Questão:
Todas as leis de conservação da Física demoram a se propagar?
ayuanx
2015-08-03 18:20:40 UTC
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Por exemplo, conservação do momento, leva tempo para se propagar entre dois ou mais objetos?

Se isso acontecer, então haverá algum momento em que o momento não é conservado.

Se não demorar, já que a lei em si é a informação, isso não prova que a informação pode viajar mais rápido que a luz?

As leis de conservação são manifestações das simetrias contínuas presentes em nossas leis (leia mais sobre o teorema de Noether).Eles são abstrações.Eles não são entidades físicas com atributos como velocidade de propagação.Você está cometendo um erro categórico ao pensar dessa maneira.
É importante notar que a maneira como tratamos as colisões em um curso introdutório --- como caixas pretas que acontecem em escalas de tempo muito curtas e cujos detalhes são ignorados --- perde exatamente aquelas características das colisões reais que "transmitem" oquantidades conservadas em tempo finito.Isso poderia levar à impressão de que o momentum salta instantaneamente de um objeto estendido para outro, mas esta não é uma característica da compreensão adequada do que está acontecendo mesmo em colisões muito simples.
Acho que você tem algo fundamentalmente retrógrado: 'leis' são apenas expressões da compreensão humana de como o universo funciona, então pensar que elas 'se propagam' é uma daquelas ideias "nem mesmo erradas".
Gosto de pensar nas quantidades conservadas como sendo propriedades * do observador *.Não é necessário mencionar que quantidades como a energia total são de fato relativas a um sistema de referência.Mas penso nisso como um limite fundamental do que um observador é capaz de ver.Um observador nunca verá a quantidade total de mudança de energia, então se ele vir que há mais energia em uma parte do sistema, ele pode imediatamente concluir que há menos na outra.Nesse sentido, eles não demoram para se propagar, seja como resultado de inferência lógica ou de sua manifestação mais extrema, o emaranhamento quântico.
Uma consequência interessante de certos modos potenciais de viagem no tempo são as leis de conservação vigentes localmente, mas não globalmente.
Se eu apontar uma lanterna para Marte e depois ligá-la, quanto tempo levará para que os marcianos saibam que os fótons que minha lanterna emite viajam à velocidade da luz?
Eu não entendo sua lógica.Mesmo que a lei fosse uma equação escrita em um pedaço de papel que precisava ser comunicada a todo o universo, essa comunicação já teria ocorrido antes que qualquer interação acontecesse.Não é nem "nem errado" ...
Que pergunta ótima!
Seis respostas:
ACuriousMind
2015-08-03 18:25:23 UTC
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As leis de conservação não "se propagam". Eles são consequências inevitáveis ​​ de simetrias da dinâmica pelo teorema de Noether, e a dinâmica se propaga com qualquer velocidade finita que faça.

Em outras palavras: as leis de conservação são válidas em todos os lugares, em todos os momentos.Não há necessidade de se propagarem, eles são uma * propriedade fundamental da física *.
@Neuneck Essa é uma representação concisa e maravilhosa da resposta.
Para torná-lo ainda mais conciso: as leis de conservação são válidas * localmente *, portanto, não envolvem propagação.Observe que as leis locais geralmente podem ser transformadas em leis globais.Por exemplo, a conservação de carga local pode ser refeita como uma declaração de que a corrente fluindo para um volume deve ser igual à corrente fluindo para fora daquele volume mais a taxa de mudança de tempo da corrente total dentro do volume.
Relacionado: http://physics.stackexchange.com/q/103724/44080
Bem, você não incluiu a velocidade @ACuriousMind.Teria que ser na velocidade da luz.
Steve Byrnes
2015-08-03 18:34:53 UTC
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Veja https://en.wikipedia.org/wiki/Continuity_equation - Eu estava escrevendo um texto que acho que ajuda a explicar.

Equações de continuidade são uma forma local mais forte de leis de conservação. Por exemplo, a lei de conservação de energia afirma que a energia não pode ser criada nem destruída - ou seja, a quantidade total de energia é fixa. Mas esta declaração não descarta imediatamente a possibilidade de que a energia possa desaparecer de um campo no Canadá enquanto simultaneamente aparece em uma sala na Indonésia. Uma afirmação mais forte é que a energia é conservada localmente : a energia não pode ser criada nem destruída, nem "teletransportada" de um lugar para outro - só pode se mover por um fluxo contínuo. Uma equação de continuidade é a forma matemática de expressar este tipo de afirmação.

Se a conservação de energia apenas dissesse que a energia total é fixa, e a energia realmente poderia se teletransportar, então sua pergunta seria uma pergunta muito importante. Mas, na verdade, toda lei de conservação em prática é o tipo mais forte, uma lei de conservação local . A energia só pode se mover por um fluxo contínuo, e o mesmo para o momento e qualquer outra coisa.

Um fluxo de energia, assim como um fluxo de qualquer outra quantidade física, se move na velocidade da luz ou abaixo dela.

A continuidade se aplica ao contexto da mecânica quântica?E quanto ao desemaranhamento e "ação à distância"?
Não existe apenas "continuidade"; há uma grande variedade de "equações de continuidade" que descrevem muitas quantidades diferentes.Energia e momento são conservados na mecânica quântica e, sim, essas leis de conservação são escritas como equações de continuidade na mecânica quântica também.Não há conflito entre o emaranhamento (que é onipresente em QM) e essas equações de continuidade.Não sei por que você acha que haveria.Você pode explicar o que tem em mente?
Quero dizer algo como: duas partículas emaranhadas estão separadas por uma distância considerável.A medida da energia de cada partícula também está em superposição?Quando os estados da (s) partícula (s) são medidos, isso determina quanta energia está em um local (e quanto no outro)?
Sim, você pode ter duas partículas distantes e emaranhadas (chamadas de par EPR), onde uma é mais energética e a outra é menos energética, mas não é determinado qual é qual até que você as mede.Você pode procurar online ou em um livro de introdução QM para uma explicação de por que as informações não fluem mais rápido do que a luz quando você mede um par de EPR.Essa questão do fluxo de informações é comumente discutida.Bem, a energia * também * não flui mais rápido do que a luz quando você mede um par de EPR ... e é exatamente pelo mesmo motivo.
Obrigado pela sua resposta.Não é minha intenção dividir os fios de cabelo na definição de "fluxos", mas é engraçado que você tenha dito que a energia não pode "teletransportar", enquanto um nome comum para o fenômeno de emaranhamento é, bem, "teletransporte".
Outra pergunta: não podemos (em princípio) realmente observar todas as interações que preservam a conservação local de energia, podemos?No entanto, se sabemos (por meio de medições anteriores) a energia total do sistema e medimos a energia em parte dele, nós, por inferência lógica, conhecemos imediatamente a energia da outra parte.É um pouco como emaranhamento, e tão "instantâneo".No contexto da pergunta, seria mais interessante explicar por que isso (e o emaranhamento) na verdade não são informações se movendo mais rápido que a luz.
No meu exemplo de par de EPR, há uma partícula mais energética e uma partícula menos energética, mas não está determinado qual é qual.Se você medir a energia de um, pode inferir imediatamente a energia do outro.Mas isso não requer nem implica que a informação ou a energia esteja se movendo mais rápido que a luz.Por que seria?Veja http://physics.stackexchange.com/a/3163/3811 para mais detalhes, por exemplo.
@AleksandrDubinsky: um _nome_ comum pode ser teletransporte, mas há uma boa razão para usarmos matemática em vez de prosa na física.
A conservação de energia é violada em longas distâncias porque a simetria do tempo é quebrada.
Kyle Kanos
2015-08-03 18:34:45 UTC
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As leis de conservação não se propagam instantaneamente (ou realmente não se propagam), isso realmente significa que alguma propriedade do sistema não muda com o tempo.

No caso da conservação do momento, a informação sobre a colisão se propaga (no máximo) na velocidade do som no meio. É por isso que você vê os carros continuando ao longo de seu caminho durante uma colisão:

enter image description here

Se a informação do acidente viajasse instantaneamente, o resto do carro não se moveria avança depois que a frente do carro bate na parede, que não é o que vemos aqui. Portanto, não mais rápido do que informações leves viajando aqui.

Que exemplo horrível!Isso me lembra do nosso professor de física, reclamando sobre os alunos que o ultrapassam no caminho para a aula, que provavelmente irão reprovar nas questões de momentum mais tarde no exame ...
Errr ... corrija-me noob de física se eu estiver errado, mas: A conservação do momentum é o que faz o manequim seguir em frente enquanto o carro ao seu redor está desacelerando, gastando seu momentum deformando a seção dianteira.(Até o boneco bater em algo, como o pára-brisa, e gastar * seu * momento para deformar isso ou a si mesmo.) Não há necessidade de nada se propagando em qualquer lugar, muito menos limitado à velocidade do som no meio.O dummy * tem * momentum e é conservado até que as forças aplicadas mudem isso.Não vejo como a "informação sobre o impacto" está se propagando em lugar nenhum.Pobre exemplo?
_ “Se a informação do acidente viajasse instantaneamente, o motorista (e o resto do carro) não se moveria para frente depois que a frente do carro colidisse com a parede.” _ Que força faria o motorista parar?
@DevSolar: Esse é o problema em questão.OP espera que não demore nenhum tempo para que as informações se propaguem, o que sugere que o motorista não se moverá durante a colisão (o carro para, o mesmo acontece com o motorista).Uma vez que é claro que sim, leva tempo para que a informação da colisão passe para o motorista para que ele reaja.
@JiK: O impulso da colisão, obviamente.Mas isso seria apenas no caso de passagem instantânea de informações;visto que * não * é o caso, ele fornece apenas * mais * evidências de que a velocidade do sinal não é infinita.
@KyleKanos: Acho que você está cometendo um erro central nesse exemplo.O driver não colide com a parede * em absoluto *.Ele está colidindo com o volante e o para-brisa.A "informação" de que o * carro * colidiu com a * parede * é irrelevante.Apenas a desaceleração do carro (tornando o volante e o pára-brisa um obstáculo) é relevante.
@DevSolar: O manequim não colide com a parede porque há cerca de 1,2 m de aço e um pedaço de vidro de 1/4 de polegada na frente dele.Mas eu entendo seu ponto.Vou corrigir a resposta para discutir as rodas traseiras que se movem para a frente após o ponto de contato.
A velocidade do som na estrutura do carro é de cerca de 3000 m / s.Esta resposta parece dizer que se um carro de 5 metros bater na parede viajando 30 m / s (108 km / h), a traseira do carro percorrerá aproximadamente 5 cm antes de parar totalmente.
@JiK: Eu digo * ... se propaga (** no máximo **) na velocidade do som ... * Na melhor das hipóteses, a distância * mais curta * que o carro percorreria seria essa.
@KyleKanos A velocidade de propagação da informação diz apenas quando a traseira do carro começa possivelmente a desacelerar.A magnitude da desaceleração e, portanto, o tempo que leva para a traseira parar, não depende da velocidade da informação.Você diz "Se a informação do acidente viajasse instantaneamente, o resto do carro não se moveria para frente depois que a frente do carro colidisse com a parede", mas isso não é verdade.
@KyleKanos: As rodas traseiras estão começando a * desacelerar * imediatamente.Eles continuam se movendo porque a) inércia eb) partes dianteiras do carro se deformam.Na verdade, isso ocorre por design, porque torna muito mais fácil sobreviver ao acidente.Se, por exemploum tanque batia em uma parede adequadamente reforçada, a frente * não * se deformava significativamente, a traseira parava mais ou menos imediatamente e todos dentro de casa estariam mortos, ponto final (trocadilho intencional).Isso não tem nada a ver com "propagação de informações" e tudo com "zona de crumple".
@KyleKanos: Você pode realmente observar isso em sua animação: No momento em que a zona de dobra é "usada" e o bloco do motor, que não se amassa, atinge o obstáculo.Observe como a desaceleração do veículo restante atinge um pico acentuado naquele ponto ...
Timaeus
2015-08-03 18:35:51 UTC
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Vejamos um exemplo, eletromagnetismo.

O campo eletromagnético (a combinação dos campos elétrico e magnético) tem momento.

As cargas têm momento.

A carga sente uma força exatamente onde está, uma força baseada nos campos exatamente onde está. Isso muda o momento da partícula.

O campo perde uma quantidade igual e oposta de momento e também o faz exatamente no mesmo lugar. (O campo tem momentum distribuído em pequenos pedaços por todo o espaço, então tem momentum bem ali para dar à carga.) Tecnicamente, há apenas um fluxo de momentum dos campos para a carga porque a carga também está apenas mudando seu momentum em um certa taxa, nem todos de uma vez. Portanto, você também pode pensar nisso como o momento das cargas sendo dado ao campo de uma maneira que começa a se espalhar pelo campo em regiões cada vez maiores. Uma vez que o momento tem uma direção, não há objetividade sobre se você perde $ p_x $ ou ganha $ p _ {- x}. $

Então o momento se propaga através do espaço e pode ser armazenado no campo eletromagnético e fluir através espaço através do fluxo através dos campos eletromagnéticos (e sim, tecnicamente os campos têm um momento e um fluxo de momento) de forma conservada até encontrar uma carga em que ponto o momento no campo não é mais conservado, mas o momento total (campo e carga) é conservado.

O momentum é conservado localmente. E pode levar algum tempo para que o momentum vá de um objeto (carga) para outro objeto (carga). Mas quando isso acontece, o momento ainda é conservado no tempo intermediário porque, entre os dois, os campos têm o momento.

O mesmo com a energia.

JDługosz
2015-08-04 21:08:15 UTC
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Outros explicaram que eles não se propagam. Esse é um verdadeiro enigma, porém, e a verdadeira questão é como as coisas (energia, carga, qualquer coisa) sempre somam quando uma transferência leva um tempo finito?

A resposta para descobrir isso foi um pilar profundo da física moderna: o campo contém momentum (etc.). Assim, enquanto um elétron está em um aperto de mão com outra partícula carregada para dizer "você vai por aqui, eu irei por ali", você tem o enigma adicional da relatividade do tempo, pois não há "simultâneo" em um sentido absoluto. Um muda antes do outro, ou vice-versa, em diferentes referenciais. A solução é que o campo elétrico (eletromagnético, se você estiver usando efeitos relativísticos) contém o momento que não está no momento (em seu quadro de referência) atribuído a nenhuma das partículas.

Tenho certeza que eu massacrou isso, mas você entendeu: campos são coisas reais que carregam essas propriedades , não apenas uma forma de desenhar mapas.

Guill
2015-08-05 04:52:38 UTC
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Todos os fenômenos conservadores (não as leis), de fato, levam um tempo finito para se propagar, portanto, a "informação" não pode viajar mais rápido que a luz. Além disso, só porque os fenômenos levam tempo para se propagar, isso não significa que eles não estejam sendo conservados em um dado instante de tempo. Na verdade, não há nenhum momento , em que os fenômenos não sejam conservados!



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