Wetenschapsforum

De titel zegt eigenlijk al zo goed als alles..."Waarom is C invariant?"

Ik heb laatst wat gelezen over de relativiteitstheorie omdat het een mij redelijk onbekend gebied is, maar het feit dat C invariant is ten opzichte van elke waarnemer gaat er niet in.

De invariantie van de lichtsnelheid c (let op de juiste notatie) is een gevolg van de elektromagnetische wetten die door de Schotse wiskundige James Clerk Maxwell zijn opgesteld. Uit deze wetten volgt dat elektromagnetische straling zich altijd met de lichtsnelhed voortbeweegt, en dat licht dus ook een elektromagnetisch stralingsverschijnsel is. Omdat licht zich volgens de wetten van Maxwell altijd met dezelfde snelheid c voortplant vormt dit een van de uitgangspunten van de speciale relativiteitstheorie.

Dat is te kort door de bocht. Volgens Maxwell bewoog elektromagnetisch straling zich in vacuüm met de snelheid c ten opzichte van de ether. Verder heeft Einstein de Maxwell vergelijkingen expres niet als basis voor de SRT gekozen omdat hij dat een te zwak fundament vond. Toen er bij experimenten geen verschil in de lichtsnelheid als gemeten door verschillende inertiaalwaarnemers werd gevonden zijn daar verschillende oplossingen voor aangedragen. Lorentz en anderen meenden dat klokken en meetlatten als gevolg van hun beweging ten opzichte van de ether zodanig deformeren dat de door inertiaalwaarnemers gemeten lichtsnelheid altijd op c uitkomt. Einstein stelde eenvoudigweg dat de gemeten lichtsnelheid voor alle inertiaalwaarnemers c is. Einsteins theorie verklaart dan ook niet waarom dat zo is, maar zijn theorie rekent wat gemakkelijker dan de theorie van Lorentz en consorten. Daarom heeft Einstein tegenwoordig de meeste aanhangers.

Het feit dat c constant is voor elke waarnemer moet wel een hele byzondere oorzaak hebben, maar wat we tot nu toe alleen maar kunnen is uitgaan van het gegeven dat c constant is en op basis daarvan de resulterende effecten beschrijven. Dat is dus iets heel anders dan fundamenteel begrijpen waarom c constant is wat de vraag is van de topicstarter. Als we dat begrijpen dan begrijpen we denk ik ook veel meer van de werkelijke aard van het binnenste van zwarte gaten en het heelal als geheel of zelfs meerdere universums.

Ik denk dat we de oorzaak van de vaste waarde van de lichtsnelheid moeten zoeken in de eigenschappen van de ruimtetijd.
De snelheid van het licht is oneindig, maar voor de waarnemer waar de lichtstraal aankomt heeft de tijd een andere waarde als die waar de lichtstraal vertrokken is. Hierdoor lijkt het dat het licht er een bepaalde tijd over heeft gedaan en kunnen we dus een lichtsnelheid bepalen. Maar we bepalen feitelijk de verhouding tussen de dimensie tijd en de ruimtelijke dimensies in onze ruimtetijd. En die is onafhankelijk van de waarnemer.

Olof Bosma schreef: ↑wo 08 jul 2020, 00:42 Ik denk dat we de oorzaak van de vaste waarde van de lichtsnelheid moeten zoeken in de eigenschappen van de ruimtetijd.
De snelheid van het licht is oneindig, maar voor de waarnemer waar de lichtstraal aankomt heeft de tijd een andere waarde als die waar de lichtstraal vertrokken is. Hierdoor lijkt het dat het licht er een bepaalde tijd over heeft gedaan en kunnen we dus een lichtsnelheid bepalen. Maar we bepalen feitelijk de verhouding tussen de dimensie tijd en de ruimtelijke dimensies in onze ruimtetijd. En die is onafhankelijk van de waarnemer.

Wat je nu zegt is wel een hele interessante. Wat er dan gelijk in mij opkomt is de vraag of die verhouding altijd al hetzelfde is geweest of simpelweg een functie is van hoe de ruimtetijd er nu uitziet. Het heelal dijt uit, dus is ruimtetijd dan een vaststaand iets of veraqndert dat ook in de loop van de tijd. En kan dat mischien zelfs verklaren waarom het heelal als we steeds verder wegkijken allerlei vreemde verschijnselen geeft als roodverschuiving die steeds groter wordt als je verder weg kijkt waaruit je dan zou moeten concluderen dat een deel van het heelal sneller uitdijt dan de lichtsnelheid. Maar misschiebn is dat allemaal wel een illusie en heeft het te maken met de verhouding tussen de dimensie tijd en de ruimtelijke dimensies in onze ruimtetijd die varieert als je verder wegkijkt?

Tijd krijgt dan eigenlijk een hele andere betekenis en is het gevolg van de structuur 'ruimtetijd' Die structuur is dan feitelijk overal tegelijk, dus heeft geen tijd in zich, maar het begrip 'tijd' ontstaat dan door de eigenschap van ruimtetijd dat die zich op een bepaalde manier voortplant, maar die manier van voortplanten kan best afhankelijk zijn van de structuur zelf op een bepaald moment. Ik vergelijk het dan met een gas waarin geluid zich voortplant. als het gas dichter is is de voorplantingssnelheid groter. stel dat je dat gas zou kunnen vergelijken met de ruimtetijd en de ruimtetijd breidt zich uit vanaf de oerknal (vergelijk dat even met gas wat expandeert vanuit een dynamietstaaf die je laat exploderen in een vacuum) dan manifesteert de tijd (geluidssnelheid in het gas) zich mogelijk anders als de ruimtetijd minder ver is uitgedijt (daarbuiten is dus geen ruimtetijd, net zoals er geen gas is buiten het uitbreidingsgebied van de gasexplosie) en als wij verder weg kijken in het heelal is dat wat we dus zien: een lagere lichtsnelheid verder weg omdat daar de ruimtetijd minder 'dicht' is.

Wat ik hiervoor zeg is volgens mij wel tegenstrijdig met de huidige opvattingen dat het heelal er overal hetzelfde uitziet en er dus ook geen middelpunt is aan te wijzen. Maar dan is natuurlijk de vraag hoe we tot die conclusie gekomen zijn dat het heelal er overal hetzelfde uitziet. En of er niet meer mogelijke verklaringen zijn voor hoe we het heelal vanaf hier waarnemen, bv omdat we net toevallig wel in de buurt zitten van de oorsprong van de oerknal, net zo toevallig als dat er nu net leven is op aarde en nergens andere in het heelal tot nu toe bekend.

Olof Bosma schreef: ↑wo 08 jul 2020, 00:42 De snelheid van het licht is oneindig, maar voor de waarnemer waar de lichtstraal aankomt heeft de tijd een andere waarde als die waar de lichtstraal vertrokken is. Hierdoor lijkt het dat het licht er een bepaalde tijd over heeft gedaan en kunnen we dus een lichtsnelheid bepalen.

Voor iets dat met de lichtsnelheid reist is de snelheid inderdaad oneindig.
Maar als het tweede waar zou zijn, dan zou een lichtstraal die gespiegeld wordt zonder tijdverloop moeten aankomen op de plaats van vertrek.

Ik ga even Occam's razor toepassen:
Waarom is c constant? Omdat het een intrinsieke eigenschap is van het foton. Het foton is de mediator van elektromagnetische straling, en straling moet nu eenmaal met een bepaalde snelheid bewegen want anders is het geen straling.

De 'lichtsnelheid' geldt niet alleen voor licht.
Bijvoorbeeld zwaartekracht heeft dezelfde snelheid.

Het is de maximale snelheid van causaliteit, de maximale snelheid van informatie.

Xilvo schreef: ↑wo 08 jul 2020, 11:04 Voor iets dat met de lichtsnelheid reist is de snelheid inderdaad oneindig.
Maar als het tweede waar zou zijn, dan zou een lichtstraal die gespiegeld wordt zonder tijdverloop moeten aankomen op de plaats van vertrek.

Nee, want bij het spiegelen onderging het licht een grote snelheidsverandering op grote afstand van het vertrekpunt en dat leidt tot een lang tijdsverloop op het punt van vertrek voor een daar gebleven waarnemer (tweelingparadox).

Olof Bosma schreef: ↑wo 08 jul 2020, 13:36 ... dat leidt tot een lang tijdsverloop op het punt van vertrek voor een daar gebleven waarnemer (tweelingparadox).

Dat is inderdaad hoe de tweelingparadox werkt. Ik ga er nog eens op puzzelen.

Xilvo schreef: ↑wo 08 jul 2020, 13:28 De 'lichtsnelheid' geldt niet alleen voor licht.
Bijvoorbeeld zwaartekracht heeft dezelfde snelheid.

Het is de maximale snelheid van causaliteit, de maximale snelheid van informatie.

Dat is niet zo gek als de snelheid in werkelijkheid oneindig is maar eindig lijkt door de eigenschappen van de ruimtetijd.

Xilvo schreef: ↑wo 08 jul 2020, 13:28 De 'lichtsnelheid' geldt niet alleen voor licht.
Bijvoorbeeld zwaartekracht heeft dezelfde snelheid.

Het is de maximale snelheid van causaliteit, de maximale snelheid van informatie.

Het klinkt aannemelijk dat de snelheid van zwaartekracht het zelfde moet zijn als de lichtsnelheid. We hebben echter het graviton nog niet ontdekt en kunnen er dus ook geen metingen aan doen.