Почему скорость света конечна?, усё просто Опции

[Серый Манул]

Почему нельзя двигаться быстрее скорости света? Физики начнут объяснять про топологию пространства-времени. То, что мы живём в пространстве Минковского, скорость света в нём представляет собой одну из размерностей. В общем какая-та запутанная хрень, которую понимают только математики и физики. Более того, она не отвечает почему, а лишь придумывает отмазку, потому что (в таком пространстве мы живём).
Давайте попробуем найти ответ в рамках химии. Химическое вещество – это вещество, состоящее из атомов. Атомы состоят из элементарных частиц: электронов, протонов и нейтронов. Протоны и нейтроны образуют ядра химических элементов, вокруг которых перемещаются электроны. Количество электронов в атоме равняется количеству протонов. Атомы способны образовывать молекулы.
Связь между элементарными частицами идёт не непосредственно, а с помощью электромагнитного поля. Многие популязаторы науки любят говорить, мол всё сущее на 99% пустота, это не так, пустоты нет, всё заполнено электромагнитным полем. Само поле состоит из квантов «частичек», которые называются фотонами. Поток фотонов в обыденном смысле и есть свет. Скорость их в вакууме и равняется скорости света, это максимально предельная скорость в природе, в настоящий момент. Почему так? Потому, что фотоны связывают или отталкивают материю (элементарные частицы). А поскольку их скорость конечна, то и двигаться быстрее них нельзя. Отсюда объясняется, почему нужна бесконечная масса, чтобы разогнать частицу с ненулевой массой покоя до скорости света. Рассмотрим на простом примере.
У нас есть робот, толкающий телегу. Без телеги его максимальная скорость 10 км/ч. С телегой она не может быть выше этого значения. Более того, скорость робота с телегой будет всегда меньше. Теперь пусть телегу начнут толкать ещё несколько таких же роботов. Скорость телеги увеличиться, но 10 км/ч она не будет равняться. Теперь добавим миллиарды миллиардов роботов, их скорость будет практически достигать 10 км/ч, но не достигать до какого-то миллиардного знака после запятой. Единственный способ толкнуть телегу со скоростью в 10 км/ч, это использовать бесконечное количество роботов.
Вот примерно тоже самое твориться на ускорителях частиц. Чтобы разогнать материю имеющую массу покоя до скорости света, нужно бесконечное количество энергии.
И что делать? Всё таки хочется долететь до галактики Андромеды? Нужно искать элементарные частицы, которые имеют скорость быстрее скорости света в вакууме и которые при этом могут воздействовать на фотоны, ускоряя их. Когда такие частицы будут найдены, физики начнут говорить об искривлении пространства времени. А хитрые химики про ускорение скорости света.

[Борисыч]

Вообще-то строго говоря это не доказано, а следует из уравнений Лоренца. Эксперименты на эту тему весьма двусмысленны и могут толковаться по разному

Она не описывает ничего, кроме того, что увидит и измеряет сторонний наблюдатель, глядя на тело, движущееся на около световых скоростях. ТО не описывает устройство мира, это лишь математический аппарат для вполне конкретных начальных условий.

Теория относительности выросла из опыта, который обобщили в адекватной математической форме и многократно (и надежно) проверили практикой. Кому любопытно – гуглим «Опыты Майкельсона - Морли» и исходную статью Эйнштейна «К электродинамике движущихся…», она вполне доступна, то, что относится в ней к механике, не выходит за рамки школьной математики. ТО (здесь речь, очевидно, идет только о специальной теории относительности, которая не затрагивает тяготения, а относится к электродинамике и механике) описывает устройство мира очень надежно. Вы хотите, чтобы она это делала языком повседневных аналогий? Не выйдет. Ту же претензию можно предъявить едва ли ни ко всему: к квантовой механике, к свойствам зарядов, к магнитным явлениям – нет же, почему-то именно ТО вызывает особый протест.
Почему в природе существует предельная скорость? Наверное, чтобы ответить на этот вопрос, нужно создать теорию, более фундаментальную, чем ТО, в которой сама ТО будет следствием глубоких представлений о природе пространства и времени. Для того, чтобы создать такую теорию, сначала нужно обнаружить явления, выходящие и за рамки ТО, и за рамки КМ. Пока что этого не произошло – а потому ТО остается, по существу, аксиоматической теорией. И мы тут ничего резонного не придумаем.

[Ну типа Я]

Теория относительности выросла из опыта, который обобщили в адекватной математической форме и многократно (и надежно) проверили практикой.

Все физические теории вышли из практики. Физика, наверное, сама прагматичная наука - что вижу, то пою.

Почему в природе существует предельная скорость?

В природе нет предельной скорости. Есть скорость света, которую согласно теории мы превысить не можем никогда и только потому, что ничего более быстрого, чем электромагнитное излучения, нам неизвестно. Но для примера. В первых версиях ТО именно так и говорилось "скорость света", о потом открыли эффект Черенкова (Манул тут его упоминал) и другие подобные и тогда стали уточнять "скорость света в вакууме". Возникает простейший вопрос, а вакуум это пустота, ничто? Почему в воде можно быстрее света двигаться, а в вакууме нельзя?

ТО (здесь речь, очевидно, идет только о специальной теории относительности, которая не затрагивает тяготения, а относится к электродинамике и механике) описывает устройство мира очень надежно. Вы хотите, чтобы она это делала языком повседневных аналогий? Не выйдет. Ту же претензию можно предъявить едва ли ни ко всему: к квантовой механике, к свойствам зарядов, к магнитным явлениям – нет же, почему-то именно ТО вызывает особый протест.

ТО не описывает устройство мира, она даёт инструмент для вычислений. К другим теориям было не меньше претензий, просто они возникли раньше, их уже уточнили, к ним больше привыкли.

И я нигде не говорил, что ТО неверна, хотя немало физиков её напрочь отрицают. ТО делает свое дело и делает хорошо, вопрос лишь в том где границы её применения. Для сравнения, 3/4 законов электростатики и электродинамики созданы на основе "водопроводной" теории электрического тока, когда ток представлялся в виде потока жидкости с определёнными свойствами. Это правильная теория? Конечно нет, поток заряженных частиц ничем не похож на поток воды, но формулы полученные из неправильной теории прекрасно работают! До известных пределов, конечно. Например полупроводниковые эффекты "водопроводной" теорией уже объяснить и рассчитать нельзя.
Так и ТО. Она исправно работает в рамках заложенных в неё наших представлений о мире и начальных условий, но кто сказал что эти представления и условия полные и конечные? Придёт время и эти рамки придётся менять. Для примера, ТО изначально исходила из того, что фотон неделимая моночастица, но уже сейчас считается что фотон состоит как минимум из двух кварков. Где гарантия, что его ещё не разделят? Где гарантия, что и кварк не поделят на составляющие и разрешат ему существовать самостоятельно?