Задача-парадокс. частота движущегося источника
В системе отсчета №1 (слева на рисунке) объекты А, В, С и массивный объект М неподвижны и располагаются так что прямые АВ и ВС перпендикулярны, а М располагается на прямой АС посередине между А и С. Источник света движется со скоростью V вдоль прямой АВ и излучает сигнал в момент пролета мимо объекта А. Сигнал от источника не может достигнуть приемника С напрямую, однако в результате гравитационного отклонения света под действием массивного объекта М приемник С получает два изображения (сигнала) от источника – слева от М (сигнал 1) и справа от М (сигнал 2). В момент получения сигналов 1 и 2 приемником С источник света достигает объекта В.
В системе отсчета №2 (справа на рисунке) источник света неподвижен, а объекты А, В, С и М движутся со скоростью V.
Вопросы: Исходя из направления движения источника в системе отсчета №1, будет ли частота сигнала 2, полученного приемником С, выше, чем частота сигнала 1?
На каком основании аналогичное соотношение частот сигналов 1 и 2 будет иметь место в системе отсчета №2?
Личное сообщениеВопрос 1. Да, за счет эффекта Доплера сигнал № 2 будет восприниматься с более высокой частотой.
Вопрос 2. Это вопрос с подвохом? Правильный ответ: на основании принципа относительности? «Если в двух замкнутых лабораторных системах отсчёта, одна из которых равномерно и прямолинейно (поступательно) движется относительно другой, провести одинаковый механический, электродинамический или оптический эксперимент, результат будет одинаковым».
отредактировал(а) Константин-2: 2023-11-15 03:49 GMT
#58900 Константин-2 :Вопрос 2. Это вопрос с подвохом? Правильный ответ: на основании принципа относительности? «Если в двух замкнутых лабораторных системах отсчёта, одна из которых равномерно и прямолинейно (поступательно) движется относительно другой, провести одинаковый механический, электродинамический или оптический эксперимент, результат будет одинаковым».
То, что вы написали, не ответ вообще. На основании принципа относительности, система отсчета №2 должна адекватно описывать происходящий процесс. Причину различия принимаемых частот она должна содержать в себе самой, а вы просто ссылаетесь на другую систему отсчета. Вопрос в том и состоял, чтобы проверить соблюдение принципа относительности, а вы на него же ссылаетесь в ответе.
#58884 Николай Амелин :Вопросы:
Хорошие вопросы!
Исходя из направления движения источника в системе отсчета №1, будет ли частота сигнала 2, полученного приемником С, выше, чем частота сигнала 1?
Да. Угол между вектором скорости источника и направлением луча 2 меньше, чем у луча 1.
На каком основании аналогичное соотношение частот сигналов 1 и 2 будет иметь место в системе отсчета №2?
На том основании, что световые лучи проходя в окрестности массивного тела выполняют гравитационный маневр. Энергия луча 2 увеличивается, энергия луча 1 уменьшается.
Аналогично тому, как Вояджер-1 и Вояджер-2 проходя мимо Юпитера и Сатурна получили энергию, достаточную для покидания Солнечной системы.
Вместо гравитационной линзы можно поставить обычную стеклянную линзу. Результат будет тот же самый.
Спасибо за ответ, ответ интересный. Предлагаю следующий пример рассмотреть.
Модифицируем условие задачи. Вместо источника излучения добавим непрозрачный экран с отверстием, а сам источник отнесем от экрана на некоторое расстояние. Источник излучения неподвижен относительно экрана. Источник излучает короткий сигнал, этот сигнал достигает отверстия в момент пролета объекта А возле отверстия. Фотоны, прошедшие через отверстие и попавшие в область геометрической тени, отклоняются под действием гравитации объекта М и попадают на приемник С.
В системе отсчета №2 (справа на рисунке) неподвижный источник излучает сигнал, фотоны проходят через неподвижное отверстие, а далее, как и в первом примере, совершают гравитационный маневр и их частоты изменяются, так что частота сигнала 2, полученного приемником С, оказывается выше частоты сигнала 1.
В системе отсчета №1 (слева на рисунке) движущийся источник излучает сигнал, затем фотоны проходят через движущееся отверстие, а потом отклоняются неподвижным объектом М.
Вопрос: за счет чего в системе отсчета №1 частоты сигналов 1 и 2, полученных приемником С, окажутся различными?
#59063 Николай Амелин :Предлагаю следующий пример рассмотреть.
Что изменилось?
#59065 zam :Что изменилось?
Хорошо, попробую дополнительно пояснить, что, по моему мнению, изменилось.
В первом примере источник излучал фотоны в двух направлениях. Для определенности можно сказать, что он излучал только в этих двух направлениях, например, через два коллимирующих устройства. Поэтому в системе отсчета, где источник двигался, излученные в различных направлениях фотоны получают различные частоты и энергии, а затем приносят эти различные энергии на приемник. Именно этим – различными углами между направлениями излучения и направлением движения источника – в первом примере в системе отсчета №1 объяснялось итоговое различие частот.
Во втором примере источник излучает фотоны в одном направлении – на отверстие, через одно коллимирующее устройство. Поэтому даже в системе отсчета, где источник двигается, все излученные фотоны получают одинаковые частоты и энергии. Отверстие фотоны не переизлучает, фотоны при прохождении через отверстие попадают в область геометрической тени, как принято считать, не взаимодействуя при этом с краями отверстия. Отсюда и вопрос.
Фотоны после излучения с источником никак не связаны, никакой информации о его движении они с собой не несут. Имеем просто два одинаковых фотона, которые после прохождения через отверстие проходят один по траектории 1, а другой по траектории 2. А чем отличаются траектории 1 и 2 в системе отсчета №1 – ничем, так откуда возьмется отличие частот на приемнике?
#59068 Николай Амелин :В первом примере источник излучал фотоны в двух направлениях.
Излучает во всех направлениях. Но мы рассматриваем только те из них, которые попали (которые зарегистрированы) в приёмник.
Во втором примере источник излучает фотоны в одном направлении – на отверстие, через одно коллимирующее устройство.
Излучает во всех направлениях. Отверстие отсекает подавляющее большинство из этих фотонов.
Отверстие фотоны не переизлучает,
Переизлучает. Принцип Гюйгенса — Френеля: «Каждый элемент волнового фронта можно рассматривать как центр вторичного возмущения, порождающего вторичные сферические волны, а результирующее световое поле в каждой точке пространства будет определяться интерференцией этих волн» ( https://ru.wikipedia.org/wiki/Принцип_Гюйгенса_—_Френеля https://ru.wikipedia.org/wiki/Принцип_Гюйгенса_—_Френеля) .
Методическое замечание. Тема в разделе «Элементы СТО». А СТО — это раздел классической физики. А в классической физике никаких фотонов нет. Она ничего не знает и знать не хочет про фотоны. Она с этим понятием несовместима.
Фотон - действующее лицо квантовой физики. А она показывает, что у фотона (как и у любой квантовой частицы) траектории нет. Или, в интерпретации Фейнмана, фотон движется сразу по всем физически возможным траекториям. А при регистрации фотон интерферирует сам с собой.
Почитать про это можно в замечательной книжке — Фейнман, КЭД, Странная теория света и вещества: https://biblioteka-online.info/book/ked-strannaya-teoriya-sveta-i-veshchestva/reader/ https://biblioteka-online.info/book/ked-strannaya-teoriya-sveta-i-veshchestva/reader/ .
#59070 zam :Отверстие фотоны не переизлучает,
Переизлучает. Принцип Гюйгенса — Френеля
Этот принцип устаревший, тогда не знали ни о фотонах, ни о том, как они излучаются и поглощаются атомами. Если вы считаете, что отверстие переизлучает, тогда надо говорить, что какой-то атом стенки отверстия поглотил и заново излучил фотон, тогда это будет причиной попадания фотона в область геометрической тени, тогда будет совсем другой разговор.
Фотон - действующее лицо квантовой физики. А она показывает, что у фотона (как и у любой квантовой частицы) траектории нет. Или, в интерпретации Фейнмана, фотон движется сразу по всем физически возможным траекториям. А при регистрации фотон интерферирует сам с собой.
По факту регистрации на приемнике мы получаем два фотона различной частоты и понимаем, какой из них прошел слева от М, а какой справа от М. А дальше пытаемся ответить на вопрос, почему правый оказался большей частоты, чем левый. В системе отсчета №2 ответ дан – гравитационный маневр вокруг движущейся массы М, и Гюйгенс и Френель о таком слыхом не слыхивали, этот ответ для фотонов вполне годится. Нужно также давать ответ на этот вопрос по существу в системе отсчета №1, отсылки на особенности теорий тут мало что дают. Отверстие переизлучило фотоны? Каким образом? Поглощение и излучение фотонов атомами стенок отверстия имело место?
#59073 Николай Амелин :Переизлучает. Принцип Гюйгенса — Френеля
Этот принцип устаревший, тогда не знали ни о фотонах, ни о том, как они излучаются и поглощаются атомами.
Этот принцип устареть не может, потому что подтвеждён тысячами экспериментов и ежедневной работой тысяч телескопов, микроскопов, фотоаппаратов… Это принцип классической физики, а она ничего не знает и знать не хочет о фотонах, не её это дело. Фотон — это персонаж квантовой физики.
Если вы считаете, что отверстие переизлучает, тогда надо говорить, что какой-то атом стенки отверстия поглотил и заново излучил фотон, тогда это будет причиной попадания фотона в область геометрической тени, тогда будет совсем другой разговор.
Не надо так говорить. Источником вторичных ЭМ-волн является любая точка фронта основной световой волны.
По факту регистрации на приемнике мы получаем два фотона различной частоты и понимаем, какой из них прошел слева от М, а какой справа от М.
Нет. Мы этого понять не можем. Любой фотон проходит и слева, и справа. Вот как фотон движется от источника к приёмнику сквозь отверстие.
Тут изображено только три траектории из бесконечного множества траекторий, и по всем по ним один фотон движется сразу. На приёмнике происходит интерференция фотона с самим собой. Так как разные траектории по-разному проходили в гравитационной линзе, то и получится разница в частоте световых лучей, приходящих к регистратору с разных направлений.
отсылки на особенности теорий тут мало что дают.
Тогда какой адрес вас устраивает, по которому вас следует послать?
Отверстие переизлучило фотоны?
Не отверстие, а волновой фронт, проходящий сквозь отверстие. Не фотоны, а вторичные ЭМ-волны.
Поглощение и излучение фотонов атомами стенок отверстия имело место?
Оставили бы вы фотоны в покое. Всё равно не знаете, что это такое.
#59084 zam :По факту регистрации на приемнике мы получаем два фотона различной частоты и понимаем, какой из них прошел слева от М, а какой справа от М.
Нет. Мы этого понять не можем. Любой фотон проходит и слева, и справа.
Сделали фотографию в момент прихода сигналов, слева от М получили красную точку, справа от М – оранжевую. Что тут может быть непонятного?
Не отверстие, а волновой фронт, проходящий сквозь отверстие. Не фотоны, а вторичные ЭМ-волны.
По какой причине волновой фронт, проходящий через небольшое отверстие на большом расстоянии от источника, будет порождать вторичные волны существенно отличающейся частоты? Величина этого отличия (в системе отсчета №1) должна быть такой же, как и в первом примере. В этом состоит суть вопроса, на который я пытаюсь получить ответ. От того, какие названия использовать, суть вопроса не меняется.
#59089 Николай Амелин :Сделали фотографию в момент прихода сигналов, слева от М получили красную точку, справа от М – оранжевую. Что тут может быть непонятного?
А то, что и в левую точку, и в правую точку фотон проходит по всему бесконечному множеству траекторий. Каждый из них проходит и слева от М, и справа от М.
Не отверстие, а волновой фронт, проходящий сквозь отверстие. Не фотоны, а вторичные ЭМ-волны.
По какой причине волновой фронт, проходящий через небольшое отверстие на большом расстоянии от источника, будет порождать вторичные волны существенно отличающейся частоты? Величина этого отличия (в системе отсчета №1) должна быть такой же, как и в первом примере. В этом состоит суть вопроса, на который я пытаюсь получить ответ. От того, какие названия использовать, суть вопроса не меняется.
Частота вторичной волны та же самая, что и первичной. Частота изменяется при прохождении волны вблизи массивного тела, причём движущегося массвного тела (гравационный манёвр). В этом и состоит суть ответа, коорый вы уже получили 15.11.2023.
От того, какие термны вы используете, зависит то, на каком языке вы получаете ответ. Язык классической физики и язык квантовой физики — это разные языки.
#59092 zam :По какой причине волновой фронт, проходящий через небольшое отверстие на большом расстоянии от источника, будет порождать вторичные волны существенно отличающейся частоты? Величина этого отличия (в системе отсчета №1) должна быть такой же, как и в первом примере. В этом состоит суть вопроса, на который я пытаюсь получить ответ. От того, какие названия использовать, суть вопроса не меняется.Частота вторичной волны та же самая, что и первичной. Частота изменяется при прохождении волны вблизи массивного тела, причём движущегося массвного тела (гравационный манёвр). В этом и состоит суть ответа, коорый вы уже получили 15.11.2023.
Движущееся массивное тело – в системе отсчета №2. Ответ по системе отсчета №2 понятен и не оспаривается. Новый вопрос я задавал по системе отсчета №1, где массивное тело покоится, будьте внимательны.
На всякий случай еще раз напишу: В системе отсчета №1 (слева на рисунке) движущийся источник излучает сигнал, затем сигнал проходит через движущееся отверстие, попадает в область геометрической тени и отклоняется неподвижным объектом М.
По какой причине волновой фронт, проходящий через небольшое отверстие на большом расстоянии от источника (в системе отсчета №1), будет порождать вторичные волны существенно отличающейся частоты? Величина этого отличия (в системе отсчета №1) должна быть такой же, как и в первом примере. Если частота вторичной волны будет та же самая, что и первичной, тогда откуда возьмется различие частот на приемнике в системе отсчета №1, где массивное тело покоится?