Einstein synkronisering

Einstein-synkronisering (eller Poincaré-Einstein-synkronisering ) er en konvention til synkronisering af ure på forskellige steder gennem udveksling af signaler. Denne synkroniseringsmetode blev brugt af telegrafer i midten af ​​det 19. århundrede, men blev populariseret af Henri Poincaré og Albert Einstein , som anvendte den på lyssignaler og anerkendte dens grundlæggende rolle i relativitetsteorien . Dets hovedanvendelsesområde er ure i en inertiereferenceramme.

Einstein

Ifølge Albert Einsteins recept siden 1905 sendes et lyssignal på tidspunktet fra 1 til 2 timer og sendes straks tilbage, for eksempel ved hjælp af et spejl. Tidspunktet for hans hjemkomst pr. time 1 - . Denne tidtagningskonvention indstiller ur 2 således, at signalreflektionstiden er givet af

[en]

Den samme synkronisering opnås ved "langsom" overførsel af det tredje ur fra ur 1 til ur 2, når hastigheden tenderer til nul [2] . Mange andre tankeeksperimenter for klokkesynkronisering er diskuteret i litteraturen, hvilket giver samme resultat.

Problemet er, om denne synkronisering faktisk tidsstempler enhver begivenhed korrekt på en konsistent måde. For at gøre dette skal du finde de betingelser, hvorunder:

(a) når synkroniserede ure forbliver synkroniserede, (b1) synkronisering er refleksiv , dvs. ethvert ur er synkroniseret med sig selv (automatisk udført), (b2) timingen er symmetrisk , det vil sige, hvis ur A er synkroniseret med ur B, så er ur B også synkroniseret med ur A, (b3) timingen er transitiv , dvs. hvis ur A er synkroniseret med ur B og ur B er synkroniseret med ur C, så er ur A synkroniseret med ur C.

Hvis punkt (a) er sandt, giver det mening at sige, at urene er synkroniserede. Givet (a) og hvis (b1)-(b3) holder, så giver synkronisering os mulighed for at bygge en global tidsfunktion t. Skiverne (eller lagene) t = const kaldes "samtidige skiver".

Einstein (1905) anerkendte ikke muligheden for at reducere (a) og (b1)-(b3) til let verificerbare fysiske egenskaber ved lysudbredelse (se nedenfor). I stedet skrev han blot " Vi antager, at en sådan definition af synkronicitet er fri for modsigelser og mulig for et hvilket som helst antal punkter; og at følgende relationer (b2-b3) er universelle ."

Max Von Laue [3] var den første til at studere Einsteins tidskonsistensproblem (på bekostning af den tidlige historie, se Minguzzi, 2011 [4] ). L. Silberstein [5] præsenterede en lignende undersøgelse, selvom han efterlod de fleste af sine påstande som en øvelse for læsere af hans lærebog om relativitet. Max von Laues argumenter blev igen overvejet af H. Reichenbach [6] og fandt deres endelige form i værket af A. Macdonald [7] . Løsningen er, at Einstein-timingen opfylder de tidligere krav, hvis og kun hvis følgende to betingelser er opfyldt:

Når urene er synkroniseret, kan lysets envejshastighed måles . De tidligere betingelser, der garanterer anvendeligheden af ​​Einsteins synkronisering, indebærer dog ikke, at lysets envejshastighed viser sig at være den samme gennem hele referencerammen. Overvejer

Sætning [8] (hvis oprindelse kan spores tilbage til von Laue og Weyl) [9] angiver, at den lukkede Laue-Weyl-stibetingelse er opfyldt, hvis og kun hvis Einstein-synkronisering kan anvendes sekventielt (det vil sige (a) og ( b1)-(b3)) og lysets envejshastighed i forhold til uret, der er synkroniseret på denne måde, forbliver konstant gennem hele referencerammen. Vigtigheden af ​​Laue-Weil-betingelsen er, at den her angivne tid kan måles med et enkelt ur, og derfor er denne betingelse ikke afhængig af en timing-konvention og kan verificeres eksperimentelt. Faktisk er det eksperimentelt blevet bekræftet, at Loue-Weyl bypass-betingelsen er opfyldt i den inertielle referenceramme.

Fordi det er meningsløst at måle envejshastighed før synkronisering af fjerne ure, kan eksperimenter, der kræver envejshastighedsmålinger, ofte fortolkes som at teste Laue-Weyl-tilstanden med lukket sløjfe.

Einsteins synkronisering ser kun naturlig ud i en inerti-referenceramme . Det kan være nemt at glemme, at det kun er en aftale. I roterende referencerammer, selv i speciel relativitet, reducerer ikke-transitiviteten af ​​Einstein-timing dens anvendelighed. Hvis ur 1 og ur 2 ikke synkroniseres direkte, men kun gennem en kæde af mellemure, så afhænger synkroniseringen af ​​den valgte vej. Synkronisering omkring omkredsen af ​​en roterende skive giver en ikke-aftagelig tidsforskel, der afhænger af den anvendte retning. Dette er vigtigt i Sagnac-effekten og Ehrenfests paradoks . Disse effekter tages i betragtning i GPS - systemet .

Den vigtigste konventionalistiske diskussion af Einsteins timing forklares af Reichenbach . De fleste forsøg på at benægte betingelsen i denne synkronisering anses for at være tilbagevist, med undtagelse af Malaments argumentat det kan udledes af kravet om en symmetrisk årsagssammenhæng. Dette spørgsmål forbliver åbent.

Historie: Poincaré

Nogle funktioner i synkroniseringsaftalen blev diskuteret af Poincaré [10] [11] . I 1898 (i et filosofisk papir) hævdede han, at postulatet om konstanten af ​​lysets hastighed i alle retninger er nyttigt til den simple formulering af fysiske love. Han viste også, at definitionen af ​​samtidigheden af ​​begivenheder forskellige steder kun er en konvention [12] . Baseret på disse konventioner, men inden for den nu afløste etherteori , foreslog Poincaré i 1900 følgende konvention til bestemmelse af klokkesynkronisering: 2 observatører A og B, som bevæger sig i æteren, synkroniserer deres ure ved hjælp af optiske signaler. På grund af relativitetsprincippet anser de sig selv for at være i ro i æteren og tror, ​​at lysets hastighed er konstant i alle retninger. Så de skal kun tage højde for sendetiderne og derefter kombinere deres observationer for at kontrollere, om deres ure er synkrone.

Antag, at der er flere observatører på forskellige punkter, og de synkroniserer deres ure ved hjælp af lyssignaler. De forsøger at sammenligne signalernes målte sendetider, men de kender ikke til deres samlede bevægelse og antager derfor, at signalerne bevæger sig lige hurtigt i begge retninger. De foretager observationer af modkørende signaler, hvoraf det ene bevæger sig fra A til B og det andet fra B til A. Lokal tid er den tid, uret viser, indstillet på denne måde. Hvis er lysets hastighed, og er Jordens hastighed, som vi antager at er parallel med aksen i positiv retning, så har vi: [13] .

I 1904 illustrerede Poincaré den samme procedure som følger:

Forestil dig to observatører, der ønsker at justere deres ure med optiske signaler; de udveksler signaler, men da de ved, at transmissionen af ​​lys ikke er øjeblikkelig, er de forsigtige med at kombinere dem. Når station B modtager et signal fra station A, behøver dens ur ikke at være den samme time som station A på det tidspunkt, hvor signalet blev sendt, men den time er polstret med en konstant, der repræsenterer varigheden af ​​transmissionen. Antag for eksempel, at station A sender sit signal, når dens ur markerer timen 0, og station B modtager det, når dens ur markerer timen . Uret justeres ud fra, at forsinkelsen lig med t repræsenterer varigheden af ​​transmissionen, og for at kontrollere det sender station B også et signal, når dens ur viser 0; så skulle station A modtage den, når dens ur viser . Uret betragtes som indstillet. Og faktisk markerer de den samme time i samme fysiske øjeblik, men på betingelse af, at begge stationer er faste (stationære). Ellers vil varigheden af ​​transmissionen ikke være den samme, da station A for eksempel bevæger sig fremad for at møde den optiske forstyrrelse fra B, mens station B løber væk fra forstyrrelsen fra A. Et ur justeret på denne måde vil ikke vise den sande tid. ; de vil markere, hvad man kan kalde lokal tid , så nogle af dem vil være langsommere end andre [14] .

Se også

Noter

  1. ↑ Einstein, A. (1905), Zur Elektrodynamik bewegter Körper , Annalen der Physik T. 17 (10): 891–921, doi : 10.1002/andp.19053221004 , < http://www.pro-physik.de/Phy /pdfs/ger_890_921.pdf > . Hentet 20. august 2018. Arkiveret 20. februar 2005 på Wayback Machine . Se også engelsk oversættelse. Arkiveret 25. november 2005 på Wayback Machine 
  2. ↑ Janis, Allen (2010). "Conventionality of Simultaneity" Arkiveret 11. september 2018 på Wayback Machine , "Transport of Clocks" Arkiveret 11. september 2018 på Wayback Machine . I Zalta, Edward N. Stanford Encyclopedia of Philosophy.
  3. ↑ Laue, M. (1911), Das Relativitätsprinzip , Braunschweig: Friedr. Vieweg & Sohn  .
  4. ↑ Minguzzi, E. (2011), Poincaré-Einstein-synkroniseringen: historiske aspekter og nye udviklinger , J. Phys.: Conf. Ser. T. 306: 012059 , DOI 10.1088/1742-6596/306/1/012059 
  5. ↑ Silberstein, L. (1914), Relativitetsteorien , London: Macmillan  .
  6. ↑ Reichenbach, H. (1969), Axiomatization of the Theory of Relativity , Berkeley: University of California Press  .
  7. ↑ Macdonald, A. (1983), Ursynkronisering, en universel lyshastighed og det terrestriske rødforskydningseksperiment , American Journal of Physics bind 51 (9): 795–797 , DOI 10.1119/1.13500 
  8. ↑ Minguzzi, E. & Macdonald, A. (2003), Universel envejslyshastighed fra en universel lyshastighed over lukkede baner , Fundamentering af fysik Letters bind 16 (6): 593–604 , DOI 10.1023/B:FOPL .0000012785.16203.52 
  9. ↑ Weyl, H. (1988), Raum Zeit Materie , New York: Springer-Verlag  Syvende udgave baseret på den femte tyske udgave (1923).
  10. ↑ Galison (2002).
  11. ↑ Darrigol (2005).
  12. ↑ Poincaré, Henri (1898/1913), The Measure of Time , The foundations of science , New York: Science Press, s. 222-234 
  13. ↑ Poincaré, Henri (1900), La théorie de Lorentz et le principe de réaction , Archives néerlandaises des sciences exactes et naturelles T. 5: 252–278  . Se også den engelske oversættelse Arkiveret 26. juni 2008 på Wayback Machine .
  14. ↑ Poincaré, Henri (1904/6), The Principles of Mathematical Physics , Kongressen for kunst og videnskab, universel udstilling, St. Louis, 1904 , bd. 1, Boston og New York: Houghton, Mifflin and Company, s. 604-622 

Links