Wikipedia

Jednokierunkowa prędkość światła: Różnice pomiędzy wersjami

Przeglądaj historię interaktywnie
[wersja przejrzana][wersja przejrzana]
← poprzednia edycjanastępna edycja →
Usunięta treść Dodana treść
WizualnieWikikod
m przenoszę szablon {{Szczególna teoria względności}} na koniec artykułu
Linia 1:
Użycie terminu ''[[prędkość światła]]'' wymaga niekiedy rozróżnienia pomiędzy '''jednokierunkową''' i '''dwukierunkową''' prędkością światła. Prędkość jednokierunkowa pomiędzy źródłem a detektorem nie może zostać [[pomiar|zmierzona]] niezależnie od metody [[Synchronizacja zegarów|synchronizacji zegarów]] źródła i detektora. Pomiar niezależny od synchronizacji możliwy jest jedynie na drodze w obie strony – od źródła do [[czujnik|detektora]] i z powrotem. W ramach konwencji wybranej przez [[Albert Einstein|Einsteina]] (zobacz: [[synchronizacja standardowa]]) przyjmuje się, że prędkość jednokierunkowa wynosi tyle samo co dwukierunkowa. Postulat stałości jednokierunkowej prędkości światła w danym [[Układ inercjalny|inercjalnym układzie odniesienia]] jest podstawą [[szczególna teoria względności|szczególnej teorii względności]], aczkolwiek wyniki wszelkich eksperymentów weryfikujących przewidywania tej teorii nie zależą od tego postulatu{{odn|Zhang|1997}}{{r|Anderson}}.
 
Zaproponowano eksperymenty mające na celu bezpośrednie przetestowanie stałości jednokierunkowej prędkości światła, jednak żaden z nich nie zakończył się powodzeniem{{r|Tooley350}}. Tego rodzaju eksperymenty pokazują w sposób bezpośredni, że synchronizacja metodą ''[[#Slow clock-transport|slow clock-transport]]'' jest równoważna synchronizacji standardowej. Aczkolwiek, z tego nie wynika [[Izotropowość|izotropia]] jednokierunkowej prędkości światła, ponieważ – jak pokazano – sama metoda ''slow clock-transport'' bazuje na tym założeniu{{r|sep}}. W ogólności pokazano, że te wyniki są spójne z [[Anizotropia|anizotropią]] jednokierunkowej prędkości światła pod warunkiem, że izotropia dwukierunkowej prędkości światła pozostaje zachowana{{odn|Zhang|1997}}{{r|Hsu}}.
 
W poniższym artykule pojęcie ''prędkość światła'' odnosi się ogólnie do prędkości rozchodzenia [[promieniowanie elektromagnetyczne|promieniowania elektromagnetycznego]] w [[próżnia|próżni]].
Linia 11:
Wiele testów [[szczególna teoria względności|szczególnej teorii względności]], takich jak [[doświadczenie Michelsona-Morleya]] lub [[doświadczenie Kennedy’ego-Thorndike’a]], wykazało w granicach pewnej dokładności, że w [[Układ inercjalny|inercjalnych układach odniesienia]] dwukierunkowa prędkość światła jest izotropowa i niezależna od drogi zamkniętej, po której porusza się światło. Eksperymenty typu Michelsona-Morlaya nie wykorzystują zewnętrznego zegara do bezpośredniego pomiaru prędkości światła, ale porównują czasy, w których względnie prostopadłe odcinki są pokonywane przez rozszczepiony promień świetlny. Tego rodzaju eksperymenty są niekiedy nazywane ''testami anizotropii zegara'', ponieważ ramiona [[interferometr]]u mogą być interpretowane jako [[dylatacja czasu|zegary świetlne]] o określonej częstotliwości{{r|Will33–58}}.
 
Ponieważ w 1983 roku [[metr]] został zdefiniowany jako odległość pokonywana przez światło w próżni w czasie {{nowrap|1/[[prędkość światła|299 792 458]]}} [[sekunda|sekundy]]{{refn|grupa=uwaga|17th General Conference on Weights and Measures (1983), Resolution 1.}}, prędkość światła nie może być obecnie mierzona w jednostkach [[Układ SI|układu SI]]. Aczkolwiek w tej sytuacji długość metra może być eksperymentalnie porównywana z innymi jednostkami długości.
 
== Jednokierunkowa prędkość światła ==
[[Plik:Simple stellar aberration diagram.svg|thumb|150px|left|150px|Jednokierunkowa droga jaką pokonuje światło w zjawisku [[aberracja światła|aberracji światła]]]]
Chociaż średnia prędkość światła na drodze w dwóch kierunkach może zostać zmierzona, prędkość w jednym kierunku pozostaje niezdefiniowana bez określenia fizycznego sensu „jednoczesności” dwóch odległych zdarzeń. Przy pomiarze czasu, w jakim światło pokonuje określony odcinek, konieczne jest założenie, że czas startu promienia świetlnego jest mierzony w tej samej skali czasowej, co czas dotarcia promienia do końca odcinka. Wymaga to dwóch zsynchronizowanych zegarów na obydwu końcach odcinka lub możliwości natychmiastowego przesłania sygnału pomiędzy końcami odcinka. Nie są znane żadne metody pozwalające na natychmiastową transmisję informacji, z tego powodu każdy jednokierunkowy pomiar prędkości światła jest uzależniony od metody synchronizacji zegarów. Jest to kwestia konwencji. [[Transformacja Lorentza]] została zdefiniowana w taki sposób, że jednokierunkowa prędkość światła staje się niezależna od wyboru inercjalnego układu odniesienia{{odn|Zhang|1997|s=24}}.
 
Niektórzy autorzy, np. Mansouri i Sexl (1977){{r|sexl|sexl2}}, jak również Will (1992){{r|Will}}, argumentowali, że ten problem nie ma wpływu na testy [[izotropowość|izotropii]] jednokierunkowej prędkości światła, na przykład ze względu na zmiany kierunku względem preferowanego układu (eteru) Σ. Wspomniani autorzy opierają swoje analizy na pewnej interpretacji [[Robertson–Mansouri–SexlRobertson-Mansouri-Sexl framework|frameworku RMS]] w odniesieniu do [[#Eksperymenty, w których światło pokonuje jednokierunkową drogę|eksperymentów w których światło pokonuje jednokierunkową drogę]] oraz eksperymentów wykorzystujących [[#Slow clock-transport|''slow clock-transport'']]. Co więcej, Will dodał, że teorie eteru mogą zostać uzgodnione z teorią względności tylko poprzez wprowadzenie [[hipoteza ad hoc|hipotezy ad hoc]]{{r|Will}}.
 
Natomiast inni autorzy, tacy jak Zhang (1995, 1997){{odn|Zhang|1997}}{{r|Zhang1995}} i Anderson (1998){{r|Anderson}}, pokazali, że ta interpretacja jest niepoprawna. Na przykład, Anderson zwracał uwagę, że konwencja [[Równoczesność|równoczesności]] musi zostać rozpatrzona już w preferowanym układzie, więc wszystkie założenia odnośnie izotropii jednokierunkowej prędkości światła i innych prędkości w tym układzie są również konwencjonalne. W związku z tym RMS pozostaje użytecznym framewkorkiem w zakresie analizy testów lorentzowskiej niezmienniczości oraz izotropii dwukierunkowej, ale nie jednokierunkowej prędkości światła. Ponadto, bazując na [[#Uogólnienia transformacji Lorentza dopuszczające anizotropię jednokierunkowej prędkości światła|uogólnieniu transformacji Lorentza dopuszczającym anizotropię jednokierunkowej prędkości światła]], Zhang i Anderson wykazali, że wszystkie zjawiska oraz wyniki doświadczalne kompatybilne z transformacją Lorentza i izotropią jednokierunkowej prędkości światła muszą być również kompatybilne z transformacjami zachowującymi stałość i izotropię dwukierunkowej prędkości światła (nawet w przypadkach dopuszczających anizotropię jednokierunkowej prędkości światła).
 
== Synchronizacja zegarów ==
Linia 27:
{{Osobny artykuł|synchronizacja standardowa}}
 
Ta metoda synchronizacji bazuje na założeniu, że jednokierunkowa prędkość światła równa jest dwukierunkowej prędkości światła. Jeżeli sygnał wysłany z punktu A w czasie <math>t_1</math> dociera do punktu B w czasie <math>t_2</math> i powraca do A w czasie <math>t_3,</math>, to wówczas stosując niniejszą konwencję:
: <math>t_{2}t_2=t_{1}t_1+\tfrac{1}{2}\left(t_{3}t_3-t_{1}t_1\right).</math>.
 
=== ''Slow clock-transport'' ===
Łatwo pokazać, że jeżeli dwa zegary zostaną zsynchronizowane w tym samym punkcie przestrzeni A, następnie jeden z nich zostanie wprawiony w ruch po drodze zamkniętej na odcinku AB i z powrotem, zegary te nie będą dłużej zsynchronizowane w punkcie A (z uwagi na [[dylatacja czasu|dylatację czasu]]). Fakt ten był wielokrotnie sprawdzany doświadczalnie i ma bliski związek z [[paradoks bliźniąt|paradoksem bliźniąt]]{{r|Hafele|Alley}}.
 
Natomiast stopień rozsynchronizowania zegarów przy ich wzajemnym przesuwaniu jest tym mniejszy, im mniejsza jest ich prędkość względna. Z tego wynika, że dwa zegary mogą pozostać zsynchronizowane z dowolnie dużą dokładnością pod warunkiem, że będą przesuwane dostatecznie wolno. Jeśli przyjmiemy, że przy tego rodzaju przesunięciu oba zegary pozostają zsynchronizowane (z pewną dokładnością) cały czas (nawet w czasie, gdy są rozdzielone), to tego rodzaju metoda może zostać wykorzystana do synchronizacji rozdzielonych przestrzennie zegarów. W granicy prędkości przesuwania zegarów dążącej do zera ta metoda jest teoretycznie i eksperymentalnie równoważna synchronizacji standardowej{{r|sep}}. Aczkolwiek, wpływ [[Dylatacja czasu|dylatacji czasu]] nie może zostać pominięty z punktu widzenia innego układu odniesienia S poruszającego się względem obydwu zegarów. Takie zegary pozostaną zsynchronizowane we własnych układach, ale nie w układzie S. To zjawisko nazywane [[względna równoczesność zdarzeń|względną równoczesnością zdarzeń]] występuje również przy zastosowaniu synchronizacji standardowej{{r|Giulini}}. W związku z tym, sprawdzenie równoważności tych dwóch sposobów synchronizacji jest istotne i [[#Eksperymenty, w których światło pokonuje jednokierunkową drogę|pewne eksperymenty]] potwierdziły ją z wysoką dokładnością.
 
=== Synchronizacje niestandardowe ===
Linia 41:
ε może przyjmować wartości z przedziału (0,1). Pokazano, że klasa powyższych synchronizacji jest empirycznie równoważna uogólnieniu transformacji Lorentza (zobacz: [[Jednokierunkowa prędkość światła#Uogólnienia transformacji Lorentza dopuszczające anizotropię jednokierunkowej prędkości światła|uogólnienie transformacji Lorentza dopuszczające anizotropię jednokierunkowej prędkości światła]]).
 
W związku z dowiedzioną eksperymentalnie równoważnością synchronizacji standardowej oraz synchronizacji metodą ''slow clock-transport'', która wymaga wiedzy o [[dylatacja czasu|dylatacji czasu]] poruszającego się zegara, synchronizacje niestandardowe również muszą jej dotyczyć. Faktycznie, zwracano uwagę, że dylatacja czasu zależy od konwencjonalności jednokierunkowych prędkości użytych we wzorze wyrażającym dylatacje{{r|winnie}}. Dylatacja czasu może zostać zmierzona po zsynchronizowaniu dwóch oddalonych zegarów A i B za pomocą trzeciego poruszającego się na ich linii zegara C. Zmiana konwencji synchronizacji A i B wpływa na zmianę dylatacji czasu zegara C (jak przy pomiarze jednokierunkowej prędkości światła). Taka sama konwencjonalność występuje również przy pomiarze dylatacji czasu z wykorzystaniem [[efekt Dopplera|efektu Dopplera]]{{r|Debs}}. Tylko w przypadku, gdy dylatacja czasu jest mierzona na drodze zamkniętej, wynik nie jest uzależniony od konwencji synchronizacji i może zostać jednoznacznie zmierzony (tak jak w przypadku dwukierunkowej prędkości światła). Dylatacja czasu na drodze zamkniętej została zmierzona w [[doświadczenie Hafelea–KeatingaHafelea-Keatinga|doświadczeniu Hafelea–KeatingaHafelea-Keatinga]] oraz w [[Dylatacja czasu czasu cząstek elementarnych|testach dylatacji czasu poruszających się cząstek elementarnych]], takich jak eksperyment Baileya (1977){{r|Bailey}}. Zatem tzw. [[paradoks bliźniąt]] występuje we wszystkich transformacjach zachowujących stałość dwukierunkowej prędkości światła.
 
== Dynamika i inercjalne układy odniesienia ==
Argumentowano przeciwko konwencjonalności jednokierunkowej prędkości światła, odnosząc się do bliskiego związku tej koncepcji z [[Dynamika (fizyka)|dynamiką]], [[Zasady dynamiki Newtona|prawami ruchu]] i sposobem zdefiniowania [[Układ inercjalny|inercjalnego układu odniesienia]]{{r|sep}}. Salmon opisał kilka rodzajów tego typu argumentów bazujących na zasadzie zachowania [[Pęd (fizyka)|pędu]], z której wynika, że dwa jednakowe ciała, które są jednakowo przyśpieszane w przeciwnych kierunkach, powinny poruszać się z takimi samymi jednokierunkowymi prędkościami{{r|salmon}}. Podobnie Ohanian argumentował, że inercjalne układy odniesienia są zdefiniowane w taki sposób, aby prawa Newtona były zachowane w pierwszym przybliżeniu. W związku z tym, ponieważ prawa ruchu przewidują izotropię jednokierunkowej prędkości poruszających się ciał na skutek takiego samego przyśpieszenia i ponieważ eksperymentalnie wykazano równoważność synchronizacji standardowej i metody ''slow clock-transport'', wydaje się konieczne i bezpośrednio zmierzone, że jednokierunkowa prędkość światła jest izotropowa w inercjalnym układzie odniesienia. W przeciwnym razie zarówno pojęcie inercjalnego układu odniesienia, jak i prawa ruchu musiałyby przyjąć znacznie bardziej skomplikowaną formę obejmującą anizotropię współrzędnych{{r|Ohanian2004|Ohanian2005}}.
 
Natomiast inni autorzy twierdzili, że nie ma zasadniczej sprzeczności pomiędzy powyższymi argumentami a konwencjonalnością jednokierunkowej prędkości światła{{r|sep}}. Salmon argumentował, że [[zasada zachowania pędu]] w swojej standardowej formie zakłada izotropię jednokierunkowej prędkości światła od samego początku, co wiąże się praktycznie z taką samą konwencjonalnością, jak w wypadku jednokierunkowej prędkości światła, więc użycie tego jako argumentu opiera się na błędnym kole{{r|salmon}}. W odpowiedzi do Ohaniana, Macdonald i Martinez argumentowali, że nawet pomimo bardziej skomplikowanej formy praw fizyki pojawiającej się przy przyjęciu niestandardowej synchronizacji, one wciąż stanowią spójną metodę opisu. Argumentowali również, że nie jest konieczne definiowanie inercjalnego układu odniesienia w terminach [[Zasady dynamiki Newtona|praw Newtona]], ponieważ możliwe są inne sposoby {{r|MacDonald|Martínez}}. Co więcej, Iyer i Prabhu wprowadzili rozróżnienie pomiędzy „izotropowym układem inercjalnym” ze standardową synchronizacją a „anizotropowym układem inercjalnym” z niestandardową synchronizacją{{r|Iyer}}.
 
== Eksperymenty, w których próbowano zmierzyć jednokierunkową prędkość światła ==
=== Eksperymenty, w których zakładano wykorzystanie jednokierunkowego sygnału świetlnego ===
==== Eksperyment Greavesa, Rodrigueza i Ruiz-Camachoa ====
W opublikowanym w październiku 2009 roku wydaniu ''„[[American Journal of Physics]]''” Greaves, Rodriguez i Ruiz-Camacho donieśli o nowej metodzie pomiaru jednokierunkowej prędkości światła{{r|Greaves}}. W czerwcu 2013 w tym samym czasopiśmie Hankins, Rackson i Kim opisali swoją wersje eksperymentu Greaves'aGreaves’a, w której otrzymali wyższą dokładność wyniku{{r|Hankins}}. Doświadczenie polega na pomiarze czasu przelotu światła lasera przy pomocy ruchomego detektora podłączonego do aparatury za pomocą przewodu wprowadzającego stałe opóźnienie sygnału. Stała proporcjonalność czasu do odległości, jaką pokonuje światło, oznacza stałość jednokierunkowej prędkości światła.
 
J. Finkelstein twierdził, że eksperyment Greaves'aGreaves’a w rzeczywistości mierzy jedynie prędkość w obydwie strony (dwukierunkową prędkość światła). Zwracał uwagę, że w założeniu o stałym opóźnieniu sygnału w przewodzie biegnącym od detektora zawiera się ''implicite'' konwencja synchronizacji zegarów. Z tego powodu takie eksperymenty mierzą tak naprawdę średnią prędkość sygnału na odcinku od źródła (lasera) do detektora i sygnału powrotnego, transmitowanego przy pomocy przewodu z powrotem w okolice lasera. Kilku innych fizyków zgłosiło podobne zastrzeżenia{{r|Finkelstein}}.
 
W listopadowym wydaniu ''„[[Indian Journal of Physics]]''” z 2012 roku Md. F. Ahmed opublikował obszerny przegląd jednokierunkowych i dwukierunkowych eksperymentów testujących izotropię prędkości światła{{r|Ahmed}}.
 
=== Eksperymenty, w których światło pokonuje jednokierunkową drogę ===
Linia 70:
 
==== Pomiar Rømera ====
Pierwszy w historii pomiar prędkości światła został wykonany przez [[Ole Rømer|Olea Christensena Rømera]]. Metoda Rømera polegała na obserwacji ruchów [[Lista naturalnych satelitówKsiężyce Jowisza|księżyców Jowisza]] w różnych porach roku, co pozwalało na oszacowanie czasu, w jakim światło przebiega odległość równą średnicy orbity Ziemi. Zhang wykazał, że metoda Rømera nie pozwala na wyznaczenie jednokierunkowej prędkości światła, niezależnie od konwencji synchronizacji zegarów, ponieważ system księżyców Jowisza pełni w pomiarze Rømera rolę analogiczną do powoli przesuwanego zegara{{odn|Zhang|1997|s=91-9491–94}}.
 
Australijski fizyk Karlov również wykazał, że Rømer dokonywał pomiaru prędkości światła przy niejawnym założeniu, że prędkość światła w obydwu kierunkach jest taka sama{{r|Karlov|Matveev}}.
Linia 76:
==== Inne doświadczenia porównujące synchronizacje Einsteina i slow clock-transport ====
{|class=wikitable
!Eksperyment || Rok || || <math>\Delta c/c</math>
|-
|Doświadczenie Mössbauera || lata 60. XX w. || Promieniowanie gamma wysyłano z obwodu obracającej się tarczy w kierunku jej środka. Oczekiwano, że ewentualna anizotropia prędkości światła spowoduje przesunięcie dopplerowskie. || <math><3\times10^{-8}</math>
|-
|Vessot ''i inni''{{r|Vessot}} || 1980 || Porównanie czasu przelotu sygnału w obie strony podczas misji [[Gravity Probe A]]. || <math>\sim10^{-8}\!</math>
|-
|Riis ''i inni''{{r|Riis}} || 1988 || Porównanie częstotliwości dwufotonowej absorpcji w szybkim strumieniu cząstek z częstotliwością stacjonarnego absorbera. Kierunek wiązki zmieniano względem gwiazd stałych. || <math><3\times10^{-9}</math>
|-
|Nelson ''i inni''{{r|Nelson}} || 1992 || Porównanie częstotliwości masera wodorowego i impulsów światła laserowego. Długość ścieżki, na której wykonywano pomiar, to 26&nbsp;km. || <math><1.5\times10^{-6}</math>
|-
|Wolf & Petit{{r|Wolf}} || 1997 || Porównanie czasów mierzonych przez masery wodorowe na Ziemi i czasów mierzonych przez cezowe i rubidowe zegary na pokładach 25 satelitów [[Global Positioning System|GPS]]. || <math><5\times10^{-9}</math>
|}
 
Linia 98:
== Eksperymenty analizowane w ramach Standard-Model Extension, dotyczące jednokierunkowej i dwukierunkowej prędkości światła ==
{{Osobny artykuł|Współczesne poszukiwania naruszenia niezmienniczości Lorentza}}
Podczas gdy powyższe eksperymenty zostały przeanalizowane z użyciem [[#Uogólnienia transformacji Lorentza dopuszczające anizotropię jednokierunkowej prędkości światła|uogólnionej transformacji Lorentza]], takiej jak np. w [[Robertson–Mansouri–SexlRobertson-Mansouri-Sexl framework]], wiele współczesnych testów doświadczalnych bazuje na [[Standard-Model Extension]] (SME). Jest to teoria obejmująca wszystkie możliwe naruszenia niezmienniczości Lorentza, nie tylko w szczególnej teorii względności, ale również w [[model standardowy|modelu standardowym]] i [[ogólna teoria względności|ogólnej teorii względności]]. (An)izotropia jednokierunkowej oraz dwukierunkowej prędkości światła została opisana za pomocą zestawu współczynników (macierzy 3x3)<math>\tilde{\kappa}_{e-},</math>, <math>\tilde{\kappa}_{o+},</math>, <math>\tilde{\kappa}_{tr}</math>{{r|kost4}}.
 
Serie eksperymentów przeprowadzanych od 2002 roku miały na celu przetestowanie wszystkich tych współczynników, przy użyciu m.in. symetrycznych i asymetrycznych [[Wnęka rezonansowa|rezonatorów optycznych]]. Do roku 2013 żadne naruszenia niezmienności Lorentza nie zostały wykryte, co więcej dowiedziono górnego ograniczenia dla naruszeń wszystkich parametrów na poziomie: <math>\tilde{\kappa}_{e-}=\scriptstyle(-0.31\pm0.73)\times10^{-17},</math>, <math>\tilde{\kappa}_{o+}=\scriptstyle 0.7\pm1\times10^{-14}</math> i <math>\tilde{\kappa}_{tr}=\scriptstyle -0.4\pm0.9\times10^{-10}.</math>.
<!-- Szczegóły i źródła odnośnie tych wyników można znaleźć w osobnym artykule: [[Współczesne poszukiwania naruszenia niezmienniczości Lorentza#Prędkość światła]]. -->
 
Natomiast [[Alan Kostelecky|Kostelecky]] zwrócił uwagę na częściowo konwencjonalny charakter tych wielkości, twierdząc, że tego rodzaju odchylenia prędkości światła mogą zostać usunięte poprzez odpowiednie re-definicjeredefinicje pola i transformacji współrzędnych. Jednakże to nie pozwala na usunięcie naruszeń niezmienniczości Lorentza ''per se'', ponieważ takie re-definicjeredefinicje przesuwają jedynie naruszenie do innego sektora SME. Z tego powodu eksperymenty analizowane w ramach SME pozostają poprawnymi testami niezmienniczości Lorentza{{r|kost4}}.
 
== Teorie, w których jednokierunkowa prędkość światła nie jest równa dwukierunkowej prędkości światła ==
Linia 122:
 
Średnia prędkość światła na drodze w obydwie strony pozwala więc na empiryczną weryfikowalność dwukierunkowej prędkości światła, natomiast jednokierunkowa prędkość świtała w przeciwnych kierunkach przyjmuje wartości:
: <math>c_{\pm}=\frac{c}{1\pm\kappa}.</math>
 
gdzie κ może przyjmować wartości z przedziału (0,1). W skrajnych przypadkach, gdy κ jest bliskie wartości 1, światło może poruszać się w jednym kierunku prawie natychmiastowo, pod warunkiem, że średnia prędkość na całej drodze w obydwie strony wynosi c. Za Edwardsem, Winniem i Andersonem uogólnienie transformacji Lorentza przyjmuje postać{{r|Anderson}}:
: <math>\begin{align}
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{align}</math>
 
gdzie κ i κ' to wektory synchronizacji w układach odpowiednio S i S'S′. Powyższa transformacja pokazuje, że jednokierunkowa prędkość światła jest konwencjonalna we wszystkich układach odniesienia, przy czym dwukierunkowa prędkość światła pozostaje niezmiennicza. Zastosowanie κ = 0 prowadzi do standardowej transformacji Lorentza z synchronizacją Einsteina. Jak wykazali Edwards, Winnie i Mansouri-Sexl, poprzez odpowiednie przegrupowanie parametrów synchronizacji można otrzymać nawet pewien rodzaj „absolutnej równoczesności”, odtwarzając w ten sposób podstawowe założenia teorii eteru Lorentza. W jedynym „preferowanym” układzie jednokierunkowa prędkość światła jest izotropowa, podczas gdy wszystkie inne układu przejmują wielkości z „preferowanego” układu za pomocą „synchronizacji zewnętrznej”{{r|sexl}}.
 
Wszystkie przewidywania wyprowadzone z takiej transformacji są empirycznie równoważne standardowej transformacji Lorentza; jedyna różnica polega na innym niż u Einsteina zdefiniowaniu równoczesności rozdzielonych przestrzennie zdarzeń{{r|kost4}}.
Linia 141:
Rozwinięto wiele teorii pozwalających na oszacowanie stopnia w jakim wyniki doświadczalne różnią się od przewidywań teorii względności. Tego rodzaju teorie nazywane są teoriami testowymi, należy do nich m.in. Robertson and Mansouri-Sexl framework (RMS){{r|sexl}}. Jak dotąd wszystkie wyniki doświadczalne zgadzają się z przewidywaniami szczególnej teorii względności w granicach niepewności pomiaru.
 
Innym rodzajem teorii tego rodzaju jest [[Standard-Model Extension]] (SME), obejmujący szeroki zbiór parametrów charakteryzujących możliwe naruszenia niezmienniczości Lorentza w [[szczególna teoria względności|szczególnej teorii względności]], [[ogólna teoria względności|ogólnej teorii względności]] i w [[model standardowy|modelu standardowym]]. Niektóre z tych parametrów dotyczą anizotropii dwukierunkowej i jednokierunkowej prędkości światła. Zwracano uwagę, że ewentualne naruszenia izotropii prędkości światła mogłyby zostać usunięte poprzez re-definicjeredefinicje pola i transformacji współrzędnych. Aczkolwiek nie pozwala to na usunięcie naruszeń niezmienniczości Lorentza ''per se'', ponieważ takie re-definicjeredefinicje przesuwają jedynie naruszenie do innego sektora SME (zobacz: [[#Eksperymenty analizowane w ramach Standard-Model Extension, dotyczące jednokierunkowej i dwukierunkowej prędkości światła|Eksperymenty analizowane w ramach Standard-Model Extension, dotyczące jednokierunkowej i dwukierunkowej prędkości światła]]){{r|kost4}}.
 
==== Teorie eteru ====
{{Zobacz też|Eter (fizyka)}}
Przed 1887 rokiem powszechnie sądzono, że fala świetlna rozchodzi się ze stałą prędkością względem hipotetycznego ośrodka zwanego eterem. W układzie obserwatora poruszającego się względem eteru powinno to powodować niewielką różnicę w dwukierunkowej prędkości światła (ze względu na kierunek odcinka pokonywanego przez promień świetlny w stosunku do ruchu względem eteru). W 1887 roku [[Doświadczeniedoświadczenie Michelsona-Morleya|doświadczenie Michelsona–Morleya]] pokazało, że mierzona wartość dwukierunkowej prędkości światła jest stała, bez względu na kierunek pomiaru i prędkość względem eteru. W tamtych czasach oczywistym wyjaśnieniem wyniku tego eksperymentu była hipoteza dylatacji czasu i kontrakcji długości obiektów poruszających się względem eteru.
 
==== Preferowany układ odniesienia ====
Linia 157:
== Przypisy ==
{{Przypisy|
* <ref name=Ahmed>{{Cytuj |autor=Md. F. Ahmed;, Brendan M. Quine;, Stoyan Sargoytchev;, A. D. Stauffer |tytuł=A Review of One-Way and Two-Way Experiments to Test the Isotropy of the Speed of Light |czasopismo=Indian Journal of Physics |wolumin=86 |numer=9 |data=2012 |s=835–848 |doi=10.1007/s12648-012-0112-4 |arxiv= 1011.1318v2 |bibcode=2012InJPh..86..835A |język=en}}</ref>
* <ref name=Alley>{{Cytuj |autor= C.O. Alley| |czasopismo = NASA Goddard Space Flight Center, Proc. of the 13th Ann. Precise Time and Time Interval (PTTI) Appl. and Planning Meeting| |tytuł= Introduction to some fundamental concepts of general relativity and to their required use in some modern timekeeping systems |s=687–724| |data = 1982| |url= https://ntrs.nasa.gov/search.jsp?R=19820012654 |język=en}}</ref>
* <ref name=Alväger>{{Cytuj |autor=Alväger, T.;, Nilsson, A.;, Kjellman, J. |tytuł=A Direct Terrestrial Test of the Second Postulate of Special Relativity |czasopismo=Nature |wolumin=197 |numer=4873 |data=1963 |s=1191 |doi=10.1038/1971191a0 |bibcode = 1963Natur.197.1191A |język=en}}</ref>
* <ref name=Amelino-Camelia>{{Cytuj |autor=Giovanni Amelino-Camelia |data=2009 |tytuł=Astrophysics: Burst of support for relativity |czasopismo=Nature |wolumin=462 |s=291–292 |doi=10.1038/462291a |pmid=19924200 |numer=7271 |bibcode = 2009Natur.462..291A |język=en}}</ref>
* <ref name="Anderson">{{Cytuj |autor=Anderson, R.;, Vetharaniam, I.;, Stedman, G. E. | data=1998 | tytuł=Conventionality of synchronisation, gauge dependence and test theories of relativity| |czasopismo=Physics Reports |wolumin=295 |wydanie=3–4 |s=93–180 | doi=10.1016/S0370-1573(97)00051-3 |bibcode = 1998PhR...295...93A |język=en}}</ref>
* <ref name=Bailey>{{Cytuj |autor=J. Bailey, K. Borer, F. Combley, H. Drumm, F. Krienen, F. Lange, E. Picasso, W. von Ruden, F. J. M. Farley, J. H. Field, W. Flegel, P. M. Hattersley |data=1977 |tytuł=Measurements of relativistic time dilatation for positive and negative muons in a circular orbit |czasopismo=Nature |wolumin=268 |numer=5618 |s=301–305 |doi=10.1038/268301a0 |bibcode = 1977Natur.268..301B |język=en}}</ref>
* <ref name=Brecher>{{Cytuj |autor=Brecher, K. |tytuł=Is the speed of light independent of the velocity of the source |czasopismo=Physical Review Letters |wolumin=39 |wydanie=17 |data=1977 |s=1051–1054 |doi=10.1103/PhysRevLett.39.1051 |bibcode=1977PhRvL..39.1051B |język=en}}</ref>
* <ref name=Debs>{{Cytuj |autor=Debs, Talal A.;, Redhead, Michael L. G. |tytuł=The twin "paradox"„paradox” and the conventionality of simultaneity |czasopismo=American Journal of Physics |wolumin=64 |numer=4 |data=1996 |s=384–392 |doi=10.1119/1.18252 |bibcode = 1996AmJPh..64..384D |język=en}}</ref>
* <ref name=Edwards>{{Cytuj pismo | autor=Edwards, W. F.| rok=1963 | tytuł=Special Relativity in Anisotropic Space| |czasopismo =American Journal of Physics |rok=1963 |wolumin=31 |wydanie=7 |strony=482–489| |doi=10.1119/1.1969607 |bibcode = 1963AmJPh..31..482E |język=en}}</ref>
* <ref name=Finkelstein>{{Cytuj |autor=Finkelstein, J. |tytuł=One-way speed of light? |czasopismo=American Journal of Physics |wolumin=78 |wydanie=8 |data=2009 |s=877 |arxiv=0911.3616 |bibcode = 2009arXiv0911.3616F |doi=10.1119/1.3364868 |język=en}}</ref>
* <ref name=Giulini>{{Cytuj książkę |autor=Giulini, Domenico |tytuł=Special Relativity: A First Encounter. 100 years since Einstein|rozdział=Synchronization by slow clock-transport|wydawca=Oxford University Press|rok=2005|isbn=0191620866|język=en|url=https://books.google.de/books?id=7qO42uCcPcUC&printsec=frontcover&dq=Special+Relativity:+A+First+Encounter&hl=en&sa=X&ved=0ahUKEwiP2O7Cj_LWAhUBORoKHSGvBX8Q6AEIJjAA#v=onepage&q=Special%20Relativity%3A%20A%20First%20Encounter&f=false |rozdział=Synchronization by slow clock-transport |wydawca=Oxford University Press |rok=2005 |isbn=0191620866 |język=en}}</ref>
* <ref name=Greaves> 111{{Cytuj pismo |autor=Greaves, E. D.;, Rodríguez, An Michel;, Ruiz-Camacho, J. |tytuł=A one-way speed of light experiment |czasopismo=American Journal of Physics |wolumin=77 |język=en |numer=10 |data=2009 |strony=894–896 |doi=10.1119/1.3160665 |bibcode = 2009AmJPh..77..894G}}</ref>
* <ref name=Hafele>{{Cytuj | autor = Joseph C. Hafele, Richard E. Keating| |doi = 10.1126/science.177.4044.166 | tytuł = Around-the-World Atomic Clocks: Predicted Relativistic Time Gains | czasopismo = Science | wolumin = 177 | numer = 4044 | s = 166–168 | data = 14 lipca 1972| |pmid = 17779917 | bibcode = 1972Sci...177..166H | język=en}}</ref>
* <ref name=Hankins>{{Cytuj |autor=Hankins, A.;, Rackson, C.;, Kim, W. J. |tytuł=Photon charge experiment |czasopismo=Am. J. Phys. |wolumin=81 |numer=6 |data=2013 |s=336–441 |język=en}}</ref>
* <ref name=Hsu>{{Cytuj |autor=Jong-Ping Hsu;, Yuan-Zhong Zhang |data=2001 |url=https://books.google.com/books?id=jryk42J8oQIC |tytuł=Lorentz and Poincaré Invariance: 100 Years of Relativity |wydawca=World Scientific |isbn= 978-981-02-4721-8 |język=en}}</ref>
* <ref name=Iyer>{{Cytuj |autor=Iyer, Chandru;, Prabhu, G. M. |tytuł=A constructive formulation of the one-way speed of light |czasopismo=American Journal of Physics |wolumin=78 |numer=2 |data=2010 |s=195–203 |doi=10.1119/1.3266969 |arxiv=1001.2375 |bibcode = 2010AmJPh..78..195I |język=en}}</ref>
* <ref name=Karlov>{{Cytuj pismo | autor = Karlov L. | rok = 1970 | tytuł = Does Romer'sRomer’s method yield a unidirectional speed of light? | url = | czasopismo = Australian Journal of Physics |rok = 1970 |wolumin = 23 | wydanie = | strony = 243–253 | bibcode = 1970AuJPh..23..243K| |doi = 10.1071/PH700243 |język=en}}</ref>
* <ref name=kost4>{{Cytuj pismo |autor=Kostelecký, V. Alan |autor2=Mewes, Matthew |tytuł=Signals for Lorentz violation in electrodynamics |czasopismo=Physical Review D |wolumin=66 |wydanie=5 |strony=056005 |rok=2002 |doi=10.1103/PhysRevD.66.056005 |arxiv=hep-ph/0205211 |bibcode = 2002PhRvD..66e6005K |język=en}}</ref>
* <ref name=Krisher>{{Cytuj |autor=Timothy P. Krisher, Lute Maleki, George F. Lutes, Lori E. Primas, Ronald T. Logan, John D. Anderson, Clifford M. Will |tytuł=Test of the isotropy of the one-way speed of light using hydrogen-maser frequency standards |czasopismo=Physical Review D |wolumin=42 |numer=2 |data=1990 |s=731–734 |doi=10.1103/PhysRevD.42.731 |bibcode = 1990PhRvD..42..731K |język=en}}</ref>
* <ref name=MacDonald>{{Cytuj pismo |autor=MacDonald, Alan |tytuł=Comment on "The„The role of dynamics in the synchronization problem,"” by Hans C. Ohanian |url=http://faculty.luther.edu/~macdonal/Ohanian.pdf |czasopismo=American Journal of Physics |wolumin=73 |wydanie=5 |rok=2004 |strony=454–455 |doi=10.1119/1.1858448|url=http://faculty.luther.edu/~macdonal/Ohanian.pdf |bibcode = 2005AmJPh..73..454M |język=en}}</ref>
* <ref name=Martínez>{{Cytuj pismo |autor=Martínez, Alberto A. |tytuł=Conventions and inertial reference frames |url=https://webspace.utexas.edu/aam829/1/m/Relativity_files/Conventions-1.pdf |czasopismo=American Journal of Physics |wolumin=73 |wydanie=5 |rok=2005 |strony=452–454 |doi=10.1119/1.1858446|url=https://webspace.utexas.edu/aam829/1/m/Relativity_files/Conventions-1.pdf |bibcode = 2005AmJPh..73..452M |język=en}}</ref>
* <ref name=Matveev>{{Cytuj | autor=V. N. Matveev, O. V. Matvejev | tytuł=Simulation of Kinematics of Special Theory of Relativity | czasopismo=arXiv.org | arxiv=1201.1828 [physics.gen-ph] |język=en}}</ref>
* <ref name=Nelson>{{Cytuj |autor=Nelson, R .A;., Alley, C .O;., Rayner, J .D;., Shih, Y .H;., Steggerda, C .A;., Wang, B .C;., Agnew, B .W. |tytuł=Experimental comparison of time synchronization techniques by means of light signals and clock transport on the rotating earth |czasopismo=Proceedings of the 24th PTTI meeting |wolumin=24 |data=1992 |s=87–104 |url=http://www.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/a501959.pdf |język=en}}</ref>
* <ref name=Ohanian2004>{{Cytuj pismo |autor=Ohanian, Hans C. |tytuł=The role of dynamics in the synchronization problem |czasopismo=American Journal of Physics |wolumin=72 |wydanie=2 |rok=2004 |strony=141–148 |doi=10.1119/1.1596191 |bibcode = 2004AmJPh..72..141O |język=en}}</ref>
* <ref name=Ohanian2005>{{Cytuj pismo |autor=Ohanian, Hans C. |tytuł=Reply to "Comment„Comment(s) on 'The role of dynamics in the synchronization problem'problem’,"” by A. Macdonald and A. A. Martínez |czasopismo=American Journal of Physics |wolumin=73 |wydanie=5 |rok=2005 |strony=456–457 |doi=10.1119/1.1858449 |bibcode = 2005AmJPh..73..456O |język=en}}</ref>
* <ref name=Riis>{{Cytuj |autor=Erling Riis, Lars-Ulrik Aaen Andersen, Nis Bjerre, Ove Poulsen, Siu Au Lee, John L. Hall |tytuł=Test of the Isotropy of the speed of light using fast-beam laser spectroscopy |czasopismo=Physical Review Letters |wolumin=60 |numer=11 |data=1988 |s=81–84 |doi=10.1103/PhysRevLett.60.81 |bibcode = 1988PhRvL..60...81R |język=en}}</ref>
* <ref name=salmon>{{Cytuj pismo |autor=Wesley C. Salmon |tytuł=The Philosophical Significance of the One-Way Speed of Light |czasopismo=Noûs |wolumin=11 |wydanie=3 |rok=1977 |strony=253–292 |jstor=221476 |doi=10.2307/2214765 |język=en}}</ref>
* <ref name=Schleif>{{Cytuj |autor= Roberts, Schleif | data=2006| |tytuł= Relativity FAQ – One-Way Tests of Light-Speed Isotropy |url= http://math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/SR/experiments.html#one-way_tests |język=en}}</ref>
* <ref name=sexl>{{Cytuj |autor=Mansouri, R.;, Sexl, R.U. | data=1977 | tytuł= A test theory of special relativity. I: Simultaneity and clock synchronization| |czasopismo =Gen. Rel. Gravit. |wolumin=8 |numer=7 |s=497–513 | doi=10.1007/BF00762634 |bibcode = 1977GReGr...8..497M |język=en}}</ref>
* <ref name=sexl2>{{Cytuj |autor=Mansouri, R.;, Sexl, R.U. | data=1977 | tytuł= A test theory of special relativity: II. First order tests| |czasopismo =Gen. Rel. Gravit. |wolumin=8 |numer=7 |s=515–524 | doi=10.1007/BF00762635 |bibcode = 1977GReGr...8..515M |język=en}}</ref>
* <ref name="sep">{{Cytuj |url=https://plato.stanford.edu/entries/spacetime-convensimul |tytuł=Conventionality of Simultaneity |autor=Janis A. |data=2010 |język=en}}</ref>
* <ref name=Tooley350>{{Cytuj książkę |autor=Michael Tooley|rok=2000 |tytuł=Time, tense, and causation |url=https://books.google.com/books?id=xNHU8Kpy-PsC |rok=2000 |strony=350 |wydawca=Oxford University Press |isbn=978-0-19-825074-6 |język=en}}</ref>
* <ref name=Vessot>{{Cytuj |autor=R. F. C. Vessot, M. W. Levine, E. M. Mattison, E. L. Blomberg, T. E. Hoffman, G. U. Nystrom, B. F. Farrel, R. Decher, P. B. Eby, C. R. Baugher, J. W. Watts, D. L. Teuber, F. D. Wills |tytuł=Test of relativistic gravitation with a space-borne hydrogen maser |czasopismo=Physical Review Letters |wolumin=45 |numer=29 |data=1980 |s=2081–2084 |doi=10.1103/PhysRevLett.45.2081 |bibcode = 1980PhRvL..45.2081V |język=en}}</ref>
* <ref name=Will33–58>{{Cytuj |autor=Will, C.M |data=2005 |rozdział=Special Relativity: A Centenary Perspective |redaktor=T. Damour, O. Darrigol, B. Duplantier, V. Rivasseau |tytuł=Poincare Seminar 2005| |s=33–58 |wydawca=Birkhauser |miejsce=Basel |arxiv=gr-qc/0504085 |bibcode=2006eins.book...33W |doi=10.1007/3-7643-7436-5_2 |język=en}}</ref>
* <ref name=Will>{{Cytuj pismo |autor=Will, Clifford M. |tytuł=Clock synchronization and isotropy of the one-way speed of light |czasopismo=Physical Review D |wolumin=45| |wydanie=2 |rok=1992 |strony=403–411 |doi=10.1103/PhysRevD.45.403 |bibcode = 1992PhRvD..45..403W |język=en}}</ref>
* <ref name=winnie>{{Cytuj pismo | autor=Winnie, J. A. A.| rok=1970 | tytuł=Special Relativity without One Way Velocity Assumptions | czasopismo =Philosophy of Science |rok=1970 |wolumin=37 | wydanie=2 |strony=81–99, 223–38 |jstor=186029 | doi=10.1086/288296 |język=en}}</ref>
* <ref name=Wolf>{{Cytuj pismo |autor=Wolf, Peter |autor2=Petit, Gérard |tytuł=Satellite test of special relativity using the global positioning system |czasopismo=Physical Review A |wolumin=56 |wydanie=6 |rok=1997 |strony=4405–4409 |doi=10.1103/PhysRevA.56.4405 |bibcode=1997PhRvA..56.4405W |język=en}}</ref>
* <ref name=Zhang1995>{{Cytuj pismo | autor=Zhang, Yuan Zhong| rok=1995 | tytuł=Test theories of special relativity| |czasopismo =General Relativity and Gravitation |rok=1995 |wolumin=27 |wydanie=5 |strony=475–493| |doi=10.1007/BF02105074 |bibcode = 1995GReGr..27..475Z |język=en}}</ref>
}}
 
== Bibliografia ==
* {{Cytuj |autor=Yuan-Zhong Zhang |data=1997 |url=http://www.worldscibooks.com/physics/3180.html |tytuł=Special Relativity and Its Experimental Foundations |wydawca=World Scientific |isbn=978-981-02-2749-4 | odn=tak}}
 
== Linki zewnętrzne ==
* Mathpages: [http://www.mathpages.com/rr/s4-05/4-05.htm Conventional Wisdom], [http://www.mathpages.com/home/kmath229/kmath229.htm Round Trips and One-Way Speeds], [http://www.mathpages.com/home/kmath684/kmath684.htm Teaching Special Relativity]
* {{SEP | url = spacetime-convensimul/ | autor = Allen Janis | tytuł = Conventionality of Simultaneity | data = 2018-07-21 | data dostępu = 2018-08-03 }}
* {{Cytuj pismo |autor=Rizzi, Guido |autor2=Ruggiero, Matteo Luca |autor3=Serafini, Alessio |rok=2004 |tytuł=Synchronization Gauges and the Principles of Special Relativity |czasopismo=Foundations of Physics |rok=2004 |wolumin=34 |wydanie=12 |strony=1835–1887 |doi=10.1007/s10701-004-1624-3 |arxiv=gr-qc/0409105 |bibcode = 2004FoPh...34.1835R}}
* {{Cytuj pismo |autor=Sonego, Sebastiano |autor2=Pin, Massimo |rok=2008 |tytuł=Foundations of anisotropic relativistic mechanics |czasopismo=Journal of Mathematical Physics |rok=2008 |wolumin=50 |wydanie=4 |strony=042902-1–042902-28042902–042901–042902–28 |doi=10.1063/1.3104065 |arxiv=0812.1294 |bibcode = 2009JMP....50d2902S}}
{{Szczególna teoria względności}}
 
Źródło: „https://pl.wikipedia.org/wiki/Jednokierunkowa_prędkość_światła”