheden i hvert et punkt af bevægelsen. Med lidt god vilje kan du godt bruge riller men så skal det være antal riller per tidsinterval.

Men så bliver det en gns hastighed over en afstand og ikke hastigheden til tiden t.

  • 3
  • 1

Isaac Newtons overvejelser er for længst ophøjet til lov, mens Einsteins stadig omtales som en teori, til trods for, at den er blevet grundigt verificeret. Hvad skal der til, for at den kan blive til Relativitetsloven?

  • 2
  • 3

Hej Svend,

Jo, det hænger sammen. Hvis hastigheden ændrer sig alt efter hvilket inertialsystem man sidder i, må afstand og tid også ændre sig. Hvis vi skruer lidt på tallene er det sådan, at hvis farbøllen kørte med 1 promille af lysets hastighed i stedet for bare 200 km/t i forhold til vejen, ville afstanden mellem kilometerstenene målt fra fartbøllens system være 1 km. minus 500 mikrometer. For nu at give et eksempel.

Men nu er jeg jo forud for mit eget skema :). Følg med næste gang, når jeg skriver og forkortning af længde af tid.

  • 11
  • 0

Men sjovt er det - syntes jeg - at man kan accelerere med 10 (m/s)/s i det uendelige. Og fra rumskibets egen synspunkt, må derved accelerere til en hastighed, der er større end lysets, da accelerationen kan integreres. Der er ikke direkte noget forkert i det - da integrationen sker i rumskibets system. Uanset rumskibets hastighed, kan den altid øge hastigheden set fra dens eget system.

  • 0
  • 4

Definitionen på et inertialsystem er, at der ikke må være nogen som helst acceleration at spore i nogen retning. Det betyder, at intet må dreje rundt om sig selv eller rundt om noget andet, hvis det skal være et inertialsystem. Det er derfor i princippet fuldstændig ligegyldigt, hvad Michelson og Morley har målt og ikke målt, for som følge af jordens rotation, der forårsager en centripetalacceleration på instrumentet, var det intet inertialsystem og kan derfor ikke bruges til at fastslå, om lysets hastighed er konstant i inertialsystemer.

Tilbage er så den generelle relativitetsteori, og her kommer problemet:

Vi laver et roterende system, hvor vi lader lyset gå modsat rundt - i praksis er dette er lasergyroskop baseret på sagnac effekten - se http://en.wikipedia.org/wiki/Sagnac_effect . Det giver et beviseligt udslag på dT = 4Aw/c2, hvor dT er tidsforskellen i de to grene, A er arealet og w er vinkelhastigheden.

1) Hvordan kommer man frem til det resultat med korrekt fortegn, når man kun har en centripetalacceleration på tværs af stråleretningen at holde sig til (man kan måske nok fastslå vinkelhastigheden, men ikke arealet og fortegnet på rotationsretningen)?

Hvis ikke man alene ud fra den tværstillede centripetalacceleration kan regne sig frem til resultatet, er relativitetsteorien modbevist, da Einsteins påstand så må være, at lyset ankommer samtidig i de to grene, hvilket jo ikke er sandt.

Følgende link om roterende systemer er meget interessant: http://cds.cern.ch/record/492392/files/010... . Ifølge den kan sagnac effekten kun forklares ud fra, at lysets hastighed i de to grene ikke er konstant, men v = c +/-wr - altså højere end c i den ene gren (se afsnit 3.1). Det kan kun forklares ud fra æterteorien, da man løber mod lyset i den gren og derfor oplever at lyshastigheden er højere end c.

Iøvrigt er lysets hastighed givet præcist ved c = 1/sqrt(e0 x u0), hvor e0 er dielektricitetskonstanten og u0 er permeabiliteten.

2) Hvor stammer e0 og u0 fra i et fuldstændig tomt univers uden masse og partikler af nogen art? Hvordan kan man f.eks. måle egenskaber for vakuum i uH/m og pF/m?

  • 3
  • 11

Carsten, du har haft rigelig taletid her i debatten. Kan du ikke for en gangs skyld tie og lade en anden komme til. Hvis det ikke interesserer dig at høre efter så find på noget andet at lave i stedet for.

  • 8
  • 3

I en pc er en masse elektroner, der farer rundt med stor hastighed. Når man sidder i nærheden af en pc, går tiden derfor langsommere.

Det er i hvert fald min undskyldning ;-)

  • 0
  • 0

... har en anden mening indfor videnskab end jura.

Ohms lov og tyngdeloven betyder at indenfor et vist område, f.ex. temperatur eller hastighed gælder en matematisk sammenhæng. E=R*I f.ex. Loven forklarer ikke hvorfor.

Teorier forklarer hvorfor noget sker.

At det ikke er elver, der hiver i elektronerne, og Tolkiens modstandsteori er forkert, ændrer ikke på at E=R*I.

De newtonske love gælder indenfor det hastighedsidsinterval, vi normalt bevæger sig, men newtons teorier holder ikke,fordi loven ikke gælder udenfor det interval,

  • 4
  • 1

Carsten, du har haft rigelig taletid her i debatten. Kan du ikke for en gangs skyld tie og lade en anden komme til. Hvis det ikke interesserer dig at høre efter så find på noget andet at lave i stedet for.

Jeg stiller to spørgsmål. Bare fordi du aldrig har været i stand til at svare på dem, er de da ganske relevante. Hvis ikke en acceleration på tværs af bevægelsesretningen har betydning for lysets hastighed i de to grene, er relativitetsteorien jo falsificeret af lasergyroskopet.

Det halmstrå, som du og andre altid klamrer jer til, er jo netop, at lasergyroskopet ikke er et inertialsystem pga. denne acceleration; men jeg vil gerne høre, hvordan den generelle relativitetsteori rent faktisk ser på det spørgsmål. Normalt sker alle relativistiske ændringer jo kun i bevægelsesretningen - ikke på tværs af bevægelsesretningen, hvilket bl.a. har ført til Ehrenfests paradoks med at omkredsen af en roterende skive er mindre end pi gange diameteren, og jeg har meget svært ved at se forskel på en roterende skive og et roterende lasergyroskop.

  • 2
  • 10

2) Hvor stammer e0 og u0 fra i et fuldstændig tomt univers uden masse og partikler af nogen art? Hvordan kan man f.eks. måle egenskaber for vakuum i uH/m og pF/m?

Det kan man jo måle,

Ja, men hvad forårsager de to parametre? Man kan jo ikke måle selvinduktionen af en ikke-eksisterende spole og kapaciteten af en ikke-eksisterende kondensator, så det tomme rum må indeholde både spoler og kondensatorer, som kan indeholde energi og derfor må have masse; men det passer bare ikke med, at verdensrummet er helt tomt og masseløst.

  • 2
  • 7

"Det halmstrå, som du og andre altid klamrer jer til, er jo netop, at lasergyroskopet ikke er et inertialsystem pga. denne acceleration; "

Jeg har aldrig brugt det argument. Og jeg mener heller ikke det har noget med sagen at gøre.

Selv om du ikke tror på Einstein, Bohrs og andre fysikeres arbejde de sidste 100 år kan du vel give plads til at Christian kan lave sin præsentation uden at blive spammet af dig med din æter teori.

Please

  • 8
  • 2

Hej Carsten,

Jeg havde vel nok en fornemmelse af at skulle støde ind i dig her :-).

Der kommer til at være flere indlæg i serien. Læserne på ing.dk kommer til at blive trætte af at se den samme diskussion under dem alle sammen, så lad mig nøjes med at svare på de ting der relaterer sig strengt til dette blogindlæg. Så kan vi tage resten en anden gang.

Michelson-Morley: Kan du uddybe for mig? Jeg er ikke sikker på jeg forstår din pointe. Mener du at MM-eksperimentet ikke er validt pga. Jordens rotation? Centrifugalkraft og corioliskraft er jo kendte fænomener, så du må kunne bakke din påstand op med en udregning. Hvor stor en (ændring i) faseforskel(len) skal man se? Kan det lade sig gøre med eksisterende eksperiment?

Vakuumpermitiviteten og vakuumpermeabilliteten er netop egenskaber ved... vakuum. Værdien for epsilion_0 måles ikke, den er defineret til at være 1/(c^2 mu_0). Værdien for mu_0 er ligeledes defineret, bare ud fra Amperes kraftlov. Er det bølgeløsningen af Maxwells ligninger du har noget imod (første definition). De er et matematisk faktum hvis man tror på fysikken i Maxwells ligninger. Og det gør man. Håber jeg da. Amperes kraftlov håber jeg også man har tiltro til.

  • 9
  • 0

Hej Kurt,

Jeg prøver at være sprogligt nøjagtig. Ellers kommer sproget i vejen for at forstå fysikken. Og jeg mente faktisk det jeg skrev. Selvom jeg ikke mente det du læser det som :-).

Set fra fartbøllens hvilesystem er din hastighed -100 km/t i den anden retning. Det vil altså sige modsat fartbøllens bevægelsesretning. Der findes ikke noget "objektivt" referencesystem. Ikke engang motorvejen.

  • 7
  • 0

Det er 'den anden retning' jeg opponerer imod hvis man er i et hvilesystem, så er der ingen 'anden retning', kun retning, og det er væk fra. Disse hvilesystemer kræver mange gange også at man skal lade som om man ikke kan se resten af universet. Det kan man let glemme ind i mellem :O)

  • 0
  • 1

Michelson-Morley: Kan du uddybe for mig? Jeg er ikke sikker på jeg forstår din pointe. Mener du at MM-eksperimentet ikke er validt pga. Jordens rotation?

Jo, faktisk mener jeg at MM-eksperimentet er fuldt gyldigt - derom lidt senere. Jeg mener nemlig ikke, at accelerationen har nogen særlig betydning; men det er der andre her på ing.dk, der gør, og det er pointen :-) Lad mig forklare:

Vi tager en lang stang med en lysgiver i hver ende, der udsender lyspulser eksakt samtidig og et interferometer præcis på midten. Så længe vi bevæger dette system lineært, er det et klokkeklart inertialsystem, og Einsteins påstand er så, at lysets hastighed er konstant i dette, så de to lyspulser ankommer nøjagtig samtidig - uanset om systemet bevæges i forhold til f.eks. et referencesystem defineret ud fra Cosmic Microwave Background Radiation (CMBR)!

Desværre kan vi i praksis ikke lave dette eksperiment, da det er umuligt at synkronisere de to lysgivere tilstrækkelig nøjagtig, så vi bliver nødt til at benytte samme lysgiver. Vi gør nu systemet trekantformet og erstatter lysgiverne i hver side med et par skråtstillede spejle. I det 3. hjørne over interferometeret anbringer vi så et halvgennemsigtigt spejl, så lyset fra en laser kan gå direkte igennem til det ene skråtstillede spejl og vinkelret, så det rammer det andet. Nu har vi klaret synkroniseringsproblemet, men har fået det problem, at systemet aldrig vil kunne give udslag ved en lineær bevægelse, da evt. forskelle kompenseres 100% ud. Hvis man imidlertid erstatter den lineære bevægelse med en rotation, vil alle bidrag gå samme vej. Hvis vi et øjeblik ser bort fra centripetalaccelerationen og derfor stadig opfatter systemet som et inertialsystem, må Einsteins påstand stadig være, at lyset ankommer samtidig, hvilket imidlertid ikke er tilfældet i praksis, så den specielle relativitetsteori (SR) er modbevist; men her kommer så "halmstrået": Da der er acceleration i systemet, er det ikke et inertialsystem og kan derfor ikke falsificere SR; men "kan det nu pass'", som vi siger i Jylland? Accelerationen går jo på tværs af lysretningen og burde derfor ikke kunne få den mindste betydning. Ehrenfests paradoks fremkommer jo netop ved, at der ikke sker nogen Lorentz forkortelse på tværs af bevægelsesretningen på trods af en lignende centripetalacceleration. Der er altså to muligheder:

1) Ethvert system med acceleration er ikke et inertialsystem - uanset retningen på den acceleration. Det betyder imidlertid, at der ikke findes inertialsystemer på jorden, så vi kan skrotte SR generelt, og MM-eksperimentet er heller ikke noget inertialsystem, og kan derfor ikke bruges til at verificere eksistensen af en æter.

2) En acceleration på tværs af lysets bevægelsesretning er uden betydning. I så fald er Einsteins påstand stadig, at lyset ankommer samtidig, så SR er falsificeret.

Vælg selv. I begge tilfælde kan vi skrotte SR. Ingen grund til at undervise i den.

Tilbage til MM-eksperimentet. M+M prøvede at benytte vores hastighed omkring solen på 30 km/s; men kaster du en bold, vil lufthastigheden lige rundt om den ikke være den fulde boldhastighed, og hvorfor skulle en æter ikke opføre sig på samme måde. M+M fik ikke et nulresultat, men noget, der så vidt jeg husker svarer til ca. 7-8 km/s, hvilket blev tolket som et 0-resultat. 30 km/s er tilbøjelig til at drukne i måleunøjagtighed; men havde de været smartere og i stedet benyttet vores hastighed mod stjernebilledet Løven, som NASA's COBE satellit har fastslået til 365 +/-18 km/s, havde de haft et 12 gange større "signal" at måle på, og så var de måske kommet frem til et resultat, som svarer til det E. W. Silvertooth fik i 1986 og beskrev i: "Motion through the Ether" - nemlig 387 +/-19 km/s - altså stort set identisk med NASA's. I så fald ville M+M have bekræftet æterens eksistens og ikke afvist den, og vi ville idag kunne definere æteren som i gennemsnit stående stille i forhold til CMBR, selv om "æterhavet" f.eks. kan have lokale tornadoer i form af galakser. Hvordan vil du forklare, at Silvertooth med et MM-lignende sagnac interferometer kan komme frem til samme resultat som NASA, hvis der ikke var en æterbevægelse at måle på? MM-eksperimentet fremhæves altid; men det langt bedre og nyere resultat fra Silvertooth, som beviser det stik modsatte, fejes behændigt ind under gulvtæppet. Ellers kunne vi jo ikke fejre 100 året for den efter min mening største fejltagelse i fysikkens historie - relativitetsteorien med tilhørende fotonmodel :-)

  • 1
  • 5

Vakuumpermitiviteten og vakuumpermeabilliteten er netop egenskaber ved... vakuum. Værdien for epsilion_0 måles ikke, den er defineret til at være 1/(c^2 mu_0). Værdien for mu_0 er ligeledes defineret, bare ud fra Amperes kraftlov.

Min opfattelse er, at de "skøre" størrelser, måske kan skyldes meterstokken i paris - forstået sådan, at det er vores definition på størrelsen af en meter, et sekund, ampere, og kilogram, der reelt er ansvarlig for de skøre tal. Lysets hastighed er i naturens verden ikke et sjovt tal - den er eksakt 1. Og Einsteins E=mc^2 bliver derfor til E=m. Alle vores definitioner er taget ud af det tomme intet - og derfor er naturkonstanterne skøre tal. Hvis e0 og u0 begge var 1, så tror jeg ikke Carsten havde brokket sig og var begyndt at regne på spoler og kondensatorer i vakuum. Når vi vælger sjove tal for vores mål, så får vi et hav af sjove tal som naturkonstanter. Og det ser ud som om, at vakuum ikke er tomt. Var naturkonstanterne eksakt en i helt tom vakuum, vil det være logisk, at vakuum var helt tomt.

  • 0
  • 8

Hvilke lysretninger? Du har et system med flere lysretninger, så derfor kan det ikke være sandt.

Jo, det kan det ialtfald i et fibergyroskop, og selv om det grundlæggende har lavere følsomhed end et spejlgyroskop pga. dielektricitetskonstanten for glas, kan det jo netop bringes op på en særdeles høj følsomhed ved at bruge mange vindinger. Det kan derfor bringes til at give udslag ved vinkeldrejninger på brøkdele af en grad over flere minutter, hvor accelerationen er så lille, at enhver form for sund fornuft siger, at den burde være aldeles uden betydning.

  • 2
  • 10

Så skal vi igen have en diskussion mellem de to genier Carsten og Jens om verdens indretning. Folk det er så kloge at de ikke mener de kan blive klogere og at alle andre ikke har andet behov end at blive belært om æter a la Kanstrup/Madsen - hvis ellers de kan blive enige.

Men det kan de ikke. Så de fortsætter. Om og om igen.

Velbekomme.

  • 11
  • 3

Corioliskraften er en fiktiv kraft, der "påvirker" et legeme, der f.eks. bevæger sig udefter på en roterende skive - se http://da.wikipedia.org/wiki/Corioliskraft ; men lyset i et fibergyroskop bevæget sig altid i samme afstand fra centrum og er derfor ikke påvirket af denne fiktive kraft.

Hvis du bevæger dig langs kanten i en karrusel (samme afstand fra centrum), så ændres centripetalkraften afhængigt af din hastighed og omløbsretning. Ser du på det, ud fra det roterende system, så påvirkes du af en kraft i samme retning, eller modsat retning af centripetalkraften, afhængigt af om din bevægelsesretning er med eller mod rotationsretningen. Bevæger du dig langs kanten, påvirkes du derfor af en kraft ud over centripetalkraften, der er vinkelret på din bevægelsesretning.

Bevæger du dig langs kanten (samme afstand fra centrum), så påvirkes du altså af en kraft. Lyset bevæger sig, og påvirkes derfor også. Og påvirkningen er ikke uafhængigt af om det bevæger sig med eller mod rotationsretningen.

  • 0
  • 3

Carsten:

udsender lyspulser eksakt samtidig

Samtidig for hvem? På grund af tidsdilation i relativitetsteorien må man skrotte idéen om absolut samtidighed. Det handler ikke om praktisk umulighed, men teoretisk umulighed. Derfor virker dit tankeeksperiment ikke :-).

Tilbage til MM-eksperimentet.

Alle eksperimenter må arbejde med at sætte grænser. Det er et matematisk grundvilkår statistikken giver os. Masser af senere eksperimenter har forbedret denne grænse, måske undtagen det specifikke studie du henviser til...

sagnac

Sagnac effekten er ikke svær at forstå. Den kan forstås klassisk. Hvis du sender noget begge veje rundt i en ring der drejer med den ene vej, vil der opstå en faseforskel.

  • 7
  • 1

Jens: Nej. Det har intet med Corioliskraft at gøre. Alice og Bente løber rundt på en cirkulær løbebane. Carlos står i den ene ende og måler hvor langt de er kommet. Det gør han ved at måle vinkelforskellen mellem sig selv og A og B. Nu begynder C selv at løbe med rundt i den ene retning, altimens han stadig måler vinkelforskel. Er vi enige om at der dermed vil ske en forskydning i målingen af vinkelforskel? Og at det intet har med Corioliskraft at gøre?

  • 4
  • 0

Jens: Nej. Det har intet med Corioliskraft at gøre. Alice og Bente løber rundt på en cirkulær løbebane. Carlos står i den ene ende og måler hvor langt de er kommet. Det gør han ved at måle vinkelforskellen mellem sig selv og A og B. Nu begynder C selv at løbe med rundt i den ene retning, altimens han stadig måler vinkelforskel. Er vi enige om at der dermed vil ske en forskydning i målingen af vinkelforskel? Og at det intet har med Corioliskraft at gøre?

Ja. Men står du på en roterende skive, er det eneste som du kan detektere at den roterer er centripetalkraften og corioliskraften.. Der findes - så vidt jeg kan se - ikke andet du kan måle på, at den roterer.

Er du i et roterende system, er der kun de fiktive kræfter du kan måle på, at du roterer. På samme måde, som du på en accelererende platform, kun har kraften der skyldes accelerationen at du kan måle på, at du accelererer.

Jeg mener ikke at Sagnac effekten er en ekstra egenskab for roterende systemer. I så fald, skulle vil den også medføre at vi kunne detektere en kraft der påvirker en masse, når den bevæges.

Vi er enige om logikken. Men jeg mener, at Sagnac effekten er tæt knyttet til Corioliskraft kraften, og ikke findes på et system, hvor der ikke er nogen Corioliskraft for noget som bevæger sig på platformen.

Kan du komme med et eksempel på et system, hvor der er en Sagnac effekt, og hvor der ikke er en Corioliskraft, på et legme der bevæger sig langs lysets retning? Hvis de to effekter kun eksisterer sammen, så må man erkende der er en sammenhæng.

  • 0
  • 3

Sagnac effekten er ikke svær at forstå. Den kan forstås klassisk.

Ja, lige netop; men den klassiske opfattelse bunder jo netop i, at lyset løber (delvist) i forhold til et referencesystem (æteren), som lasergyroskopet roterer i forhold til, så interferometeret kan løbe lyset i møde i den ene gren og fra det i den anden. Derved fremkommer en tilsyneladende lyshastighed på v = c +/-wr, der, som beskrevet i min link ( http://cds.cern.ch/record/492392/files/010... ), kan forklare alle hidtil foretagne eksperimenter - også uden at gøre omkredsen af en roterende skive mindre end pi gange diameteren.

Alice og Bente løber rundt på en cirkulær løbebane. Carlos står i den ene ende og måler hvor langt de er kommet. Det gør han ved at måle vinkelforskellen mellem sig selv og A og B. Nu begynder C selv at løbe med rundt i den ene retning, altimens han stadig måler vinkelforskel. Er vi enige om at der dermed vil ske en forskydning i målingen af vinkelforskel?

Problemet er bare, at Carlos ikke løber nogen steder. Alice og Bente løber mod Carlos fra begge sider med samme hastighed og samme løbedistance og burde derfor ankomme samtidig, men det gør de bare ikke! Problemet med relativitetsteorien er jo netop, at den er baseret på, at alle bevægelser er relative, og at et referencesystem, som kan forklare denne forskel, ikke eksisterer.

  • 0
  • 3

Jeg forstår ikke hvorfor det skal være så besværligt? Giv mig et eksempel på en observation der ikke kan forklares med den simple udledning du finder på Wikipedia, og som kan forklares med corioliskraft.

  • 3
  • 0

Giv mig et eksempel på en observation der ikke kan forklares med den simple udledning du finder på Wikipedia,

Rigtigt, en sådan observation findes ikke; men prøv lige at se, hvordan formlerne er udledt. Den absolut eneste måde, man kan komme frem til disse formler på, er, hvis man kan løbe fra lyset, og det kan man kun, hvis man ikke selv medbringer det - dvs. det løber i et fast medie.

Fibergyroskopet er meget interessant her, for når vi indfører en relativ dielektricitetskonstant, får vi faktisk to systemer - en æter, som gyroskopet roterer i forhold til, og en fiber, som roterer med gyroskopet. Det er kun det bidrag, der stammer fra æteren, der forårsager udslag. Det er som om, de to medier skiftevis deles om transporten afhængig af, hvor stor den relative dielektricitetskonstant er. Hvordan det så kan lade sig gøre, grubler jeg stadig over; men det resulterer i, at fibergyroskopet basalt set er meget mindre følsomt end lasergyroskopet; men i praksis kan opnå højere følsomhed ved at bruge mange vindinger.

  • 0
  • 3

Rigtigt, en sådan observation findes ikke

Det var bare det jeg ville vide. Så kan vi diskutere herfra og til juleaften, uden et konkret resultat kommer du ingen vegne.

  • 6
  • 1

Jeg mener relativitetsteorien hænger meget fint sammen. Lyset påvirkes af acceleration, og går langsommere i et accelerationsfelt. Sender du lyset i en ring, påvirkes det af forskellig acceleration, afhængigt af retningen, på grund af coriolis effekten. Regnes på det, så hænger det hele sammen som det skal.

  • 0
  • 3

Lyset påvirkes af acceleration, og går langsommere i et accelerationsfelt.

Det er kun delvist rigtigt.

Lysets hastighed er givet præcis ved c = 1/sqrt(e0 x u0). I et gravitationsfelt presses materialet sammen, så permeabiliteten u0 stiger, og derved nedsættes lysets hastighed. Der kommer ganske simpelt flere lystransmitterende partikler pr. meter; men transmissionstiden fra partikel til partikel ændres ikke. Det er nøjagtig det samme, der sker i en luftspejling. Kold luft har højere densitet end varm luft, så lyshastigheden er mindre.

Det er densiteten af det lystransmitterende materiale, der betyder noget - ikke accelerationen i sig selv. Derfor har coriolis effekten ingen betydning.

  • 0
  • 2

men transmissionstiden fra partikel til partikel ændres ikke. Det

Jo, hvis du samtidigt justerer på dit urs hastighed. F.eks. fordi du måler den, ved hjælp af en lysstråle imellem to punkter. Du skal huske på, hvordan fysikkerne definerer den grundlæggende tidsenhed.

Du har ret - hvis du ikke justerer dit ur. Men, befinder du dig på platformen med acceleration skal du justere uret, så det til enhver tid lever op til fysikernes definition på tid.

Med andre ord: Anvender du et radiostyret ur, og uret er placeret i Frankfurt - så har du ret, hvis du befinder dig i konstant afstand fra Frankfurt - hvilket kan være svært når du accelererer..

Men, måler du tiden på platformen, så skal du tage højde for accelerationens påvirkning på definition af SI enhederne.

  • 0
  • 2

Du har ret - hvis du ikke justerer dit ur. Men, befinder du dig på platformen med acceleration skal du justere uret, så det til enhver tid lever op til fysikernes definition på tid.

Det er rigtigt, at man skal justere uret, da f.eks. et atomur går for langsomt i et gravitationsfelt; men man behøver ikke at justere på tiden. Fordi mit armbåndsur går forkert, er det jo ikke ensbetydende med, at tiden ændres.

Jeg tror netop ikke på relativitetsteorien og dens tilhørende tidsændringer. Vi kan jo bare definere tiden ud fra f.eks. en pulsar. Så går den lige hurtigt i alle systemer - uanset hvor meget, de måtte accelerere. Dog skal man naturligvis korrigere tiden efter ens hastighed mod pulsaren; men det kan gøres ud fra dopplerskiftet.

  • 0
  • 4

Jeg tror netop ikke på relativitetsteorien og dens tilhørende tidsændringer. Vi kan jo bare definere tiden ud fra f.eks. en pulsar. Så går den lige hurtigt i alle systemer - uanset hvor meget, de måtte accelerere. Dog skal man naturligvis korrigere tiden efter ens hastighed mod pulsaren; men det kan gøres ud fra dopplerskiftet.

I den sidste ende, vil valget afhænge af, hvad det er mest praktisk. Da atomernes ur går langsommere, kemiens ur går langsommere, og derfor også de biologiske ure går langsommere, så er måske mest praktisk, at holde sig til relativitetsteorien. Ikke desto mindre har du selvfølgelig ret.

  • 0
  • 4

Jeg skriver ikke så meget, for der er en tendens til man fornægter nye observationer, men henholder sig til de gamle, men never mind. Lav nu samme eksperiment med bilerne som overfor beskrevet, blot med lydimpulser. Min påstand er, at lydens hastighed er konstant, uanset hvilken hastighed bilerne kører med. Hvordan skal vi tolke det?

  • 0
  • 6

Hvis man kigger på bølger i vand, så bevæger de sig faktisk ikke. Smider man f.eks. en træklods ud på vandet, vil man se, at den ikke flytter sig. Den bevæger sig bare op og ned. På et givet sted kører vandet blot rundt i en lodret cirkel (cylinder). D.v.s. at bølger i vand faktisk ikke har nogen hastighed.

Hvis man kigger på lysbølger på samme måde, hvad forstår man så egentligt med lysets hastighed ?

Eigil

  • 0
  • 0

Vi laver et roterende system, hvor vi lader lyset gå modsat rundt - i praksis er dette er lasergyroskop baseret på sagnac effekten - se http://en.wikipedia.org/wiki/Sagnac_effect .

Et spørgsmål til bl.a. Christian Bierlich

Hvis man laver en "ring"-bundt af et metamateriale med brydningsindeks=nul, så vil en ringlasergyroskop/optisk fiber gyroskop vel ikke registrere en rotation som interferens - da interferensen ikke opstår? :-)

Harvard University. (2015, October 19). To infinity and beyond: Light goes infinitely fast with new on-chip material. ScienceDaily: http://www.sciencedaily.com/releases/2015/... Citat: "... Although this infinitely high velocity sounds like it breaks the rule of relativity, it doesn't. Nothing in the universe travels faster than light carrying information -- Einstein is still right about that. But light has another speed, measured by how fast the crests of a wavelength move, known as phase velocity. This speed of light increases or decreases depending on the material it's moving through. ... When the refraction index is reduced to zero, really weird and interesting things start to happen. [] In a zero-index material, there is no phase advance, meaning light no longer behaves as a moving wave, traveling through space in a series of crests and troughs. Instead, the zero-index material creates a constant phase -- all crests or all troughs -- stretching out in infinitely long wavelengths. The crests and troughs oscillate only as a variable of time, not space. ... "Integrated photonic circuits are hampered by weak and inefficient optical energy confinement in standard silicon waveguides," said Yang Li, a postdoctoral fellow in the Mazur Group and first author on the paper. "This zero-index metamaterial offers a solution for the confinement of electromagnetic energy in different waveguide configurations because its high internal phase velocity produces full transmission, regardless of how the material is configured." [] The metamaterial consists of silicon pillar [silicium pæle] arrays embedded in a polymer matrix and clad in gold film. It can couple to silicon waveguides to interface with standard integrated photonic components and chips. [] "In quantum optics, the lack of phase advance would allow quantum emitters in a zero-index cavity or waveguide to emit photons which are always in phase with one another," said Philip Munoz, a graduate student in the Mazur lab and co-author on the paper. [] "It could also improve entanglement between quantum bits, as incoming waves of light are effectively spread out and infinitely long, enabling even distant particles to be entangled." ..."

Hvor svært kan det være atlave optiske fibre med brydningsindeks=nul, når nu danskere og brittere kan lave optiske fibre der bedre pga. huller:

.22. jan 1999, Dansk gennembrud i fiberoptik: http://ing.dk/artikel/dansk-gennembrud-i-f... Citat: "... Lyset løber langs lufthullet, hvor brydningsindeks er 1 og ikke i kvartsmaterialet, hvor brydningsindeks er omkring 1,45. ... Dog muliggør egenskaberne for den nye type fiber, at mange bølgelængder kan ledes gennem fiberen, uden at laserpulserne udtværes undervejs, og den samlede transmissionskapacitet derved kan øges, så anvendelser inden for telekommunikation kan ikke totalt udelukkes. ... Mere interessant er, at den nye type fibre udviser meget stor dobbeltbrydning. Det betyder, at lys polariseret i to på hinanden forskellige vinkelrette retninger ikke vil forstyrre hinanden. Det sker normalt meget let i almindelige fibre. Fibrene er således meget anvendelige til at transportere polariseret laserlys fra et sted til et andet, f.eks. i et laboratorium. Da det er muligt at designe fibre, hvor det meste af effekten går gennem luften, kan man tilmed sende højere effekt end i kvartsfibre, som risikerer at brænde sammen under meget høje laserenergier. ..."

Fibre optic gyroscope: https://en.wikipedia.org/wiki/Fibre_optic_...

-

.9. mar 2000, NKT vil lave fibre med huller. DTU og NKT samarbejder om fremstilling af ny slags optiske fibre. De kommercielle muligheder for at benytte den nye fibertype til telekommunikation over lange afstande er lovende: http://ing.dk/artikel/nkt-vil-lave-fibre-m...

.17. mar 2000, NKT vil lave fibre med huller. NKT og DTU går sammen om et nyt selskab, der skal udvikle optiske fibre http://ing.dk/artikel/nkt-vil-lave-fibre-m...

.11. jul 2015, Snart kan optiske fibre 3D-printes. Nyt britisk forskningsprojekt skal udvikle teknik til at producere avancerede specialfibre med 3D-printere. http://ing.dk/artikel/snart-kan-optiske-fi... Citat: "... »Med en sådan teknik kan vi fremstille preforme, som det i dag er vanskeligt eller helt umuligt at producere,« forklarer Jayanta Sahu i en pressemeddelelse. ..."

  • 0
  • 0

Smider man f.eks. en træklods ud på vandet, vil man se, at den ikke flytter sig. Den bevæger sig bare op og ned.

Hej Eigil

Det er for det meste rigtigt, men laver du en traktor bølgestråle/interferensmønster(?) kan du faktisk flytte træklodsen som du har lyst til:

Aug 10, 2014, Physicists create water tractor beam: http://phys.org/news/2014-08-physicists-tr... Citat: "... ["Surfe" mod bølgeretningen :-) :] "We have figured out a way of creating waves that can force a floating object to move against the direction of the wave," said Dr Horst Punzmann, from the Research School of Physics and Engineering, who led the project. "No one could have guessed this result," he said. ... Using a ping-pong ball in a wave tank, the group worked out the size and frequency of the waves required to move the ball in whichever direction they want. ... As yet no mathematical theory can explain these experiments, Dr Punzmann said. ..."

May 2, 2014, A Tractor Beam Made of Sound. It can't pull a spaceship into the Death Star, but the acoustic tractor beam is the most powerful yet created: http://www.popularmechanics.com/space/a105...

April 30, 2014, Viewpoint: A Macroscopic Tractor Beam with Acoustic Waves: http://physics.aps.org/articles/v7/46 Citat: "... In the case of a light beam, however, this is counterintuitive, because we have known since Maxwell developed his electromagnetic theory that, owing to linear momentum, light exerts radiation pressure on matter in the direction of propagation. But at the microscopic level, an optical tractor beam has indeed been demonstrated: researchers have developed special optical beams that can pull nanoparticles opposite to the propagation direction [1]. ... The net effect might be either a decreasing of the positive radiation pressure (pushing force) [(Fig. 1(b)] or even a negative radiation pressure (pulling force), depending on the shape of the object, its size, and its interaction with the wave field. ... Interaction between matter and waves always seems to surprise scientists in new ways. ..."

Spørgsmålet er så, om man kan designe stående bølger i en hul klods, som kan give en retningsbestemt kraft?:

.16. aug 2015, Kan mikrobølger sende astronauter til Mars på 70 dage? Mikrobølgeenergi kan både løse klimaproblemer og få astronauter til det ydre rum på ingen tid, mener britisk ingeniør. Astrofysiker på DTU Space er skeptisk. http://ing.dk/artikel/kan-mikroboelger-sen...

November 02, 2015, NASA Eagleworks has tested an upgraded Emdrive: http://nextbigfuture.com/2015/11/nasa-eagl... Citat: "... Given all of the above TP wiring and test article modifications with respect to our 2014 AIAA/JPC paper design baseline needed to address these Lorentz force magnetic interaction issues, they are still seeing over 100uN of force with 80W of RF power going into the frustum running in the TM212 resonant mode, now in both directions, dependent on the direction of the mounted integrated test article on the TP. However these new plus and minus thrust signatures are still contaminated by thermally induced TP center of gravity (cg) zero-thrust baseline shifts brought on by the expansion of the copper frustum and aluminum RF amp and its heat sink when heated by the RF, even though these copper and aluminum cg shifts are now fighting each other. ..."

( Anden omtale: November 2, 2015, In a new round of testing, NASA confirms yet again that the 'impossible' EMdrive thruster works, digitaltrends.com Citat: "...Isaac Newton should be sweating..." )

  • 0
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten