Question:
Toutes les lois de conservation de la physique ne prennent-elles pas de temps à se propager?
ayuanx
2015-08-03 18:20:40 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Par exemple, la conservation de l'élan, faut-il du temps pour se propager entre deux objets ou plus?

Si c'est le cas, alors il y aura un moment où l'élan ne sera pas conservé.

Si cela ne prend pas du tout de temps, puisque la loi elle-même est une information, cela ne prouve-t-il pas que l'information peut voyager plus vite que la lumière?

Les lois de conservation sont des manifestations des symétries continues présentes dans nos lois (en savoir plus sur le théorème de Noether).Ce sont des abstractions.Ce ne sont pas des entités physiques qui ont des attributs comme la vitesse de propagation.Vous faites une erreur catégorique en pensant de cette façon.
Il convient de noter que la façon dont nous traitons les collisions dans un cours d'introduction - comme des boîtes noires qui se produisent sur des échelles de temps très courtes et dont les détails sont ignorés - manque exactement les caractéristiques des collisions réelles qui "transmettent" lequantités conservées en temps fini.Cela pourrait donner l'impression que l'élan saute instantanément d'un objet étendu à un autre, mais ce n'est pas une caractéristique d'une bonne compréhension de ce qui se passe même dans des collisions très simples.
Je pense que vous avez quelque chose de fondamentalement à l'envers: les «lois» ne sont que des expressions de la compréhension humaine du fonctionnement de l'univers, donc penser qu'elles «se propagent» est l'une de ces idées «même pas fausses».
J'aime penser aux quantités conservées comme étant des propriétés * de l'observateur *.Il n'est pas nécessaire de mentionner que des quantités comme l'énergie totale sont en fait relatives à un référentiel.Mais je pense que c'est une limite fondamentale à ce qu'un observateur est capable de voir.Un observateur ne verra jamais la quantité totale d'énergie changer, donc s'il voit qu'il y a plus d'énergie dans une partie du système, il peut immédiatement conclure qu'il y en a moins dans l'autre.En ce sens, ils ne prennent pas de temps à se propager, que ce soit par inférence logique ou par sa manifestation la plus extrême, l'intrication quantique.
Une conséquence intéressante de certains modes potentiels de voyage dans le temps est que les lois de conservation s'appliquent localement mais pas globalement.
Si je pointe une lampe de poche sur Mars, puis je l'allume, combien de temps faut-il avant que les Martiens sachent que les photons que ma lampe de poche émet voyagent à la vitesse de la lumière?
Je ne comprends pas votre logique.Même si la loi était une équation écrite sur un morceau de papier qui devait être communiquée à tout l'univers, cette communication aurait déjà eu lieu avant que toute interaction ne se produise.Ce n'est même pas "même pas mal" ...
Quelle belle question!
Six réponses:
ACuriousMind
2015-08-03 18:25:23 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Les lois de conservation ne "se propagent" pas. Ce sont des conséquences inévitables des symétries de la dynamique par le théorème de Noether, et la dynamique se propage à quelque vitesse finie qu’elle fasse.

En d'autres termes: les lois sur la conservation sont valables partout, à tout moment.Il n'est pas nécessaire qu'ils se propagent, ils sont une * propriété fondamentale de la physique *.
@Neuneck C'est un merveilleux rendu concis de la réponse.
Pour le rendre encore plus concis: les lois de conservation tiennent * localement *, donc elles n'impliquent aucune propagation.Notez que les lois locales peuvent généralement être transposées en lois mondiales.Par exemple, la conservation de la charge locale peut être reconstituée pour indiquer que le courant circulant dans un volume doit être égal au courant sortant de ce volume plus le taux de variation du courant total à l'intérieur du volume.
Connexes: http://physics.stackexchange.com/q/103724/44080
Eh bien, vous n'avez pas inclus la vitesse @ACuriousMind.Il faudrait que ce soit à la vitesse de la lumière.
Steve Byrnes
2015-08-03 18:34:53 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Voir https://en.wikipedia.org/wiki/Continuity_equation - J'écrivais juste un texte qui, je pense, aide à expliquer.

Équations de continuité sont une forme locale plus forte de lois de conservation. Par exemple, la loi de conservation de l'énergie stipule que l'énergie ne peut être ni créée ni détruite, c'est-à-dire que la quantité totale d'énergie est fixe. Mais cette déclaration n'exclut pas immédiatement la possibilité que l'énergie puisse disparaître d'un champ au Canada tout en apparaissant simultanément dans une pièce en Indonésie. Une affirmation plus forte est que l'énergie est localement conservée: l'énergie ne peut être ni créée ni détruite, ni ne peut se "téléporter" d'un endroit à un autre - elle ne peut se déplacer que par un flux continu. Une équation de continuité est la manière mathématique d'exprimer ce genre d'énoncé.

Si la conservation de l'énergie seulement dit que l'énergie totale est fixe, et l'énergie en fait pourrait se téléporter, alors votre question serait une question très importante. Mais en fait, chaque loi de conservation en pratique est du type le plus fort, une loi de conservation locale . L'énergie ne peut se déplacer que par un flux continu, et c'est la même chose pour l'élan et toute autre chose.

Un flux d'énergie, tout comme un flux de toute autre quantité physique, se déplace à ou en dessous de la vitesse de la lumière.

La continuité s'applique-t-elle dans le contexte de la mécanique quantique?Qu'en est-il du démêlage et de «l'action à distance»?
La «continuité» n'existe pas, il existe une grande variété d '«équations de continuité» décrivant de nombreuses quantités différentes.L'énergie et la quantité de mouvement sont conservées en mécanique quantique, et oui, ces lois de conservation sont également écrites comme des équations de continuité en mécanique quantique.Il n'y a pas de conflit entre l'intrication (qui est omniprésente dans QM) et ces équations de continuité.Je ne sais pas pourquoi vous pensez qu'il y en aurait.Pouvez-vous expliquer ce que vous avez en tête?
Je veux dire quelque chose comme: deux particules intriquées sont séparées par une distance considérable.La mesure de l'énergie de chaque particule est-elle également en superposition?Lorsque les états de la ou des particules sont mesurés, détermine-t-il la quantité d'énergie à un endroit (et la quantité à l'autre)?
Oui, vous pouvez avoir deux particules intriquées distantes (appelées une paire EPR), où l'une est plus énergétique et l'autre moins énergique, mais il n'est pas déterminé laquelle est laquelle tant que vous ne les mesurez pas.Vous pouvez consulter en ligne ou dans un manuel d'introduction QM pour une explication des raisons pour lesquelles les informations ne circulent pas plus vite que la lumière lorsque vous mesurez une paire d'EPR.Cette question de flux d'informations est souvent discutée.Eh bien, l'énergie * aussi * ne circule pas plus vite que la lumière lorsque vous mesurez une paire d'EPR ... et c'est exactement pour la même raison.
Merci pour votre réponse.Je ne veux pas couper les cheveux sur la définition de «flux», mais c'est drôle que vous disiez que l'énergie ne peut pas «se téléporter», alors qu'un nom commun pour le phénomène d'enchevêtrement est, eh bien, «téléportation».
Une autre question: nous ne pouvons pas (en principe) observer réellement chaque interaction qui préserve la conservation locale de l'énergie, n'est-ce pas?Pourtant, si nous connaissons (à partir de mesures préalables) l'énergie totale du système et mesurons l'énergie d'une partie de celui-ci, nous connaissons immédiatement l'énergie de l'autre partie par inférence logique.C'est un peu comme un enchevêtrement, et tout aussi «instantané».Dans le contexte de la question, il serait plus intéressant d'expliquer pourquoi cette information (et l'enchevêtrement) ne se déplace pas réellement plus vite que la lumière.
Dans mon exemple de paire EPR, il y a une particule plus énergétique et une particule moins énergétique, mais il n'est pas déterminé laquelle est laquelle.Si vous mesurez l'énergie de l'un, vous pouvez immédiatement déduire l'énergie de l'autre.Mais cela n'exige ni n'implique que l'information ou l'énergie se déplace plus vite que la lumière.Pourquoi le ferait-il?Voir http://physics.stackexchange.com/a/3163/3811 pour plus de détails, par exemple.
@AleksandrDubinsky: un _nom_ commun peut être la téléportation, mais il y a une bonne raison pour laquelle nous utilisons les mathématiques au lieu de la prose en physique.
La conservation de l'énergie est violée sur de longues distances car la symétrie du temps est rompue.
Kyle Kanos
2015-08-03 18:34:45 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Les lois de conservation ne se propagent pas instantanément (ou vraiment pas du tout), cela signifie vraiment que certaines propriétés du système ne changent pas avec le temps.

Dans le cas de la conservation de l'élan, les informations à propos de la collision se propage (tout au plus) à la vitesse du son dans le support. C'est pourquoi vous voyez les voitures continuer sur leur chemin lors d'une collision:

enter image description here

Si les informations de l'accident voyageaient instantanément, alors le reste de la voiture ne bougerait pas vers l'avant après que l'avant de la voiture ait heurté le mur, ce qui n'est pas ce que nous voyons ici. Donc pas plus rapide que des informations légères voyageant ici.

Quel exemple horrible!Cela me rappelle notre professeur de physique, se déchaînant sur les étudiants qui le dépassent sur le chemin de la conférence, qui échoueront probablement aux questions sur l'élan plus tard à l'examen ...
Euh ... corrigez-moi physique noob si je me trompe, mais: la conservation de l'élan est ce qui fait que le mannequin continue d'avancer pendant que la voiture qui l'entoure décélère, passant son élan à déformer la partie avant.(Jusqu'à ce que le mannequin heurte quelque chose, comme le pare-brise, et passe * son * élan à déformer cela, ou lui-même.) Il n'y a pas besoin de quoi que ce soit se propageant n'importe où, encore moins limité à la vitesse du son dans le support.Le mannequin * a * l'élan, et il est conservé jusqu'à ce que les forces appliquées changent cela.Je ne vois pas comment «l'information sur l'impact» se propage n'importe où.Mauvais exemple?
_ "Si l'information de l'accident voyageait instantanément, alors le conducteur (et le reste de la voiture) ne se déplacerait pas vers l'avant après que l'avant de la voiture a heurté le mur." _ Quelle force ferait arrêter le conducteur?
@DevSolar: Tel est le problème.OP s'attend à ce que les informations ne prennent pas de temps à se propager, ce qui suggérerait que le conducteur ne bougerait pas pendant la collision (la voiture s'arrête, le conducteur aussi).Puisqu'il est clair qu'il le fait, il faut du temps pour que l'information de la collision passe au conducteur pour sa réaction.
@JiK: L'impulsion de la collision, évidemment.Mais ce ne serait que dans le cas de la transmission instantanée d'informations;puisque ce n'est * pas * le cas, cela fournit seulement * plus * de preuves que la vitesse du signal n'est pas infinie.
@KyleKanos: Je pense que vous faites une erreur centrale dans cet exemple.Le conducteur n'entre pas en collision avec le mur * du tout *.Il entre en collision avec le volant et le pare-brise.L '«information» selon laquelle la * voiture * est entrée en collision avec le * mur * n'est pas pertinente.Seule la décélération de la voiture (faisant du volant et du pare-brise un obstacle) est pertinente.
@DevSolar: Le mannequin n'entre pas en collision avec le mur car il y a environ 4 pieds d'acier et un morceau de verre de 1/4 pouce devant lui.Mais je comprends votre point.Je modifierai la réponse pour discuter des roues arrière se déplaçant vers l'avant après le point de contact.
La vitesse du son dans le châssis de la voiture est d'environ 3000 m / s.Cette réponse semble indiquer que si une voiture de 5 mètres heurte le mur en parcourant 30 m / s (108 km / h), l'arrière de la voiture parcourra environ 5 cm avant de s'arrêter complètement.
@JiK: Je dis que * ... se propage (** tout au plus **) à la vitesse du son ... * Au mieux, la distance * la plus courte * parcourue par la voiture serait celle-là.
@KyleKanos La vitesse de propagation des informations indique seulement quand l'arrière de la voiture commence éventuellement à décélérer.L'ampleur de la décélération, et donc le temps qu'il faut à l'arrière pour s'arrêter, ne dépend pas du tout de la vitesse des informations.Vous dites "Si les informations de l'accident voyageaient instantanément, alors le reste de la voiture ne se déplacerait pas vers l'avant après que l'avant de la voiture ait heurté le mur" mais ce n'est pas vrai.
@KyleKanos: Les roues arrière commencent à * décélérer * immédiatement.Ils continuent de bouger car a) l'inertie et b) les parties avant de la voiture se déforment.C'est en fait par conception, car cela rend la survie à l'accident beaucoup plus facile.Si par exempleun char heurtait un mur correctement renforcé, l'avant ne se déformerait * pas * de manière significative, l'arrière s'arrêterait plus ou moins immédiatement, et tout le monde à l'intérieur serait mort, point final (jeu de mots).Cela n'a rien à voir avec la "propagation de l'information" et tout avec la "zone de déformation".
@KyleKanos: Vous pouvez en fait observer cela dans votre animation: au moment où la zone de déformation est «épuisée» et le bloc moteur plutôt non froissé heurte l'obstacle.Remarquez comment la décélération du véhicule restant augmente fortement à ce stade ...
Timaeus
2015-08-03 18:35:51 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Prenons un exemple, l'électromagnétisme.

Le champ électromagnétique (la combinaison de champs électriques et magnétiques) a un élan.

Les charges ont un élan.

La charge ressent une force là où elle se trouve, une force basée sur les champs là où elle se trouve. Cela change l'élan de la particule.

Le champ perd une quantité égale et opposée d'élan et le fait également au même endroit. (Le champ a un élan distribué en petits morceaux partout dans l'espace, il y a donc un élan juste là pour donner à la charge.) Techniquement, il y a juste un flux d'élan des champs à la charge parce que la charge change simplement son élan à un certain taux, ni tous à la fois. Ainsi, vous pouvez également le considérer comme l'élan de charge donné au champ d'une manière où il commence à se répandre dans le champ dans des régions de plus en plus grandes. Puisque l'élan a une direction, il n'y a aucune objectivité quant à savoir si vous perdez $ p_x $ ou gagnez $ p _ {- x}. $

Donc, l'impulsion se propage dans l'espace, et peut être stockée dans le champ électromagnétique et s'écouler à travers l'espace via le flux à travers les champs électromagnétiques (et oui, techniquement, les champs ont un moment et un flux de quantité de mouvement) de manière conservée jusqu'à ce qu'il rencontre une charge à quel point la quantité de mouvement dans le champ n'est plus conservée mais la quantité de mouvement totale (champ et charge) est conservé.

L'élan est conservé localement. Et cela peut prendre du temps pour que l'élan passe d'un objet (charge) à un autre objet (charge). Mais quand il le fait, l'élan est toujours conservé dans l'intervalle, car entre les deux, les champs ont l'élan.

Même chose avec l'énergie.

JDługosz
2015-08-04 21:08:15 UTC
view on stackexchange narkive permalink

D'autres ont expliqué qu'ils ne se propagent pas. C'est un vrai casse-tête cependant, et la vraie question est de savoir comment les choses (énergie, charge, peu importe) s'additionnent toujours lorsqu'un transfert prend un temps limité?

La réponse à cette question était un pilier profond de la physique moderne: le champ contient l'élan (etc.). Ainsi, pendant qu'un électron est en train de serrer la main avec une autre particule chargée pour dire "vous allez par ici, je vais aller par là", vous avez le casse-tête supplémentaire de la relativité du temps car il n'y a pas de "simultané" dans un sens absolu. L'un change avant l'autre, ou vice versa, dans des référentiels différents. La solution est que le champ électrique (électromagnétique, si vous utilisez des effets relativistes) contient l'élan qui n'est pour le moment (dans votre cadre de référence) attribué à aucune des particules.

Je suis sûr que je boucher cela, mais vous avez l'idée: les champs sont de vraies choses qui portent ces propriétés , pas seulement une façon de dessiner des cartes.

Guill
2015-08-05 04:52:38 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Tous les phénomènes conservateurs (et non les lois) prennent en effet un temps limité à se propager, par conséquent "l'information" ne peut pas voyager plus vite que la lumière. De plus, ce n'est pas parce que les phénomènes mettent du temps à se propager que les phénomènes ne sont pas conservés à un instant donné. En fait, il n'y a aucun moment , où les phénomènes ne sont pas conservés!



Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 3.0 sous laquelle il est distribué.
Loading...