Domanda:
Tutte le leggi di conservazione della fisica non richiedono tempo per propagarsi?
ayuanx
2015-08-03 18:20:40 UTC
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Ad esempio, la conservazione della quantità di moto, ci vuole tempo per propagarsi tra due o più oggetti?

In tal caso, ci sarebbe un momento in cui la quantità di moto non è conservata.

Se non ci vuole del tempo, poiché la legge stessa è informazione, non prova che le informazioni possono viaggiare più velocemente della luce?

Le leggi di conservazione sono manifestazioni delle simmetrie continue presenti nelle nostre leggi (leggi di più sul teorema di Noether).Sono astrazioni.Non sono entità fisiche che hanno attributi come la velocità di propagazione.Stai commettendo un errore categorico nel pensare in questo modo.
Vale la pena notare che il modo in cui trattiamo le collisioni in una rotta introduttiva --- come scatole nere che avvengono su scale temporali molto brevi e i cui dettagli vengono ignorati --- manca esattamente quelle caratteristiche delle collisioni reali che "trasmettono" ilquantità conservate in tempo finito.Ciò potrebbe dare l'impressione che lo slancio salti istantaneamente da un oggetto esteso a un altro, ma questa non è una caratteristica della corretta comprensione di ciò che sta accadendo anche in collisioni molto semplici.
Penso che tu abbia qualcosa di fondamentalmente al contrario: le "leggi" sono solo espressioni della comprensione umana di come funziona l'universo, quindi pensare che si "propagano" è una di quelle idee "nemmeno sbagliate".
Mi piace pensare alle quantità conservate come proprietà * dell'osservatore *.Non è necessario menzionare che quantità come l'energia totale sono in realtà relative a un quadro di riferimento.Ma lo considero un limite fondamentale a ciò che un osservatore è in grado di vedere.Un osservatore non vedrà mai la quantità totale di cambiamento di energia, quindi se vede che c'è più energia in una parte del sistema, può immediatamente concludere che ce n'è meno nell'altra.In questo senso, non impiegano tempo per propagarsi, sia come risultato dell'inferenza logica o della sua manifestazione più estrema, l'entanglement quantistico.
Una conseguenza interessante di alcune potenziali modalità di viaggio nel tempo sono le leggi di conservazione applicate a livello locale ma non globale.
Se punto una torcia su Marte e poi la accendo, quanto tempo ci vuole prima che i marziani sappiano che i fotoni emessi dalla mia torcia viaggiano alla velocità della luce?
Non capisco la tua logica.Anche se la legge fosse un'equazione scritta su un pezzo di carta che doveva essere comunicato all'intero universo, questa comunicazione sarebbe già avvenuta prima che avvenisse qualsiasi interazione.Non è nemmeno "nemmeno sbagliato" ...
Che bella domanda!
Sei risposte:
ACuriousMind
2015-08-03 18:25:23 UTC
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Le leggi di conservazione non si "propagano". Sono conseguenze inevitabili delle simmetrie delle dinamiche del teorema di Noether e le dinamiche si propagano con qualsiasi velocità finita.

In altre parole: le leggi sulla conservazione valgono ovunque, in ogni momento.Non è necessario che si propaghino, sono una * proprietà fondamentale della fisica *.
@Neuneck Questa è una meravigliosa interpretazione concisa della risposta.
Per renderlo ancora più conciso: le leggi di conservazione valgono * localmente *, quindi non implicano propagazione.Tieni presente che le leggi locali possono solitamente essere trasformate in leggi globali.Ad esempio, la conservazione della carica locale può essere rilanciata come un'affermazione che la corrente che scorre in un volume deve essere uguale alla corrente che fluisce da quel volume più la velocità di variazione nel tempo della corrente totale all'interno del volume.
Correlato: http://physics.stackexchange.com/q/103724/44080
Beh, non hai incluso la velocità @ACuriousMind.Dovrebbe essere alla velocità della luce.
Steve Byrnes
2015-08-03 18:34:53 UTC
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Vedi https://en.wikipedia.org/wiki/Continuity_equation: stavo solo scrivendo del testo che penso aiuti a spiegare.

Equazioni di continuità sono una forma locale più forte di leggi di conservazione. Ad esempio, la legge di conservazione dell'energia afferma che l'energia non può essere né creata né distrutta, ovvero la quantità totale di energia è fissa. Ma questa affermazione non esclude immediatamente la possibilità che l'energia possa scomparire da un campo in Canada mentre appare contemporaneamente in una stanza in Indonesia. Un'affermazione più forte è che l'energia è conservata localmente : l'energia non può essere né creata né distrutta, può "teletrasportarsi" da un luogo a un altro - può spostarsi solo da un flusso continuo. Un'equazione di continuità è il modo matematico per esprimere questo tipo di affermazione.

Se la conservazione dell'energia solo dicesse che l'energia totale è fissa, e l'energia in realtà potrebbe teletrasportarsi, quindi la tua domanda sarebbe una domanda molto importante. Ma in realtà, ogni legge di conservazione nella pratica è il tipo più forte, una legge di conservazione locale . L'energia può muoversi solo con un flusso continuo, e lo stesso per lo slancio e qualsiasi altra cosa.

Un flusso di energia, proprio come un flusso di qualsiasi altra quantità fisica, si muove alla velocità della luce o al di sotto di essa.

La continuità si applica nel contesto della meccanica quantistica?Che dire dello sbrogliamento e dell '"azione a distanza"?
Non esiste solo la "continuità", esiste un'ampia varietà di "equazioni di continuità" che descrivono molte quantità diverse.Energia e quantità di moto sono conservate nella meccanica quantistica, e sì, quelle leggi di conservazione sono scritte come equazioni di continuità anche nella meccanica quantistica.Non c'è conflitto tra l'entanglement (che è onnipresente in QM) e queste equazioni di continuità.Non sono sicuro del motivo per cui pensi che ci sarebbe stato.Puoi spiegare cosa hai in mente?
Intendo qualcosa del tipo: due particelle aggrovigliate sono separate da una distanza considerevole.Anche la misura dell'energia di ciascuna particella è in sovrapposizione?Quando viene misurato lo stato delle particelle, determina quanta energia c'è in una posizione (e quanta nell'altra)?
Sì, puoi avere due particelle entangled distanti (chiamate coppia EPR), dove una è più energetica e l'altra meno energetica, ma non è determinato quale sia fino a quando non le misuri.Puoi cercare online o in un libro di testo introduttivo QM per una spiegazione del motivo per cui le informazioni non fluiscono più velocemente della luce quando misuri una coppia EPR.Questo problema del flusso di informazioni è comunemente discusso.Ebbene, l'energia * anche * non scorre più velocemente della luce quando misuri una coppia di EPR ... ed è per la stessa identica ragione.
La ringrazio per la risposta.Non intendo spaccare i capelli sulla definizione di "flussi", ma è divertente che tu abbia detto che l'energia non può "teletrasportarsi", mentre un nome comune per il fenomeno dell'entanglement è, beh, "teletrasporto".
Un'altra domanda: non possiamo (in linea di principio) osservare effettivamente ogni interazione che preserva la conservazione locale dell'energia, vero?Tuttavia, se conosciamo (da misurazioni precedenti) l'energia totale del sistema e misuriamo l'energia in una parte di essa, per inferenza logica conosciamo immediatamente l'energia dell'altra parte.È un po 'come l'entanglement e altrettanto "istantaneo".Nel contesto della domanda, sarebbe più interessante spiegare perché questa (e l'entanglement) non sono in realtà informazioni che si muovono più velocemente della luce.
Nel mio esempio di coppia EPR, c'è una particella più energetica e una particella meno energetica, ma non è determinato quale sia.Se misuri l'energia di uno, puoi immediatamente dedurre l'energia dell'altro.Ma questo non richiede né implica che le informazioni o l'energia si muovano più velocemente della luce.Perché dovrebbe?Vedi http://physics.stackexchange.com/a/3163/3811 per maggiori dettagli, ad esempio.
@AleksandrDubinsky: un _name_ comune può essere teletrasporto, ma c'è una buona ragione per cui in fisica usiamo la matematica invece della prosa.
La conservazione dell'energia è violata sulle lunghe distanze perché la simmetria temporale è rotta.
Kyle Kanos
2015-08-03 18:34:45 UTC
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Le leggi di conservazione non si propagano istantaneamente (o non si propagano affatto), significa che alcune proprietà del sistema non cambiano nel tempo.

Nel caso della conservazione della quantità di moto, le informazioni la collisione si propaga (al massimo) alla velocità del suono nel mezzo. Questo è il motivo per cui vedi le auto continuare lungo il loro percorso durante una collisione:

enter image description here

Se le informazioni sull'incidente viaggiassero istantaneamente, il resto dell'auto non si muoverebbe avanti dopo che la parte anteriore dell'auto impatta contro il muro, che non è quello che vediamo qui. Quindi non più veloce di informazioni leggere che viaggiano qui.

Che esempio raccapricciante!Mi ricorda il nostro professore di fisica, che si lamenta degli studenti che lo sorpassano sulla strada per la lezione, che probabilmente falliranno le domande dello slancio più avanti durante l'esame ...
Errr ... correggimi noob di fisica se sbaglio, ma: la conservazione dello slancio è ciò che fa andare avanti il manichino mentre l'auto intorno a lui decelera, spendendo il suo slancio nel deformare la sezione anteriore.(Fino a quando il manichino colpisce qualcosa, come il parabrezza, e spende * il suo * slancio nel deformarlo, o se stesso.) Non c'è bisogno che nulla si propaghi da nessuna parte, tanto meno limitato alla velocità del suono nel mezzo.Il manichino * ha * quantità di moto e viene conservata fino a quando le forze applicate non la cambiano.Non vedo come le "informazioni sull'impatto" si stiano propagando ovunque.Povero esempio?
_ "Se le informazioni sull'incidente viaggiassero istantaneamente, il guidatore (e il resto dell'auto) non si muoverebbe in avanti dopo che la parte anteriore dell'auto ha urtato il muro." _ Quale forza farebbe fermare il guidatore?
@DevSolar: Questo è il problema a portata di mano.OP si aspetta che non ci vuole tempo per la propagazione delle informazioni, il che suggerirebbe che il guidatore non si muoverebbe durante la collisione (l'auto si ferma, così fa il guidatore).Poiché è chiaro che lo fa, ci vuole tempo prima che le informazioni sulla collisione passino al conducente per la loro reazione.
@JiK: L'impulso della collisione, ovviamente.Ma questo sarebbe solo nel caso del passaggio istantaneo di informazioni;poiché * non * è il caso, fornisce solo * più * prove che la velocità del segnale non è infinita.
@KyleKanos: Penso che tu stia commettendo un errore centrale in questo esempio.Il conducente non entra in collisione con il muro * affatto *.Sta entrando in collisione con il volante e il parabrezza.L '"informazione" che * l'auto * si è scontrata con il * muro * è irrilevante.Rilevante è solo la decelerazione dell'auto (che rende il volante e il parabrezza un ostacolo).
@DevSolar: Il manichino non entra in collisione con il muro perché c'è circa 4 piedi di acciaio e un pezzo di vetro da 1/4 di pollice davanti ad esso.Ma capisco il tuo punto.Modificherò la risposta per discutere delle ruote posteriori che si muovono in avanti dopo il punto di contatto.
La velocità del suono nel telaio dell'auto è di circa 3000 m / s.Questa risposta sembra dire che se un'auto di 5 metri colpisce il muro viaggiando a 30 m / s (108 km / h), la parte posteriore dell'auto percorrerà circa 5 cm prima di fermarsi completamente.
@JiK: Dico * ... si propaga (** al massimo **) alla velocità del suono ... * Nella migliore delle ipotesi, la distanza * più breve * percorsa dall'auto sarebbe quella.
@KyleKanos La velocità di propagazione delle informazioni dice solo quando la parte posteriore dell'auto inizia possibilmente a decelerare.L'entità della decelerazione, e quindi il tempo impiegato dalla parte posteriore per fermarsi, non dipendono affatto dalla velocità delle informazioni.Dici: "Se le informazioni sull'incidente viaggiassero istantaneamente, il resto dell'auto non si muoverebbe in avanti dopo che la parte anteriore dell'auto ha urtato il muro", ma non è vero.
@KyleKanos: Le ruote posteriori iniziano a * decelerare * immediatamente.Continuano a muoversi perché a) inerzia eb) le parti anteriori dell'auto si deformano.Questo è in realtà di progettazione, perché rende molto più facile sopravvivere all'incidente.Se ad es.un carro armato colpiva un muro adeguatamente rinforzato, la parte anteriore * non * si deformerebbe in modo significativo, la parte posteriore si fermerebbe più o meno immediatamente e tutti all'interno sarebbero morti, punto fermo (gioco di parole).Questo non ha nulla a che fare con la "propagazione delle informazioni" e tutto ciò con la "zona di deformazione".
@KyleKanos: Puoi effettivamente osservarlo nella tua animazione: nel momento in cui la zona di accartocciamento è "esaurita" e il blocco motore piuttosto che non si accartoccia colpisce l'ostacolo.Notare come la decelerazione del veicolo rimanente aumenta bruscamente in quel punto ...
Timaeus
2015-08-03 18:35:51 UTC
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Diamo un'occhiata a un esempio, l'elettromagnetismo.

Il campo elettromagnetico (la combinazione di campi elettrici e magnetici) ha quantità di moto.

Le cariche hanno quantità di moto.

La carica percepisce una forza proprio dov'è, una forza basata sui campi proprio dove si trova. Questo cambia la quantità di moto della particella.

Il campo perde una quantità uguale e opposta di quantità di moto e lo fa anche nello stesso punto. (Il campo ha quantità di moto distribuita in piccoli bit in tutto lo spazio, quindi ha quantità di moto proprio lì per dare alla carica.) Tecnicamente c'è solo un flusso di quantità di moto dai campi alla carica perché la carica sta anche cambiando la sua quantità di moto in un certo tasso, né tutto in una volta. Quindi puoi anche pensarlo come lo slancio delle cariche che viene dato al campo in un modo in cui inizia a diffondersi attraverso il campo in regioni sempre più grandi. Poiché la quantità di moto ha una direzione, non c'è obiettività sul fatto che tu perda $ p_x $ o guadagni $ p _ {- x}. $

Quindi la quantità di moto si propaga attraverso lo spazio e può essere immagazzinata nel campo elettromagnetico e fluire attraverso spazio attraverso il flusso attraverso i campi elettromagnetici (e sì, tecnicamente i campi hanno una quantità di moto e un flusso di quantità di moto) in modo conservato fino a quando non incontra una carica, a quel punto la quantità di moto nel campo non è più conservata ma la quantità di moto totale (campo e carica) vengono conservati.

Lo slancio è conservato localmente. E può volerci del tempo prima che lo slancio passi da un oggetto (carica) a un altro oggetto (carica). Ma quando lo fa, la quantità di moto è ancora conservata nel tempo intermedio perché nel mezzo, i campi hanno la quantità di moto.

Lo stesso con l'energia.

JDługosz
2015-08-04 21:08:15 UTC
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Altri hanno spiegato che non si propagano. Questo è un vero enigma, però, e la vera domanda è come si sommano sempre le cose (energia, carica, qualunque cosa) quando un trasferimento richiede un tempo limitato?

La risposta per capirlo era un pilastro profondo della fisica moderna: il campo contiene quantità di moto (ecc.). Così, mentre un elettrone sta stringendo la mano con un'altra particella carica per dire "tu vai da questa parte, io andrò da quella parte", hai l'ulteriore enigma della relatività del tempo poiché non c'è "simultanea" in senso assoluto. Uno cambia prima dell'altro, o viceversa, in diversi sistemi di riferimento. La soluzione è che il campo elettrico (elettromagnetico, se stai usando effetti relativistici) contiene la quantità di moto che al momento (nel tuo sistema di riferimento) non è ascritta a nessuna delle due particelle.

Sono sicuro di averlo fatto macellato, ma hai l'idea: i campi sono cose reali che portano queste proprietà , non solo un modo di disegnare mappe.

Guill
2015-08-05 04:52:38 UTC
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Tutti i fenomeni conservatori (non le leggi), in effetti, impiegano un tempo limitato per propagarsi, quindi le "informazioni" non possono viaggiare più veloci della luce. Inoltre, solo perché i fenomeni richiedono tempo per propagarsi, non significa che i fenomeni non siano conservati in un dato istante di tempo. In effetti, non c'è momento , in cui i fenomeni non sono conservati!



Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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