Односторонняя скорость света

При использовании термина « скорость света » иногда необходимо проводить различие между скоростью в одностороннем направлении и скоростью в двустороннем направлении. от «Одностороннюю» скорость света источника к детектору нельзя измерить независимо от соглашения о том, как синхронизировать часы источника и детектора . Однако экспериментально можно измерить скорость света туда и обратно (или «двустороннюю» скорость света ) от источника к зеркалу (или другому методу отражения ) и обратно к детектору . Альберт Эйнштейн выбрал соглашение о синхронизации (см. Синхронизация Эйнштейна ), согласно которому односторонняя скорость равна скорости двустороннего движения. Постоянство односторонней скорости в любой данной инерциальной системе отсчета является основой его специальной теории относительности , хотя все экспериментально проверяемые предсказания этой теории не зависят от этого соглашения.

Были предложены эксперименты, которые пытаются напрямую измерить одностороннюю скорость света независимо от синхронизации, но ни один из них не преуспел в этом. Эти эксперименты напрямую устанавливают, что синхронизация с медленным тактовым транспортом эквивалентна синхронизации Эйнштейна, что является важной особенностью специальной теории относительности. Однако эти эксперименты не могут напрямую установить изотропию односторонней скорости света, поскольку было показано, что медленная тактовая передача, законы движения и способ определения инерциальных систем отсчета уже включают предположение об изотропности односторонней скорости света. скорости и, таким образом, одинаково условны. В целом было показано, что эти эксперименты согласуются с анизотропной односторонней скоростью света, пока двусторонняя скорость света изотропна.

Под «скоростью света» в этой статье понимается скорость всего электромагнитного излучения в вакууме .

Двусторонняя скорость

Путь света туда и обратно в интерферометре Майкельсона .

Двусторонняя скорость света — это средняя скорость света от одной точки, например источника, до зеркала и обратно. Поскольку свет начинается и заканчивается в одном и том же месте, для измерения общего времени необходимы только одни часы; таким образом, эта скорость может быть определена экспериментально независимо от какой-либо схемы тактовой синхронизации. Любое измерение, при котором свет следует по замкнутому пути, считается двусторонним измерением скорости.

Многие тесты специальной теории относительности, такие как эксперимент Майкельсона-Морли и эксперимент Кеннеди-Торндайка, показали в жестких пределах, что в инерциальной системе отсчета двусторонняя скорость света изотропна и не зависит от рассматриваемого замкнутого пути. В экспериментах по изотропии типа Майкельсона-Морли не используются внешние часы для прямого измерения скорости света, а скорее сравниваются две внутренние частоты или часы. Поэтому такие эксперименты иногда называют «экспериментами по анизотропии часов», поскольку каждое плечо интерферометра Майкельсона можно рассматривать как световые часы с определенной скоростью, зависимости относительной ориентации которых можно проверить.

С 1983 года метр определяется . как расстояние, проходимое светом в вакууме 1/299 секунды 792 . 458 Это означает, что скорость света больше нельзя экспериментально измерить в единицах СИ, но длину метра можно экспериментально сравнить с каким-то другим эталоном длины.

Скорость в одну сторону

Однонаправленный путь света при аберрации света

Хотя среднюю скорость на пути с двусторонним движением можно измерить, скорость в одном направлении в том или ином направлении не определена (а не просто неизвестна), если только невозможно определить, что такое «одно и то же время» в двух разных местах. Чтобы измерить время, которое потребовалось свету, чтобы пройти из одного места в другое, необходимо знать время начала и окончания, измеренное в одной и той же шкале времени. Для этого требуются либо два синхронизированных часа, один на старте и один на финише, либо какие-то средства мгновенной отправки сигнала от старта до финиша. Мгновенных средств передачи информации не известно. Таким образом, измеренное значение средней скорости в одном направлении зависит от метода, используемого для синхронизации часов старта и финиша. Это вопрос конвенции.Преобразование Лоренца определяется таким образом, что односторонняя скорость света будет измеряться независимо от выбранной инерциальной системы отсчета.

Некоторые авторы, такие как Мансури и Сексл (1977) а также Уилл (1992) утверждал, что эта проблема не влияет на измерения изотропии односторонней скорости света, например, из-за зависящих от направления изменений относительно «предпочтительной» (эфирной) системы отсчета Σ. Они основывали свой анализ на конкретной интерпретации теории RMS-теста применительно к экспериментам, в которых свет следует однонаправленному пути , и к экспериментам с медленным переносом часов . Уилл согласился с тем, что невозможно измерить одностороннюю скорость между двумя часами, используя метод времени пролета без схемы синхронизации, хотя он утверждал: «...проверка изотропии скорости между теми же двумя часами, что и ориентация пути распространения меняется относительно Σ не должна зависеть от того, как они были синхронизированы..." . Он добавил, что теории эфира можно привести в соответствие с теорией относительности только путем введения специальных гипотез . В более поздних статьях (2005, 2006) Уилл называл эти эксперименты измерением «изотропии скорости света с использованием одностороннего распространения» .

Однако другие, такие как Чжан (1995, 1997), и Андерсон и др . (1998) показал, что эта интерпретация неверна. Например, Андерсон и др. указал, что условность одновременности должна учитываться уже в выделенной системе отсчета, поэтому все предположения относительно изотропности односторонней скорости света и других скоростей в этой системе также условны. Таким образом, RMS остается полезной тестовой теорией для анализа тестов лоренц-инвариантности и двусторонней скорости света, но не односторонней скорости света. Они пришли к выводу: «... нельзя даже надеяться проверить изотропность скорости света, не выведя в ходе того же эксперимента одностороннее числовое значение, по крайней мере в принципе, что тогда противоречило бы условности синхронности ." Используя обобщения преобразований Лоренца с анизотропными односторонними скоростями , Чжан и Андерсон отметили, что все события и экспериментальные результаты, совместимые с преобразованием Лоренца и изотропной односторонней скоростью света, также должны быть совместимы с преобразованиями, сохраняющими постоянство двусторонней скорости света. и изотропия, допуская при этом анизотропные односторонние скорости.

Соглашения о синхронизации

Способ синхронизации удаленных часов может повлиять на все измерения времени на расстоянии, такие как измерения скорости или ускорения. В экспериментах по изотропии соглашения об одновременности часто не формулируются явно, но неявно присутствуют в способе определения координат или в используемых законах физики.

Конвенция Эйнштейна

Смотрите также: синхронизация Эйнштейна

Этот метод синхронизирует удаленные часы таким образом, что односторонняя скорость света становится равной двусторонней скорости света. Если сигнал, отправленный из A в момент времени $t_{1}$ прибывает в B вовремя $t_{2}$ и возвращаясь к A вовремя $t_{3}$, то применяется следующее соглашение:

$t_{2}=t_{1}+{\tfrac {1}{2}}\left(t_{3}-t_{1}\right)$.

Детали этого метода и условия, обеспечивающие его непротиворечивость, обсуждаются в книге «Синхронизация Эйнштейна» .

Медленный транспорт часов

Легко продемонстрировать, что если два часа свести вместе и синхронизировать, а затем быстро отодвинуть одни часы назад и обратно, то двое часов больше не будут синхронизированы. Этот эффект обусловлен замедлением времени . Это было измерено в различных тестах и ​​связано с парадоксом близнецов .

Однако, если один тактовый сигнал медленно перемещается в кадре S и возвращается, два тактовых сигнала будут почти синхронизированы, когда они снова сойдутся вместе. Часы могут оставаться синхронизированными с произвольной точностью, перемещая их достаточно медленно. Если принять, что при медленном движении часы всегда остаются синхронизированными, даже если они разделены, этот метод можно использовать для синхронизации двух пространственно разделенных часов. В пределе, когда скорость транспорта стремится к нулю, этот метод экспериментально и теоретически эквивалентен соглашению Эйнштейна. Хотя эффектом замедления времени на эти часы больше нельзя пренебрегать при анализе в другой относительно движущейся системе отсчета S'. Это объясняет, почему часы остаются синхронизированными в S, хотя они больше не синхронизированы с точки зрения S', устанавливая относительность одновременности в соответствии с синхронизацией Эйнштейна. Следовательно, проверка эквивалентности между этими схемами синхронизации часов важна для специальной теории относительности, и некоторые эксперименты, в которых свет следует однонаправленному пути, доказали эту эквивалентность с высокой точностью.

К сожалению, если односторонняя скорость света анизотропна, правильный коэффициент замедления времени становится ${\mathcal {T}}={\frac {1}{\gamma (1-\kappa v/c)}}$, с параметром анизотропии κ между -1 и +1. Это вводит новый линейный член, $\lim _{\beta \to 0}{\mathcal {T}}=1+\kappa \beta +O(\beta ^{2})$ (здесь $\beta =v/c$), что означает, что замедление времени больше нельзя игнорировать на малых скоростях, и медленный тактовый транспорт не сможет обнаружить эту анизотропию. Таким образом, это эквивалентно синхронизации Эйнштейна.

Нестандартные синхронизации

Как продемонстрировали Ганс Райхенбах и Адольф Грюнбаум , синхронизация Эйнштейна — это лишь частный случай более широкой схемы синхронизации, которая оставляет двустороннюю скорость света неизменной, но допускает различные односторонние скорости. Формула синхронизации Эйнштейна модифицируется путем замены ½ на ε:

$t_{2}=t_{1}+\varepsilon \left(t_{3}-t_{1}\right).$

ε может иметь значения от 0 до 1. Было показано, что эту схему можно использовать для эквивалентных с точки зрения наблюдений переформулировок преобразования Лоренца, см. « Обобщения преобразований Лоренца с анизотропными односторонними скоростями» .

Как того требует экспериментально доказанная эквивалентность синхронизации Эйнштейна и медленной тактовой транспортной синхронизации, которая требует знания замедления времени движущихся часов, те же самые нестандартные синхронизации должны также влиять на замедление времени. Действительно, было отмечено, что замедление времени движущихся часов зависит от соглашения об односторонних скоростях, используемого в их формуле. То есть замедление времени можно измерить, синхронизировав два неподвижных часа А и В, а затем с ними сравнивают показания движущихся часов С. Изменение соглашения о синхронизации для A и B делает значение замедления времени (например, скорость света в одном направлении) зависимым от направления. Та же условность применима и к влиянию замедления времени на эффект Доплера . Только когда замедление времени измеряется на замкнутых путях, оно не является традиционным и может быть однозначно измерено, как двусторонняя скорость света. Замедление времени на замкнутых траекториях измерялось в эксперименте Хафеле-Китинга и в экспериментах по замедлению времени движущихся частиц, таких как Бейли и др . (1977). Таким образом, так называемый парадокс близнецов возникает во всех преобразованиях, сохраняющих постоянство двусторонней скорости света.

Инерциальные системы и динамика

Против условности односторонней скорости света возражали, что эта концепция тесно связана с динамикой , законами движения и инерциальными системами отсчета . Салмон описал некоторые варианты этого аргумента, используя сохранение импульса , из которого следует, что два равных тела в одном и том же месте, одинаково ускоренные в противоположных направлениях, должны двигаться с одинаковой односторонней скоростью. Точно так же Оганян утверждал, что инерциальные системы отсчета определяются так, что законы движения Ньютона выполняются в первом приближении. Следовательно, поскольку законы движения предсказывают изотропные односторонние скорости движущихся тел с равным ускорением, а также из-за экспериментов, демонстрирующих эквивалентность между синхронизацией Эйнштейна и медленной тактовой транспортной синхронизацией, представляется необходимым и непосредственно измеренным, чтобы одно- Кстати, скорость света изотропна в инерциальных системах отсчета. В противном случае и концепция инерциальных систем отсчета, и законы движения должны быть заменены гораздо более сложными, включающими анизотропные координаты.

Однако другими было показано, что это принципиально не противоречит общепринятому мнению об односторонней скорости света. Салмон утверждал, что сохранение импульса в его стандартной форме с самого начала предполагает изотропную одностороннюю скорость движущихся тел. Таким образом, здесь используется практически то же соглашение, что и в случае с изотропной односторонней скоростью света, поэтому использование этого аргумента против условности скорости света было бы круговым. А в ответ Оганяну и Макдональд, и Мартинес утверждали, что, хотя законы физики усложняются из-за нестандартной синхронности, они по-прежнему являются последовательным способом описания явлений. Они также утверждали, что нет необходимости определять инерциальную систему отсчета с точки зрения законов движения Ньютона, поскольку возможны и другие методы. Кроме того, Айер и Прабху различали «изотропные инерциальные системы отсчета» со стандартной синхронностью и «анизотропные инерциальные системы отсчета» с нестандартной синхронностью.

видимому, измеряют одностороннюю скорость света

утверждалось использование одностороннего светового сигнала

Гривза, Родригеса и Руиса

В октябрьском выпуске Американского журнала физики за 2009 год Гривз, Родригес и Руис-Камачо предложили новый метод измерения односторонней скорости света. В июньском выпуске Американского журнала физики за 2013 год Ханкинс, Раксон и Ким повторили выводы Гривза и др. эксперимент с целью получить с большей точностью одностороннюю скорость света. В этом эксперименте предполагалось, что путь возврата сигнала к измерительному устройству имеет постоянную задержку, независимую от конечной точки пути полета света, что позволяет измерять время полета в одном направлении.

Дж. Финкельштейн показал, что Greaves et al. эксперимент фактически измеряет скорость света в обоих направлениях.

Эксперименты, в которых свет следует по однонаправленному пути

Список затмений спутника Юпитера Ио, которые легли в основу открытия Оле Рёмером конечной скорости света.

Многие эксперименты, направленные на измерение односторонней скорости света или ее изменения в зависимости от направления, были проведены (а иногда и продолжаются), в которых свет следует однонаправленному пути. Утверждалось, что в этих экспериментах измерялась односторонняя скорость света независимо от каких-либо соглашений о синхронизации часов, но было показано, что все они фактически измеряют двустороннюю скорость, поскольку они согласуются с обобщенными преобразованиями Лоренца, включая синхронизацию с различными односторонние скорости на основе изотропной двусторонней скорости света (см. разделы односторонняя скорость и обобщенные преобразования Лоренца ).

Эти эксперименты также подтверждают согласие между синхронизацией часов путем медленного транспорта и синхронизацией Эйнштейна. Хотя некоторые авторы утверждали, что этого достаточно, чтобы продемонстрировать изотропность односторонней скорости света, было показано, что такие эксперименты не могут каким-либо значимым образом измерить (ан)изотропию односторонней скорости света, если инерциальные системы отсчета и координаты не определены с самого начала, так что пространственные и временные координаты, а также медленные часы транспорт описывается изотропно (см. разделы инерциальные системы и динамика и односторонняя скорость ). Независимо от этих различных интерпретаций, наблюдаемое согласие между этими схемами синхронизации является важным предсказанием специальной теории относительности, поскольку это требует, чтобы транспортируемые часы подвергались замедлению времени (которое само по себе зависит от синхронизации), если смотреть из другого кадра (см. разделы Медленная транспортировка часов и Нестандартные синхронизации ).

Эксперимент JPL

В этом эксперименте, проведенном в 1990 году Лабораторией НАСА реактивного движения , измерялось время прохождения световых сигналов через оптоволоконную связь между двумя водородными мазерными часами. В 1992 году результаты эксперимента были проанализированы Клиффордом Уиллом , который пришел к выводу, что в ходе эксперимента действительно была измерена односторонняя скорость света.

В 1997 году эксперимент был повторно проанализирован Чжаном, который показал, что на самом деле измерялась только скорость двустороннего движения.

Измерение Рёмера

Первое экспериментальное определение скорости света было сделано Оле Кристенсеном Рёмером . Может показаться, что этот эксперимент измеряет время, за которое свет проходит часть орбиты Земли, и таким образом определяет его одностороннюю скорость, однако этот эксперимент был тщательно повторно проанализирован Чжаном, который показал, что это измерение не позволяет измерить скорость независимо. схемы синхронизации часов, но фактически использовал систему Юпитера в качестве медленно транспортируемых часов для измерения времени прохождения света.

Австралийский физик Карлов также показал, что Рёмер действительно измерил скорость света, неявно сделав предположение о равенстве скоростей света туда и обратно.

сравнивающие синхронизацию Эйнштейна с медленной тактовой транспортной

Эксперименты	Год		$\Delta c/c$
Эксперименты с мессбауэровским ротором	1960-е годы	Гамма-излучение направлялось из задней части вращающегося диска в его центр. Ожидалось, что анизотропия скорости света приведет к доплеровским сдвигам.	$<3\times 10^{-8}$
Вессот и др .	1980	Сравнение времени прохождения сигнала восходящей и нисходящей линии связи Gravity Probe A.	$\sim 10^{-8}\!$
Риис и др .	1988	Сравнение частоты двухфотонного поглощения в пучке быстрых частиц, направление которого было изменено относительно неподвижных звезд, с частотой покоящегося поглотителя.	$<3\times 10^{-9}$
Нельсон и др .	1992	Сравнение частот водородных мазерных часов и импульсов лазерного света. Длина пути составила 26 км.	$<1.5\times 10^{-6}$
Вольф и Пети	1997	Сравнение часов водородных мазерных часов на Земле и часов цезия и рубидия на борту 25 спутников GPS .	$<5\times 10^{-9}$

которые можно провести с односторонней скоростью

Художественная иллюстрация яркого гамма-всплеска . Измерения света от таких объектов были использованы, чтобы показать, что односторонняя скорость света не меняется с частотой.

Хотя нельзя проводить эксперименты, в которых односторонняя скорость света измеряется независимо от какой-либо схемы синхронизации часов, можно проводить эксперименты, измеряющие изменение односторонней скорости света, вызванное, например, движением источника. К таким экспериментам относятся эксперимент де Ситтера с двойной звездой (1913 г.), убедительно повторенный в рентгеновском спектре К. Брехером в 1977 г.; или наземный эксперимент Альвагера и др . (1963); они показывают, что при измерении в инерциальной системе отсчета односторонняя скорость света не зависит от движения источника в пределах экспериментальной точности. В таких экспериментах часы можно синхронизировать любым удобным способом, поскольку измеряется лишь изменение скорости.

Наблюдения прихода излучения от далеких астрономических событий показали, что односторонняя скорость света не меняется с частотой, то есть вакуумная дисперсия света отсутствует. Точно так же различия в одностороннем распространении между левыми и правыми фотонами, приводящие к двойному лучепреломлению в вакууме , были исключены путем наблюдения одновременного прибытия света далеких звезд. Текущие ограничения на оба эффекта, часто анализируемые с помощью расширения стандартной модели , см. в разделах «Современные поиски нарушения Лоренца § Дисперсия вакуума» и «Современные поиски нарушения Лоренца § Двойное лучепреломление в вакууме» .

Эксперименты со скоростями двустороннего и одностороннего движения с использованием расширения

Основная статья: Современные поиски нарушения Лоренца

Хотя приведенные выше эксперименты были проанализированы с использованием обобщенных преобразований Лоренца , как в теории тестов Робертсона-Мансури-Сексла , многие современные тесты основаны на расширении стандартной модели (SME). Эта тестовая теория включает в себя все возможные нарушения Лоренца не только специальной теории относительности, но Стандартной модели и общей теории относительности также . Что касается изотропии скорости света, то как двусторонние, так и односторонние пределы описываются с помощью коэффициентов (матрицы 3×3):

• ${\tilde {\kappa }}_{e-}$ представляющие анизотропные сдвиги двусторонней скорости света,
• ${\tilde {\kappa }}_{o+}$ представляющие анизотропные различия в односторонней скорости встречных лучей вдоль оси,
• ${\tilde {\kappa }}_{tr}$ представляющие изотропные (независимые от ориентации) сдвиги односторонней фазовой скорости света.

С 2002 года была проведена (и проводится) серия экспериментов по проверке всех этих коэффициентов с использованием, например, симметричных и асимметричных оптических резонаторов . По состоянию на 2013 год нарушений Лоренца не наблюдалось, что обеспечивает текущие верхние пределы нарушений Лоренца: ${\tilde {\kappa }}_{e-}=(-0.31\pm 0.73)\times 10^{-17}$, ${\tilde {\kappa }}_{o+}=(0.7\pm 1)\times 10^{-14}$, и ${\tilde {\kappa }}_{tr}=(-0.4\pm 0.9)\times 10^{-10}$. Подробности и источники см. в разделе « Современные поиски нарушения Лоренца § Скорость света» .

Однако частично условный характер этих величин был продемонстрирован Костелецки и др ., указав, что такие изменения скорости света можно устранить с помощью подходящих преобразований координат и переопределений полей. Хотя это не устраняет нарушение Лоренца как таковое , поскольку такое переопределение только переносит нарушение Лоренца из фотонного сектора в материальный сектор SME, таким образом, эти эксперименты остаются действительными тестами нарушения лоренц-инвариантности. Существуют односторонние коэффициенты МСП, которые не могут быть переопределены в другие сектора, поскольку разные световые лучи из одного и того же расстояния напрямую сравниваются друг с другом; см. предыдущий раздел.

, в которых односторонняя скорость света не равна

эквивалентные специальной

Теория

Смотрите также: теория эфира Лоренца

Хендрик Антон Лоренц

В 1904 и 1905 годах Хендрик Лоренц и Анри Пуанкаре предложили теорию, объясняющую отрицательный результат эксперимента Майкельсона-Морли влиянием движения через эфир на длину физических объектов и скорость хода часов. Из-за движения в эфире объекты сжимались в направлении движения, а часы замедлялись. Таким образом, в этой теории медленно перемещаемые часы, как правило, не остаются синхронизированными, хотя этот эффект не может наблюдаться. Уравнения, описывающие эту теорию, известны как преобразования Лоренца . В 1905 году эти преобразования стали основными уравнениями специальной теории относительности Эйнштейна, которая предложила те же результаты без ссылки на эфир.

Теоретически односторонняя скорость света в принципе равна двусторонней скорости только в эфирной системе отсчета, но не в других системах отсчета из-за движения наблюдателя через эфир. Однако разницу между односторонней и двусторонней скоростями света невозможно наблюдать из-за воздействия эфира на часы и длины. Следовательно, в этой модели также используется соглашение Пуанкаре-Эйнштейна, делающее одностороннюю скорость света изотропной во всех системах отсчета.

Несмотря на то, что эта теория экспериментально неотличима от специальной теории относительности, теория Лоренца больше не используется по причинам философских предпочтений и из-за развития общей теории относительности .

односторонними

Схема синхронизации, предложенная Райхенбахом и Грюнбаумом и названная ими ε-синхронизацией, получила дальнейшее развитие у таких авторов, как Эдвардс (1963). Винни (1970), Андерсон и Стедман (1977), которые переформулировали преобразование Лоренца, не изменив его физических предсказаний. Например, Эдвардс заменил постулат Эйнштейна о том, что односторонняя скорость света постоянна при измерении в инерциальной системе отсчета, постулатом:

Двусторонняя скорость света в вакууме, измеренная в двух (инерциальных) системах координат, движущихся с постоянной относительной скоростью, одинакова независимо от каких-либо предположений относительно односторонней скорости.

Таким образом, средняя скорость полета туда и обратно остается экспериментально проверяемой скоростью двустороннего движения, тогда как односторонняя скорость света может принимать форму в противоположных направлениях:

$c_{\pm }={\frac {c}{1\pm \kappa }}.$

κ может иметь значения от 0 до 1. В крайнем случае, когда κ приближается к 1, свет может распространяться в одном направлении мгновенно, при условии, что для перемещения в противоположном направлении потребуется все время прохождения туда и обратно. Вслед за Эдвардсом и Винни Андерсон и др. сформулировали обобщенные преобразования Лоренца для произвольных бустов вида:

${\begin{aligned}d{\tilde {t}}'=&{\tilde {\gamma }}\left[1+\kappa \cdot {\tilde {\mathbf {v} }}/c-\kappa '\cdot {\tilde {\mathbf {v} }}'/c\right]d{\tilde {t}}-\left(\kappa '+{\tilde {\gamma }}{\tilde {\mathbf {v} }}'\right)\cdot d{\tilde {\mathbf {x} }}/c\\&-\left[{\tilde {\gamma }}\left(1+\kappa \cdot {\tilde {\mathbf {v} }}/c\right)-1\right]{\frac {\kappa '\cdot {\tilde {\mathbf {v} }}}{{\tilde {\mathbf {v} }}^{2}c}}{\tilde {\mathbf {v} }}\cdot d{\tilde {\mathbf {x} }}+{\tilde {\gamma }}\kappa \cdot {\tilde {\mathbf {v} }}\left(\kappa \cdot d{\tilde {\mathbf {x} }}\right)/c,\\d{\tilde {\mathbf {x} }}'=&-{\tilde {\gamma }}{\tilde {\mathbf {v} }}d{\tilde {t}}+d{\tilde {\mathbf {x} }}+\left[{\tilde {\gamma }}\left(1+\kappa \cdot {\tilde {\mathbf {v} }}/c\right)-1\right]{\frac {{\tilde {\mathbf {v} }}\cdot d\mathbf {x} }{{\tilde {\mathbf {v} }}^{2}}}{\tilde {\mathbf {v} }}-{\tilde {\gamma }}{\tilde {\mathbf {v} }}\left(\kappa \cdot d{\tilde {\mathbf {x} }}\right)/c,\\{\tilde {\gamma }}=&\gamma \left(1-\kappa \cdot \mathbf {v} /c\right),\\{\tilde {\mathbf {v} }}=&{\frac {\mathbf {v} }{1-\kappa \cdot \mathbf {v} /c}},\end{aligned}}$

(где κ и κ' являются векторами синхронности в кадрах S и S' соответственно). Это преобразование указывает на то, что односторонняя скорость света является общепринятой во всех кадрах, оставляя двустороннюю скорость неизменной. κ=0 означает синхронизацию Эйнштейна, которая приводит к стандартному преобразованию Лоренца. Как показали Эдвардс, Винни и Мансури-Сексл, путем подходящей перестановки параметров синхронности можно достичь даже своего рода «абсолютной одновременности», чтобы смоделировать основное предположение теории эфира Лоренца. То есть в одном кадре односторонняя скорость света выбирается изотропной, в то время как все остальные кадры принимают значения этого «предпочтительного» кадра посредством «внешней синхронизации».

Все предсказания, полученные в результате такого преобразования, экспериментально неотличимы от предсказаний стандартного преобразования Лоренца; разница лишь в том, что определенное время на часах отличается от времени Эйнштейна в зависимости от расстояния в определенном направлении.

не эквивалентные специальной

Тестовые теории

См. Также: Теория испытаний и Тестовые теории специальной теории относительности.

Был разработан ряд теорий, позволяющих оценить степень, в которой экспериментальные результаты отличаются от предсказаний теории относительности. Одной из таких «теорий тестирования» является расширение стандартной модели (SME). Он использует широкий спектр коэффициентов, указывающих на нарушения симметрии Лоренца в специальной теории относительности, общей теории относительности и Стандартной модели . Некоторые из этих параметров указывают на анизотропию двусторонней и односторонней скорости света. Однако было отмечено, что такие изменения скорости света можно устранить путем подходящего переопределения используемых координат и полей. Хотя это и не устраняет нарушения Лоренца как таковые , оно лишь переносит их появление из фотонного сектора в материальный сектор SME (см. выше § Эксперименты с двусторонними и односторонними скоростями с использованием расширения Стандартной модели ).

Дальнейшее чтение

• Дженис, Аллен (2010). «Условность одновременности» . В Залте, Эдвард Н. (ред.). Стэнфордская энциклопедия философии .
• Mathpages: Традиционная мудрость , Путешествие туда и обратно и скорость в одну сторону , Обучение специальной теории относительности
• Рицци, Гвидо; Руджеро, Мэтью Лука; Серафини, Алессио (2005). «Датчики синхронизации и принципы специальной теории относительности» Основы физики . 34 (12): 1835–1887. arXiv : gr-qc/0409105 . Бибкод : 2004FoPh... 34.1835R дои : 10.1007/ s10701-004-1624-3 S2CID   9772999 .
• Сонего, Себастьяно; Пин, Массимо (2009). «Основы анизотропной релятивистской механики». Журнал математической физики . 50 (4): 042902-1–042902-28. arXiv : 0812.1294 . Бибкод : 2009JMP....50d2902S . дои : 10.1063/1.3104065 . S2CID   8701336 .