Какая скорость света в вакууме: Что такое скорость света, чему она равна и как её измеряют? Фото, видео

На чем свет стоит? – Огонек № 39 (5197) от 03.10.2011

На прошлой неделе физики Европейского центра по ядерным исследованиям CERN опровергли основное положение теории Эйнштейна, доказав, что скорость света может быть превышена

Адель Калиниченко, Женева

Что такое 60 наносекунд? Миг, который никто из людей не способен даже ощутить. Во всем мире найдется вообще всего три прибора, способных зафиксировать этот временной отрезок. И тем не менее именно эти наносекунды в буквальном смысле перевернули вверх тормашками жизнь физиков всего мира: как оказалось, нейтрино смогли на 60 наносекунд превысить скорость света.

Пробить Европу

Произошло это еще два года назад в ходе эксперимента на детекторе OPERA (Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus), который находится на глубине 1400 метров под итальянскими Апеннинами в подземной лаборатории Гран-Сассо. Именно сюда сквозь толщу земли прилетают пучки тау-нейтрино, создаваемые на протонном суперсинхротроне SPS в подземной лаборатории CERN, расположенной в 732 километрах. Поскольку тау-нейтрино свободно пролетают сквозь любую материю (к примеру, подсчитано, что сквозь наше тело ежедневно пролетает до 10 в 14-й степени нейтрино, порожденных Солнцем), ученые подсчитали, что этот путь они должны преодолеть примерно за 3  миллисекунды — как обычный фотон света. Но случилось непредвиденное: измерив время попадания нейтрино в мишень, исследователи вдруг обнаружили, что нейтрино прибыли раньше расчетного времени примерно на 60 наносекунд. Естественно, ученые сначала просто не поверили своим глазам: ведь еще со школьной скамьи всем нам прекрасно известно, что скорость света в вакууме, достигающая 299 792 458 метров в секунду, согласно специальной теории относительности Эйнштейна, является универсальной физической константой, то есть ничто и никогда не способно двигаться быстрее. Это предельная скорость движения частиц и распространения взаимодействий.

Поэтому исследователи решили перепроверить свои датчики, а потом повторили эксперимент — с тем же результатом. С тех пор прошло более двух лет непрерывной бомбардировки тау-нейтрино, и, как заявил Дарио Аутьеро, один из руководителей проекта OPERA, они зафиксировали свыше 16 тысяч событий превышения скорости света. Согласитесь, это уже не тот случай, от которого можно просто так отмахнуться.

И вот 23 сентября 2011 года в конференц-зале CERN профессор Дарио Аутьеро от лица международной команды исследователей прочитал специальный доклад, в котором он не только официально подтвердил результаты этого сенсационного эксперимента, но и поставил под сомнение сам фундамент современной науки — теорию Эйнштейна. (Интересная деталь: доклад Аутьеро подписали 174 ученых, тогда как в эксперименте участвовали 216 человек, вероятно, далеко не все ученые согласились подписаться под документом, который фактически выносит приговор одному из постулатов физики элементарных частиц.) Зато свое одобрение коллегам высказал лауреат Нобелевской премии 1976 года Самуэль Тинг, заведующий лабораторией физики высоких энергий Массачусетского технологического института.

Детектор OPERA (на фото) зафиксировал четкий след нейтрино раньше расчетного времени

Фото: CERN

Ошибки быть не может

Поскольку сам профессор Дарио Аутьеро отказался отвечать на какие-либо вопросы журналистов, специальный корреспондент «Огонька» решил попросить прокомментировать это событие Ставроса Катсаневаса, замдиректора французского Национального института ядерной физики и физики элементарных частиц, который также является участником эксперимента OPERA.

— Почему объявили об этих результатах именно сегодня?

— Мы отдавали себе отчет, какой это невероятный шок, когда вы сообщаете, что есть нечто, что летит быстрее света. Это настолько не укладывается в сознании, что мы обязаны были сделать бесконечное число проверок. Мы постоянно учитывали возможность «систематич

Чему равна скорость света в вакууме, воздухе и воде: формулы

Свет – одно из ключевых понятий оптической физики. Свет представляет собой электромагнитное излучение, доступное человеческому глазу.

Долгие десятилетия лучшие умы бились над проблемой определения, с какой скоростью движется свет и чему она равна, а также всех сопутствующих ему расчетов. В 1676 в кругу физиков произошла революция. Датский астроном, по имени Оле Ремер, опроверг утверждение, что свет распространяется по вселенной с неограниченной скоростью.

В 1676 году Оле Ремер определил, что скорость света в вакууме составляет 299792458 м/с.

Для удобства эту цифру принялись округлять. Номиналом, равным 300000 м/c, пользуются до сих пор.

Данное правило в обычных для нас условиях касается всех объектов без исключения, в том числе рентгеновских лучей, световых и гравитационных волн осязаемого для наших глаз спектра.

Современные физики, изучающие оптику, доказали, что значение скорости света имеет несколько характеристик:

• постоянство;
• недостижимость;
• конечность.

Скорость света в разных средах

Следует помнить, что физическая константа напрямую зависит от окружающей её среды, в особенности от показателя преломления. В связи с этим точная величина способна меняться, ведь она обусловлена частотами.

Формула вычисления скорости света записывается как с = 3 * 10^8 м/с.

Скорость света в воде разнится с тем же показателем в вакууме. Чтобы узнать её величину, необходимо число 299 792 458 поделить на 1.33. В итоге получится цифра 225407 км/с – это и есть скорость распространения света в воде.

Скорость распространения света в воздухе в км составляет 1 079 252 848,8 (или 299700 км/сек). Для её нахождения необходимо скорость света в вакууме поделить на коэффициент преломления воздуха. Ответ может быть выведен как в км в час, так и метрах в секунду.

Скорость света – максимально возможная величина?

Многие школьники и студенты задаются вопросом: какая скорость больше скорости света? Есть ли такая вообще? Ответ однозначен: нет!

Скорость распространения света в вакууме считается недосягаемой величиной. Ученые не пришли к единому мнению, что же может происходить с атомами, достигающими этого предела.

Помимо прочего, исследователи выявили, что частица, обладающая массой, может приблизиться к скорости светового луча. Но она не может догнать ее и тем более превысить. Максимальная скорость света пока остается неизменна.

Самый приближенный числовой показатель был достигнут при исследовании космических лучей. Их разгоняли в специально оборудованных ускорителях частиц, беря в расчет длину волны.

Почему же эта цифра так важна? Дело в том, что вакуум обволакивает все космическое пространство. Зная, как свет ведет себя в вакууме, мы можем представить, какова предельная скорость передвижения в нашей Вселенной.

По какой причине невозможно двигаться быстрее света?

Так из-за чего же константа СРС не может быть преодолена в обычных условиях? Исходя из теории, можно смело утверждать, что в ситуации превышения будет нарушен фундаментальный закон построения мира, если говорить конкретно – закон причинности. Согласно этому закону, следствие не в силах опередить свою причину.

Рассмотрим этот парадокс на конкретном примере: не может случиться так, что олень сначала упадет замертво, а уже после произойдёт выстрел охотника, застреливший его. Так вот и при повышении СРС разворачиваемые действия должны начинаться в обратной последовательности. В итоге время должно пойти вспять, а это противоречит всем устоявшимся законам физики.

Эйнштейн и вакуум: конечные результаты расчета

В настоящее время большинство людей на планете знают, что максимально допустимой величиной передвижения материальных объектов и различных сигналов является скорость света в вакууме. А кто же первым додумался до этого?

Мысль о невозможности превысить значение скорости света выразил великий физик Альберт Эйнштейн. Он оформил свои наблюдения и назвал их теорией относительности.

Величайшая теория Эйнштейна до сих пор незыблема. Она останется таковой до момента, пока не будут предъявлены реальные доказательства того, что передать сигнал возможно на скорости, превышающей СРС в вакууме. Этот момент может никогда не наступить.

Однако уже было проведено несколько исследований, предвещающих разлад с некоторыми пунктами самой известной теории Эйнштейна. Измерение сверхсветовых скоростей уже возможно при заданных условиях. Примечательно то, что теория относительности не нарушается полностью.

( 1 оценка, среднее 4 из 5 )

Сколько составляет скорость света и звука? | Справка | Вопрос-Ответ

Cамой высокой скоростью считается скорость света в вакууме, т. е. пространстве, свободном от вещества. Учёным сообществом было принято её значение 299 792 458 м/с (или 1 079 252 848,8 км/ч). При этом самое точное измерение скорости света на основе эталонного метра, проведённое в 1975 году, показало, что она составляет 299 792 458 ± 1,2 м/с . Со скоростью света распространяется как сам видимый свет, так и другие виды электромагнитного излучения, например, радиоволны, рентгеновские лучи, гамма-кванты.

Скорость света в вакууме является фундаментальной физической постоянной, т. е. её значение не зависит от каких-либо внешних параметров и не меняется со временем. Эта скорость не зависит ни от движения источника волн, ни от системы отсчёта наблюдателя.

Чему равна скорость звука?

Скорость звука отличается в зависимости от среды, в которой распространяются упругие волны. Вычислить скорость звука в вакууме невозможно, т. к. звук в таких условиях не может распространяться: в вакууме отсутствует упругая среда, и упругие механические колебания возникнуть не могут. Как правило, медленнее звук распространяется в газе, немного быстрее — в жидкости, наиболее быстро — в твёрдых телах.

Так, согласно Физической энциклопедии под редакцией Прохорова, скорость звука в некоторых газах при 0 °С и нормальном давлении (101325 Па) составляет (м/c):

Скорость звука в некоторых жидкостях при 20 °С равняется (м/c):

В твёрдой среде распространяются продольные и поперечные упругие волны, причём скорость продольных всегда больше, чем поперечных. Скорость звука в некоторых твёрдых телах составляет (м/c):

Смотрите также:

почему скорость света такая, какая есть? / Хабр

Вне зависимости от цвета, длины волны или энергии, скорость, с которой свет перемещается в вакууме, остаётся постоянной. Она не зависит от местоположения или направлений в пространстве и времени

Ничто во Вселенной не способно двигаться быстрее света в вакууме. 299 792 458 метров в секунду. Если это массивная частица, она может лишь приблизиться к этой скорости, но не достичь её; если это безмассовая частица, она всегда должна двигаться именно с этой скоростью, если дело происходит в пустом пространстве. Но откуда нам это известно и что тому причиной? На этой неделе наш читатель задаёт нам три связанных со скоростью света вопроса:

Почему скорость света конечна? Почему она именно такая, какая есть? Почему не быстрее и не медленнее?

Вплоть до XIX века у нас даже не было подтверждений этим данным.

Иллюстрация света, проходящего через призму и разделяющегося на чёткие цвета.

Если свет проходит через воду, призму или любую другую среду, он разделяется на разные цвета. Красный цвет преломляется не под тем углом, под которым это делает синий, из-за чего и возникает что-то типа радуги. Это можно наблюдать и вне видимого спектра; инфракрасный и ультрафиолетовый свет ведут себя так же. Это было бы возможно, только если скорость света в среде отличается для света разных длин волн/энергий. Но в вакууме, вне всякой среды, всякий свет перемещается с одной и той же конечной скоростью.

Разделение света на цвета происходит из-за разных скоростей движения света, зависящих от длины волны, через среду

До этого додумались только в середине XIX века, когда физик Джеймс Клерк Максвелл показал, что на самом деле представляет собой свет: электромагнитную волну. Максвелл впервые поставил независимые явления электростатики (статичные заряды), электродинамики (движущиеся заряды и токи), магнитостатики (постоянные магнитные поля) и магнитодинамики (наведённые токи и переменные магнитные поля) на единую, объединённую платформу. Управляющие ею уравнения – уравнения Максвелла – позволяют вычислять ответ на простой вроде бы вопрос: какие типы электрических и магнитных полей могут существовать в пустом пространстве вне электрических или магнитных источников? Без зарядов и без токов можно было бы решить, что никакие – но уравнения Максвелла удивительным образом доказывают обратное.

Табличка с уравнениями Максвелла с обратной стороны его памятника

Ничто – одно из возможных решений; но возможно и другое – колеблющиеся в одной фазе взаимно перпендикулярные электрическое и магнитное поля. У них есть определённые амплитуды. Их энергия определяется частотой колебаний полей. Они передвигаются с определённой скоростью, определяемой двумя константами: ε₀ и µ₀. Эти константы определяют величину электрического и магнитного взаимодействий в нашей Вселенной. Получаемое уравнение описывает волну. И, как у всякой волны, у неё есть скорость, 1/√ε₀ µ₀, которая оказывается равной c, скорости света в вакууме.

Колеблющиеся в одной фазе взаимно перпендикулярные электрическое и магнитное поля, распространяющиеся со скоростью света, определяют электромагнитное излучение

С теоретической точки зрения, свет – безмассовое электромагнитное излучение. По законам электромагнетизма он обязан двигаться со скоростью 1/√ε₀ µ₀, равной c – вне зависимости от остальных его свойств (энергии, импульса, длины волны). ε₀ можно измерить, сделав и измерив конденсатор; µ₀ точно определяется из ампера, единицы электрического тока, что и даёт нам c. Та же фундаментальная константа, впервые выведенная Максвеллом в 1865 году, с тех пор появлялась во многих других местах:

• Это скорость любой безмассовой частицы или волны, включая гравитационные.

• Это фундаментальная константа, соотносящая ваше движение в пространстве с вашим движением во времени в теории относительности.

• И это фундаментальная константа, связывающая энергию с массой покоя, E = mc²

Наблюдения Рёмера снабдили нас первыми измерениями скорости света, полученными при помощи геометрии и измерения времени, необходимого на то, чтобы свет прошёл расстояние, равное диаметру орбиты Земли.

Первые измерения этой величины были сделаны во время астрономических наблюдений. Когда луны Юпитера входят и выходят в положение затмения, они кажутся видимыми или невидимыми с Земли в определённой последовательности, зависящей от скорости света. Это привело к первому количественному измерению с в XVII веке, которое определили в 2,2 × 10⁸ м/с. Отклонение звёздного света – из-за движения звезды и Земли, на которой установлен телескоп – тоже можно оценить численно. В 1729 году этот метод измерения с показал значение, отличающееся от современного всего на 1,4%. К 1970-м с определили равным 299 792 458 м/с с погрешностью всего в 0,0000002%, большая часть которой проистекала из невозможности точного определения метра или секунды. К 1983 году секунду и метр переопределили через с и универсальные свойства излучения атома. Теперь скорость света равна точно 299 792 458 м/с.

Атомный переход с орбитали 6S, δf₁, определяет метр, секунду и скорость света

Так почему же скорость света не больше и не меньше? Объяснение такое же простое, как указанный на рис. Выше атом. Атомные переходы происходят так, как происходят, из-за фундаментальных квантовых свойств строительных блоков природы. Взаимодействия атомного ядра с электрическим и магнитными полями, создаваемыми электронами и другими частями атома приводят к тому, что разные энергетические уровни оказываются чрезвычайно близко друг к другу, но всё же немного отличаются: это называется сверхтонким расщеплением. В частности, частота перехода сверхтонкой структуры цезия-133 испускает свет совершенно определённой частоты. Время, за которое проходит 9 192 631 770 таких циклов, определяет секунду; расстояние, которое свет проходит за это время, равняется 299 792 458 метрам; скорость, с которой распространяется этот свет, определяет с.

Пурпурный фотон переносит в миллион раз больше энергии, чем жёлтый. Космический гамма-телескоп Ферми не показывает никаких задержек какого-либо из фотонов, пришедших к нам от гамма-всплеска, что подтверждает постоянство скорости света для всяких энергий

Чтобы поменять это определение, нужно, чтобы с этим атомным переходом или с идущим от него светом произошло что-то фундаментально отличное от его текущей природы. Этот пример также даёт нам ценный урок: если бы атомная физика и атомные переходы работали бы в прошлом или на дальних расстояниях по-другому, это было бы свидетельством изменения скорости света со временем. Пока что все проводимые нами измерения лишь накладывают дополнительные ограничения на постоянство скорости света, и эти ограничения весьма строги: изменение не превосходит 7% от текущего значения за последние 13,7 млрд лет. Если бы по какой-то из этих метрик скорость света оказалась не постоянной, или же она отличалась бы у разных типов света, это привело бы к крупнейшей научной революции со времён Эйнштейна. Вместо этого все свидетельства говорят в пользу Вселенной, в которой все законы физики всегда, везде, во всех направлениях, во все времена остаются одинаковыми, включая и физику самого света. В каком-то смысле это тоже достаточно революционные сведения.

Итан Сигель – астрофизик, популяризатор науки, автор блога Starts With A Bang! Написал книги «За пределами галактики» [Beyond The Galaxy], и «Трекнология: наука Звёздного пути» [Treknology].

Ещё раз о постоянстве скорости света

Евгений Александров,
академик
«Наука и жизнь» №8, 2011

А пуд как был — он так и есть, шестнадцать килограмм.
М. Танич (из песни к к/ф «Таинственный монах»)

Специальная теория относительности (СТО), несомненно, самая знаменитая из физических теорий. Популярность СТО связана с простотой её основных принципов, поражающей воображение парадоксальностью выводов и её ключевым положением в физике ХХ века. СТО принесла небывалую славу Эйнштейну, и эта слава стала одной из причин неустанных попыток ревизии теории. В среде профессионалов споры вокруг СТО прекратились уже более полувека назад. Но и по сей день редакции физических журналов постоянно осаждают любители, предлагающие варианты пересмотра СТО. И, в частности, второго постулата, утверждающего постоянство скорости света для всех инерциальных систем отсчёта и её независимость от скорости источника (проще говоря, в какую бы сторону от наблюдателя и с какой бы скоростью ни двигался наблюдаемый объект, посланный с него световой луч имел бы всё ту же скорость, приблизительно равную 300 тысячам километров в секунду, не больше и не меньше).

Критики СТО, например, утверждают, что скорость света вовсе не постоянна, а меняется для наблюдателя в зависимости от скорости источника (баллистическая гипотеза) и лишь несовершенство измерительной техники не позволяет доказать это экспериментально. Баллистическая гипотеза восходит к Ньютону, рассматривавшему свет в виде потока частиц, скорость которых снижается в преломляющей среде. Этот взгляд возродился с появлением фотонной концепции Планка—Эйнштейна, что придавало убедительную наглядность идее сложения скорости света со скоростью источника по аналогии со скоростью снаряда, вылетающего из движущейся пушки.

В наше время подобные наивные попытки пересмотра СТО в серьёзные научные издания попасть конечно же не могут, зато переполняют СМИ и интернет, что весьма печально сказывается на состоянии умов массового читателя, включая школьников и студентов.

Нападки на теорию Эйнштейна — как в начале прошедшего столетия, так и теперь — мотивируются разночтениями в оценке и трактовке результатов экспериментов по измерению скорости света, первый из которых, к слову, был проведён ещё в 1851 году выдающимся французским учёным Арманом Ипполитом Луи Физо. В середине прошедшего столетия это побудило тогдашнего президента Академии наук СССР С. И. Вавилова озаботиться разработкой проекта демонстрации независимости скорости света от скорости источника.

К тому времени постулат о независимости скорости света прямо подтверждался только астрономическими наблюдениями двойных звёзд. По идее голландского астронома Виллема де Ситтера, если скорость света зависит от скорости источника, траектории движения двойных звёзд должны были бы качественно отличаться от наблюдаемых (согласующихся с небесной механикой). Однако этот аргумент встретил возражение, связанное с учётом роли межзвёздного газа, который в качестве преломляющей среды рассматривался как вторичный источник света. Критики утверждали, что свет, испущенный вторичным источником, «теряет память» о скорости первичного источника по мере распространения в межзвёздной среде, потому что фотоны источника поглощаются, а затем переизлучаются средой вновь. Поскольку данные об этой среде известны лишь с очень большими допущениями (как и абсолютные значения расстояний до звёзд), такая позиция позволяла подвергнуть сомнению большинство астрономических доказательств постоянства скорости света.

С. И. Вавилов предложил своему докторанту А. М. Бонч-Бруевичу спроектировать установку, в которой источником света стал бы пучок быстрых возбуждённых атомов. В процессе детальной проработки плана эксперимента оказалось, что шансов на надёжный результат нет, поскольку техника того времени не позволяла получить пучки нужной скорости и плотности. Эксперимент не был осуществлён.

С тех пор различные попытки экспериментального доказательства второго постулата СТО предпринимались неоднократно. Авторы соответствующих работ приходили к выводу о справедливости постулата, что, однако, не прекращало потока критических выступлений, в которых либо выдвигались возражения против идей экспериментов, либо ставилась под сомнение их точность. Последнее было связано, как правило, с незначительностью достижимой скорости источника излучения по сравнению со скоростью света.

Однако сегодня физика обладает инструментом, позволяющим вернуться к предложению С. И. Вавилова. Это синхротронный излучатель, где очень ярким источником света служит сгусток электронов, двигающийся по искривлённой траектории со скоростью, практически неотличимой от скорости света с. В таких условиях легко померить скорость испущенного света в безукоризненном лабораторном вакууме. По логике сторонников баллистической гипотезы эта скорость должна быть равна удвоенной скорости света от неподвижного источника! Обнаружить такой эффект (в случае его существования) не составило бы труда: достаточно просто измерить время прохождения световым импульсом мерного отрезка в вакуумированном пространстве.

Разумеется, для профессиональных физиков нет никаких сомнений в ожидаемом результате. В этом смысле опыт бесполезен. Однако прямая демонстрация постоянства скорости света имеет большую дидактическую ценность, ограничивая почву для дальнейших спекуляций о недоказанности основ теории относительности. Физика в своём развитии постоянно возвращалась к воспроизведению и уточнению основополагающих экспериментов, осуществляемых с новыми техническими возможностями. В данном случае не ставится цель уточнить скорость света. Речь идёт о восполнении исторической недоработки в экспериментальном обосновании истоков СТО, что должно облегчить восприятие этой достаточно парадоксальной теории. Можно сказать, что речь идёт о демонстрационном опыте для будущих учебников физики.

Такой опыт недавно осуществлён группой российских учёных в Курчатовском центре синхротронного излучения НИЦ КИ. В экспериментах в качестве импульсного источника света использовался источник синхротронного излучения (СИ) — накопитель электронов «Сибирь-1». СИ электронов, разогнанных до релятивистских скоростей (близких к скорости света), имеет широкий спектр от инфракрасного и видимого до рентгеновского диапазона. Излучение распространяется в узком конусе по касательной к траектории электронов по каналу отведения и выводится через сапфировое окно в атмосферу. Там свет собирается линзой на фотокатод быстрого фотоприёмника. Пучок света на пути в вакууме мог перекрываться стеклянной пластиной, вводимой с помощью магнитного привода. При этом по логике баллистической гипотезы свет, до того предположительно имевший удвоенную скорость 2с, после окна должен был обрести обычную скорость с.

Электронный сгусток имел длину около 30 см. Проходя мимо окна отведения, он порождал в канале импульс СИ длительностью около 1 нс. Частота обращения сгустка по кольцу синхротрона составляла ~34,5 МГц, так что на выходе фотоприёмника наблюдалась периодическая последовательность коротких импульсов, которую регистрировали с помощью скоростного осциллографа. Импульсы синхронизировались сигналом высокочастотного электрического поля той же частоты 34,5 МГц, компенсирующим потери энергии электронов на СИ. Сравнивая две осциллограммы, полученные при наличии в пучке СИ стеклянного окна и при его отсутствии, можно было измерить отставание одной последовательности импульсов от другой, вызванное гипотетическим снижением скорости. При длине 540 см участка канала отведения СИ от вводимого в пучок окна до выхода в атмосферу снижение скорости света от 2с до с должно было привести к временнoму сдвигу 9 нс. На опыте никакого сдвига не наблюдалось с точностью порядка 0,05 нс.

В дополнение к опыту провели и прямое измерение скорости света в канале отведения путём деления длины канала на время распространения импульса, что привело к значению всего на 0,5% ниже табличной скорости света.

Итак, результаты эксперимента оказались, разумеется, ожидаемыми: скорость света не зависит от скорости источника в полном соответствии со вторым постулатом Эйнштейна. Новым стало то, что впервые его подтвердили прямым измерением скорости света от релятивистского источника. Едва ли этот эксперимент прекратит наскоки на СТО со стороны ревнивцев славы Эйнштейна, однако он существенно ограничит поле новых претензий.

Детали эксперимента описаны в статье, которая будет опубликована в одном из ближайших номеров журнала «Успехи физических наук».

См. также:
Е. Б. Александров. Теория относительности: прямой эксперимент с кривым пучком, «Химия и жизнь», №3, 2012 (более подробно об этом эксперименте).

Скорость света в вакууме… и не только

Человека всегда интересовала природа света, о чем свидетельствуют мифы, легенды, дошедшие до нас философские споры и научные наблюдения. Свет всегда был поводом для дискуссий древних философов, а попытки его изучения предпринимались еще во времена возникновения эвклидовой геометрии – за 300 лет до н.э. Уже тогда было известно о прямолинейности распространения света, равенстве углов падения и отражения, явлении преломления света, обсуждались причины возникновения радуги. Аристотель считал, что скорость света бесконечно велика, а значит, логически рассуждая, и измерение скорости света не подлежит обсуждению. Типичный случай, когда проблема своей глубиной опережает эпоху понимания ответа.

Каких-то 900 лет назад Авиценна предположил, что какой бы большой ни была скорость света она, все-таки, имеет конечную величину. Такого мнения был не только он, но никому не удавалось доказать это экспериментально. Гениальный Галилео Галилей предложил эксперимент механистического понимания проблемы: два человека, стоящие на расстоянии нескольких километров друг от друга, подают сигналы, открывая заслонку фонаря. Как только второй участник увидит свет от первого фонаря, он открывает свою заслонку и первый участник фиксирует время получения ответного светового сигнала. Затем расстояние увеличивается и все повторяется. Ожидалось зафиксировать увеличение задержки и на этой основе выполнить расчет скорости света. Эксперимент закончился ничем, потому как «все было не внезапно, но чрезвычайно быстро».

Первым измерил скорость света в вакууме в 1676 году астроном Оле Ремер – он воспользовался открытием Галилея: тот обнаружил в 1609 году четыре спутника Юпитера, у которых в течение полугода разница времени между двумя затмениями спутника составляла 1320 секунд. Пользуясь астрономическими сведениями своего времени Ремер получил значение скорости света равным 222000 км в секунду. Потрясающим оказалось то, что сам метод измерения невероятно точен – применение ныне известных данных диаметра орбит Земли, Юпитера и времени запаздывания затемнения спутника дает скорость света в вакууме, на уровне современных значений, полученных другими способами.

Поначалу к опытам Ремера была только одна претензия – необходимо было провести измерения земными средствами. Прошло почти 200 лет, и Луи Физо построил остроумную установку, в которой луч света отражался от зеркала на расстоянии более 8 км и приходил обратно. Тонкость была в том, что он проходил по дороге туда-обратно через впадины зубчатого колеса, и если скорость вращения колеса увеличивать, то настанет момент, когда свет перестанет быть виден. Остальное — дело техники. Результат измерения — 312000 км в секунду. Мы сейчас видим, что Физо был еще ближе к истине.

Следующий шаг в измерении скорости света сделал Фуко, который заменил зубчатое колесо плоским зеркалом. Это позволило уменьшить габариты установки и увеличить точность измерения до 288000 км в секунду. Не меньшей важности был и проделанный Фуко эксперимент, в котором он определил скорость света в среде. Для этого между зеркалами установки была помещена труба с водой. В этом опыте было установлено уменьшение скорости света при его распространении в среде в зависимости от коэффициента преломления.

Во второй половине 19-го века наступило время Майкельсона, который посвятил 40 лет своей жизни измерениям в области света. Венцом его работы стала установка, на которой он измерил скорость света в вакууме используя вакуумированную металлическую трубу длиной более полутора километров. Другим фундаментальным достижением Майкельсона было доказательство того факта, что для любой длины волны скорость света в вакууме одинаковая и в качестве современного эталона составляет 299792458+/- 1.2 м/c. Такие измерения проводились на основании уточненных значений эталонного метра, определение которого утверждено с 1983 г. в качестве международного стандарта.

Мудрый Аристотель был неправ, но чтобы это доказать понадобилось почти 2000 лет.

5 вещей быстрее света — Naked Science

Войти Регистрация Написать

• Журнал
• Мероприятия
• Блоги
• Live
• Астрономия
• Hi-Tech
• Антропология
• Палеонтология
• Long Read
• Видео
• Физика
• Химия
• Биология
• Интервью
• История
• Космонавтика
• Медицина
• Оружие и техника
• Геология
• Психология
• С точки зрения науки
• Sci-Fi
• Концепты
• Фотогалерея
• Все статьи

• Журнал
• Мероприятия
• Блоги
• Live
• Астрономия
• Hi-Tech
• Антропология
• Палеонтология
• Long Read
• Видео
• Физика
• Химия
• Биология
• Интервью
• История
• Космонавтика
• Медицина
• Оружие и техника
• Геология
• Психология
• С точки зрения науки
• Sci-Fi
• Концепты
• Фотогалерея
• Все статьи

Искать Войти Регистрация Написать

Как быстро движется свет? | Скорость света

Скорость света в вакууме составляет 186 282 мили в секунду (299 792 километра в секунду), и теоретически ничто не может двигаться быстрее света. В милях в час скорость света очень большая: около 670 616 629 миль в час. Если бы вы могли путешествовать со скоростью света, вы могли бы облететь Землю 7,5 раз за одну секунду.

Ранние ученые, неспособные воспринимать движение света, думали, что он должен перемещаться мгновенно. Однако со временем измерения движения этих волнообразных частиц становились все более точными.Благодаря работе Альберта Эйнштейна и других мы теперь понимаем скорость света как теоретический предел: считается, что скорость света — константа, называемая «с», недостижима для чего-либо, обладающего массой, по причинам, объясненным ниже. Это не мешает писателям-фантастам и даже некоторым очень серьезным ученым придумывать альтернативные теории, которые позволили бы совершать ужасно быстрые путешествия по Вселенной.

Скорость света: история теории

Первый известный дискурс о скорости света исходит от древнегреческого философа Аристотеля, который написал свое несогласие с другим греческим ученым, Эмпедоклом.Эмпедокл утверждал, что, поскольку свет движется, ему нужно время, чтобы путешествовать. Аристотель, считавший, что свет распространяется мгновенно, не соглашался.

В 1667 году итальянский астроном Галилео Галилей стоял на холмах менее чем в миле друг от друга с двумя людьми, каждый из которых держал экранированный фонарь. Один раскрыл свой фонарь; когда второй увидел вспышку, он тоже открыл свою. Наблюдая за тем, сколько времени требуется, чтобы свет увидел первый держатель фонаря (и вычитая время реакции), он подумал, что может вычислить скорость света.К сожалению, экспериментальное расстояние Галилея менее мили было слишком мало, чтобы увидеть разницу, поэтому он смог определить только то, что свет распространялся как минимум в 10 раз быстрее звука.

В 1670-х датский астроном Оле Ремер использовал затмения спутника Юпитера Ио в качестве хронометра скорости света, когда он сделал первое реальное измерение скорости. В течение нескольких месяцев, пока Ио проходил за гигантской газовой планетой, Ремер обнаружил, что затмения произошли позже, чем предполагали расчеты, хотя в течение нескольких месяцев они приблизились к предсказаниям.Он определил, что свету нужно время, чтобы добраться от Ио до Земли. Затмения больше всего отставали, когда Юпитер и Земля находились дальше всего друг от друга, и были по расписанию, поскольку они были ближе.

По данным НАСА, «это дало Ремеру убедительные доказательства того, что свет распространяется в космосе с определенной скоростью».

Он пришел к выводу, что свету требуется от 10 до 11 минут, чтобы пройти от Солнца до Земли, что является завышенной оценкой, поскольку на самом деле это занимает восемь минут 19 секунд. Но, наконец, ученым пришлось работать с числом — его расчет показал скорость 125 000 миль в секунду (200 000 км / с).

В 1728 году английский физик Джеймс Брэдли основывал свои вычисления на изменении видимого положения звезд из-за того, что Земля путешествует вокруг Солнца. Он оценил скорость света в 185 000 миль в секунду (301 000 км / с) с точностью до 1 процента.

Две попытки в середине 1800-х вернули проблему на Землю. Французский физик Ипполит Физо направил луч света на быстро вращающееся зубчатое колесо с зеркалом, установленным на расстоянии 5 миль, чтобы отразить его обратно к источнику.Варьируя скорость колеса, Физо мог рассчитать, сколько времени потребовалось свету, чтобы пройти из отверстия, до соседнего зеркала и обратно через зазор. Другой французский физик Леон Фуко использовал вращающееся зеркало, а не колесо. Каждый из двух независимых методов соответствовал скорости света, измеренной сегодня, примерно на 1000 миль в секунду.

Прусский Альберт Михельсон, выросший в Соединенных Штатах, попытался воспроизвести метод Фуко в 1879 году, но использовал большее расстояние, а также исключительно высококачественные зеркала и линзы.Его результат в 186 355 миль в секунду (299 910 км / с) был принят как самое точное измерение скорости света за 40 лет, когда Майкельсон повторно измерил его.

Интересное примечание к эксперименту Майкельсона заключалось в том, что он пытался обнаружить среду, через которую проходит свет, называемую светоносным эфиром. Вместо этого его эксперимент показал, что эфира не существует.

«Эксперимент — и работа Майкельсона — были настолько революционными, что он стал единственным человеком в истории, получившим Нобелевскую премию за очень точное невыявление чего-либо», — написал астрофизик Итан Сигал в научном блоге Forbes. Начинается с ура.«Сам эксперимент, возможно, закончился полным провалом, но то, что мы извлекли из него, было большим благом для человечества и нашего понимания Вселенной, чем любой успех!»

Эйнштейн и специальная теория относительности

В 1905 году Альберт Эйнштейн написал свою первую статью по специальной теории относительности. В нем он установил, что свет распространяется с одинаковой скоростью независимо от того, как быстро движется наблюдатель. Даже при самых точных измерениях скорость света для наблюдателя, неподвижно стоящего на поверхности Земли, остается такой же, как и для человека, движущегося в сверхзвуковой струе над ее поверхностью.Точно так же, хотя Земля вращается вокруг Солнца, которое само движется вокруг Млечного Пути, галактики, путешествующей в космосе, измеренная скорость света, исходящего от нашего Солнца, будет одинаковой, независимо от того, находится ли человек внутри или за пределами галактики. рассчитать это. Эйнштейн подсчитал, что скорость света не зависит от времени и места.

Хотя скорость света часто называют пределом скорости Вселенной, на самом деле Вселенная расширяется даже быстрее. По словам астрофизика Пола Саттера, Вселенная расширяется со скоростью примерно 68 километров в секунду на мегапарсек, где мегапарсек равен 3.26 миллионов световых лет (подробнее об этом позже). Таким образом, кажется, что галактика на расстоянии 1 мегапарсека удаляется от Млечного Пути со скоростью 68 км / с, а галактика на расстоянии двух мегапарсеков удаляется со скоростью 136 км / с и так далее.

«В какой-то момент на каком-то непристойном расстоянии скорость переваливает за чашу весов и превышает скорость света, все из-за естественного, регулярного расширения пространства», — писал Саттер.

Далее он объяснил, что, хотя специальная теория относительности обеспечивает абсолютный предел скорости, общая теория относительности допускает более широкие расстояния.

«Галактика на дальнем краю Вселенной? Это область общей теории относительности, а общая теория относительности говорит: кого это волнует! Эта галактика может иметь любую скорость, какую только пожелает, при условии, что она находится очень далеко, а не рядом. к твоему лицу », — написал он.

«Специальная теория относительности не заботится о скорости — сверхсветовой или иной — далекой галактики. И вам тоже».

Что такое световой год?

Расстояние, которое свет проходит за год, называется световым годом.Световой год — это мера времени и расстояния. Это не так сложно понять, как кажется. Подумайте об этом так: свет проходит от Луны к нашим глазам примерно за 1 секунду, что означает, что Луна находится на расстоянии примерно 1 световой секунды. Солнечному свету требуется около 8 минут, чтобы достичь наших глаз, поэтому солнце находится на расстоянии около 8 световых минут. Свету ближайшей звездной системы, Альфы Центавра, требуется примерно 4,3 года, чтобы добраться сюда, поэтому считается, что эта звездная система находится на расстоянии 4,3 световых года от нас.

«Чтобы получить представление о размере светового года, возьмите окружность Земли (24 900 миль), расположите ее по прямой линии, умножьте длину этой линии на 7.5 (соответствующее расстояние — одна световая секунда), затем поместите 31,6 миллиона аналогичных линий встык, — пишет исследовательский центр NASA Glenn Research на своем веб-сайте. — В результате расстояние составляет почти 6 триллионов (6 000 000 000 000) миль! »

Звезд и другие объекты за пределами нашей Солнечной системы находятся на расстоянии от нескольких световых лет до нескольких миллиардов световых лет. Таким образом, когда астрономы изучают объекты, которые находятся на расстоянии светового года или более, они видят его существующим в то время, когда свет оставили его, не таким, как если бы они стояли сегодня у его поверхности.В этом смысле все, что мы видим в далекой вселенной, буквально является историей.

Этот принцип позволяет астрономам увидеть, как выглядела Вселенная после Большого взрыва, который произошел около 13,8 миллиарда лет назад. Исследуя объекты, которые находятся, скажем, на расстоянии 10 миллиардов световых лет от нас, мы видим их такими, какими они выглядели 10 миллиардов лет назад, относительно вскоре после возникновения Вселенной, а не такими, какими они выглядят сегодня.

Действительно ли скорость света постоянна?

Свет распространяется волнами и, как и звук, может замедляться в зависимости от того, через что он проходит.Ничто не может превзойти свет в вакууме. Однако, если область содержит какое-либо вещество, даже пыль, свет может искривляться при контакте с частицами, что приводит к снижению скорости.

Свет, проходящий через атмосферу Земли, движется почти так же быстро, как свет в вакууме, в то время как свет, проходящий через алмаз, замедляется менее чем вдвое. Тем не менее, он едет через жемчужину со скоростью более 277 миллионов миль в час (почти 124000 км / с) — скорость, над которой нельзя смеяться.

Можем ли мы путешествовать быстрее света?

Научная фантастика любит рассуждать об этом, потому что «скорость деформации», как широко известно, путешествие со скоростью, превышающей скорость света, позволила бы нам перемещаться между звездами во временных рамках, которые иначе были бы невозможны.И хотя это не было доказано, практичность путешествия со скоростью быстрее света делает эту идею довольно надуманной.

Согласно общей теории относительности Эйнштейна, когда объект движется быстрее, его масса увеличивается, а длина сокращается. Со скоростью света такой объект имеет бесконечную массу, а его длина равна 0 — это невозможно. Таким образом, согласно теории, ни один объект не может достичь скорости света.

Это не мешает теоретикам предлагать творческие и конкурирующие теории.Некоторые говорят, что идея варп-скорости вполне возможна, и, возможно, в будущих поколениях люди будут прыгать между звездами так же, как мы путешествуем между городами сейчас. Одно предложение касалось космического корабля, который мог бы складывать вокруг себя пространственно-временной пузырь, чтобы превысить скорость света. В теории звучит здорово.

«Если бы капитан Кирк был вынужден двигаться со скоростью наших самых быстрых ракет, ему понадобилось бы сто тысяч лет, чтобы добраться до следующей звездной системы», — сказал Сет Шостак, астроном из «Поиска внеземного разума» (SETI). ) Институт в Маунтин-Вью, Калифорния., в интервью 2010 года сайту-партнёру Space.com LiveScience. «Итак, научная фантастика давно постулировала способ преодолеть скорость светового барьера, чтобы история могла развиваться немного быстрее».

Дополнительные ресурсы

Следите за новостями Нолы Тейлор Редд на @NolaTRedd, Facebook или Google+. Следуйте за нами в @Spacedotcom, Facebook или Google+.

.

Краткая история скорости света

Что такое скорость света? На такой простой вопрос сегодня, в эпоху Интернета. Вы когда-нибудь задумывались, как именно мы достигли нашей текущей оценки 299 792 458 м / с ? Можете ли вы даже представить, как бы вы это измерили? Многие великие умы занимались этим вопросом на протяжении всей истории с древних времен.

[Источник изображения: LucasVB через Wikimedia Commons ]

Этот, казалось бы, простой вопрос решался со времен Древней Греции, и на него ответили совсем недавно.Большую часть этого времени мы не могли быть уверены, распространяется ли свет мгновенно или очень-очень быстро. Многие великие умы пытались разгадать загадку с помощью наблюдений и косвенных мысленных экспериментов. Первые попытки реальных «физических» измерений были удачным началом с Галилео. Эти ранние эксперименты почти всегда приводили к «неубедительным» результатам. Похоже, что новаторские работы таких авторов, как Ромер и Эйнштейн, наконец, уложили это в постель. Более поздние работы, как вы увидите, были действительно вдохновлены.Они были настолько гениальны, что более поздние усовершенствования, по сравнению с ними, кажутся просто «пересечением Т и расстановкой точек».

Итак, без лишних слов присоединяйтесь к нам в путешествии во времени и пространстве. Пора раскрыть интересную историю скорости света.

Ранние идеи

Задолго до Эйнштейна и его теории относительности дискуссии о свете и его скорости были далеко не редкостью. Некоторые из самых ранних дискуссий, по-видимому, принадлежат Аристотелю. Он цитирует знаменитую цитату Эмпедокла, который предположил, что солнечному свету требуется некоторое время, чтобы добраться до Земли.Как и следовало ожидать, Аристотель не согласился с этим предположением. Аристотель, казалось, предполагал, что свет распространяется мгновенно.

«свет возникает из-за присутствия чего-то, но это не движение» — Аристотель

Евклид и Птолемей основывались на идеях Эмпедокла и предполагали, что свет исходит из глаза, что делает возможным зрение. Интересный! Позже Герон Александрийский утверждал, что скорость света, вероятно, бесконечна, поскольку далекие объекты, звезды и т. Д. Появляются сразу же, когда вы открываете глаза.

Роджер Бэкон занимался этим вопросом в 13 веке. Он предположил, что скорость света в воздухе не бесконечна. Он использовал философские аргументы, подкрепленные трудами Альхазена и Аристотеля. Позже в том же веке Витело считал, что свет распространяется с бесконечной скоростью в вакууме, но замедляется в более плотных средах.

Прыгнув вперед в 17 век, Иоганнес Кеплер пришел к выводу, что если скорость света конечна, то Солнце, Земля и Луна должны не совпадать во время лунных затмений.Поскольку этого, казалось, не произошло, Декарт пришел к тому же выводу, что и Аристотель. Далее Декарт постулировал, что скорость света бесконечна или мгновенна и что она даже увеличивается через более плотные среды. Позже Пьер де Ферма вывел закон Снеллиуса аналогично Декарту, но пришел к противоположному выводу относительно света через плотные среды. Однако он верил, что скорость света конечна.

Как измерить «бесконечно» скорость

Одна из первых серьезных попыток измерить скорость света была предпринята голландским ученым Исааком Бекманом.В 1629 году, конечно же, с помощью пороха он разместил зеркала на разном расстоянии от взрывов. Он спросил наблюдателей, могут ли они увидеть разницу в том, когда вспышка взрыва отражалась от каждого зеркала их глазами. Как вы понимаете, результаты были несколько неубедительными. Позднее, в 1638 году, великий Галилей в своей работе Две новые науки довольно четко резюмирует позицию Аристотеля.

«Повседневный опыт показывает, что свет распространяется мгновенно; когда мы видим артиллерийский орудие, выпущенное с большого расстояния, вспышка достигает наших глаз без промедления; но звук достигает уха только через заметный промежуток времени.

Галилей пришел к выводу, что на самом деле ничего о его скорости нельзя узнать, просто наблюдая за светом. Однако он отмечает, что свет должен быть быстрее звука. Позже в этой части Галилей предлагает способ возможно измерение скорости света.

Спидометр света Галилея

Идея Галилея измерить скорость света на удивление проста. Он предлагает разместить двух человек на известном расстоянии друг от друга с закрытыми фонарями. План прост: один знаменосцев открывает свой фонарь.Другой, наблюдающий за светом первого фонаря, сразу же обнаруживает свой собственный. Этот процесс следует повторить несколько раз, чтобы участники хорошо тренировались, чтобы сократить время реакции до минимума.

Когда они привыкли к процессу, они должны были повторять его на все больших расстояниях, пока наконец не потребовались телескопы, чтобы видеть огни друг друга. Это должно было позволить эксперименту выяснить, существует ли на самом деле ощутимый интервал времени и скорость света.Галилей утверждает, что провел этот эксперимент, но, как вы можете догадаться, безрезультатно. Он не смог обнаружить заметную задержку во времени, как мы ожидали сегодня, учитывая скорость света. Он пришел к выводу, что свет «если не мгновенный, то необычайно быстрый». Считается, что он использовал водяные часы, чтобы измерить задержку во времени эксперимента. Однако ему удалось сделать вывод, что свет должен двигаться как минимум в десять раз быстрее звука.

Измерения становятся серьезными

Датский астроном Оле Ромер начал проводить первые реальные измерения скорости света примерно через 50 лет после Галилея.Работая в своей Парижской обсерватории в 1676 году, он начал систематическое изучение I0, одной из лун Юпитера. Эта луна довольно часто затмевается Юпитером, когда он вращается вокруг планеты-гиганта. Это движение предсказуемо и удобно для такого рода экспериментов. Продолжая свои наблюдения, он обнаружил, что в течение нескольких месяцев затмения, казалось, все больше и больше отставали от того, что можно было ожидать в противном случае. Потом снова начали забирать. Странно!

В сентябре того же года он правильно предсказал, что одно затмение 9 ноября должно быть примерно на десять минут позже.К его большой радости и, возможно, облегчению, это действительно был тот случай, когда он злорадствовал перед своими скептически настроенными коллегами в Обсерватории. Ромер объяснил, что это отставание, вероятно, связано с тем, что Земля и Юпитер двигались по разным орбитам, и при этом расстояние между ними менялось. Свет, отраженный от Ио, должен, таким образом, занять некоторое время, чтобы достичь Земли с наибольшей «задержкой», возникающей, когда Земля и Юпитер находились на максимальном расстоянии друг от друга. «Задержки» затмений также были следствием этой разницы в расстоянии между нами и Ио / Юпитером.

[Источник изображения: НАСА / Лаборатория реактивного движения / Университет Аризоны ]

Его наблюдения позволили Ромеру сделать вывод, что свету требуется около двадцать две минуты , чтобы достичь Земли.

Опираясь на работы Ромера

Смелая оценка Ромера была хорошим началом, но немного завышенной. Позже сэр Исаак Ньютон напишет: —

«Потому что теперь очевидно из явлений спутников Юпитера, подтвержденных наблюдениями различных астрономов, что свет распространяется последовательно ( примечание : я думаю, это означает с конечной скоростью ) и требуется около семи или восьми минут, чтобы добраться от Солнца до Земли.

Ньютон с поправкой на расстояние между Землей и Солнцем, чтобы вычислить, что потребуется около семь или восемь минут , чтобы пройти между ними. В оценках и Ромера, и Ньютона полученная цифра была такой далекой.

Теперь мы знаем, что это гораздо лучшая оценка, но «слава» Ромеру. Чтобы измерить «скорость» чего-либо, вам нужно знать расстояние между двумя точками. Возьмем, к примеру, расстояние от Солнца до Земли.В течение 1670-х годов были предприняты различные попытки измерить параллакс Марса. Параллакс — это измерение того, насколько далеко сдвинулся Марс на фоне далеких звезд. Для этого наблюдения необходимо производить одновременно из разных мест на Земле. Это покажет очень тонкий сдвиг, который можно использовать для измерения расстояния Марса от Земли. Имея в руках это измерение, астрономы могли бы оценить относительное расстояние Земли от Солнца. Относительные расстояния до небесных тел в нашей солнечной системе уже были установлены на этом этапе посредством наблюдений и геометрического анализа.

Эксперименты становятся все точнее

В Modern Theories of the Univers e Майкла Дж. Кроу эти наблюдения пришли к выводу, что это расстояние составляет примерно от 40 до 90 миллионов миль . Эти измерения, наконец, согласовали значение 93 миллиона миль ( 149,6 миллиона километров ), что более или менее правильно, как мы знаем сегодня. Это соглашение между астрономами пришло из правильного значения расстояния Ромера или использования его данных Гюйгенсом.

Христиан Гюйгенс использовал оценку Ромера и объединил ее с оценкой диаметра Земли, чтобы получить новую скорость света. Работа Гюйгенса привела к тому, что скорость света составила около 201 168 (с точностью до целого числа) километров в секунду . Это примерно три четверти реальной стоимости 299 793 (с точностью до целого числа) километров в секунду .

Почему ошибка? Мы объясним это, если учесть, что время, необходимое лучу для пересечения орбиты Земли, составляет около двадцати двух минут, а не шестнадцать минут.

Английский астроном Джеймс Брэдли в 1728 году усовершенствовал оценку скорости света. Во время плавания по Темзе он заметил, что маленький вымпел на мачте корабля менял положение каждый раз, когда лодка «крутилась». Он сравнил это событие с Землей на орбите со звездным светом, сродни ветру, играющему парусами и вымпелом лодки. Брэдли далее рассуждал, что звездный «ветер» можно представить как нас, дующих сзади или в приближающуюся «земную лодку».

Дождей не бывает, льет!

Другая аналогия: свет звезд подобен проливному дождю в безветренный день. Земля — ​​это человек, идущий по кругу в космическом темпе. Дождь будет падать не вертикально, а под углом. Допустим, дождь идет со скоростью около 10 км / ч, а вы идете со скоростью около 5 км / ч, скорость дождя по вертикали и горизонтали соответствует этим цифрам. Джеймс Брэдли думал, что свет можно представить, если мы действуем аналогичным образом.

Он рассуждал, что, учитывая скорость Земли около 18 миль в секунду , он знал, что работа Ромера оценила свет примерно в в 10 000 раз больше . Исходя из этого, Брэдли предположил, что угловое изменение падающего света было примерно величиной небольшого угла прямоугольного треугольника. У треугольника будет одна сторона, которая в в 10 000 раз длиннее в , чем другая, и примерно в двух сотых градуса. Появление телескопа и усовершенствование инженерной мысли того времени позволило точно измерить этот небольшой угол.Из своего мысленного эксперимента и наблюдений Брэдли пришел к выводу, что скорость света составляет около 297 729 километров в секунду . Это всего лишь около 1% отметки !! Довольно невероятно.

Что со всеми косвенными измерениями?

Хорошо, давайте подведем итоги. Мы перешли от споров о том, мгновенно ли распространяется свет, к некоторым реальным цифрам. Неплохо. К сожалению, большинство из них не являются фактическими прямыми измерениями, а скорее косвенными утверждениями. Да, с очень хорошей точностью, но «прямого» наблюдения все же не хватает.Попытка Галилея с фонарями сработала бы хорошо, если бы у нас было действительно известное расстояние для работы. До сих пор скорость рассчитывалась на основе косвенных выводов, основанных на незначительных изменениях положения небесных тел. Как мы знаем сегодня, относительно небольшие расстояния, подобные тем, которые нужны Галилею, слишком малы для того, чтобы провести заметные измерения.

Это было частично разрешено двумя непримиримыми французскими соперниками в 1850 году. Физо и Фуко использовали несколько отличающиеся методы, чтобы прийти к аналогичному выводу.Физо использовал прибор, который светил лучом света между зубьями быстро вращающегося зубчатого колеса. Это означало, что источник света постоянно закрывали и открывали. Он также использовал зеркало, чтобы отразить свет обратно в том месте, где он проходил через зубчатое колесо во второй раз. Это нововведение явно устранило необходимость в двух фонарях, как в эксперименте Галилея, а также обеспечило более предсказуемый рисунок, а не полагался на реакции человека.

Идея заключалась в том, чтобы отраженный свет в определенное время мог отражаться через зубчатое колесо.Например, тот же самый, если он достаточно «медленный», или еще одно зубное отверстие, если оно достаточно быстрое или, конечно, заблокировано «клиньями» между ними. Прелесть конструкции заключалась в том, что вы могли легко изготавливать колеса с сотнями зубцов и очень быстро вращать их, что позволяло проводить измерения за доли секунды. Этот метод действительно работал очень хорошо.

Фуко наносит ответный удар

Его соперник, метод Фуко был основан на аналогичном принципе, за исключением того, что он включал вращающееся зеркало, а не зубчатое колесо.В одной точке вращения отраженный луч света падал на другое дальнее зеркало, которое отражалось обратно во вращающееся. Вращающееся зеркало явно повернулось на небольшое расстояние за время, необходимое для отражения света обратно в него. Этот метод предоставил средства измерения нового положения светового луча и, следовательно, определения скорости. Он смог выяснить, как далеко повернулось зеркало за то время, пока свет прошел туда и обратно.

Обе эти гениальные техники обеспечивали скорость 298 000 километров в секунду .Это всего лишь 0,6% «от» современной оценки.

Альберт Михельсон подходит к тарелке

Г-н Михельсон родился в Стшельно, Польша. Его родители эмигрировали в США, когда Альберту было 4 года, чтобы избежать эскалации антисемитизма в регионе. Позже Альберт провел некоторое время с военно-морским флотом США, прежде чем стать инструктором по физике и химии в 1875 году.

Его время в море и размышления обо всем выглядит одинаково в закрытой комнате, движущейся с постоянной скоростью, как и в покое напоминали более ранние открытия Галилея.

Когда Майкельсон начал читать лекции, он решил попробовать метод Фуко. Однако вскоре он понял, настраивая прибор, что он, возможно, может изменить его конструкцию, чтобы обеспечить большую точность. Он решил поднять ставку и увеличить расстояние между зеркалами и линзами. Вместо 18 метров Фуко он решил увеличить дистанцию ​​до 610 метров . Ему также удалось собрать средства на использование очень качественных зеркал для фокусировки световых лучей. Его выводы были настолько хороши, что он записал скорость света как 298 299,96 километров в секунду только 48.28 километров в секунду сегодняшнего значения.

Точность его эксперимента была настолько хороша, что стала стандартом и наиболее точным измерением на следующие 40 лет!

Ткацкие станки 20-го века

Было известно, что в конце 19-го века свет и электромагнетизм переплелись друг с другом. Это позволит доработать его в течение следующих нескольких десятилетий. Физики без устали измеряли электромагнитные и электростатические заряды, чтобы получить числовые значения, очень близкие к тем, которые измерял Физо.

Основываясь на этом, немецкий физик Вильгельм Эдуард Вебер предположил, что свет на самом деле был электромагнитной волной. На сцену слева выходит Альберт Эйнштейн со своей новаторской работой 1905 года. «Электродинамика движущихся тел» показал миру, что скорость света в вакууме одинакова во всех «инерциальных» системах отсчета. Более того, это было совершенно независимо от движения источника или наблюдателя.

Расчеты Эйнштейна позволили ему развить специальную теорию относительности, предоставив научному миру значение c, которое теперь является фундаментальной константой.До Эйнштейна ученые глубоко укоренились в своих поисках чего-то, что называлось «светоносным эфиром». Такая, казалось бы, странная концепция была использована для описания того, как на самом деле распространяется свет. Когда-то считалось, что эфир предназначен для «перемещения» света по Вселенной.

Универсальное ограничение скорости

Работа Эйнштейна выдвинула принцип, согласно которому скорость света в вакууме постоянна, и эта странность возникает по мере приближения к ее скорости.Включая такие эффекты, как замедление времени или замедление времени, чем быстрее вы путешествуете. Скорость света кажется максимальной, которую может перемещать тело с массой. Возможно, будущие достижения в физике также опровергают это представление. Время покажет.

Теории относительности также удалось согласовать уравнения Максвелла для электричества и магнетизма с законами механики. Они также упростили математические вычисления, сделав лишние пояснения излишними. Современные методы, включая интерферометры и методы объемного резонанса, были использованы, чтобы дать нам современную ценность.Они дополнительно уточнили нашу оценку так называемого предела скорости Вселенной. Наше признанное в настоящее время значение 299 792 458 м / с было получено в 1972 году Национальным бюро стандартов США в Боулдере, штат Колорадо.

Последнее слово

Что ж, это настоящее путешествие. Мы прошли путь от великого Аристотеля ни к кому другому, как к Альберту Эйнштейну. Другие великие умы, включая Исаака Ньютона, французских и польских ученых, «попробовали» заняться этим, казалось бы, простым вопросом.Это действительно был труд любви во времени и событие универсальной «команды тегов». Мы прошли путь от чистой мысли к паре парней с фонарями и, наконец, к новейшим научным экспериментам, чтобы дать ответ. Да ладно, между ними были некоторые дальнейшие усовершенствования и гениальные методы.

Постоянно раздражающая привычка человечества задавать неудобные вопросы иногда может привести к долгому ожиданию, казалось бы, простых вопросов. Возможно, скорость света — лучший тому пример.Для наших предков это прекрасное свидетельство того, что мы не остановились в своих поисках, чтобы ответить на этот вопрос. Хотя у нас есть текущая оценка, вполне вероятно, что в ближайшие столетия будут внесены дальнейшие уточнения. Что бы ни приготовило будущее, мы надеемся, что с этого момента вы никогда не будете воспринимать это как должное.

А вы подумали, что это простой вопрос! Итак, поехали. Пропустили ли мы какие-нибудь шаги в поисках скорости света? Хотя здесь об этом не говорится, думали ли вы, что мы сможем путешествовать со скоростью света? Сможем ли мы когда-нибудь путешествовать быстрее? Начнем разговор.

Источники: Скорость света Майкл Фаулер / Отдел физики UVa, Speed-Light, UniverseToday

Источник избранного изображения: TheStarWarsWiki

СМОТРИ ТАКЖЕ: Какая скорость света в «Звездных войнах» ДЕЙСТВИТЕЛЬНО будет похожа на

.

Скорость света — RationalWiki

Скорость света (т.е. неструктурированный свет ^[1] в идеальном вакууме) — это числовая константа в физике, обычно обозначаемая буквой c .Это 299 792 458 м / с точно , поскольку метр определяется как расстояние, которое свет проходит через вакуум за 1/299 792 458 секунды. ^{[2] [3]}

Скорость света считается «пределом космической скорости». Это потому, что массивные («массивные», как «имеющие массу», а не в просторечии «чертовски большие») частицы и объекты могут достигать скоростей, приближающихся к скорости света, но никогда на самом деле не достигают ее. Поскольку фотоны, составляющие свет, не имеют массы покоя, они не только могут перемещаться с этой скоростью, но и должны перемещаться с этой скоростью на — отсюда и название «скорость света» для обозначения c .Согласно специальной теории относительности и подтверждающим ее экспериментам, скорость света одинакова для всех инерциальных наблюдателей.

Когда свет проходит через материалы, такие как вода, воздух или стекло, фотоны (кванты света) действительно движутся медленнее, а в некоторых материалах их можно даже снизить до скорости простой ходьбы. Однако следует подчеркнуть, что это не имеет ничего общего с изменением самого c . Путешествуя через материю, фотоны поглощаются промежуточными атомами, поднимая атомы до более высокого энергетического состояния, и эта энергия быстро высвобождается снова в виде фотонов (и некоторого количества тепла).Замедление эффективной скорости света вызвано задержкой между этими процессами поглощения и повторного излучения.

Современная наука [править]

Определение [править]

В 1983 году Генеральная конференция мер и весов (Генеральная конференция мер и весов, или CGPM) определила измеритель следующим образом: ^[4]

Поскольку метр определяется в терминах скорости света, это определение фиксирует скорость света на уровне 299 792 458 метров в секунду (м / с). ^[5]

Конечно, поскольку эти люди были европейцами, они настаивали на правильном написании слова как «метр», но с этого момента мы бесцеремонно вернемся к «метру» Ноя Вебстера ^[6] .

Постоянство скорости света [править]

Возникает естественный вопрос: «Что дает CGPM право определять скорость света и единицу длины таким образом?» Ответ состоит в том, что скорость света в вакууме — универсальная постоянная; у него есть особенное свойство: все наблюдатели измеряют скорость света как c .Это свойство сильно отличает свет от, например, бейсбольного мяча. Предположим, бейсбольный питчер стоит в поезде, движущемся со скоростью 90 миль в час относительно земли. Питчер бросает фастбол со скоростью 90 миль в час в заднюю часть поезда. В то время как питчер и кто-либо еще в поезде будет измерять скорость бейсбольного мяча как 90 миль в час, наблюдатель на земле будет измерять скорость бейсбольного мяча как 0 миль в час — движение мяча по поезду компенсируется. что касается наблюдателей на местах.То есть казалось бы, что бейсбольный мяч висит в воздухе, пока его не догонит задняя стенка поезда. Точно так же, если питчер бросит мяч в другом направлении с той же скоростью, люди на земле увидят, что мяч движется со впечатляющей скоростью 180 миль в час, поскольку мяч будет набирать обороты от поезда, и скорости будут складываться. . Однако, если кувшин направит фонарик на заднюю часть поезда, он измерил бы скорость света как c … и наблюдатель на земле тоже.Та же аналогия работает и с боулерами в крикет.

Это постоянство скорости любого светового луча, измеренное любым наблюдателем, имеет чрезвычайно важное значение, и в результате физическая теория, описывающая это, является относительностью.

Некоторые из самых ранних экспериментальных подсказок о том, что c должно быть постоянным для всех наблюдателей, были получены из уравнений Максвелла. Эти математические формулы, объединяющие электричество и магнетизм, предсказывают существование электромагнитных волн, которые распространяются с определенной скоростью.Эту скорость можно вывести из уравнений путем измерения определенных физических констант, и в отличие от классической механики и примера с бейсбольным питчером, описанного выше, уравнение ничего не говорит, относительно того, относительно чего измеряется эта скорость. Свет может перемещаться в вакууме, и уравнения Максвелла просто говорят, какова его скорость, и ничего не говорят о «среде», относительно которой он измеряется, хотя некоторые действительно думали, что это будет легендарный эфир. Электромагнитные волны, предсказанные уравнениями Максвелла, оказались легкими, и эти уравнения считаются одним из величайших достижений математической физики.

Попытки разгадать тайну, содержащуюся в уравнениях Максвелла, путем экспериментальных измерений скорости света в разных направлениях, были отрицательными. Эксперимент Майкельсона-Морли был первым подтверждением этого. Очевидный парадокс универсальной постоянной скорости оказался правдой.

Максимальное ограничение скорости [править]

Скорость света считается пределом скорости — массивные объекты могут достигать скорости, сколь угодно близкой к скорости света, но никогда не могут ее достичь.Теория относительности предсказывает, что для ускорения объекта любой массы до скорости света потребуется бесконечное количество энергии — частицы без массы, однако, могут перемещаться со скоростью и только скорости света.

Было высказано предположение о существовании некоторых частиц быстрее скорости света, таких как тахионов . Тахионы, если бы они существовали, были бы ограничены «другой стороной» светового барьера; они будут ограничены скоростью , превышающей , чем скорость света ^{[7] [8]} , и потребуют бесконечного количества энергии, чтобы замедлить их до скорости света.

Световой год [править]

световых лет — это расстояние, которое свет проходит за один юлианский ^[9] год в вакууме. Используя тот факт, что скорость света ( Преодоление скорости света [править]

Это общепризнанный факт, что ничто не может двигаться быстрее света, поэтому его невозможно нарушить как ограничение скорости.Но это утверждение требует дальнейшего уточнения; материя, энергия и информация не могут двигаться быстрее света. Это означает, что есть случаи, когда скорость света может быть нарушена, но мы не можем обязательно что-либо с этим поделать. Эти исключения связаны с использованием свойств волн и являются как теоретическими, так и наблюдаемыми. Чтобы понять, как волны допускают это очевидное нарушение законов физики, представьте себе аналогию с волной цунами, проходящей через океан. Энергетическая волна, созданная цунами, может перемещаться по глубоким океанам почти на 600 миль в час (970 км / ч), но сами молекулы воды имеют гораздо более низкие скорости — это не движение воды на самом деле, это движение энергетической волны. .То же самое наблюдается с электрическим током, где «электричество» может перемещаться со скоростью света, но можно показать, что отдельные электроны представляют собой простой шаг ходьбы.

Чтобы изменить скорость света, можно использовать свойства таких волн. ^{[10] [11]} Представьте себе ряд светодиодных индикаторов, мигающих последовательно от конца до конца, причем каждый из них мигает в течение короткого периода времени, когда через него проходит электрический ток. Как и в случае с цунами, отдельные огни не движутся, но создается волна «включенных» огней, которая движется со скоростью электрического тока, и эта волна движется со скоростью света.Но представьте, что вместо того, чтобы мигать сразу, каждый светодиод мигает с задержкой, которая уменьшается по линии (представьте миллионы из них подряд). Первый светодиод имеет длительную задержку, и каждый из них затем уменьшается, пока последний светодиод не мигает в момент достижения тока. Если задержки были установлены так, что первый светодиод загорался, когда ток был наполовину, для волны потребуется столько же времени, чтобы пройти через всю цепь, сколько требуется для тока, чтобы пройти только половину ее. Тогда движущаяся волна включенных огней превысила бы скорость света в два раза. ^[12]

Энергия, материя и информация в этом случае не преодолели световой барьер (информация о волне уже была передана на субсветовых скоростях), но движущаяся волна прошла быстрее, чем свет . Когда чудаки, занимающиеся анти-относительностью, пытаются опровергнуть Эйнштейна, говоря, что вещи превышают скорость света, они неизменно говорят об этом явлении. До сих пор так и было, но мы должны увидеть.

Наблюдения нейтрино в 2011 г. [править]

Согласно нерецензируемым отчетам проекта Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus (OPERA) в Италии, объявленного в 2011 году, нейтрино могут путешествовать только на быстрее света.Конечно, как и вся наука, это нужно было сначала отрецензировать, опубликовать в признанном журнале, а затем подтвердить с помощью воспроизводимых экспериментов. До тех пор, пока этот процесс не будет завершен, не было бы никаких причин для слишком большого внимания к опубликованным результатам, поскольку «публикация посредством пресс-конференции» на самом деле не имеет хорошей истории; подумайте о провале холодного синтеза. Кроме того, для доказательства путешествия со скоростью, превышающей скорость света, потребуются доказательства, которых пока нет. Вероятно, этого не произошло. ^[13]

Реакция [править]

Со стороны более научного сообщества общая реакция была такова: «Время покажет». ^{[14] [15] [16]} Другие реакции на эту новость варьировались от приглушенного скептицизма до веселой острой реакции. Брайан Кокс, как постоянный научный руководитель BBC, высказался, чтобы призвать к осторожности и научить людей, как в первую очередь проверять результат. ^[17] Другой профессор и защитник поп-науки, Джим Аль-Халили, даже зашел так далеко, что сказал следующее (см. 2:46):

Конечно, хотя всем хотелось бы, чтобы это случилось, это маловероятно.Сам Кокс процитировал несколько возможностей, которые могли бы означать, что нейтрино «сокращают путь» через дополнительные измерения, так что не действительно ли преодолевает световой барьер.

Между тем сообщество вуа полностью восприняло это. Защитники гомеопатии использовали это как пример того, насколько наука «ошибочна» и, следовательно, , почему гомеопатия не может быть истинной . ^[18] Естественно, они, кажется, проигнорировали отсутствие доказательств в пользу гомеопатии, в то время как мы, –, имеем предварительные доказательства того, что нейтрино движутся быстрее света.Подобные вещи, кажется, случаются всякий раз, когда наука оказывается «неправой». И все участники блога Islamic Awakening, казалось, путали это с опровержением атеизма и Большого взрыва. ^[19] Кто-то требует подтверждения. ^[20] Другие спрашивали, может ли такое общение на сверхсветовой скорости быть основой для психических явлений ^[21]

Возможности [править]

Наблюдалось прибытие некоторых нейтрино от сверхновой SN 1987A одновременно с фотонами света ^[22] , хотя, если нейтрино летят быстрее света, они должны были прибыть раньше.Если другие нейтрино прибыли раньше, ученые, возможно, не заметили их, потому что ученые не знали о сверхновой до того, как фотонов достигли Земли.

Могут ли ученые что-то упустить? Эти вещи, безусловно, возможны, вот почему наука подчиняется изучению сотен людей; в конечном итоге кто-то заметит очевидный изъян. Они из той же организации, которая год назад сообщала нам, что бозон Хиггса путешествует назад во времени и действует намеренно, чтобы саботировать собственное открытие.Другая простая возможность — это ошибка калибровки, связанная с релятивистскими поправками, необходимыми из-за вращения Земли. Это аналогично поправкам, применяемым к спутникам GPS, но не было учтено, поскольку детекторы находились на земле, а не на орбите. Из-за этого поправка была бы намного меньше, порядка наносекунд, а не миллисекунд, но потенциально значительна. В arXiv были представлены десятки статей, посвященных теме нейтрино, многие из которых постулируют эти простые решения, которые упустили из виду команда OPERA, но «правильный» ответ еще не был окончательно определен.

Заключение? [Править]

В феврале 2012 года выяснилось, что неисправное кабельное соединение могло быть причиной 60-наносекундного несоответствия между скоростью света и наблюдаемой скоростью нейтрино. В то же время были обнаружены и другие потенциальные трудности со сроками. ^[23] Затем, в марте, появилась статья (также на arXiv) о том, что долгожданная попытка репликации из эксперимента ICARUS (расположенного всего в нескольких метрах) оказалась отрицательной. ^[24] Они обнаружили, что их «результат [был] совместим с одновременным прибытием всех событий [как света, так и нейтрино] с одинаковой скоростью, как и световых.»

Реакция здесь тоже была неоднозначной, некоторые говорили, что это «дело закрыто». Другие, в том числе лауреат Нобелевской премии по физике Карло Руббиа (представитель проекта ICARUS), хотели дождаться дальнейшего подтверждения и открытия того, что именно пошло не так в эксперименте OPERA. BBC сообщила, что очень маловероятно, что нейтрино движутся быстрее света, и Джиму аль-Халили удалось спокойно уснуть. ^[25]

Досовременные представления о скорости света [править]

Древние греки [править]

Гипотезы о свете и его скорости восходят к Древней Греции.Одной из самых известных идей, пришедших из Греции в то время, была теория эмиссии, которая утверждала, что видение создается лучами света, исходящими из глаз человека. Эмпедокл Акраганский (492–432 до н.э.), по-видимому, считал, что скорость света конечна; однако Аристотель (384-322 до н.э.) не был убежден и приводил доводы в пользу бесконечной скорости, ^[26] , потому что, конечно, он был убежден. Как и большинство греческих идей того времени, оба аргумента основывались только на чистом разуме, а не на эмпирической науке, но позиция Аристотеля — как и его позиция почти во всем — стала общепринятой точкой зрения и оставалась неизменной в течение почти 2000 лет.Это отстой, потому что Аристотель редко был прав в важных вещах.

Попытки измерения [править]

Иллюстрация Майкельсона эксперимента Фуко: линза L формирует изображение щели S на сферическом зеркале M. Если зеркало R неподвижно, отраженное изображение щели преобразуется в исходное положение щели S, независимо от того, как наклоняется R, как показано на нижнем аннотированном рисунке. Однако, если R вращается быстро, временная задержка из-за конечной скорости света, движущегося от R к M и обратно к R, приводит к тому, что изображение щели S смещается.

В 1626 году Галилей попытался измерить скорость света с помощью двух наблюдателей с расположенными далеко друг от друга фонарями.К сожалению, скорость света слишком велика, чтобы ее можно было измерить с помощью этого метода, и лучшее, что мог сделать Галилей, заключалось в том, что свет движется по крайней мере в 10 раз быстрее звука.

Пятьдесят лет спустя, в 1676 году, Оле Рёмер использовал астрономические наблюдения лун Юпитера, чтобы определить, что скорость света конечна. Он рассчитал скорость 214 000 км / с, что составляет около 70 процентов от текущего принятого значения. Расхождение связано с неопределенностью Ремера в отношении расстояния от Земли до Солнца. ^[27]

Несколько других измерений были выполнены с использованием все более совершенных и точных методов (см. Таблицу). Примечательное измерение было выполнено Альбертом Майкельсоном в 1877 году, когда он измерил скорость, которая составила 299 910 ± 50 км / с. Это значение было стандартом около 40 лет. ^[27] Современные методы используют лазеры и прецизионное электронное оборудование, но поскольку скорость света теперь определена , точно и это измерение пространства относительно нее, поэтому попытка измерить скорость света стала довольно спорный вопрос.

Известные измерения скорости света ^[28]

Жестокое обращение со стороны фундаменталистов, реакционеров и лунатиков [править]

Многим современным фундаменталистам очень трудно признать, что скорость света настолько велика или постоянна, и они выдумывают тщательно продуманные теории и гипотезы, противоречащие науке ради своего библейского буквализма.

У них также есть проблема с тем, что мы можем видеть свет от звезд, находящихся на расстоянии миллиардов световых лет.

Проблема звездного света [править]

«Проблема звездного света» может быть кратко сформулирована следующим образом: есть видимые звезды, которые, как известно, находятся на расстоянии более 6000 световых лет, на основе метода переменных цефеид. ^[30] Поскольку скорость света постоянна, свет от этих звезд должен был достичь Земли более 6000 лет. Следовательно, Вселенной более 6000 лет.

Поскольку одна из главных целей креационизма — распространить его как науку, этот научный парадокс должен разрешить креационизм, чтобы даже заигрывать с идеей «научности». Хотя креационисты пытаются решить проблему звездного света, это во многих отношениях «серебряная пуля» креационизма: в попытках решить неразрешимую проблему звездного света креационисты часто натыкаются и приводят некоторые из своих наиболее явно ложных аргументов — даже Джейсона Лайла. , реальный настоящий эксперт по астрофизике , нанятый Answers in Genesis, не может сделать достойный удар в ее решении.Используя проблему звездного света, чтобы подтолкнуть креационистов к устойчивым, не вызывающим споров основаниям астрономии, стали очевидны некоторые из наиболее серьезных недостатков креационизма.

Тем не менее, как и любой отрицатель, хороший креационист никогда не признает поражения, даже перед лицом подавляющей логики об обратном. Поэтому креационисты придумали несколько способов примирить свой когнитивный диссонанс, пытаясь решить проблему звездного света. ^[31]

Их усилия обсуждаются и опровергаются ниже:

1. Космология белой дыры: Бог поместил Землю в поле замедления времени во время шестидневного творения, что означает, что время для Земли замедлилось до шести дней, в то время как во внешней вселенной прошли миллионы лет.Таким образом, из миллиардов вселенских лет прошло шесть земных дней. Идиотизм этого аргумента очевиден: астрономия — это не Star Trek . Более того, этот аргумент неопровержим.
2. Теория c-распада: Раньше скорость света была выше. Эта «теория» неверна по нескольким причинам:
   • Лазерные дальномеры и цифровые часы, используемые с 1960-х годов, достаточно точны, чтобы обнаруживать даже небольшие скорости остаточного затухания, но их не наблюдается.
   • Основные физические константы не изменились сколько-нибудь заметно. ^[32]
   • Скорость света c — не просто изолированное значение; оно тесно связано с самой структурой пространства-времени, а также является решающим фактором в эквивалентности массы / энергии, как это дается знаменитым уравнением Эйнштейна: E = mc ² . Более высокое значение c привело бы к гораздо большему выходу энергии от ядерных процессов (где масса преобразуется в энергию), делая невозможным существование тех самых звезд, свет которых креационисты пытаются объяснить.Поскольку мы действительно можем видеть эти звезды, мы также можем видеть, что ядерные процессы, подпитывающие эти звезды, одинаковы для всех звезд, независимо от расстояния.
   • «Ученый», стоящий за теорией c-распада, Барри Сеттерфилд, использует плохую математику и худшую научную методологию. ^[33]
   • Триангуляция опровергает это
3. Гипотеза омфалоса: Бог создал звездный свет уже на пути к Земле, чтобы он выглядел так, как будто он испускается звездами гораздо дальше.Эта «гипотеза» неопровержима именно потому, что она ненаучна — невозможно разработать эксперимент, который может отличить настоящий звездный свет от идеальной имитации звездного света. И, как и другие свидетельства существования старой Земли и старой вселенной, он не рисует очень дружественную картину Бога.

Хардкорные креационисты, похоже, не слишком останавливаются на самом очевидном решении этой проблемы: что Бог создал вселенную до того, как создал Землю. Такой взгляд часто встречается в вариантах креационизма Старой Земли, но он не слишком привлекателен для более упрямых фундаменталистов, возможно, потому, что это подразумевает, что люди — не самая важная вещь во всей вселенной, даже если вы всегда строите аквариум. перед тем, как добавить рыбу.

См. Также [править]

Ссылки [править]

1. ↑ Скорость света в конце концов не такая постоянная: структура импульса может замедлять фотоны даже в вакууме Эндрю Грант (17:00, 17 января 2015 г.) Science News .
2. ↑ Справочник по химии и физике 72-е изд. CRC Press: Бока-Ратон, 1991.
3. ↑ Это кажется немного круглым? На самом деле, нет. Важная часть наших единиц измерения, будь то расстояние или электрический ток, заключается в том, что они сначала должны быть сопоставлены с чем-то.Наиболее объективный способ сделать это — определить эти измерения относительно различных физических констант, которые являются неизменными значениями, связанными со Вселенной.
4. ↑ Так говорят эти французы.
5. ↑ Для интересующихся секунда — это «длительность 9 192 631 770 периодов излучения, соответствующая переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия 133». Отсюда.
6. ↑ Использование слова «метр » за пределами США относится исключительно к измерительным приборам (например,г. термометр), однако.
7. ↑ Википедия о тахионах
8. ↑ [1]
9. ↑ Определяется как 365,25 дня, где 1 день определяется длиной 86400 секунд СИ.
10. ↑ См. Статью в Википедии о фазовой скорости.
11. ↑ См. Статью в Википедии о сверхсветовой скорости.
12. ↑ Minute Physics — Как сломать скорость света
13. ↑ ГЛАВНЫЕ НОВОСТИ: Ошибка отменяет результаты нейтрино быстрее света
14. ↑ http://www.ft.com/cms/s/0/62ca7488-e5f4-11e0-b196-00144feabdc0.html? ftcamp = rss # axzz1Yqenkmpz
15. ↑ http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-15017484
16. ↑ http://www.waterstechnology.com/sell-side-technology/opinion/2111804/step-closer-messaging-faster-light-speed
17. ↑ BBC News — Брайан Кокс об удивительной находке Церна со скоростью света
18. ↑ Gaia-Health.com — Субъядерные частицы могут двигаться быстрее света. Кто сказал, что гомеопатия не работает?
19. ↑ Islamic Awakening — Ученые «сломали» скорость света
20. ↑ Можно ли повернуть время вспять?
21. ↑ Быстрее легких нейтрино? Комментарии
22. ↑ http: // наследие.stsci.edu/1999/04/sn1987anino.html
23. ↑ Сбои времени собачьи претензии нейтрино
24. ↑ Измерение скорости нейтрино детектором ICARUS на пучке CNGS
25. ↑ Нейтрино со скоростью света в новом тесте Икара
26. ↑ http://njsas.org/projects/speed_of_light/empedocles/index.html
27. ↑ ^{27,0 27,1} http://galileo.phys.virginia.edu/classes/109N/lectures/spedlite.html
28. ↑ http://njsas.org/projects/speed_of_light/index.html
29. ↑ Нет, это не читерство
30. ↑ Star Distances, christiananswers.net
31. ↑ http://www.conservapedia.com/Young_Earth_Creationism#Starlight_and_the_Age_of_the_Universe
32. ↑ См., Например, этот. статья об исторических свидетельствах истинно-постоянных констант.
33. ↑ В этом эссе можно найти удобное для читателя описание провала теории c-распада.

.

Скорость света не может быть постоянной, говорят физики

Скорость света постоянна, так говорят учебники. Но некоторые ученые изучают возможность того, что этот предел космической скорости изменится, что является следствием природы космического вакуума.

Определение скорости света имеет некоторые более широкие последствия для таких областей, как космология и астрономия, которые предполагают, что скорость света будет стабильной во времени. Например, скорость света появляется при измерении постоянной тонкой структуры (альфа), которая определяет силу электромагнитной силы.А переменная скорость света изменила бы прочность молекулярных связей и плотность самого ядерного вещества.

Непостоянная скорость света может означать, что оценки размера Вселенной могут быть неверными. (К сожалению, это не обязательно означает, что мы можем путешествовать быстрее света, потому что эффекты физических теорий, таких как теория относительности, являются следствием скорости света). [10 последствий путешествия быстрее света]

В двух статьях, опубликованных в European Physics Journal D в марте, делается попытка определить скорость света из квантовых свойств самого пространства.Оба предлагают несколько разные механизмы, но идея состоит в том, что скорость света может изменяться при изменении предположений о том, как элементарные частицы взаимодействуют с излучением. Оба рассматривают пространство как нечто не пустое, а как большой суп из виртуальных частиц, которые появляются и исчезают за крошечные доли секунды.

Космический вакуум и скорость света

В первом исследовании, написанном ведущим автором Марселем Урбаном из Парижского университета, рассматривается космический вакуум, который часто считается пустым пространством.Законы квантовой физики, которые управляют субатомными частицами и всеми очень маленькими вещами, гласят, что космический вакуум на самом деле заполнен фундаментальными частицами, такими как кварки, называемые «виртуальными» частицами. Эти частицы материи, которые всегда объединяются в пары со своими соответствующими античастицами, возникают и почти сразу сталкиваются. Когда частицы вещества и антивещества соприкасаются, они уничтожают друг друга.

Фотоны света, летящие в космосе, захватываются и повторно испускаются этими виртуальными частицами.Урбан и его коллеги предполагают, что энергия этих частиц — в частности, величина заряда, который они несут, — влияет на скорость света. Поскольку количество энергии, которое частица будет иметь в момент попадания фотона, будет по существу случайным, влияние на скорость движения фотонов также должно меняться.

Таким образом, количество времени, которое требуется свету для пересечения заданного расстояния, должно изменяться как квадратный корень из этого расстояния, хотя эффект будет очень крошечным — порядка 0,05 фемтосекунды на каждый квадратный метр вакуума.Фемтосекунда — это одна миллионная миллиардной секунды. (Скорость света измерялась в течение последнего столетия с высокой точностью, порядка частей на миллиард, поэтому совершенно очевидно, что эффект должен быть небольшим.)

Чтобы найти это крошечное колебание, исследователи говорят: можно было измерить, как свет распространяется на большие расстояния. Некоторые астрономические явления, такие как гамма-всплески, производят импульсы излучения с достаточно большого расстояния, чтобы их можно было обнаружить. Авторы также предлагают использовать лазеры, отражаемые между зеркалами, расположенными на расстоянии около 100 ярдов друг от друга, со световым лучом, отражающимся между ними несколько раз, для поиска этих небольших изменений.

Виды частиц и скорость света

Вторая статья предлагает другой механизм, но приходит к такому же выводу об изменении скорости света. В этом случае Герд Леухс и Луис Санчес-Сото из Института физики света Макса Планка в Эрлангене, Германия, говорят, что количество разновидностей элементарных частиц, существующих во Вселенной, может быть причиной того, что скорость света это.

Лейкс и Санчес-Сото говорят, что, по их расчетам, должно быть порядка 100 «разновидностей» частиц, имеющих заряд.Текущий закон, регулирующий физику элементарных частиц, Стандартная модель, определяет девять: электрон, мюон, тауон, шесть видов кварков, фотоны и W-бозон. [Безумная физика: Самые крутые маленькие частицы в природе]

Заряды всех этих частиц важны для их модели, потому что все они имеют заряды. Величина, называемая импедансом, зависит от суммы этих зарядов. Импеданс, в свою очередь, зависит от диэлектрической проницаемости вакуума или от того, насколько он сопротивляется электрическим полям, а также от его проницаемости или от того, насколько хорошо он поддерживает магнитные поля.Световые волны состоят как из электрических, так и из магнитных волн, поэтому изменение этих величин (диэлектрической и магнитной проницаемости) приведет к изменению измеренной скорости света.

«Мы рассчитали диэлектрическую проницаемость и проницаемость вакуума, вызванные этими эфемерными виртуальными нестабильными элементарными частицами», — написал Сото-Санчес в электронном письме LiveScience. «Однако оказывается, что из такой простой модели можно различить, что эти константы содержат по существу равные вклады различных типов электрически заряженных пар частиц-античастиц: как известных, так и пока неизвестных нам.»

В обеих документах говорится, что свет взаимодействует с виртуальными парами частица-античастица. В модели Лойкса и Санчеса-Сото импеданс вакуума (который ускоряет или замедляет скорость света) зависит от плотности частиц. Импеданс относится к отношению электрических полей к магнитным полям в свете; каждая световая волна состоит из обоих видов полей, и ее измеренное значение, наряду с проницаемостью пространства для магнитных полей, определяет скорость света.

Однако некоторые ученые настроены немного скептически.Джей Вакер, физик элементарных частиц из Национальной ускорительной лаборатории SLAC, сказал, что не уверен в используемых математических методах, и что в обоих случаях казалось, что ученые применяли математические инструменты не так, как это делало бы большинство. «Правильный способ сделать это — использовать диаграммы Фейнмана», — сказал Вакер. «Это очень интересный вопрос [скорость света]», — добавил он, но методов, использованных в этих статьях, вероятно, недостаточно для его исследования.

Другая проблема заключается в том, что если действительно существует много других частиц, помимо Стандартной модели, то эта теория нуждается в серьезном пересмотре.Но пока его предсказания подтверждаются, особенно с открытием бозона Хиггса. Это не означает, что частиц больше не будет — но если они там, то они превышают энергии, достижимые в настоящее время с помощью ускорителей частиц, и, следовательно, довольно тяжелые, и возможно, что их эффекты проявились бы в другом месте. .

Следуйте за нами @livescience , Facebook и Google+ . Оригинальная статья на LiveScience.com.

.