Номер 5, страница 155 - гдз по физике 11 класс учебник Жилко, Маркович

5. В чем состоит противоречие между классическим законом сложения скоростей и данными экспериментов по измерению скорости света?

5.

Противоречие между классическим законом сложения скоростей и данными экспериментов по измерению скорости света — это ключевая проблема, стоявшая перед физикой на рубеже XIX-XX веков, которая привела к созданию специальной теории относительности. Суть этого противоречия заключается в несовместимости двух положений.

1. Классический закон сложения скоростей (принцип относительности Галилея).
Этот закон утверждает, что скорость тела в "неподвижной" системе отсчета равна векторной сумме его скорости в движущейся системе отсчета и скорости самой движущейся системы. Для простого случая, когда все движения происходят вдоль одной прямой, формула выглядит так:
$v_{итог} = v_{тела} + v_{системы}$
Например, если пассажир идет по вагону поезда со скоростью 5 км/ч в направлении движения, а сам поезд едет со скоростью 100 км/ч, то для наблюдателя на перроне скорость пассажира будет 105 км/ч. Этот принцип безупречно работает в нашем повседневном мире для скоростей, много меньших скорости света.

2. Экспериментальные данные о скорости света.
Многочисленные эксперименты, самый известный из которых — опыт Майкельсона-Морли, показали, что скорость света в вакууме ($c$) является универсальной физической постоянной. Она не зависит ни от скорости движения источника света, ни от скорости движения наблюдателя. В любой инерциальной системе отсчета скорость света в вакууме всегда одинакова и равна приблизительно $299\,792\,458$ м/с.

Суть противоречия.
Противоречие становится очевидным, когда мы пытаемся применить классический закон к свету. Рассмотрим гипотетический пример: космический корабль летит со скоростью $u$ (например, равной половине скорости света) и включает прожектор, испуская луч света в направлении своего движения.

• С точки зрения классического закона, наблюдатель, относительно которого движется корабль, должен зафиксировать скорость этого луча света равной $c + u$.
• С точки зрения экспериментальных данных, тот же самый наблюдатель измерит скорость света равной ровно $c$, как если бы корабль был неподвижен.

Ответ: Противоречие состоит в том, что согласно классическому закону сложения скоростей, скорость света должна зависеть от скорости движения источника (или наблюдателя), в то время как эксперименты неопровержимо доказывают, что скорость света в вакууме является фундаментальной константой, одинаковой для всех наблюдателей, независимо от их движения.