Jump to content

Гиперболическое движение (относительность)

Гиперболическое движение можно представить на диаграмме Минковского, где движение ускоряющейся частицы происходит вдоль -ось. Каждая гипербола определяется и ) в уравнении ( 2 ).

Гиперболическое движение — это движение объекта с постоянным собственным ускорением в специальной теории относительности . Это называется гиперболическим движением, потому что уравнение, описывающее путь объекта в пространстве-времени, представляет собой гиперболу , что можно увидеть, если нанести его на диаграмму Минковского, координаты которой представляют подходящую инерциальную (неускоренную) систему отсчета. можно обогнать, Это движение имеет несколько интересных особенностей, в том числе то, что фотон если дать ему достаточную фору, как можно заключить из диаграммы. [1]

Герман Минковский (1908) показал связь между точкой на мировой линии и величиной четырехкратного ускорения и «гиперболой кривизны» ( нем . Krümmungshyperbel ). [2] В контексте жесткости борновской Макс Борн (1909) впоследствии ввел термин «гиперболическое движение» ( нем . Hyperbelbewegung ) для случая постоянной величины четырехкратного ускорения, затем дал подробное описание заряженных частиц в гиперболическом движении и ввел соответствующая «гиперболически ускоренная система отсчета» ( нем . Hyperbolisch beschleunigtes Bezugsystem ). [3] Формулы Борна были упрощены и расширены Арнольдом Зоммерфельдом (1910). [4] Ранние обзоры см. в учебниках Макса фон Лауэ (1911, 1921). [5] или Вольфганг Паули (1921). [6] См. также Галерею (2015). [7] или Гургульон (2013), [8] и ускорение (специальная теория относительности)#История .

Мировая линия

[ редактировать ]

Правильное ускорение частицы определяется как ускорение , которое частица «чувствует» при ускорении от одной инерциальной системы отсчета к другой. Если собственное ускорение направлено параллельно линии движения, оно относится к обычному тройному ускорению в специальной теории относительности. к

где - мгновенная скорость частицы, фактор Лоренца , это скорость света , а это координатное время. Решение уравнения движения дает искомые формулы, которые можно выразить через координатное время. а также подходящее время . Для упрощения все начальные значения времени, местоположения и скорости можно установить равными 0, таким образом: [5] [6] [9] [10] [11]

( 1 )

Это дает , которая является гиперболой во времени T и переменной пространственного положения . В этом случае ускоряемый объект находится в точке во время . Если вместо этого имеются начальные значения, отличные от нуля, формулы гиперболического движения принимают вид: [12] [13] [14]

Быстрота

[ редактировать ]

Мировую линию гиперболического движения (которая в дальнейшем будет записываться как функция собственного времени) можно упростить несколькими способами. Например, выражение

может быть подвергнут пространственному сдвигу суммы , таким образом

, [15]

при котором наблюдатель находится в положении во время . Кроме того, установив и введение быстроты , [14] уравнения гиперболического движения сводятся к [4] [16]

( 2 )

с гиперболой .

Заряженные частицы в гиперболическом движении

[ редактировать ]

Родился (1909 г.), [3] Летнее поле (1910), [4] Лауэ (1911), [5] Паули (1921) [6] также сформулировал уравнения электромагнитного поля заряженных частиц , находящихся в гиперболическом движении. [7] Это было расширено Германом Бонди и Томасом Голдом (1955). [17] и Фултон и Рорлих (1960) [18] [19]

Это связано со спорным [20] [21] обсуждаемый вопрос, излучают ли заряды в вечном гиперболическом движении или нет, и соответствует ли это принципу эквивалентности – хотя речь идет об идеальной ситуации, поскольку вечное гиперболическое движение невозможно. В то время как ранние авторы, такие как Борн (1909) или Паули (1921), утверждали, что радиация не возникает, более поздние авторы, такие как Бонди и Голд [17] и Фултон и Рорлих [18] [19] показало, что радиация действительно возникает.

Правильная система отсчета

[ редактировать ]
Путь света через E отмечает видимый горизонт событий наблюдателя P в гиперболическом движении.

В уравнении ( 2 ) для гиперболического движения выражение была постоянной, тогда как быстрота был переменным. Однако, как отметил Зоммерфельд, [16] можно определить в качестве переменной, делая постоянный. Это означает, что уравнения становятся преобразованиями, указывающими на одновременную форму покоя ускоренного тела с гиперболическими координатами. как видит идущий наблюдатель

Посредством этого преобразования собственное время становится временем гиперболически ускоренной системы отсчета. Эти координаты, которые обычно называются координатами Риндлера (подобные варианты называются координатами Коттлера-Мёллера или координатами Ласса ), можно рассматривать как частный случай координат Ферми или собственных координат и часто используются в связи с эффектом Унру . Используя эти координаты, оказывается, что наблюдатели, движущиеся по гиперболическому принципу, обладают кажущимся горизонтом событий , за которым ни один сигнал не может их достичь.

Специальное конформное преобразование

[ редактировать ]

Менее известный метод определения системы отсчета в гиперболическом движении — это использование специального конформного преобразования , состоящего из инверсии , перевода и еще одной инверсии. [22] Его обычно интерпретируют как калибровочное преобразование в пространстве Минковского, хотя некоторые авторы альтернативно используют его как преобразование ускорения (критический исторический обзор см. в Каструпе). [23] Он имеет форму

Использование только одного пространственного измерения путем и дальнейшее упрощение, установив , и используя ускорение , следует [24]

с гиперболой . Оказывается, в время становится сингулярным, к чему Фултон, Рорлих и Виттен [24] отмечают, что нужно держаться подальше от этого предела, а Каструп [23] (который очень критично относится к интерпретации ускорения) отмечает, что это один из странных результатов этой интерпретации.

Примечания

[ редактировать ]
  1. ^ Миснер, Торн и Уилер 1973 , Глава 6.
  2. ^ Минковский, Герман (1909). «Пространство и время. Лекция, прочитанная на 80-м собрании естествоиспытателей в Кёльне 21 сентября 1908 года» [перевод из Wikisource: Пространство и время ]. Годовой отчет Немецкой ассоциации математиков . Лейпциг.
  3. ^ Перейти обратно: а б Родился Макс (1909). «Die Theorie des starren Elektrons in der Kinematik des Relativitätsprinzips» [перевод из Wikisource: Теория твердого электрона в кинематике принципа относительности ]. Аннален дер Физик . 335 (11): 1–56. Бибкод : 1909АнП...335....1Б . дои : 10.1002/andp.19093351102 .
  4. ^ Перейти обратно: а б с Зоммерфельд, Арнольд (1910). «К теории относительности II: Четырехмерный векторный анализ» [перевод из Wikisource: К теории относительности II: Четырехмерный векторный анализ ]. Анналы физики . 338 (14): 649–689. Бибкод : 1910АнП...338..649С . дои : 10.1002/andp.19103381402 .
  5. ^ Перейти обратно: а б с фон Лауэ, М. (1921). Теория относительности, Том 1 (четвертое издание «Принципа относительности» под ред.). Посмотретьег. стр. 89–90 , 155–166. ; Первое издание 1911 г., второе расширенное издание 1913 г., третье расширенное издание 1919 г.
  6. ^ Перейти обратно: а б с Паули, Вольфганг (1921), «Теория относительности» , Энциклопедия математических наук , 5 (2): 539–776.
    По-английски: Паули, В. (1981) [1921]. Теория относительности . Том. 165. Дуврские публикации. ISBN  0-486-64152-Х . {{cite book}}: |journal= игнорируется ( помогите )
  7. ^ Перейти обратно: а б Галериу, К. (2017) [2015]. «Электрический заряд в гиперболическом движении: ранняя история». Архив истории точных наук . 71 (4): 1–16. arXiv : 1509.02504 . дои : 10.1007/s00407-017-0191-x . S2CID   118510589 .
  8. ^ Гургульон, Э. (2013). Специальная теория относительности в общих рамках: от частиц к астрофизике . Спрингер. п. 396. ИСБН  978-3642372766 .
  9. ^ Мёллер, К. (1955). Теория относительности . Оксфорд Кларендон Пресс. стр. 74–75 .
  10. ^ Риндлер, В. (1977). Основная теория относительности . Спрингер. стр. 49–50 . ISBN  354007970X .
  11. ^ PhysicsFAQ (2016), «Релятивистская ракета», см. внешние ссылки.
  12. ^ Галлант, Дж. (2012). Занятие физикой с помощью научной тетради: подход к решению проблем . Джон Уайли и сыновья. стр. 437–441. ISBN  978-0470665978 .
  13. ^ Мюллер Т., Кинг А. и Адис Д. (2006). «Путешествие на край Вселенной и парадокс близнецов ». Американский журнал физики . 76 (4): 360–373. arXiv : физика/0612126 . Бибкод : 2008AmJPh..76..360M . дои : 10.1119/1.2830528 . S2CID   42983285 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  14. ^ Перейти обратно: а б Фраундорф, П. (2012). «Введение в кинематику, ориентированное на путешественника»: IV – B. arXiv : 1206.2877 . Бибкод : 2012arXiv1206.2877F . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
  15. ^ Паули (1921), с. 628, использовались обозначения где
  16. ^ Перейти обратно: а б Зоммерфельд (1910), стр. 670-671 использует форму и с воображаемым углом и воображаемое время .
  17. ^ Перейти обратно: а б Бонди Х. и Голд Т. (1955). «Поле равномерно ускоренного заряда с особым упором на проблему гравитационного ускорения». Труды Лондонского королевского общества . 229 (1178): 416–424. Бибкод : 1955RSPSA.229..416B . дои : 10.1098/rspa.1955.0098 . S2CID   121563673 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  18. ^ Перейти обратно: а б Фултон, Томас; Рорлих, Фриц (1960). «Классическое излучение равномерно ускоренного заряда». Анналы физики . 9 (4): 499–517. Бибкод : 1960AnPhy...9..499F . дои : 10.1016/0003-4916(60)90105-6 .
  19. ^ Перейти обратно: а б Рорлих, Фриц (1963). «Принцип эквивалентности». Анналы физики . 22 (2): 169–191. Бибкод : 1963AnPhy..22..169R . дои : 10.1016/0003-4916(63)90051-4 .
  20. ^ Стивен Лайл (2008). Равномерно ускоряющиеся заряженные частицы: угроза принципу эквивалентности . Спрингер. ISBN  978-3540684770 .
  21. ^ Ойвинд Грён (2012). «Обзорная статья: Электродинамика излучающих зарядов» . Достижения математической физики . 2012 : 528631. doi : 10.1155/2012/528631 . hdl : 10642/1380 .
  22. ^ Галериу, Колин (2019) «Электрический заряд в гиперболическом движении: специальное конформное решение», Европейский журнал физики 40 (6) дои : 10.1088/1361-6404/ab3df6
  23. ^ Перейти обратно: а б Каструп, Х.А. (2008). «О достижениях конформных преобразований и связанных с ними симметрий в геометрии и теоретической физике». Аннален дер Физик . 520 (9–10): 631–690. arXiv : 0808.2730 . Бибкод : 2008АнП...520..631К . дои : 10.1002/andp.200810324 . S2CID   12020510 .
  24. ^ Перейти обратно: а б Фултон Т., Рорлих Ф. и Виттен Л. (1962). «Физические последствия преобразования координат в равномерно ускоряющуюся систему отсчета». Иль Нуово Чименто . 26 (4): 652–671. Бибкод : 1962NCim...26..652F . дои : 10.1007/BF02781794 . S2CID   121467786 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: fda8ce416b336b977d8c1712a916742e__1704385980
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/fd/2e/fda8ce416b336b977d8c1712a916742e.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Hyperbolic motion (relativity) - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)