Скорость в вакууме: Скорость света в вакууме перестала быть рекордом

Скорость света в вакууме перестала быть рекордом

03 Ноября 2005 14:11 |03 Ноя 2005 14:11 |
|

Поделиться

Показана возможность прохождения звука в среде со скоростью, на пять порядков превышающей обычную и существенно превосходящей скорость света в вакууме.

Сотрудник университета Миссисипи Джоэль Мобли (Joel Mobley) показал, что звуковые волны в воде могут двигаться со скоростью, существенно превышающей не просто скорость света в этой среде, но и скорость света в вакууме. Для этого в воду необходимо добавить большое количество пластиковых шариков-бусинок.

Согласно текущим физическим представлениям, распространение звуковых волн в дисперсной среде описывается двумя скоростями – групповой и фазовой. Последняя из них в воде составляет около 1,5 км/с.

Как сообщает PhysicsWeb, д-р Мобли показал, что групповая скорость высокочастотного ультразвукового импульса может быть увеличена сразу на пять порядков, если направлять ее сквозь камеру, содержащую 8 мл воды и 400 тыс. пластиковых микросфер в ней. Рост скорости на пять порядков означает, что групповая скорость может превысить скорость света в вакууме. Сферы диаметром около 0,1 мм займут около 5% объема наполненной водой камеры.

Рост скорости вызван дисперсией, вследствие которой различные длины волн движутся с различными фазовыми скоростями. При прохождении импульса сквозь среду с аномально высокой дисперсией, волны различной длины начинают двигаться с существенно различными скоростями. Это приводит к изменению формы импульса, в результате чего оказывается, что сам импульс звука в воде начинает двигаться быстрее, чем свет в вакууме. Правда, за все приходится платить – дисперсия очень сильно ослабляет сам импульс.

«Уже давно считалось, что достижение подобных скоростей звуковыми волнами возможно, – считает сам д-р Мобли. – Моя работа показала, что создать условия для этого можно в специфической, но очень простой среде, в отсутствие каких-либо экстремальных условий».

Д-р Мобли планирует поставить эксперименты, в которых удастся наблюдать движение звука со сверхсветовой скоростью на практике, в национальном центре физической акустики в Миссисипи. Основной проблемой в его постановке является увеличение отношения сигнал-шум до значений, при которых возможно детектирование самого импульса, крайне ослабленного дисперсией.

Постановка вопроса о возможности достижения скоростей, превышающих скорость света в вакууме, отражает современное положение дел в науке, где все больше фундаментальных представлений господствующих на сегодняшний день теорий подвергается коренному пересмотру. Так, результаты последних астрономических наблюдений вынудили ученых вновь поставить вопрос о том, что физические константы меняются со временем, а также заставили подвергнуть коренному пересмотру современную космологическую теорию. Помимо фундаментальной науки, исследования акустических процессов имеют огромное прикладное значение. Так, последние результаты группы Талейархана показали, что акустические волны в жидкости способны разогревать вещество в микропузырьках до столь высоких температур, что становится возможным осуществление реакции термоядерного синтеза.

Ученые выяснили, что скорость света в вакууме является далеко не постоянной величиной

Источники:
https://www.sciencenews.org/article/speed-light-not-so-constant-after-all
http://www.dailytechinfo.org/news/6656-uchenye-vyyasnili-chto-skorost-sv…

Известно, что свет не всегда движется со скоростью света, его скорость падает при движении в воде, стекле и в других прозрачных материалах. Но новые эксперименты, проведенные учеными из университета Рочестера (University of Rochester) и университета Глазго (University of Glasgow), демонстрируют то, что фокусировка лучей или вмешательство в структуру импульсов света позволяет уменьшить скорость распространения света даже в условиях вакуума.

Скорость света в вакууме, обозначаемая литерой «c», является одной из самых главных физических констант, на которой базируется большая часть современной физики, включая и теорию относительности Эйнштейна. В прошлое время множество усилий было направлено на измерение точного значения скорости света, но сейчас достоверно известно, что скорость света в вакууме равна 299 792 458 метров в секунду. И даже длина нынешнего эталона расстояния, метра, была определена с использованием значения скорости света.

Но новые экспериментальные данные указывают на то, что скорость света в вакууме не может считаться константой. Значение константы «c» после этого можно рассматривать только в качестве верхнего предела скорости распространения света.

Группа исследователей, возглавляемая Майлзом Пэдджеттом (Miles Padgett), ученым в области оптической физики из университета Глазго, продемонстрировала эффект замедления скорости света на примере двух фотонов, которые были идентичны друг другу, за исключением их структуры. Хотя этот эффект практически не заметен в повседневной жизни и не имеет существенного влияния на множество технологий, его наличие выдвигает на первый план ранее неизвестные фундаментальные тонкости поведения света.

Демонстрация эффекта замедления скорости света была проведена при помощи оптического устройства, синхронно излучающего пары фотонов. Один из фотонов был направлен в оптическое волокно, а второй пропускался через несколько оптических устройств, которые производили изменения его волновой структуры. Оптическое волокно выполняло роль линии задержки для первого фотона, а его длина была такой, что вышедший из него фотон снова двигался рядом с фотоном, претерпевшим структурные изменения.

Если бы волновая структура фотона не влияла бы на скорость его движения в вакууме, то оба фотона поразили поверхность специального быстродействующего светочувствительного датчика в один и тот же момент времени. Но, проведенные измерения показали, что фотон света, претерпевший структурные изменения, отстал от оригинального фотона на несколько микрометров на одном метре дистанции.

«Я не удивлен тем, что данный эффект существует» — рассказывает Роберт Бойд (Robert Boyd), ученый-физик из университета Рочестера, — «Удивительно то, что этот эффект является настолько сильным и его никто не заметил до этого времени».

«Полученные нами результаты не затронут областей науки и техники, в которых используется постоянный свет от лазеров или других источников» — рассказывает Майлз Пэдджетт, — «Но вот физики, которые в своей работе используют сверхкороткие импульсы, будут вынуждены учитывать вероятность изменения скорости света в своих исследованиях».

Скорость света в вакууме оказалась непостоянной

Скорость света в вакууме не является постоянной величиной, утверждают авторы сразу двух статей, опубликованных в одном из ведущих физических журналов Европы European Physical Journal D.

Автор одной из них, Марсель Урбан из Университета Париж-Юг 11 в парижском пригороде Орсэ, вместе со своими коллегами убежден, что вакуум (который не пуст и, по сегодняшним воззрениям, наполнен парами виртуальных, то есть возникающих и тут же исчезающих частиц) характеризуется флуктуирующей энергией — и потому некоторые его свойства, в том числе скорость света в нем, тоже должны иметь флуктуирующие значения.

Авторы второй статьи, Герд Лёхс и Луис Санчес-Сото из Института физики света им. Макса Планка в Эрлангене (ФРГ), пришли к тому же выводу, изучив электрические характеристики вакуума.

Концепция вакуума – одна из самых загадочных в физике. Сегодня считается, что полной пустоты в природе вообще не существует. Даже там, где  «вообще ничего нет», постоянно рождаются и тут же исчезают пары, — такие, как «электрон-позитрон» или «кварк-антикварк». Урбан и его коллеги впервые детально исследовали квантовый механизм, определяющий намагничивание и поляризацию вакуума, получив возможность оценить такие свойства вакуума, как его поляризация, диэлектрическую проницаемость — и, в конечном счете, скорость света в нем.

Сегодня считается, что полной пустоты в природе вообще не существует.

Этот анализ привел исследователей к выводу: в единице объема вакуума может находиться только ограниченное число виртуальных частиц. Из этого теоретически следует, что скорость фотона в вакууме должна варьироваться — по оценкам группы Урбана, в пределах 50 аттосекунд (аттосекунда – это 10^{— 18}, то есть одна миллиардная часть от одной миллиардной части секунды) при пересечении квадратного метра вакуума. Это очень мелкие флуктуации, но их можно поймать с помощью новых сверхбыстрых лазеров, заявляют ученые.

Лёхс и Санчес-Сото, с другой стороны, рассмотрели пары виртуальных заряженных частиц в вакууме как электрические диполи и постарались на этой основе определить электрические характеристики вакуума. В частности, импеданс (условно говоря, электрическое сопротивление), который, в свою очередь, влияет на величину скорости света в вакууме. Импеданс вакуума, выяснилось, определяется не массой частиц, а только суммой квадратов их зарядов, иначе говоря, общим количеством элементарных заряженных частиц, имеющихся в природе. Исследователи утверждают, что имеющиеся экспериментальные результаты говорят в пользу этой гипотезы, а поскольку это число из-за свойств вакуума флуктуирует, то и скорость света тоже должна меняться!

Что же, Эйнштейну и его последователям следовало говорить не о том, что скорость света есть максимум, который нельзя превзойти, а всего лишь о том, что в мире существует максимальная скорость передвижения, без всякой ссылки на свет?

Скорость света в вакууме

Скорость света в вакууме в представлении художника

История

В XIX веке произошло несколько научных экспериментов, которые привели к открытию ряда новых явлений. Среди этих явлений – открытие Гансом Эрстедом порождения магнитной индукции электрическим током. Позже Майкл Фарадей обнаружил обратный эффект, который был назван электромагнитной индукцией.

Уравнения Джеймса Максвелла – электромагнитная природа света

В результате этих открытий было отмечено так называемое «взаимодействие на расстоянии», в результате чего новая теория электромагнетизма, сформулированная Вильгельмом Вебером, была основана на дальнодействии. Позже, Максвелл определил понятие электрического и магнитного полей, которые способны порождать друг друга, что и есть электромагнитной волной. Впоследствии Максвелл использовал в своих уравнениях так называемую «электромагнитную постоянную» — с.

К тому времени ученые уже вплотную приблизились к тому факту, что свет имеет электромагнитную природу. Физический же смысл электромагнитной постоянной – скорость распространения электромагнитных возбуждений. На удивление самого Джеймса Максвелла, измеренное значение данной постоянной в экспериментах с единичными зарядами и токами оказалось равным скорости света в вакууме.

До данного открытия человечество разделяло свет, электричество и магнетизм. Обобщение Максвелла позволило по-новому взглянуть на природу света, как на некий фрагмент электрического и магнитного полей, распространяющийся самостоятельно в пространстве.

На рисунке ниже изображена схема распространения электромагнитной волны, которой также является свет. Здесь H – вектор напряженности магнитного поля, E — вектор напряженности электрического поля. Оба вектора перпендикулярны друг другу, а также направлению распространения волны.

Схема распространения электромагнитной волны

Опыт Майкелъсона — абсолютность скорости света

Физика того времени во многом строилась с учетом принципа относительности Галилея, согласно которому законы механики выглядят одинаково в любой выбранной инерциальной системе отсчета. В то же время согласно сложению скоростей – скорость распространения должна была зависеть от скорости движения источника. Однако, в таком случае электромагнитная волна вела бы себя по-разному в зависимости от выбора системы отсчета, что нарушает принцип относительности Галилея. Таким образом, вроде бы отлично сложенная теория Максвелла находилась в шатком состоянии.

Эксперименты показали, что скорость света действительно не зависит от скорости движения источника, а значит требуется теория, которая способна объяснить столь странный факт. Лучшей теорией на то время оказалась теория «эфира» — некой среды, в которой и распространяется свет, подобно тому как распространяется звук в воздухе. Тогда бы скорость света определялась бы не скоростью движения источника, а особенностями самой среды – эфира.

Предпринималось множество экспериментов с целью обнаружения эфира, наиболее известный из которых – опыт американского физика Альберта Майкелъсона. Говоря кратко, известно, что Земля движется в космическом пространстве. Тогда логично предположить, что также она движется и через эфир, так как полная привязанность эфира к Земле – не только высшая степень эгоизма, но и попросту не может быть чем-либо вызвана. Если Земля движется через некую среду, в которой распространяется свет, то логично предположить, что здесь имеет место сложение скоростей. То есть распространение света должно зависеть от направления движения Земли, которая летит через эфир. В результате своих экспериментов Майкелъсон не обнаружил какой-либо разницей между скоростью распространения света в обе стороны от Земли.

Эфирный ветер по отношению к Земле

Данную проблему попытался решить нидерландский физик Хендрик Лоренц. Согласно его предположению, «эфирный ветер» влиял на тела таким образом, что они сокращали свои размеры в направлении своего движения. Исходя из этого предположения, как Земля, так и прибор Майкелъсона, испытывали это Лоренцево сокращение, вследствие чего Альберт Майкелъсон получил одинаковую скорость для распространения света в обоих направлениях. И хотя Лоренцу несколько удалость оттянуть момент гибели теории эфира, все же ученые чувствовали, что данная теория «притянута за уши». Так эфир должен был обладать рядом «сказочных» свойств, в числе которых невесомость и отсутствие сопротивления движущимся телам.

Конец истории эфира пришел в 1905-м году вместе с публикацией статьи «К электродинамике движущихся тел» тогда еще мало известного – Альберта Эйнштейна.

Альберт Эйнштейн

Специальная теория относительности Альберта Эйнштейна

Двадцатишестилетний Альберт Эйнштейн высказывал совсем новый, иной взгляд на природу пространства и времени, который шел в разрез с тогдашними представлениями, и в особенности грубо нарушал принцип относительности Галилея. Согласно Эйнштейну, опыт Майкельсона не дал положительных результатов по той причине, что пространство и время имеют такие свойства, что скорость света есть абсолютная величина. То есть в какой бы системе отсчета не находился наблюдатель – скорость света относительно него всегда одна 300 000 км/сек. Из этого следовала невозможность применения сложения скоростей по отношению к свету – с какой бы скоростью не двигался источник света, скорость света не будет меняться (складываться или вычитаться).

Мысленный эксперимент с поездом. Абсолютность скорости света

Эйнштейн использовал Лоренцево сокращение для описания изменения параметров тел, движущихся со скоростями, близкими к скорости света. Так, например, длина таких тел будет сокращаться, а их собственное время – замедляться. Коэффициент таких изменений называется Лоренц-фактор. Известная формула Эйнштейна E=mc²на самом деле включает также Лоренц-фактор (E= ymc²), который в общем случае приравнивается к единице, в случае, когда скорость тела v равна нулю. С приближением скорости тела v к скорости света c Лоренц-фактор y устремляется к бесконечности. Из этого следует, что для того, чтобы разогнать тело до скорости света потребуется бесконечное количество энергии, а потому перейти этот предел скорости – невозможно.

В пользу данного утверждения существует также такой аргумент как «относительность одновременности».

Материалы по теме

Парадокс относительности одновременности СТО

Говоря кратко, явление относительности одновременности состоит в том, что часы, которые располагаются в разных точках пространства, могут идти «одновременно» только если они находятся в одной и той же инерциальной системе отсчета. То есть время на часах зависит от выбора системы отсчета.

Из этого же следует такой парадокс, что событие B, которое является следствием события A, может произойти одновременно с ним. Кроме того, можно выбрать системы отсчета таким образом, что событие B произойдет раньше, чем вызвавшее его событие A. Подобное явление нарушает принцип причинности, который довольно прочно укрепился в науке и ни разу не ставился под сомнение. Однако, данная гипотетическая ситуация наблюдается лишь в том случае, когда расстояние между событиями A и B больше, чем временной промежуток между ними, умноженный на «электромагнитную постоянную» — с. Таким образом, постоянная c, которой равна скорость света, является максимальной скоростью передачи информации. В противном бы случае нарушался бы принцип причинности.

Как измеряют скорость света?

 

Наблюдения Олаф Рёмера

Ученые античности в своем большинстве полагали, что свет движется с бесконечной скоростью, и первая оценка скорости света была получена аж в 1676-м году. Датский астроном Олаф Рёмер наблюдал за Юпитером и его спутниками. В момент, когда Земля и Юпитер оказались с противоположных сторон Солнца, затмение спутника Юпитера – Ио запаздывало на 22 минуты, по сравнению с рассчитанным временем. Единственное решение, которое нашел Олаф Рёмер – скорость света предельна. По этой причине информация о наблюдаемом событии запаздывает на 22 минуты, так как на прохождение расстояния от спутника Ио до телескопа астронома требуется некоторое время. Согласно подсчетам Рёмера скорость света составила 220 000 км/с.

Измерение скорости света Олафом Рёмером

Наблюдения Джеймса Брэдли

В 1727-м году английский астроном Джеймс Брэдли открыл явление аберрации света. Суть данного явления состоит в том, что при движении Земли вокруг Солнца, а также во время собственного вращения Земли наблюдается смещение звезд в ночном небе. Так как наблюдатель землянин и сама Земля постоянно меняют свое направление движения относительно наблюдаемой звезды, свет, излучаемый звездой, проходит различное расстояние и падает под разным углом к наблюдателю с течением времени. Ограниченность скорости света приводит к тому, что звезды на небосводе описывают эллипс в течение года. Данный эксперимент позволил Джеймсу Брэдли оценить скорость света — 308 000 км/с.

Звездная аберрация, обнаруженная Брэдли

Опыт Луи Физо

В 1849-м году французским физиком Луи Физо был поставлен лабораторный опыт по измерению скорости света. Физик установил зеркало в Париже на расстоянии 8 633 метров от источника, однако согласно расчетам Рёмера свет пройдет данное расстояние за стотысячные доли секунды. Подобная точность часов тогда была недостижима. Тогда Физо использовал зубчатое колесо, которое вращалось на пути от источника к зеркалу и от зеркала к наблюдателю, зубцы которого периодически закрывали свет. В случае, когда световой луч от источника к зеркалу проходил между зубцами, а на обратном пути попадал в зубец – физик увеличивал скорость вращения колеса вдвое. С увеличением скорости вращения колеса свет практически перестал пропадать, пока скорость вращения не дошла до 12,67 оборотов в секунду. В этот момент свет снова исчез.

Подобное наблюдение означало, что свет постоянно «натыкался» на зубцы и не успевал «проскочить» между ними. Зная скорость вращения колеса, количество зубцов и удвоенное расстояние от источника к зеркалу, Физо высчитал скорость света, которая оказалась равной 315 000 км/сек.

Схема опыта Луи Физо

Спустя год другой французский физик Леон Фуко провел похожий эксперимент, в котором вместо зубчатого колеса использовал вращающееся зеркало. Полученное ним значение скорости света в воздухе равнялось 298 000 км/с.

Спустя столетие метод Физо был усовершенствован настолько, что аналогичный эксперимент, поставленный в 1950-м году Э. Бергштрандом дал значение скорости равное 299 793,1 км/с. Данное число всего на 1 км/с расходится с нынешним значением скорости света.

Дальнейшие измерения

С возникновением лазеров и повышением точности измерительных приборов удалось снизить погрешность измерения вплоть до 1 м/с. Так в 1972-м году американские ученые использовали лазер для своих опытов. Измерив частоту и длину волны лазерного луча, им удалось получить значение – 299 792 458 м/с. Примечательно, что дальнейшее увеличение точности измерения скорости света в вакууме было нереализуемо в не в силу технического несовершенства инструментов, а из-за погрешности самого эталона метра. По этой причине в 1983-м году XVII Генеральная конференция по мерам и весам определила метр как расстояние, которое преодолевает свет в вакууме за время, равное 1 / 299 792 458 секунды.

Расстояние от Земли до Луны равняется 1,25 световых секунды

Подведем итоги

Итак, из всего вышесказанного следует, что скорость света в вакууме – фундаментальная физическая постоянная, которая фигурирует во многих фундаментальных теориях. Данная скорость абсолютна, то есть не зависит от выбора системы отсчета, а также равна предельной скорости передачи информации. С данной скоростью движутся не только электромагнитные волны (свет), но также и все безмассовые частицы. В том числе, предположительно, гравитон – частица гравитационных волн. Помимо всего прочего, в силу релятивистских эффектов собственное время для света буквально стоит.

Подобные свойства света, в особенности неприменимость к нему принципа сложения скоростей, не укладываются в голове. Однако, множество экспериментов подтверждают перечисленные выше свойства, и ряд фундаментальных теорий строятся именно на таковой природе света.

Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!

Просмотров записи: 18667

Запись опубликована: 18.06.2017
Автор: Владимир Соловьев

Что мешает людям летать в космосе со скоростью света

• Адам Хадхази
• BBC Future

31 августа 2015

Автор фото, Thinkstock

Нынешний рекорд скорости в космосе держится уже 46 лет. Корреспондент

BBC Future задался вопросом, когда же он будет побит.

Мы, люди, одержимы скоростью. Так, только за последние несколько месяцев стало известно о том, что студенты в Германии поставили рекорд скорости для электромобиля, а ВВС США планируют так усовершенствовать гиперзвуковые самолеты, чтобы те развивали скорость в пять раз превышающую скорость звука, т.е. свыше 6100 км/ч.

У таких самолетов не будет экипажа, но не потому, что люди не могут передвигаться с такой высокой скоростью. На самом деле люди уже перемещались со скоростью, которая в несколько раз выше скорости звука.

Однако существует ли предел, преодолев который наши стремительно несущиеся тела уже не смогут выдерживать перегрузки?

Нынешний рекорд скорости поровну принадлежит трем астронавтам, которые участвовали в космической миссии «Аполлон 10», — Тому Стаффорду, Джону Янгу и Юджину Сернану.

В 1969 году, когда астронавты облетели вокруг Луны и возвращались обратно, капсула в которой они находились, развила скорость, которая на Земле равнялась бы 39,897 км/час.

«Я думаю, что сто лет назад мы вряд ли могли себе представить, что человек сможет перемещаться в космосе со скоростью почти в 40 тысяч километров в час», — говорит Джим Брей из аэрокосмического концерна Lockheed Martin.

Брей — директор проекта обитаемого модуля для перспективного корабля «Орион» (Orion), который разрабатывается Космическим агентством США НАСА.

По замыслу разработчиков, космический корабль «Орион» – многоцелевой и частично многоразовый — должен выводить астронавтов на низкую орбиту Земли. Очень может быть, что с его помощью удастся побить рекорд скорости, установленный для человека 46 лет назад.

Новая сверхтяжелая ракета, входящая в Систему космических пусков (Space Launch System), должна, согласно плану, совершить свой первый пилотируемый полет в 2021 году. Это будет облет астероида, находящегося на окололунной орбите.

Затем должны последовать многомесячные экспедиции к Марсу. Сейчас, по мысли конструкторов, обычная максимальная скорость «Ориона» должна составлять примерно 32 тысяч км/час. Однако скорость, которую развил «Аполлон 10», можно будет превзойти даже при сохранении базовой конфигурации корабля «Орион».

«Orion предназначен для полетов к различным целям в течение всего своего срока эксплуатации, — говорит Брей. – Его скорость может оказаться значительно выше той, что мы сейчас планируем».

Но даже «Орион» не будет представлять пик скоростного потенциала человека. «По сути дела, не существует другого предела скорости, с какой мы можем перемещаться, кроме скорости света», — говорит Брей.

Скорость света один миллиард км/час. Есть ли надежда, что нам удастся преодолеть разрыв между 40 тысячами км/час и этими величинами?

Удивительным образом скорость как векторная величина, обозначающая быстроту перемещения и направление движения, не является для людей проблемой в физическом смысле, пока она относительно постоянна и направлена в одну сторону.

Следовательно, люди – теоретически – могут перемещаться в пространстве лишь чуть медленнее «скоростного предела вселенной», т.е. скорости света.

Автор фото, NASA

Подпись к фото,

Как будет ощущать себя человек в корабле, летящем с околосветовой скоростью?

Но даже если допустить, что мы преодолеем значительные технологические препятствия, связанные с созданием скоростных космических кораблей, наши хрупкие, состоящие в основном из воды тела столкнутся с новыми опасностями, сопряженными с эффектами высокой скорости.

Могут возникнуть и пока только воображаемые опасности, если люди смогут передвигаться быстрее скорости света благодаря использованию лазеек в современной физике или с помощью открытий, разрывающих шаблон.

Как выдержать перегрузки

Впрочем, если мы намерены передвигаться со скоростью свыше 40 тысяч км/час, нам придется достигать ее, а затем замедляться, не спеша и сохраняя терпение.

Быстрое ускорение и столь же быстрое замедление таят в себе смертельную опасность для организма человека. Об этом свидетельствует тяжесть телесных травм, возникающих в результате автомобильных катастроф, при которых скорость падает с нескольких десятков километров в час до нуля.

В чем причина этого? В том свойстве Вселенной, которое носит название инерции или способности физического тела, обладающего массой, противостоять изменению его состояния покоя или движения при отсутствии или компенсации внешних воздействий.

Эта идея сформулирована в первом законе Ньютона, который гласит: «Всякое тело продолжает удерживаться в своем состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменять это состояние».

«Состояние покоя и движение с постоянной скоростью — это нормально для человеческого организма, — объясняет Брей. — Нам скорее следует беспокоиться о состоянии человека в момент ускорения».

Около века назад создание прочных самолетов, которые могли маневрировать на скорости, привело к тому, что пилоты стали говорить о странных симптомах, вызываемых изменениями скорости и направления полета. Эти симптомы включали в себя временную потерю зрения и ощущение либо тяжести, либо невесомости.

Причина заключается в перегрузках, измеряемых в единицах G, которые представляют собой отношение линейного ускорения к ускорению свободного падения на поверхности Земли под воздействием притяжения или гравитации. Эти единицы отражают воздействие ускорения свободного падения на массу, например, человеческого тела.

Перегрузка в 1 G равна весу тела, которое находится в поле тяжести Земли и притягивается к центру планеты со скоростью 9,8 м/сек (на уровне моря).

Перегрузки, которые человек испытывает вертикально с головы до пят или наоборот, являются поистине плохой новостью для пилотов и пассажиров.

При отрицательных перегрузках, т.е. замедлении, кровь приливает от пальцев на ногах к голове, возникает чувство перенасыщения, как при стойке на руках.

Автор фото, SPL

Подпись к фото,

Для того чтобы понять, сколько G смогут выдержать астронавты, их тренируют в центрифуге

«Красная пелена» (чувство, которое испытывает человек, когда кровь приливает к голове) наступает, когда распухшие от крови, полупрозрачные нижние веки поднимаются и закрывают зрачки глаз.

И, наоборот, при ускорении или положительных перегрузках кровь отливает от головы к ногам, глаза и мозг начинают испытывать недостаток кислорода, поскольку кровь скапливается в нижних конечностях.

Сначала зрение туманится, т.е. происходит потеря цветного зрения и накатывает, что называется, «серая пелена», потом наступает полная потеря зрения или «черная пелена», но человек остается в сознании.

Чрезмерные перегрузки ведут к полной потере сознания. Это состояние называют обмороком, вызванным перегрузкой. Многие пилоты погибли из-за того, что на их глаза опускалась «черная пелена» — и они разбивались.

Среднестатистический человек может вынести перегрузку примерно в пять G, прежде чем потеряет сознание.

Пилоты, одетые в специальные противоперегрузочные комбинезоны и обученные особым образом напрягать и расслаблять мышцы торса для того, чтобы кровь не отливала от головы, способны управлять самолетом при перегрузках примерно в девять G.

«На протяжении коротких периодов времени человеческое тело может переносить гораздо более сильные перегрузки, чем девять G, — говорит Джефф Свентек, исполнительный директор Ассоциации аэрокосмической медицины, расположенной в городе Александрия, штат Вирджиния. — Но выдерживать высокие перегрузки на протяжении длительного периода времени способны очень немногие».

Мы, люди, в состоянии переносить огромные перегрузки без тяжких травм, правда, только в течение нескольких мгновений.

Рекорд кратковременной выносливости поставил капитан ВВС США Эли Бидинг-младший на авиабазе Холломэн в штате Нью-Мексико. В 1958 году он при торможении на специальных санях с ракетным двигателем после разгона до 55 км/ч за 0.1 секунду испытал перегрузку в 82.3 G.

Этот результат зафиксировал акселерометр, закрепленный у него на груди. На глаза Бидинга также упала «черная пелена», но он отделался только синяками во время этой выдающейся демонстрации выносливости человеческого организма. Правда, после заезда он провел три дня в госпитале.

А теперь в космос

Астронавты, в зависимости от средства передвижения, также испытывали довольно высокие перегрузки — от трех до пяти G — во время взлетов и при возвращении в плотные слои атмосферы соответственно.

Эти перегрузки переносятся сравнительно легко, благодаря разумной идее пристегивать космических путешественников к креслам в положении лежа лицом по направлению полета.

По достижении стабильной крейсерской скорости в 26 000 км/ч на орбите астронавты ощущают скорость не больше, чем пассажиры коммерческих авиарейсов.

Если перегрузки не будут представлять собой проблему для длительных экспедиций на кораблях «Орион», то с мелкими космическими камнями – микрометеоритами – все сложнее.

Автор фото, NASA

Подпись к фото,

Для защиты от микрометеоритов «Ориону» понадобится своего рода космическая броня

Эти частицы размером с рисовое зернышко могут развивать впечатляющие и при этом разрушительные скорости до 300 тысяч км/час. Для обеспечения целостности корабля и безопасности его экипажа «Орион» оснащен внешним защитным слоем, толщина которого варьируется от 18 до 30 см.

Кроме того, предусмотрены дополнительные экранирующие щиты, а также используется хитроумное размещение оборудования внутри корабля.

«Чтобы не лишиться полетных систем, жизненно важных для всего космического корабля, мы должны точно рассчитывать углы подлета микрометеоритов», — говорит Джим Брей.

Будьте уверены: микрометеориты – не единственная помеха для космических экспедиций, во время которых высокие скорости полета человека в безвоздушном пространстве будут играть все более важную роль.

В ходе экспедиции к Марсу придется решать и другие практические задачи, например, по снабжению экипажа продовольствием и противодействию повышенной опасности раковых заболеваний из-за воздействия на человеческий организм космической радиации.

Сокращение времени в пути снизит остроту таких проблем, поэтому быстрота перемещения будет становиться все более желаемой.

Космические полеты следующего поколения

Эта потребность в скорости воздвигнет новые препятствия на пути космических путешественников.

Новые корабли НАСА, которые угрожают побить рекорд скорости «Аполлона 10», по-прежнему будут полагаться на испытанные временем химические системы ракетных двигателей, используемые со времен первых космических полетов. Но эти системы обладают жесткими ограничениями скорости по причине высвобождения малых величин энергии на единицу топлива.

Поэтому, чтобы существенно увеличить скорость полета для людей, отправляющихся на Марс и далее, необходимы, как признают ученые, совершенно новые подходы.

«Те системы, которыми мы располагаем сегодня, вполне в состоянии доставить нас туда, — говорит Брей, — однако все мы хотели бы стать свидетелями революции в двигателях».

Эрик Дэвис, ведущий физик-исследователь в Институте перспективных исследований в Остине, штат Техас, и участник программы НАСА по прорывным разработкам в физике движения, шестилетнего исследовательского проекта, завершившегося в 2002 году, выделил три наиболее перспективных средства, с точки зрения традиционной физики, способных помочь человечеству достичь скоростей, разумно достаточных для межпланетных путешествий.

Если коротко, речь идет о явлениях выделения энергии при расщеплении вещества, термоядерном синтезе и аннигиляции антиматерии.

Первый метод заключается в делении атомов и применяется в коммерческих ядерных реакторах.

Второй, термоядерный синтез, заключается в создании более тяжелых атомов из простых атомов – такого рода реакции питают энергией Солнце. Это технология, которая завораживает, но не дается в руки; до ее обретения «всегда остается еще 50 лет» — и так будет всегда, как гласит старый девиз этой отрасли.

«Это весьма передовые технологии, — говорит Дэвис, — но они основаны на традиционной физике и прочно утвердились еще на заре Атомного века». По оптимистическим оценкам, двигательные системы, основанные на концепциях деления атомов и термоядерном синтезе, в теории, способны разогнать корабль до 10% скорости света, т.е. до весьма достойных 100 миллионов км/час.

Автор фото, US Air Force

Подпись к фото,

Летать со сверхзвуковой скоростью — уже не проблема для человека. Другое дело — скорость света, или хотя бы близко к ней…

Наиболее предпочтительный, хотя и труднодостижимый источник энергии для быстрого космического корабля — это антиматерия, двойник и антипод обычной материи.

Когда два вида материи приходят в соприкосновение, они уничтожают друг друга, в результате чего выделяется чистая энергия.

Технологии, позволяющие вырабатывать и хранить – пока крайне незначительные – количества антиматерии, существуют уже сегодня.

В то же время производство антивещества в полезных количествах потребует новых специальных мощностей следующего поколения, а инженерной мысли придется вступить в конкурентную гонку по созданию соответствующего космического корабля.

Но, как говорит Дэвис, немало отличных идей уже прорабатывается на чертежных досках.

Космические корабли, приводимые в движение энергией антиматерии, смогут перемещаться с ускорением в течение нескольких месяцев и даже лет и достигать более существенных процентов от скорости света.

При этом перегрузки на борту будут оставаться приемлемыми для обитателей кораблей.

Вместе с тем, такие фантастические новые скорости будут таить в себе и иные опасности для организма человека.

Энергетический град

На скорости в несколько сот миллионов километров в час любая пылинка в космосе, от распыленных атомов водорода до микрометеоритов, неизбежно становится пулей, обладающей высокой энергией и способной прошить корпус корабля насквозь.

«Когда вы передвигаетесь с очень высокой скоростью, это означает, что частицы, летящие вам навстречу, движутся с теми же скоростями», — говорит Артур Эдельстайн.

Вместе с покойным отцом, Уильямом Эдельстайном, профессором радиологии в Медицинской школе Университета имени Джона Хопкинса, он работал над научным трудом, в котором рассматривались последствия воздействия атомов космического водорода (на людей и технику) во время сверхбыстрых космических путешествий в космосе.

Хотя его содержание не превышает одного атома на кубический сантиметр, рассеянный в космосе водород может приобрести свойства интенсивной радиационной бомбардировки.

Водород начнет разлагаться на субатомные частицы, которые будут проникать внутрь корабля и подвергать воздействию радиации как экипаж, так и оборудование.

На скорости, равной 95% скорости света, воздействие такой радиации будет означать почти мгновенную смерть.

Звездолет нагреется до температур плавления, перед которыми не устоит ни один мыслимый материал, а вода, содержащаяся в организме членов экипажа, немедленно закипит.

«Это все крайне неприятные проблемы», — замечает Эдельстайн с мрачным юмором.

Он и его отец приблизительно подсчитали, что для создания некоей гипотетической системы магнитной защиты, способной оградить корабль и находящихся в нем людей от смертоносного водородного дождя, звездолет может перемещаться со скоростью, не превышающей половины скорости света. Тогда люди на борту имеют шанс выжить.

Марк Миллис, физик, занимающийся проблемами поступательного движения, и бывший руководитель программы НАСА по прорывным разработкам в физике движения, предупреждает, что этот потенциальный предел скорости для полетов в космосе остается пока проблемой отдаленного будущего.

«На основании физических знаний, накопленных к настоящему времени, можно сказать, что развить скорость свыше 10% от скорости света будет крайне трудно, — говорит Миллис. – Опасность нам пока не угрожает. Простая аналогия: зачем переживать, что мы можем утонуть, если мы еще даже не вошли в воду».

Быстрее света?

Если допустить, что мы, так сказать, научились плавать, сможем ли мы тогда освоить скольжение по космическому времени — если развивать дальше эту аналогию — и летать со сверхсветовой скоростью?

Гипотеза о врожденной способности к выживанию в сверхсветовой среде хотя и сомнительна, но не лишена определенных проблесков образованной просвещенности в кромешной тьме.

Один из таких интригующих способов перемещения основан на технологиях, подобных тем, что применяются в «варп-двигателе» или «двигателе искривления» из сериала «Звездный путь».

Принцип действия этой силовой установки, известной еще как «двигатель Алькубьерре»* (названного по фамилии мексиканского физика-теоретика Мигеля Алькубьерре), состоит в том, что он позволяет кораблю сжимать перед собой нормальное пространство-время, описанное Альбертом Эйнштейном, и расширять его позади себя.

Автор фото, NASA

Подпись к фото,

Нынешний рекорд скорости принадлежит трем астронавтам «Аполлона 10» — Тому Стаффорду, Джону Янгу и Юджину Сернану

По существу, корабль перемещается в некоем объеме пространства-времени, своеобразном «пузыре искривления», который движется быстрее скорости света.

Таким образом, корабль остается неподвижным в нормальном пространстве-времени в этом «пузыре», не подвергаясь деформациям и избегая нарушений универсального предела скорости света.

«Вместо того чтобы плыть в толще воды нормального пространства-времени, — говорит Дэвис, — двигатель Алькубьерре понесет вас, как серфингиста, несущегося на доске по гребню волны».

Есть тут и определенный подвох. Для реализации этой затеи необходима экзотическая форма материи, обладающая отрицательной массой, чтобы сжимать и расширять пространство-время.

«Физика не содержит никаких противопоказаний относительно отрицательной массы, — говорит Дэвис, — но никаких ее примеров нет, и мы никогда не встречали ее в природе».

Существует и другой подвох. В опубликованной в 2012 году работе исследователи из Университета Сиднея предположили, что «пузырь искривления» будет накапливать заряженные высокой энергией космические частицы, поскольку неизбежно начнет взаимодействовать с содержимым Вселенной.

Некоторые частицы будут проникать внутрь самого пузыря и накачивать корабль радиацией.

Застрявшие в досветовых скоростях?

Неужели мы так и обречены застрять на этапе досветовых скоростей по причине нашей деликатной биологии?!

Речь ведь не столько о том, чтобы установить новый мировой (галактический?) рекорд скорости для человека, сколько о перспективе превращения человечества в межзвездное общество.

Со скоростью в половину скорости света — а это тот предел, который, согласно данным изысканий Эдельстайна, способен выдержать наш организм — путешествие к ближайшей звезде в оба конца займет более 16 лет.

(Эффекты расширения времени, под воздействием которых для экипажа звездолета в его системе координат пройдет меньше времени, чем для людей, оставшихся на Земле в своей системе координат, не приведут к драматическим последствиям на скорости, составляющей половину скорости света).

Марк Миллис полон надежд. Принимая во внимание, что человечество изобрело противоперегрузочные костюмы и защиту от микрометеоритов, позволяющие людям безопасно путешествовать в великой голубой дали и усеянной звездами черноте космоса, он уверен, что мы сможем найти способы выживания, на какие бы скоростные рубежи не вышли в будущем.

«Те же самые технологии, которые смогут помочь нам достигать невероятных новых скоростей перемещения, — размышляет Миллис, — обеспечат нас новыми, пока неведомыми возможностями для защиты экипажей».

Примечания переводчика:

*Мигель Алькубьерре выдвинул идею своего «пузыря» в 1994 году. А в 1995 году российский физик-теоретик Сергей Красников предложил концепцию устройства для космических путешествий быстрее скорости света. Идея получила название «трубы Красникова».

Это искусственное искривление пространства времени по принципу так называемой кротовой норы. Гипотетически корабль будет двигаться по прямой от Земли к заданной звезде сквозь искривленное пространство-время, проходя через другие измерения.

Согласно теории Красникова, космический путешественник вернется обратно в то же самое время, когда он отправился в путь.

Ученые выяснили, как свет может «самозарождаться» в пустоте вакуума

https://ria.ru/20190426/1553091873.html

Ученые выяснили, как свет может «самозарождаться» в пустоте вакуума

Ученые выяснили, как свет может «самозарождаться» в пустоте вакуума — РИА Новости, 26.04.2019

Ученые выяснили, как свет может «самозарождаться» в пустоте вакуума

Британские ученые обнаружили, что свет может «самозарождаться» в окрестностях крупных нейтронных звезд и черных дыр благодаря квантовым взаимодействиям между… РИА Новости, 26.04.2019

2019-04-26T17:25

2019-04-26T17:25

2019-04-26T17:25

галактики

лазеры

физика

космос — риа наука

шотландия

наука

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdn24.img.ria.ru/images/148249/54/1482495420_0:53:4001:2303_1920x0_80_0_0_258ef5efb110eede99d2ffbaf551750a.jpg

МОСКВА, 26 апр – РИА Новости. Британские ученые обнаружили, что свет может «самозарождаться» в окрестностях крупных нейтронных звезд и черных дыр благодаря квантовым взаимодействиям между вакуумом и пролетающими через него космическими лучами. Их выводы были представлены в журнале Physical Review Letters.Сегодня ученые считают, что вакуум, вопреки нашим обыденным представлениям, не является воплощением абсолютной пустоты и просто пустым местом. Он представляет, в соответствии с законами квантовой физики, постоянно волнующееся «море» из бесконечного числа постоянно рождающихся и самоуничтожающихся пар виртуальных частиц и античастиц. Их взаимодействие, по мнению физиков, должно особым образом влиять на поведение атомов и света.К примеру, это квантовое «море» должно особым образом влиять на поляризацию света при наличии сильных магнитных полей, заставляя его расщепляться и поляризоваться таким же образом, как свет ведет в себя в некоторых кристаллах, заставляющих его распасться на два луча. О существовании подобного эффекта ученые говорят с тридцатых годов прошлого века, однако им не удавалось его зафиксировать до настоящего времени.Сегодня астрономы пытаются найти следы его существования, наблюдая за радиосигналами и другими типами излучения, исходящими от пульсаров, «мертвых звезд», обладающих чрезвычайно мощным магнитным полем. Ноубл и его коллеги открыли еще одно любопытное проявление того, как «море» несуществующих частиц, населяющее пустоту вакуума, может проявлять себя в реальном мире, анализируя то, что происходит с заряженными частицами, которые проходят через окрестности «мертвых звезд».Ученые обратили внимание на то, что квантовые флуктуации вакуума и мощные магнитные поля пульсаров будут влиять не только на поведение частиц света, но особым образом «тормозить» движение различных космических лучей, разогнанных до околосветовых скоростей. Этот процесс, как объясняет Ноубл, будет очень похож по своей сути на любопытный эффект, открытый советскими физиками почти сто лет назад. Еще в 1934 году Павел Черенков и Сергей Вавилов заметили, экспериментируя с гамма-излучением, что его попадание в жидкость вызывает в ней слабое, но хорошо заметное свечение благодаря тому, что гамма-лучи выбивают электроны и разгоняют их до скоростей, превышающих скорость света в воде.Долгое время физики не считали, что черенковское излучение может возникнуть в вакууме, так как скорость движения света в нем невозможно превысить. Расчеты британских физиков показывают, что это правило нарушается при попадании космического луча или пучка ускоренных частиц в окрестности пульсара или светового импульса сверхмощного лазера. В последнем случае, как отмечают физики, необходимо построить чрезвычайно мощный лазер, способный ускорять электроны до энергий, превышающих 1,3 тераэлектронвольт, что пока могут сделать только самые мощные коллайдеры. Такие источники света, как признает Ноубл, не будут построены даже в далеком будущем.По этой причине ученые предлагают искать следы существования этого феномена в окрестностях пульсаров, чьи магнитные поля примерно на пять порядков сильнее, чем те электрические поля, которые порождают самые мощные существующие или строящиеся лазеры.Как считают авторы статьи, практически все гамма-излучение высоких энергий, исходящее от миллисекундных пульсаров, может быть порождено подобными квантовыми взаимодействиями между вакуумом и космическими лучами высоких энергий.Можно ли найти этот «самозародившийся» свет? По мнению Ноубла и его коллег, астрофизики уже могли обнаружить следы его существования. Дело в том, что в 2009 году гамма-телескоп «Ферми» показал, что центр Млечного Пути вырабатывает необычно много гамма-излучения, яркость которого в высокоэнергетической части спектра заметно превышала теоретически предсказанные значения.Тогда ученые посчитали, что его могли породить распады частиц темной материи, однако позже астрономы усомнились в этом, не обнаружив подобного избытка излучения в соседней галактике Туманность Андромеды. Британские физики предполагают, что оно было порождено не этой невидимой субстанцией, а открытым ими феноменом.

https://ria.ru/20190424/1553001439.html

https://ria.ru/20171112/1508591896.html

https://ria.ru/20180806/1526041532.html

шотландия

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2019

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

https://cdn21.img.ria.ru/images/148249/54/1482495420_153:0:3294:2356_1920x0_80_0_0_ac8cb0b722a8f5b86225e858c001e1dd.jpg

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

галактики, лазеры, физика, космос — риа наука, шотландия

МОСКВА, 26 апр – РИА Новости. Британские ученые обнаружили, что свет может «самозарождаться» в окрестностях крупных нейтронных звезд и черных дыр благодаря квантовым взаимодействиям между вакуумом и пролетающими через него космическими лучами. Их выводы были представлены в журнале Physical Review Letters.

«Мы привыкли считать, что ничего не может возникнуть само по себе в абсолютно чистом вакууме. Но это совсем не так с точки зрения современной квантовой физики – внутри этой пустоты скрывается масса интересных сюрпризов», — рассказывает Адам Ноубл (Adam Noble) из университета Стратклайда в Глазго (Шотландия).

Сегодня ученые считают, что вакуум, вопреки нашим обыденным представлениям, не является воплощением абсолютной пустоты и просто пустым местом. Он представляет, в соответствии с законами квантовой физики, постоянно волнующееся «море» из бесконечного числа постоянно рождающихся и самоуничтожающихся пар виртуальных частиц и античастиц. Их взаимодействие, по мнению физиков, должно особым образом влиять на поведение атомов и света.

К примеру, это квантовое «море» должно особым образом влиять на поляризацию света при наличии сильных магнитных полей, заставляя его расщепляться и поляризоваться таким же образом, как свет ведет в себя в некоторых кристаллах, заставляющих его распасться на два луча. О существовании подобного эффекта ученые говорят с тридцатых годов прошлого века, однако им не удавалось его зафиксировать до настоящего времени.

24 апреля 2019, 12:45НаукаФизики из России провели сверхточную «перепись» космических лучей

Сегодня астрономы пытаются найти следы его существования, наблюдая за радиосигналами и другими типами излучения, исходящими от пульсаров, «мертвых звезд», обладающих чрезвычайно мощным магнитным полем.

Ноубл и его коллеги открыли еще одно любопытное проявление того, как «море» несуществующих частиц, населяющее пустоту вакуума, может проявлять себя в реальном мире, анализируя то, что происходит с заряженными частицами, которые проходят через окрестности «мертвых звезд».

Ученые обратили внимание на то, что квантовые флуктуации вакуума и мощные магнитные поля пульсаров будут влиять не только на поведение частиц света, но особым образом «тормозить» движение различных космических лучей, разогнанных до околосветовых скоростей.

Этот процесс, как объясняет Ноубл, будет очень похож по своей сути на любопытный эффект, открытый советскими физиками почти сто лет назад. Еще в 1934 году Павел Черенков и Сергей Вавилов заметили, экспериментируя с гамма-излучением, что его попадание в жидкость вызывает в ней слабое, но хорошо заметное свечение благодаря тому, что гамма-лучи выбивают электроны и разгоняют их до скоростей, превышающих скорость света в воде.

Долгое время физики не считали, что черенковское излучение может возникнуть в вакууме, так как скорость движения света в нем невозможно превысить. Расчеты британских физиков показывают, что это правило нарушается при попадании космического луча или пучка ускоренных частиц в окрестности пульсара или светового импульса сверхмощного лазера.

12 ноября 2017, 08:00Наука»Ухо Антарктики»: как физики превратили целый континент в детектор частиц

В последнем случае, как отмечают физики, необходимо построить чрезвычайно мощный лазер, способный ускорять электроны до энергий, превышающих 1,3 тераэлектронвольт, что пока могут сделать только самые мощные коллайдеры. Такие источники света, как признает Ноубл, не будут построены даже в далеком будущем.

По этой причине ученые предлагают искать следы существования этого феномена в окрестностях пульсаров, чьи магнитные поля примерно на пять порядков сильнее, чем те электрические поля, которые порождают самые мощные существующие или строящиеся лазеры.

Как считают авторы статьи, практически все гамма-излучение высоких энергий, исходящее от миллисекундных пульсаров, может быть порождено подобными квантовыми взаимодействиями между вакуумом и космическими лучами высоких энергий.

Можно ли найти этот «самозародившийся» свет? По мнению Ноубла и его коллег, астрофизики уже могли обнаружить следы его существования. Дело в том, что в 2009 году гамма-телескоп «Ферми» показал, что центр Млечного Пути вырабатывает необычно много гамма-излучения, яркость которого в высокоэнергетической части спектра заметно превышала теоретически предсказанные значения.

Тогда ученые посчитали, что его могли породить распады частиц темной материи, однако позже астрономы усомнились в этом, не обнаружив подобного избытка излучения в соседней галактике Туманность Андромеды. Британские физики предполагают, что оно было порождено не этой невидимой субстанцией, а открытым ими феноменом.

6 августа 2018, 19:19НаукаАстрономы выяснили, что породило следы «темной материи» в центре Галактики

приблизительное значение и где она используется

Содержание статьиПоказать

Скорость света в вакууме – показатель, который широко используется в физике и в свое время позволил совершить ряд открытий, а также объяснить природу множества явлений. Есть несколько важных моментов, которые надо изучить, чтобы разобраться в теме и понимать, как и при каких условиях был открыт этот показатель.

Что такое скорость света

Скорость распространения света в вакууме считают абсолютной величиной, отражающей быстроту распространения электромагнитных излучений. Она широко используется в физике и имеет обозначение в виде маленькой латинской буквы «с» (говорится «цэ»).

В вакууме скорость света используется для определения движения скорости разных частиц.

По мнению большинства исследователей и ученых скорость света в вакууме – это максимально возможная быстрота движения частиц и распространения различных типов излучения.

Что касается примеров явлений, они таковы:

1. Видимый свет, исходящий из любого источника.
2. Все виды электромагнитного излучения (например, рентгеновские лучи и радиоволны).
3. Гравитационные волны (тут мнения некоторых специалистов расходятся).

Многие виды частиц могут двигаться с околосветовой скоростью, но при этом не достигают ее.

Точное значение скорости света

Ученые много лет пытались определить, чему равна скорость света, но точные измерения провели в 70-х годах прошлого века. В итоге показатель составил 299 792 458 м/с при максимальном отклонении +/-1,2 м. На сегодня это неизменная физическая единица, так как расстояние в метр равно 1/299 792 458 секунды, именно столько времени нужно свету в вакууме, чтобы преодолеть 100 см.

Научная формула определения скорости света.

Чтобы упростить расчеты, показатель упрощается до 300 000 000 м/с (3×108 м/с). Он знаком всем по курсу физики в школе, именно там скорость измеряется в таком виде.

Фундаментальная роль скорости света в физике

Этот показатель является одним из основных независимо от того, какая система отсчета используется при исследовании. Он не зависит от движения источника волн, что тоже важно.

Инвариантность была принята в виде постулата Альбертом Эйнштейном в 1905 году. Это произошло после того, как еще один ученый, Максвелл, не обнаружив доказательств существования светоносного эфира, выдвинул теорию об электромагнетизме.

Утверждение, что причинное воздействие не может переноситься со скоростью, превышающей световую на сегодня считается вполне обоснованным.

Кстати! Физики не отрицают, что некоторые из частиц могут двигаться со скоростью, превышающей рассматриваемый показатель. Но при этом они не могут быть использованы для передачи информации.

Исторические справки

Чтобы разобраться в особенностях темы и узнать, как были открыты те или иные явления, следует изучить опыты некоторых ученых. В 19 веке было сделано множество открытий, которые помогли ученым впоследствии, в основном они касались электрического тока и явлений магнитной и электромагнитной индукций.

Опыты Джеймса Максвелла

Исследования физика подтвердили взаимодействие частиц на расстоянии. Впоследствии это позволило Вильгельму Веберу разработать новую теорию электромагнетизма. Также Максвелл четко установил явление магнитного и электрического поля и определил, что они могут порождать друг друга, образуя электромагнитные волны. Именно этот ученый первым стал использовать обозначение «с», которое применяется физиками всего мира до сих пор.

Благодаря этому большинство исследователей уже тогда заговорили об электромагнитной природе света. Максвелл при исследовании скорости распространения электромагнитных возбуждений пришел к выводу, что этот показатель равен скорости света, в свое время его удивил этот факт.

Благодаря исследованиям Максвелла стало понятно, что свет, магнетизм и электричество – это не отдельные понятия. В совокупности эти факторы и определяют природу света, ведь это сочетание магнитного и электрического поля, которое распространяется в пространстве.

Схема распространения электромагнитной волны.

Майкельсон и его опыт по доказательству абсолютности скорости света

В начале прошлого века большинством ученых использовался принцип относительности Галилея, по которому считалось, что законы механики неизменны вне зависимости от того, какая система отсчета применяется. Но при этом согласно теории скорость распространения электромагнитных волн должна меняться при движении источника. Это шло вразрез как с постулатами Галилея, так и с теорией Максвелла, что и стало причиной начала исследований.

На тот момент большинство ученых склонялось к «теории эфира», по которой показатели не зависели от скорости движения его источника, главным определяющим фактором считались особенности среды.

Майкельсон обнаружил, что скорость света не зависит от направления измерения.

Так как Земля движется в космическом пространстве в определенном направлении, скорость света согласно закону сложения скоростей будет отличаться при измерении в разных направлениях. Но Майкельсон не обнаружил никакой разницы в распространении электромагнитных волн вне зависимости от того, в каком направлении производились измерения.

Теория эфира не могла объяснить наличие абсолютной величины, что еще лучше показало ее ошибочность.

Специальная теория относительности Альберта Эйнштейна

Молодой на тот момент ученый представил теорию, идущую вразрез с представлениями большинства исследователей. Согласно ей время и пространство обладают таким характеристиками, которые обеспечивают неизменность скорости света в вакууме независимо от выбранной системы отсчета. Это объясняло неудачные опыты Майкельсона, так как быстрота распространения света не зависит от движения его источника.

[tds_council]Косвенным подтверждением правильности теории Эйнштейна стала «относительность одновременности», ее суть показана на рисунке.[/tds_council]

Пример того, как местоположение человека влияет на его восприятие в отношении распространения света.

Как измеряли скорость света ранее

Попытки определить этот показатель предпринимались многими, но из-за низкого уровня развития науки сделать это ранее было проблематично. Так, ученые античности считали, что скорость света бесконечна, но позднее многие исследователи усомнились в этом постулате, что и привело к ряду попыток определить ее:

1. Галилей использовал фонарики. Чтобы рассчитать скорость распространения световых волн, он и его помощник находились на холмах, расстояние между которыми было определено точно. Затем один из участников открывал фонарь, второй должен был делать то же самое, как только увидел свет. Но такой метод не дал результатов из-за высокой скорости распространений волн и невозможности точно определить временной промежуток.
2. Олаф Ремер, астроном из Дании, при наблюдении за Юпитером заметил особенность. Когда Земля и Юпитер находились на противоположных точках орбит, затмение Ио (спутника Юпитера), запаздывало на 22 минуты в сравнении с самой планетой. Исходя из этого он сделал вывод, что быстрота распространения световых волн не бесконечна и имеет предел. По его расчетам показатель составил примерно 220 000 км в сек.

   Определение скорости света по Ремеру.

3. Примерно в тот же период английский астроном Джеймс Брэдли открыл явление аберрации света, когда из-за движения Земли вокруг Солнца, а также из-за вращения вокруг своей оси, из-за чего положение звезд на небосклоне и расстояние до них постоянно изменяются. В силу этих особенностей звезды описывают эллипс в течение каждого года. На основании расчетов и наблюдений астроном рассчитал скорость, она составила 308 000 км в секунду.

   Аберрация света

4. Луи Физо был первым, кто решил определить точный показатель посредством лабораторного опыта. Он установил стекло с зеркальной поверхностью на расстоянии 8633 м от источника, но так как расстояние небольшое, сделать точные расчеты времени было невозможно. Тогда ученый поставил зубчатое колесо, которое зубцами периодически закрывало свет. Меняя скорость движения колеса Физо установил, при какой скорости свет не успевает проскочить между зубцами и вернуться обратно. По его расчетам скорость составила 315 тысяч километров в секунду.

   Опыт Луи Физо.

Измерение скорости света

Это можно делать несколькими способами. Подробно разбирать их не стоит, для каждого потребуется отдельный обзор. Поэтому проще всего разобраться в разновидностях:

1. Астрономические измерения. Тут чаще всего используют методы Ремера и Брэдли, так как они доказали свою эффективность и на показатели не влияют свойства воздуха, воды и другие особенности среды. В условиях космического вакуума точность измерений возрастает.
2. Резонанс полости или эффект полости – так называют явление низкочастотных стоячих магнитных волн, возникающих между поверхностью планеты и ионосферой. Используя специальные формулы и данные измерительного оборудования вычислить значение скорости движения частиц в воздушной среде несложно.
3. Интерферометрия – совокупность методов исследования, при которых складывается несколько типов волн. Это дает эффект интерференции, благодаря которому можно проводить многочисленные измерения как электромагнитных, так и звуковых колебаний.

С помощью специального оборудования можно проводить замеры, не используя специальные методики.

Возможна ли сверхсветовая скорость

Если исходить из теории относительности, превышение показателя физическими частицами нарушает принцип причинности. Из-за этого возможна передача сигналов из будущего в прошлое и наоборот. Но при этом теория не отрицает, что могут существовать частицы, которые двигаются быстрее, при этом они взаимодействуют с обычными веществами.

Этот тип частиц именуют тахионы. Чем быстрее они двигаются, тем меньше энергии несут.

Видео-урок: Опыт Физо. Измерение скорости света. Физика 11 класс.

Скорость света в вакууме – постоянная величина, на ней основываются многие явления в физике. Ее определение стало новой вехой в развитии науки, так как позволило объяснить многие процессы и упростило целый ряд расчетов.

Курт Дж. Лескер Компания | Эффективная скорость откачки (EPS)

Что такое эффективная скорость откачки?

В этом объяснении я буду ссылаться на многие другие страницы нашего сайта. Да, я знаю, что это раздражает, тем более что я не могу переместить вас сюда оттуда.
Но я делаю это, потому что хочу, чтобы это объяснение было простым, без математики.
Я хочу показать, что Эффективная скорость откачки — критическое число для всех великих тайн вакуума в жизни.

В другом месте я отмечу скорость откачки как одно из двух чисел, определяющих характеристики насоса.
Как объясняется там, производители насосов используют различные методы, принятые различными органами. В основном, однако, насос закрывается на входе, и газ впускается с известной скоростью потока, в то время как давление на каждом потоке регистрируется.
Результаты публикуются в виде графика зависимости скорости откачки от давления. Эти условия разумно назвать «идеальными», поскольку они совершенно не имитируют реальную насосную станцию.

В реальной жизни первое, что мы делаем, — это подсоединяем впускной патрубок насоса к шлангу или трубке, которая, в свою очередь, подсоединяется к камере.
На самом деле трубка может быть соединена с другими частями до того, как будет выполнено соединение камеры, но давайте не будем усложнять.
Рассмотрим насос высокого вакуума со скоростью 500 л / с, подключенный к откачивающему отверстию диаметром 4 дюйма (10 см) и длиной 4 дюйма (10 см) в нашей камере.

В другом месте я расскажу, как рассчитать проводимость трубки , используя таблицу Душмана.Если вы проработаете числа для порта перекачки, вы обнаружите, что его проводимость составляет 500 л / с.

В другом месте я покажу вам, как объединить скорость откачки с проводимостью.
Следуя формуле, вы определите, что комбинация насоса 500 л / с и порта 500 л / с составляет 250 л / с.
А что означает эта последняя цифра? Эффективная скорость откачки в камере достигается подключением насоса через этот порт.Чтобы сделать это антропоморфным, с точки зрения камеры насос выглядит как насос 250 л / с, а вовсе не насос 500 л / с.

Как сказал один стажер, впервые знакомый с этой концепцией вакуума: «Немного отвратительно, правда».

Единицы EPS

Поскольку EPS представляет собой комбинацию проводимости и скорости откачки, он сохраняет единицы объема в единицу времени , такие как:

• литров в секунду: л / с
• литров в минуту: л / м
• кубических футов в минуту:

куб. Футов в минуту

• кубометров в час: м ³ / час

Расчет EPS

Рассмотрим высоковакуумный насос со скоростью 500 л / с, соединенный с камерой насосным отверстием с внутренним диаметром 4 дюйма (10 см) и длиной 4 дюйма (10 см).

Расчет проводимости порта по таблице Душмана дает ~ 500 л / с.
Скорость откачки и проводимость объединяются, чтобы получить EPS точно так же, как объединяются две последовательные проводимости.

1 / EPS = 1 / PS + 1 / C

Таким образом, насос на 500 л / с и порт на 500 л / с объединяются как 1/500 + 1/500. То есть ЭПС из камеры 250 л / с.
Простейшее соединение между насосом и камерой уменьшило вдвое указанную скорость откачки насоса.

Очевидно, это серьезная проблема, и добавление ловушки или клапана к соединению может только еще больше снизить скорость откачки из камеры.
К сожалению, слишком часто мы видим просто глупые связи между насосом и камерой.
Например, диффузионный насос со скоростью 500 л / с, соединенный с камерой с помощью трубки с внутренним диаметром 0,7 дюйма (1,8 см) и длиной 1,42 дюйма (3,6 см).
Таблица Душмана дает значение проводимости трубки ~ 10,7 л / с.
В сочетании с насосом (1/500 + 1/10.7) дает EPS ~ 10,5 л / с.

Нет более четкой иллюстрации максимы: правила наименьшей проводимости.

Измерение EPS

Один из методов измерения EPS использует тот факт, что в молекулярном потоке система следует кинетике реакции первого порядка:

P _{конечный} = P _{исходный} × e ^-kt

Интегрируя по времени

EPS = V / t × log _e (P _o / P _f )

Где V — объем камеры, t во времени, а P _o :

P _f — начальное и конечное давления.
Пример: камера объемом 150 л имеет базовое давление 1 × 10 ^-8 Торр.
Газ нагнетается через клапан со скоростью, которая поддерживает давление на уровне 4 × 10 ^-4 Торр при работающих насосах.
Клапан закрывается в момент аэро 0 с, и через 16 с камера достигла 6 × 10 ^-6 торр.

EPS = 150/16 × log _e (4 × 10 ^-4 )

EPS = 9,38 × лог _e 66,67

EPS = 9.38 × 4,2

EPS = 39 / л / сек.

Ограничения на измерение EPS таким образом:

• Формула работает только для условий молекулярного потока.
• Результаты недействительны, если P _o кромки переходного потока.
• Если P _f <50-кратное базовое давление в камере, выделение газа через стенку повлияет на измерение времени.

Физика света и цвета — скорость света

Где-то в космическом пространстве, в миллиардах световых лет от Земли, первоначальный свет, связанный с Большим взрывом Вселенной, освещает новую землю, продолжая двигаться наружу.В отличие от другой формы электромагнитного излучения, происходящего на Земле, радиоволны из первого прямого эфира The Lucy Show транслируют премьер где-то в глубоком космосе, хотя и значительно уменьшены по амплитуде.

Основная концепция, лежащая в основе обоих событий, включает скорость света (и все другие формы электромагнитного излучения), которую ученые тщательно изучили, и теперь выражается как постоянное значение, обозначаемое в уравнениях символом c .Не совсем константа, а максимальная скорость в вакууме, скорость света, составляющая почти 300 000 километров в секунду, может быть изменена путем изменения среды или с помощью квантовой интерференции.

Свет, распространяющийся в однородном веществе или среде, распространяется по прямой линии с относительно постоянной скоростью, если он не преломляется, не отражается, не дифрагирует или не возмущается каким-либо другим образом. Этот общепризнанный научный факт не является продуктом атомной эры или даже эпохи Возрождения, а был первоначально продвинут древнегреческим ученым Евклидом где-то около 350 г. до н.э. в его знаменательном трактате Optica .Однако интенсивность света (и другого электромагнитного излучения) обратно пропорциональна квадрату пройденного расстояния. Таким образом, после того, как свет прошел дважды заданное расстояние, интенсивность падает в четыре раза.

Когда свет, проходящий через воздух, попадает в другую среду, такую ​​как стекло или вода, скорость и длина волны света уменьшаются (см. Рисунок 2), хотя частота остается неизменной. Свет распространяется со скоростью примерно 300 000 километров в секунду в вакууме с показателем преломления 1.0, но он замедляется до 225 000 километров в секунду в воде (показатель преломления 1,3; см. Рисунок 2) и до 200 000 километров в секунду в стекле (показатель преломления 1,5). В алмазе с довольно высоким показателем преломления 2,4 скорость света снижается до относительного ползания (125 000 километров в секунду), что примерно на 60 процентов меньше его максимальной скорости в вакууме.

Из-за огромных путешествий, которые свет проходит в космическом пространстве между галактиками (см. Рисунок 1) и внутри Млечного Пути, расстояние между звездами измеряется не в километрах, а в световых годах, расстояние, которое свет пройдет за год. .Световой год равен 9,5 триллиона километров или примерно 5,9 триллиона миль. Расстояние от Земли до следующей ближайшей звезды за пределами нашего Солнца, Proxima Centauri , составляет примерно 4,24 световых года. Для сравнения, галактика Млечный Путь оценивается примерно в 150 000 световых лет в диаметре, а расстояние до галактики Андромеды составляет примерно 2,21 миллиона световых лет. Это означает, что свет, покидающий галактику Андромеды 2,21 миллиона лет назад, как раз достигает Земли, если только он не был задержан отражением небесных тел или преломлением обломков.

Когда астрономы смотрят в ночное небо, они наблюдают смесь реального времени, недавнего прошлого и древней истории. Например, в период, когда пионеры вавилоняне, арабские астрологи и греческие астрономы описывали звездные созвездия, Скорпион ( Скорпион для астрологов) все еще имел хлыст скорпиона. Хвостовая звезда и другие звезды в этом созвездии появились как новые в небе между 500 и 1000 годами до н.э., но более не видимы для сегодняшних звездочётов.Хотя некоторые из звезд, которые наблюдаются в ночном небе Земли, уже давно погибли, световые волны, которые несут их изображения, все еще достигают человеческих глаз и телескопов. Фактически, свет от их разрушения (и тьма их отсутствия) еще не пересек огромные расстояния глубокого космоса из-за недостаточного времени.

Эмпедокл из Акрагаса, живший около 450 г. до н.э., был одним из первых известных философов, которые предположили, что свет распространяется с конечной скоростью.Спустя почти тысячелетие, примерно в 525 году нашей эры, римский ученый и математик Аниций Боэций попытался задокументировать скорость света, но, будучи обвиненным в измене и колдовстве, был обезглавлен за свои научные усилия. С самого первого применения китайцами черного пороха для фейерверков и сигналов человек задавался вопросом о скорости света. Поскольку вспышка света и цвета предшествовали взрывному звуку на несколько секунд, не требовалось серьезных вычислений, чтобы понять, что скорость света явно превышает скорость звука.

Скорость света в прозрачных материалах

Узнайте, как скорость света уменьшается пропорционально показателю преломления материала, когда свет попадает в новую прозрачную среду, такую ​​как воздух, вода или стекло.

Китайские секреты взрывчатых веществ проникли на Запад в середине XIII века, и вместе с ними возникли вопросы о скорости света. До этого периода другие исследователи, должно быть, рассматривали вспышку молнии, за которой позже последовал удар грома, типичный для грозы, но не предлагали правдоподобных научных объяснений природы задержки.Арабский ученый Альхазен был первым серьезным ученым-оптиком, который предположил (около 1000 г. н.э.), что свет имеет конечную скорость, а к 1250 г. британский пионер оптики Роджер Бэкон написал, что скорость света конечна, хотя и очень велика. Тем не менее, широко распространенное мнение большинства ученых того периода заключалось в том, что скорость света бесконечна и не может быть измерена.

В 1572 году знаменитый датский астроном Тихо Браге первым описал сверхновую, которая произошла в созвездии Кассиопеи .Наблюдая за тем, как в небе внезапно появляется «новая звезда», которая медленно усиливается в яркости, а затем исчезает из поля зрения в течение 18 месяцев, астроном был озадачен, но заинтригован. Эти новые небесные видения заставили Браге и его современников подвергнуть сомнению широко распространенное представление о совершенной и неизменной вселенной, имеющей бесконечную скорость света. Трудно было отвергнуть веру в то, что свет имеет бесконечную скорость, хотя некоторые ученые начали сомневаться в скорости света в шестнадцатом веке.Еще в 1604 году немецкий физик Иоганнес Кеплер предположил, что скорость света мгновенная. В своих опубликованных заметках он добавил, что космический вакуум не замедляет скорость света, затрудняя, ​​в ограниченной степени, поиски его современниками эфира, который якобы заполнял пространство и нес свет.

Вскоре после изобретения и некоторых относительно грубых усовершенствований телескопа датский астроном Оле Ремер (в 1676 году) был первым ученым, сделавшим строгую попытку оценить скорость света.Изучая спутник Юпитера Ио и его частые затмения, Ремер смог предсказать периодичность периода затмений для Луны (рис. 3). Однако через несколько месяцев он заметил, что его прогнозы постепенно становились менее точными с увеличением временных интервалов, достигая максимальной ошибки около 22 минут (довольно большое расхождение, учитывая, как далеко свет проходит за этот промежуток времени). Затем, как ни странно, его прогнозы снова стали более точными через несколько месяцев, и цикл повторился.Работая в Парижской обсерватории, Ремер вскоре понял, что наблюдаемые различия были вызваны вариациями расстояния между Землей и Юпитером из-за орбитальных путей планет. Когда Юпитер удалялся от Земли, свету приходилось перемещаться на большее расстояние, и ему требовалось дополнительное время, чтобы достичь Земли. Применяя относительно неточные расчеты расстояний между Землей и Юпитером, доступные в тот период, Ремер смог оценить скорость света примерно в 137 000 миль (или 220 000 километров) в секунду.Рисунок 3 иллюстрирует репродукцию оригинальных рисунков Ремера, описывающих его методологию, использованную для определения скорости света.

Работа Ремера всколыхнула научное сообщество, и многие исследователи начали пересматривать свои предположения о бесконечной скорости света. Сэр Исаак Ньютон, например, написал в своем знаменательном трактате 1687 года Philosophiae Naturalis Prinicipia Mathematica («Математические принципы естественной философии»): «Так как теперь очевидно из явлений спутников Юпитера, подтвержденных наблюдениями различных астрономов, этот свет распространяется последовательно, и ему требуется около семи или восьми минут, чтобы пройти от Солнца до Земли », что на самом деле является очень точной оценкой правильной скорости света.Уважаемое мнение и широко распространенная репутация Ньютона сыграли важную роль в запуске научной революции и помогли начать новые исследования ученых, которые теперь признали скорость света конечной.

Следующим в очереди, кто дал полезную оценку скорости света, был британский физик Джеймс Брэдли. В 1728 году, через год после смерти Ньютона, Брэдли оценил скорость света в вакууме примерно в 301 000 километров в секунду, используя звездные аберрации. Эти явления проявляются в явном изменении положения звезд из-за движения Земли вокруг Солнца.Степень звездной аберрации можно определить по отношению орбитальной скорости Земли к скорости света. Измеряя угол звездной аберрации и применяя эти данные к орбитальной скорости Земли, Брэдли смог прийти к удивительно точной оценке.

В 1834 году сэр Чарльз Уитстон, изобретатель калейдоскопа и пионер в науке о звуке, попытался измерить скорость электричества. Уитстон изобрел устройство, в котором использовались вращающиеся зеркала и емкостной разряд через лейденскую банку, чтобы генерировать и синхронизировать движение искр по почти восьми милям провода.К сожалению, его расчеты (и, возможно, его приборы) были ошибочными до такой степени, что Уитстон оценил скорость электричества в 288 000 миль в секунду, ошибка, которая заставила его поверить в то, что электричество движется быстрее света. Позднее исследования Уитстона были расширены французским ученым Домиником Франсуа Жаном Араго. Хотя ему не удалось завершить свою работу до того, как в 1850 году у него ухудшилось зрение, Араго правильно предположил, что в воде свет распространяется медленнее, чем в воздухе.

Тем временем во Франции конкурирующие ученые Арман Физо и Жан-Бернар-Леон Фуко независимо друг от друга попытались измерить скорость света, не полагаясь на небесные явления, воспользовавшись открытиями Араго и расширив конструкцию инструмента с вращающимся зеркалом Уитстона. В 1849 году Физо сконструировал устройство, которое направило луч света через зубчатое колесо (вместо вращающегося зеркала), а затем на неподвижное зеркало, расположенное на расстоянии 5,5 миль. Вращая колесо с большой скоростью, он смог направить луч через промежуток между двумя зубьями на обратном пути и поймать отраженные лучи в соседнем промежутке на обратном пути.Вооружившись скоростью вращения колес и расстоянием, пройденным импульсным светом, Физо смог вычислить скорость света. Он также обнаружил, что в воздухе свет распространяется быстрее, чем в воде (подтверждая гипотезу Араго), и этот факт позже подтвердил его соотечественник Фуко путем экспериментов.

Фуко использовал быстро вращающееся зеркало, приводимое в движение турбиной сжатого воздуха, для измерения скорости света. В его устройстве (см. Рис. 4) узкий луч света проходит через апертуру, а затем через стеклянное окно (действующее также как светоделитель) с мелкой градуированной шкалой, прежде чем попасть на быстро вращающееся зеркало.Свет, отраженный от вращающегося зеркала, направляется через батарею стационарных зеркал по зигзагообразной схеме, предназначенной для увеличения длины пути инструмента примерно до 20 метров без соответствующего увеличения размера. За то время, которое потребовалось свету, чтобы отразиться через серию зеркал и вернуться к вращающемуся зеркалу, произошло небольшое смещение положения зеркала. Затем свет, отраженный от смещенного положения вращающегося зеркала, следует по новому пути обратно к источнику и попадает в микроскоп, установленный на приборе.Крошечный сдвиг света можно было увидеть в микроскоп и зарегистрировать. Путем анализа данных, собранных в ходе его эксперимента, Фуко смог вычислить скорость света как 298 000 километров в секунду (примерно 185 000 миль в секунду).

Световой путь в устройстве Фуко был достаточно коротким, чтобы его можно было использовать для измерения скорости света в среде, отличной от воздуха. Он обнаружил, что скорость света в воде или стекле составляет лишь около двух третей от скорости света в воздухе, и он также пришел к выводу, что скорость света через данную среду обратно пропорциональна показателю преломления.Этот замечательный результат согласуется с предсказаниями о поведении света, полученными сотнями лет назад из волновой теории распространения света.

Следуя указаниям Фуко, американский физик польского происхождения по имени Альберт А. Михельсон попытался повысить точность метода и успешно измерил скорость света в 1878 году с помощью более совершенной версии прибора вдоль облицовки стены высотой 2000 футов. берега реки Северн в Англии. Вкладывая средства в высококачественные линзы и зеркала для фокусировки и отражения луча света по гораздо более длинному пути, чем тот, который использовал Фуко, Майкельсон рассчитал конечный результат 186 355 миль в секунду (299 909 километров в секунду), допуская возможную ошибку около 30 миль в секунду.Из-за возросшей сложности его экспериментальной конструкции точность измерений Майкельсона была более чем в 20 раз выше, чем у Фуко.

В конце 1800-х годов большинство ученых все еще считало, что свет распространяется в космосе с использованием носителя, называемого эфиром . Майкельсон объединился с ученым Эдвардом Морли в 1887 году, чтобы разработать экспериментальный метод обнаружения эфира путем наблюдения относительных изменений скорости света, когда Земля завершила свой оборот вокруг Солнца.Для достижения этой цели они разработали интерферометр, который разделяет луч света и перенаправляет отдельные лучи двумя разными путями, каждый длиной более 10 метров, используя сложную матрицу зеркал. Майкельсон и Морли рассудили, что если Земля движется через эфирную среду, луч, отражающийся взад и вперед перпендикулярно потоку эфира, должен проходить дальше, чем луч, отражающийся параллельно эфиру. Результатом будет задержка в одном из световых лучей, которую можно было бы обнаружить, когда лучи были рекомбинированы посредством интерференции.

Экспериментальная установка, построенная Майкельсоном и Морли, была массивной (см. Рис. 5). Установленный на медленно вращающейся каменной плите площадью более пяти квадратных футов и толщиной 14 дюймов, инструмент был дополнительно защищен находящейся под ним лужей ртути, которая действовала как амортизатор без трения, устраняя вибрации Земли. После того, как плита была приведена в движение, достигнув максимальной скорости 10 оборотов в час, потребовались часы, чтобы снова остановиться. Свет, проходящий через светоделитель и отраженный системой зеркал, исследовался с помощью микроскопа на предмет интерференционных полос, но их никогда не наблюдали.Однако Майкельсон использовал свой интерферометр, чтобы точно определить скорость света на уровне 186 320 миль в секунду (299 853 километра в секунду), значение, которое оставалось стандартом в течение следующих 25 лет. Неспособность обнаружить изменение скорости света с помощью эксперимента Майкельсона-Морли положила начало прекращению споров об эфире, которые были окончательно положены теориями Альберта Эйнштейна в начале двадцатого века.

В 1905 году Эйнштейн опубликовал свою Специальную теорию относительности , а в 1915 году — Общую теорию относительности .Первая теория относилась к движению объектов с постоянной скоростью относительно друг друга, а вторая фокусировалась на ускорении и его связи с гравитацией. Поскольку они оспаривали многие давние гипотезы, такие как закон движения Исаака Ньютона, теории Эйнштейна были революционной силой в физике. Идея относительности воплощает идею о том, что скорость объекта может быть определена только относительно положения наблюдателя. Например, человек, идущий внутри авиалайнера, кажется, движется со скоростью около одной мили в час в системе отсчета самолета (который сам движется со скоростью 600 миль в час).Однако наблюдателю на земле кажется, что человек движется со скоростью 601 миля в час.

Эйнштейн в своих расчетах предположил, что скорость света, движущегося между двумя системами отсчета, остается одинаковой для наблюдателей в обоих местах. Поскольку наблюдатель в одном кадре использует свет для определения положения и скорости объектов в другом кадре, это меняет способ, которым наблюдатель может соотносить положение и скорость объектов. Эйнштейн использовал эту концепцию, чтобы вывести несколько важных формул, описывающих, как объекты в одной системе отсчета выглядят, если смотреть с другой, которая движется равномерно относительно первой.Его результаты привели к некоторым необычным выводам, хотя эффекты становятся заметными только тогда, когда относительная скорость объекта приближается к скорости света. Таким образом, основные следствия фундаментальных теорий Эйнштейна и его часто упоминаемого уравнения относительности:

E = mc ²

можно резюмировать следующим образом:

• Длина объекта уменьшается по сравнению с наблюдателя, поскольку скорость этого объекта увеличивается.

• Когда система отсчета движется, временные интервалы становятся короче.Другими словами, космический путешественник, движущийся со скоростью света или близкой к ней, мог покинуть Землю на многие годы и вернуться, пережив промежуток времени всего в несколько месяцев.

• Масса движущегося объекта увеличивается с увеличением его скорости, и по мере приближения скорости к скорости света масса приближается к бесконечности. По этой причине широко распространено мнение, что путешествие со скоростью, превышающей скорость света, невозможно, потому что для ускорения бесконечной массы потребуется бесконечное количество энергии.

Хотя теория Эйнштейна повлияла на весь мир физики, она имела особенно важные последствия для тех ученых, которые изучали свет. Теория объяснила, почему эксперимент Майкельсона-Морли не дал ожидаемых результатов, препятствуя дальнейшим серьезным научным исследованиям природы эфира как среды-носителя. Он также продемонстрировал, что ничто не может двигаться быстрее скорости света в вакууме, и что эта скорость является постоянной и неизменной величиной.Между тем, ученые-экспериментаторы продолжали применять все более сложные инструменты, чтобы установить правильное значение скорости света и уменьшить ошибку в ее измерении.

Измерения скорости света

9025 9025 9025 9025

9025 9025 9025 9025 Крытые фонари

9025 9025 9025 901 9030

54

9025

Дата	Исследователь	Метод	Оценка Километры / секунда
333.5
1676	Оле Ремер	Луны Юпитера	220,000
1726 30251				Джеймс			Джеймс
1834	Чарльз Уитстоун	Вращающееся зеркало	402,336
1838	1849	Арман Физо	Вращающееся колесо	315,000
1862	Leon Foucault
1868	Джеймс Клерк Максвелл	Теоретические расчеты	284,000
1875	9025 901 901 9025 9025 9025 9025 9025 901 901 902 9025 9025 9025 9025
1879	Альберт Михельсон	Вращающееся зеркало	299,910
1888
1889	Эдвард Беннетт Роза	Электрические измерения	300,000
1890s						Spectrum 131	301,800
1907	Эдвард Беннетт Роза и Ноа Дорси	Электротехнические измерения		9030 299,788 9025 9025 9025	9030 Электрические измерения	299,795
1926	Альберт Михельсон	Вращающееся зеркало (интерферометр)
Заслонка ячейки Керра	299,778
1932-1935	Майкельсон и Пиз						1947	Louis Essen	Полостной резонатор	299,792
1949	Carl I.Aslakson	Shoran Radar	299 792,4
1951	Кит Дэви Фрум	9013 M
9025 9025 9025 9025 9025 9025 9025 9025 9025 9025 9025 9025 9025 9025 9025 9025 9025 9025 9025 901 9025 Эвенсон	Laser	299 792,457
1978	Peter Woods and коллеги	Laser	901.4588

Таблица 1

В конце XIX века достижения в области радио- и микроволновых технологий предоставили новые подходы к измерению скорости света. В 1888 году, более чем через 200 лет после первых наблюдений за небесными телами Ремера, немецкий физик Генрих Рудольф Герц измерил скорость радиоволн. Герц получил значение около 300 000 километров в секунду, подтвердив теорию Джеймса Клерка Максвелла о том, что радиоволны и свет являются формами электромагнитного излучения.Дополнительные доказательства были собраны в 1940-х и 1950-х годах, когда британские физики Кейт Дэви Фрум и Луи Эссен использовали радио и микроволны, соответственно, для более точного измерения скорости электромагнитного излучения.

Максвеллу также приписывают определение скорости света и других форм электромагнитного излучения не путем измерения, а путем математического вывода. Во время своих попыток найти связь между электричеством и магнетизмом Максвелл предположил, что изменяющееся электрическое поле создает магнитное поле, обратное следствие закона Фарадея.Он предположил, что электромагнитные волны состоят из комбинированных колеблющихся электрических и магнитных волн, и рассчитал скорость этих волн в пространстве как:

Скорость (V) = 1 / (ε • µ) ^1/2

где ε — диэлектрическая проницаемость , и µ, — проницаемость свободного пространства, две константы, которые можно измерить с относительно высокой степенью точности. В результате получается значение, которое близко приближается к измеренной скорости света.

В 1891 году, продолжая свои исследования скорости света и астрономии, Майкельсон с помощью преломляющего телескопа в обсерватории Лик в Калифорнии создал крупномасштабный интерферометр. Его наблюдения были основаны на задержке во времени прихода света при просмотре далеких объектов, таких как звезды, которые можно количественно проанализировать, чтобы измерить как размер небесных тел, так и скорость света. Почти 30 лет спустя Майкельсон перенес свои эксперименты в обсерваторию Маунт-Вильсон и применил те же методы к 100-дюймовому телескопу, крупнейшему в то время в мире.

Включив восьмиугольное вращающееся зеркало в свой экспериментальный проект, Майкельсон получил значение скорости света 299 845 километров в секунду. Хотя Майкельсон умер до завершения своих экспериментов, его коллега в Mount Wilson, Фрэнсис Г. Пиз, продолжал использовать новаторскую технику для проведения исследований в 1930-е годы. Используя модифицированный интерферометр, Пиз провел множество измерений в течение нескольких лет и, наконец, определил, что правильное значение скорости света составляет 299 774 километра в секунду, что является самым близким измерением, достигнутым на тот момент.Несколько лет спустя, в 1941 году, научное сообщество установило стандарт скорости света. Это значение, 299 773 километра в секунду, было основано на компиляции самых точных измерений того периода. На рисунке 6 представлено графическое представление измерений скорости света за последние 200 лет.

К концу 1960-х годов лазеры стали стабильным исследовательским инструментом с четко определенными частотами и длинами волн. Быстро стало очевидно, что одновременное измерение частоты и длины волны даст очень точное значение скорости света, подобно экспериментальному подходу, проведенному Китом Дэви Фрумом с использованием микроволн в 1958 году.Несколько исследовательских групп в США и других странах измерили частоту линии 633-нанометров от гелий-неонового лазера, стабилизированного йодом, и получили очень точные результаты. В 1972 году Национальный институт стандартов и технологий применил лазерную технологию для измерения скорости на уровне 299 792 458 метров в секунду (186 282 мили в секунду), что в конечном итоге привело к переопределению измерителя благодаря очень точной оценке скорости света.

Начиная с прорыва Ремера в 1676 году, скорость света была измерена по крайней мере 163 раза с использованием самых разных методов более чем 100 исследователями (см. Таблицу 1 для компиляции методов, исследователей и дат).По мере совершенствования научных методов и устройств пределы ошибок оценок сужались, хотя скорость света существенно не изменилась со времени расчетов Ремера семнадцатого века. Наконец, в 1983 году, более чем через 300 лет после первой серьезной попытки измерения, скорость света была определена Семнадцатым Всеобщим конгрессом по мерам и весам как 299 792,458 километров в секунду. Таким образом, измеритель определяется как расстояние, которое свет проходит за интервал времени 1/299 792 458 секунд.Однако в целом (даже во многих научных расчетах) скорость света округляется до 300 000 километров (или 186 000 миль) в секунду. Получение стандартного значения скорости света было важно для создания международной системы единиц, которая позволила бы ученым со всего мира сравнивать свои данные и расчеты.

Существует умеренное противоречие по поводу того, существуют ли доказательства того, что скорость света замедлялась со времен Большого взрыва, когда он мог двигаться значительно быстрее, как предполагают некоторые исследователи.Хотя представленные и опровергнутые аргументы увековечивают эту дискуссию, большинство ученых по-прежнему утверждают, что скорость света постоянна. Физики отмечают, что реальная скорость света, измеренная Ремером и его последователями, существенно не изменилась, а скорее указывают на ряд усовершенствований в научном оборудовании, связанных с повышением точности измерений, используемых для определения скорости света. Сегодня расстояние между Юпитером и Землей известно с высокой степенью точности, как и диаметр Солнечной системы и орбитальные траектории планет.Когда исследователи применяют эти данные для доработки расчетов, сделанных за последние несколько столетий, они получают значения скорости света, сопоставимые с теми, которые были получены с помощью более современных и сложных приборов.

Соавторы

Кеннет Р. Спринг — научный консультант, Ласби, Мэриленд, 20657.

Thomas J. Fellers , Lawrence D. Zuckerman и Michael W. Davidson — National High Magnetic Field Лаборатория, 1800 г. Восток Поль Дирак Др., Государственный университет Флориды, Таллахасси, Флорида, 32310.

Определение эффективной скорости насоса

Фила Дэниэлсона

При проектировании новой вакуумной системы или оценке производительности уже существующей необходимо учитывать два важных момента. Эти два соображения, общая газовая нагрузка и скорость откачки, можно рассматривать отдельно для оценки, но они взаимозависимы, когда речь идет о производительности системы. Во-первых, необходимо знать или оценивать общую газовую нагрузку в системе.Обычно это делается путем суммирования всех конкретных и отдельных газовых нагрузок, таких как объем камеры, газовыделение и скорость проникновения материала, площадь поверхности, технологическая нагрузка и т. Д. Затем и только тогда становится возможным оценить требования к перекачке, необходимые для справляйтесь с этими газовыми нагрузками со скоростью и мощностью.

Это определяется фундаментальным соотношением:

Q = SP или
Газовая нагрузка = скорость откачки x давление.

Если газовая нагрузка известна и выбрано давление, которое необходимо получить и поддерживать, вычислить минимальную требуемую скорость откачки несложно.Например, небольшая система с общей газовой нагрузкой (Q) 1 x 10 ^-5 торр литров / сек. который должен работать при 1 x 10 ^-7 торр, рассчитывается следующим образом:

Q = SP
1 x 10 ^-5 торр л / сек. = S x (1 x 10 ^-7 торр), поэтому
S = 100 л / сек. Скорость откачки.

Этот расчет показывает, что 100 л / сек. скорости откачки будет поддерживать 1 x 10 ^-7 торр, но не обеспечит резервуара производительности для любого возможного увеличения газовой нагрузки.В любой практической системе газовая нагрузка не может быть так хорошо известна, поскольку изменения будут происходить неумолимо. Изменения влажности вызовут изменения газовой нагрузки из-за увеличения или уменьшения количества десорбируемого водяного пара; незначительное добавление загрязнений увеличит скорость десорбции, или внезапно возникнет небольшая утечка.

Дело в том, что газовая нагрузка не может быть известна с большой степенью точности, и нельзя полагаться на ее точное воспроизведение от откачки к откачке.Тогда решение состоит в том, чтобы обеспечить коэффициент фаджа примерно до 1,5. Это будет означать, что скорость насоса, вероятно, должна быть около 150 литров / сек. и это должно решить проблему скорости откачки.

Ну, не совсем.

Скорость откачки насоса и эффективная скорость откачки в камере редко совпадают. Поскольку насос работает в условиях молекулярного потока, когда все молекулярное движение является случайным, статистическая вероятность того, что молекула пересечет длину трубки, клапана и т. Д., между камерой и насосом влияет длина и диаметр соединения. Молекулярный поток определяется как движущаяся молекула, у которой статистически больше шансов удариться о стенку вакуумного сосуда, прежде чем она столкнется с другой молекулой. Это означает, что поток газа через соединение с насосом можно выразить как объемный расход, во многом аналогичный скорости откачки: литры / сек.

Электропроводность можно легко рассчитать для целей простого сравнения по упрощенной формуле:

C = 78 D ³ / L
D = внутренний диаметр в дюймах
L = длина пути в дюймах
C = проводимость в литрах / сек.

Возьмем гипотетическую систему со скоростью 150 л / сек. насоса, у нас, вероятно, будет трубка с внутренним диаметром 2,5 дюйма и длиной 4 дюйма, соединяющая насос с камерой. Подставляя в вышеприведенное уравнение, мы получаем проводимость 304 л / сек. Поскольку это значение проводимости намного больше, чем скорость откачки насоса, первое предположение будет заключаться в том, что скорость откачки будет достаточной для удовлетворения прогнозируемой газовой нагрузки. Однако это не так. Несмотря на то, что проводимость больше, в литрах / сек., по-прежнему существует влияние на поток газа через трубку. Это поднимает вопрос о том, какова эффективная скорость откачки в камере, поскольку соединительную трубку фактически следует рассматривать как часть насоса.

Это новое отношение выражается формулой:

1 / S = 1 / S _p + 1 / C, где
S = эффективная скорость откачки в литрах / сек.
S _p = скорость насоса в литрах / сек.
C = проводимость в литрах / сек.
На научном калькуляторе S = 1 / [(1 / S _p ) + (1 / C)]

Выполнение этого расчета дает эффективную скорость откачки всего 100 литров / сек. в камере. Так как мы уже решили, что 100 л / сек. скорости откачки едва хватило для удовлетворения расхода газа в «лучшем случае», а нам действительно требовалось около 150 литров / сек. в «наихудшем случае» система, согласно расчетам, не будет работать так, как ожидалось, при достижении предельного давления 10 ^-7 торр.Следующим наиболее очевидным шагом будет увеличение скорости откачки.

На рисунке показаны результаты увеличения скорости насоса от эффективной скорости откачки. Таким образом, этот очевидно очевидный следующий шаг, очевидно, не является решением, поскольку потребуется насос со скоростью откачки 300 л / с, чтобы обеспечить эффективную скорость откачки 150 л / с. в камере, что увеличит физический размер и стоимость системы. Если система уже построена или не может быть изменена, нет другого решения дилеммы скорости откачки, кроме как продолжить работу и использовать 300 л / с.насос.

Однако в системе, которая только разрабатывается, проблема частично решается за счет использования насоса со скоростью откачки более 150 л / сек. имел бы больший входной патрубок, чтобы обеспечить более высокую скорость откачки. Вероятно, это будет номинальный диаметр 4 дюйма. Это будет иметь внутренний диаметр около 3,83 дюйма и будет означать, что соединительная трубка также будет того же диаметра и, вероятно, такой же длины 4 дюйма, что и для трубки с меньшим внутренним диаметром. Пересчет проводимости по приведенной выше формуле даст проводимость 1096 л / с.

Если формула эффективной скорости откачки перенастроена на:

S _p = 1 / [(1 / S) — (1 / C)]
На научном калькуляторе S _p = 1 / [(1 / S) — (1 / C)],

Чтобы обеспечить простое решение для скорости откачки насоса, необходимо обеспечить скорость 150 л / сек. у камеры 175 л / сек.

Это упражнение подчеркивает важность знания фактической эффективной скорости откачки в камере, чтобы иметь возможность согласовывать ожидаемые нагрузки камеры или технологического газа.

Он также демонстрирует взаимосвязь между эффективной скоростью откачки и проводимостью между насосом и камерой. При увеличении проводимости в конструкции часто требуется дополнительное рассмотрение. По мере увеличения диаметра трубопровода площадь внутренней поверхности также увеличивается, и это приводит к увеличению газовой нагрузки десорбции воды во время откачки, что должно сопровождаться увеличением скорости откачки.

Если эти соображения приняты во внимание, шансы на успешную конструкцию, в которой скорость откачки соответствует газовой нагрузке, почти гарантированы.

Вакуумные концентраторы

SpeedVac | Thermo Fisher Scientific

Вопрос № 1: Какой материал или растворенное вещество вы концентрируете или сушите?

Это биологическое или небиологическое? Обычно мы разделяем растворенные вещества на две категории — биологические (ДНК, РНК, ферменты, белки, вакцины и т. Д.) И небиологические (продукты органического синтеза, метаболиты лекарств, пестициды).

Для небиологических препаратов предпочтительным методом концентрирования и сушки образцов является вакуумное испарение.Эти образцы обычно содержат высокие концентрации органических растворителей и / или сильных кислот и оснований. Концентрация в вакууме обеспечивает быстрое концентрирование небиологических материалов. Главный вопрос с биопрепаратами — замораживать (лиофилизировать) или концентрировать в вакууме. Сублимационная сушка обычно рекомендуется, когда материал должен храниться в течение длительных периодов времени, должен легко и быстро восстанавливаться и должен сохранять биологическую активность (например, белки / ферменты). В большинстве приложений молекулярной биологии, включающих ДНК / РНК, в водной или водной среде + органические вещества с низкой концентрацией, для подготовки проб используется вакуумное концентрирование.Рассмотрите такие системы, как Thermo Scientific ™ Savant ™ SpeedVac ™ DNA130 или SPD1030.

Сублимационная сушка может эффективно выполняться в вакуумном концентраторе. Однако для сублимационной сушки требуется глубокий вакуум (т. Е. Пластинчато-роторный масляный насос), чтобы образец оставался замороженным во время сублимации. В зависимости от растворенного вещества / растворителя и условий правильно настроенная система SpeedVac может использоваться либо для сублимационной сушки, либо для вакуумного концентрирования, например SpeedVac SPD120P2.

Вопрос № 2: В каком растворителе готовится ваш материал?

Если это органический растворитель, то это агрессивный растворитель (метиленхлорид, толуол), неагрессивный растворитель (этанол, метанол, ацетонитрил) или высококипящий растворитель (ДМСО, ДМФ)?
Это один из наиболее важных факторов, влияющих на выбор системы SpeedVac.Наша цель — предоставить вам наиболее экономичное решение для ваших потребностей в пробоподготовке. Из-за необходимости выдерживать все более суровые условия, стоимость концентратора SpeedVac увеличивается в зависимости от жесткости растворителя:

Водные <Неагрессивные органические вещества <Агрессивные органические вещества <Сильные кислоты / основания

Система SpeedVac разработан для использования с сильными кислотами / основаниями, будет подходить для использования с другими растворителями, такими как неагрессивные органические вещества, агрессивные органические вещества или водные.Рассмотрим такие системы, как Thermo Scientific Savant SpeedVac SPD140DDA P1 или PSD300DDA P1. Однако, если вы использовали только водные или неагрессивные органические вещества с низкой концентрацией, возможно, вам не стоит рассматривать такие системы, как Thermo Scientific Savant SpeedVac SPD1030 или SPD2030.

Учитывая, что ваш растворитель (растворители) испаряется, вы можете выбрать SpeedVac, который будет наиболее эффективно удовлетворять ваши потребности. (Обязательно учтите ваши будущие потребности; см. Также вопрос 6.)

Вопрос № 3: Какие типы судов будут использоваться? Каков объем пробы и количество проб для обработки?

Thermo Scientific Savant предлагает системы SpeedVac и роторы, способные обрабатывать широкий спектр проб и контейнеров.Определите свой формат, рабочий объем и количество пробирок / планшетов или колб, и это поможет определить, какой размер системы соответствует вашим потребностям; большая емкость или малая емкость.

Вопрос № 4: Вам нужна полностью интегрированная система или модульная система?

Компания Thermo Scientific Savant впервые разработала интегрированную технологию вакуумного концентрирования. Наши полностью интегрированные SpeedVac включают все компоненты, интегрированные в одну компактную систему, оптимизированные для работы и прошедшие заводские испытания, чтобы убедиться в отсутствии утечек вакуума в вашей системе.Вы достаете его из коробки, подключаете и готово. Интегрированные системы включают DNA130 и SPD1030.

Единственным потенциальным недостатком интегрированных систем является гибкость обновления по мере изменения ваших потребностей в лаборатории. Гибкая конструкция модульных систем позволяет вам изменять компоненты системы, если вам потребуется добавить вторичную холодную ловушку или другой вакуумный насос по мере изменения лабораторных приложений. Компонентную систему можно легко модернизировать. Доступны комплекты Savant SpeedVac, упрощающие заказ полной модульной системы, например SPD120P2, SPD210DXL, DNA140DDAP1 и SPD300DDAP1, включая систему SpeedVac, холодную ловушку, вакуумный насос и ротор.

Вопрос № 5: Вам нужен безмасляный или масляный вакуумный насос?

Любой компонент системы SpeedVac может быть сконфигурирован либо с безмасляным мембранным насосом, либо с пластинчато-роторным масляным насосом. Обычно мы рекомендуем безмасляную технологию для всех применений, кроме сублимационной сушки (которая требует более глубокого вакуума, достигаемого с помощью масляного насоса) и испарения растворителей с высокой точкой кипения, таких как ДМСО. Преимущества безмасляной технологии многочисленны, включая простоту обслуживания и отсутствие затрат на масло, масляные фильтры, утилизацию загрязненного масла и ремонт насосов из-за плохого обслуживания (т.е., «Кто забыл проверить масло?»).

Первоначальная стоимость масляного насоса может быть меньше, чем стоимость безмасляного насоса… важное соображение при покупке. Однако в течение всего срока службы насоса безмасляная технология является наиболее экономичным и не требует значительного обслуживания.

Вопрос № 6: Каковы ваши будущие потребности в приложении?

Подумайте не только о текущих потребностях приложения, но и о тех потребностях, которые могут возникнуть в будущем. Например, если в настоящее время вы используете только водные растворители, но предвидите необходимость использования агрессивных растворителей в будущем, приобретите систему, которая позволит вам использовать и то, и другое.

Общая теория относительности — Измерялась ли когда-нибудь скорость света в вакууме?

Согласно: https://en.wikipedia.org/wiki/Cosmic_microwave_background, CMB (космический микроволновый фон) «представляет собой слабое космическое фоновое излучение , заполняющее все пространство »

Кроме того, https://en.wikipedia.org/wiki/Vacuum#Outer_space говорит: « нет вакуума действительно идеальный , даже в межзвездном пространстве, где все еще есть несколько атомов водорода на кубический метр»

А https: // физика.stackexchange.com/tags/vacuum/info: «Это довольно теоретическое требование никогда не достигается на практике , потому что даже если пространство не содержит атомов / электронов / нуклонов, оно действительно содержит много фотонов и нейтрино. Но мы до сих пор называют это вакуумом, как приближение теоретического вакуума «.

Затем на https://en.wikipedia.org/wiki/Speed_of_light у нас есть: « Скорость света в вакууме , обычно обозначаемая c, является универсальной физической константой, важной во многих областях физики. Его точное значение составляет 299 792 458 метров в секунду (приблизительно 300 000 км / с (186 000 миль / с)). Это точно, потому что по международному соглашению метр определяется как длина пути, проходимого светом в вакууме за промежуток времени 1/299792458 секунды «

Учитывая, что, по крайней мере, согласно Википедии, на практике вакуума не существует, и он заполнен радиацией, действительно ли возможно измерить скорость света в вакууме ? Кроме того, наблюдал ли кто-нибудь хотя бы свет в вакууме ?

Если нет, то в каких типах пылесосов измеряли свет? Есть какие-нибудь записи об этом?

Кроме того, если настоящего вакуума, кажется, даже не существует и он заполнен радиацией (CMB), можем ли мы действительно предположить, что свету не нужна среда для распространения? Разве он не будет эффективно распространяться через все, что заполняет пространство? Сможем ли мы когда-нибудь заметить разницу?

Поляризация колебаний вакуума: источник проницаемости вакуума и скорости света

Приложение: расчет скорости распада парапозитрониевых колебаний вакуума, возбужденных фотонами .Однофотонный распад кинематически запрещен для возбужденного фотонами квазистационарного состояния обычного парапозитрония, но разрешен для возбужденного фотонами квазистационарного состояния парапозитрония, которое является ФЖ, поскольку его энергия и импульс являются переходными и, следовательно, не действуют. входят в общее сохранение энергии-импульса. Формула для скорости распада немедленно обобщается и дает скорости распада для VF мюон-антимюон и тау-антитау, которые связаны с атомами в их синглетных, основных состояниях.

Обозначение начального (падающего) и конечного (испускаемого) фотонов символами \ (\ gamma _ {i} \) и \ (\ gamma _ {f}, \) в самом низком порядке на двух диаграммах Фейнмана, которые вносят вклад в процесс \ (\ gamma _ {i} \) + позитроний, являющийся ФЖ \ (\ rightarrow \ gamma _ {f} \), показан на рис.1. ^{Footnote 7}

Рис. 1

a Фотон \ (\ gamma _ {i} \) взаимодействует с позитроном, который затем аннигилирует с электроном, испуская фотон \ (\ gamma _ {f}. \ ) b Фотон \ (\ gamma _ {i} \) взаимодействует с электроном, который затем аннигилирует с позитроном, испуская фотон \ (\ gamma _ {f} \)

На диаграммах \ (p _ {-}, p _ {+}, k_ {i}, \) и \ (k_ {f} \) — это, соответственно, четыре импульса электрона, позитрона, начального фотона и конечного фотона.

Как уже было сказано, для обычного позитрония процесс кинематически запрещен.{2}}, — \ mathbf {p _ {-}} \ right) = (E _ {-}, — \ mathbf {p _ {-}}), \ end {align} $$

(A.1b)

$$ \ begin {выровнено} k_ {i} & = (\ omega _ {i}, \ mathbf {k_ {i}}) = (| \ mathbf {k_ {i}} |, \ mathbf {k_ { i}}), \ end {align} $$

(A.1c)

$$ \ begin {align} k_ {f} & = (\ omega _ {f}, \ mathbf {k_ {f}}) = (| \ mathbf {k_ {f}} |, \ mathbf {k_ { f}}), \ end {align} $$

(A.1d)

где \ (m_ {e} \) — масса электрона.{2} + E _ {-} \ omega _ {i} = 0. $

(А.2)

Уравнение (A.2) не может быть выполнено для обычного позитрония, поскольку оба члена в левой части положительны. Однако после того, как фотон возбудит позитроний, который является VF, фотон может быть испущен, но только когда позитроний исчезнет в вакууме, потому что только тогда \ (E _ {-} \ rightarrow 0, \) разрешает (A.2) быть довольным.

При выполнении электродинамических расчетов, если коэффициент exp \ (\ pm (ip \ cdot x) \) связан с частицей, которая является частью VF, когда она появляется в своем начальном состоянии, коэффициент exp \ (\ mp (ip \ cdot x) \) связан с частицей, которая является частью VF, когда она исчезает в вакууме.Это просто исключает вклад частицы, которая является частью ФЖ, в общее сохранение энергии-импульса. При продвижении вдоль линии энергии-импульса на диаграмме Фейнмана энергия-импульс, связанная с частицей, которая является частью VF, больше не используется после того, как частица исчезает. Поскольку атом парапозитрония является ФЖ, он находится на оболочке. То есть, как и в случае физического парапозитрония, электрон и позитрон находятся на оболочке, и они связаны 6,8 эВ, энергией связи парапозитрония.{4} \ delta (k_ {i} -k_ {f}) \\ & \ quad \ times {\ bar {v}} (p _ {+}, s _ {+}) [(- i {\ not \! \! {\ epsilon}} _ {i}) \ frac {i} {- {\ not \! \! {p}} _ + — {\ not \! \! {k}} _ {i} -m_ {e}} (-i {\ not \! \! {\ epsilon}} _ {f}) \\ & \ quad + (- i {\ not \! \! {\ epsilon}} _ {f}) \ frac {i} {{\ not \! \! {p}} _ {-} + {\ not \! \! {k}} _ {i} -m_ {e}} (-i {\ not \ ! \! {\ epsilon}} _ {i})] u (p _ {-}, s _ {-}). \ end {align} $$

(А.3)

В (A.3) волновые функции фермионов нормированы на единицу вероятности в ящике объемом V .{\ mu \ nu} I, \) уравнение

$$ {\ not \! \! {a}} {\ not \! \! {b}} = — {\ not \! \! {b} } {\ not \! \! {a}} + 2a \ cdot b I $$

(А.4)

Непосредственно следует

, где a и b — четыре вектора, а I — это единичная матрица. Используя (A.4) \ ({\ not \! \! {\ Epsilon}} _ {i} {\ not \! \! {E}} _ {+} = — {\ not \! \! {P }} _ {+} {\ not \! \! {\ epsilon}} _ {i} + 2p _ {+} \ cdot \ epsilon _ {i} I \) и \ ({\ not \! \! {p }} _ {-} {\ not \! \! {\ epsilon}} _ {i} = — {\ not \! \! {\ epsilon}} _ {i} {\ not \! \! {p} } _ {-} + 2p _ {-} \ cdot \ epsilon _ {i} I.{2}} \ right] u (p _ {-}, s _ {-}). \ end {align} $$

(А.5)

Чтобы получить скорость распада до самого низкого порядка, в \ (S_ {fi} \) соответствующие скорости \ (\ mathbf {v _ {-}} \) и \ (\ mathbf {v _ {+}} \) электроном и позитроном можно пренебречь. Таким образом,

$$ \ begin {выравнивается} & E _ {-} \ rightarrow m_ {e}, \ quad E _ {+} \ rightarrow m_ {e}, \ end {выравнивается} $$

(A.6a)

$$ \ begin {align} & p _ {\ pm} \ rightarrow (m_ {e}, {\ mathbf {0}}).\ end {align} $$

(A.6b)

Соответствующие векторы поляризации \ (\ epsilon _ {i} \) и \ (\ epsilon _ {f} \) начального и конечного фотонов выбраны подобными пространству: \ (\ epsilon _ {i} = (0, \ varvec {\ epsilon _ {i}}), \) \ (\ epsilon _ {f} = (0, \ varvec {\ epsilon _ {f}}) \), где

$$ \ begin { выровнено} & k_ {i} \ cdot \ epsilon _ {i} = — \ mathbf {k_ {i}} \ cdot \ varvec {\ epsilon _ {i}} = 0, \ end {align} $$

(A. {4} (k_ {i} -k_ {f}) \\ & \ quad \ times {\ bar {v}} (p _ {+}, s_ { +}) ({\ not \! \! {\ epsilon}} _ {i} {\ not \! \! {\ epsilon}} _ {f} — {\ not \! \! {\ epsilon}} _ {f} {\ not \! \! {\ epsilon}} _ {i}) {\ not \! \! {k}} _ {i} u (p _ {-}, s _ {-}).{4} (k_ {i} -k_ {f}) \\ & \ quad \ times {\ bar {v}} (p _ {+}, s _ {+}) ({\ not \! \! {\ Epsilon }} _ {i} {\ not \! \! {\ epsilon}} _ {f} — {\ not \! \! {\ epsilon}} _ {f} {\ not \! \! {\ epsilon} } _ {i}) {\ not \! \! {k}} _ {i} u (p _ {-}, s _ {-}) \\ & \ quad \ times {\ bar {u}} (p_ { -}, s _ {-}) {\ not \! \! {k}} _ {i} ({\ not \! \! {\ epsilon}} _ {f} {\ not \! \! {\ epsilon }} _ {i} — {\ not \! \! {\ epsilon}} _ {i} {\ not \! \! {\ epsilon}} _ {f}) v (p _ {+}, s _ {+ }). \ end {align} $$

(A.11)

В (П.11) предполагается, что взаимодействие происходит в интервале времени \ (- T / 2

(П.12)

Использование (A.4) для изменения порядка \ ({\ not \! \! {K}} _ {i} {\ not \! \! {P}} _ {-} \) и использование \ ({\ not \! \! {k}} _ {i} {\ not \! \! {k}} _ {i} = k_ {i} \ cdot k_ {i} \, I = 0, \) следующий термин, который появляется во второй строке выше, можно упростить:

$$ {\ not \! \! {k}} _ {i} ({\ not \! \! {p}} _ {-} + m_ {e}) {\ not \! \! {k}} _ {i} = 2m_ {e} \ omega _ {i} {\ not \! \! {k}} _ {i}.{4} (k_ {i} -k_ {f}) \\ & \ quad \ times Tr [({\ not \! \! {P}} _ {+} — m_ {e}) ({\ not \ ! \! {\ epsilon}} _ {i} {\ not \! \! {\ epsilon}} _ {i} — {\ not \! \! {\ epsilon}} _ {f} {\ not \! \! {\ epsilon}} _ {i}) ({\ not \! \! {\ epsilon}} _ {f} {\ not \! \! {\ epsilon}} _ {i} — {\ not \ ! \! {\ epsilon}} _ {i} {\ not \! \! {\ epsilon}} _ {f}) {\ not \! \! {k}} _ {i}]. \ end {align} $$

(A.14)

Уравнение (A.4) используется по мере необходимости для изменения порядка \ ({\ not \! \! {\ Epsilon}} _ {i} \) и \ ({\ not \! \! {\ Epsilon }} _ {f} \), чтобы получить термины вида \ ({\ not \! \! {\ epsilon}} _ {i} {\ not \! \! {\ epsilon}} _ {i} = \ epsilon _ {i} \ cdot \ epsilon _ {i} \, I = — \ varvec {\ epsilon} _ {i} \ cdot \ varvec {\ epsilon} _ {i} \, I = -I \) и \ ({\ not \! \! {\ epsilon}} _ {f} {\ not \! \! {\ epsilon}} _ {f} = — I. {2}} {VT} \ frac {1} {\ frac {| {\ mathbf {v}} _ {+} — {\ mathbf {v}} _ {-} | } {V}} \ frac {1} {\ frac {1} {V}}.{2}} \ frac {1} {| {\ mathbf {v}} _ {+} — {\ mathbf {v}} _ {-} |}. $

(П.23)

Из формулы для поперечного сечения легко получается формула для скорости распада. Логика такая же, как и для расчета скорости распада парапозитрония на два фотона [25, 53]: парапостроний, ортопозитроний и фотон имеют соответствующие четности зарядового сопряжения \ (+ 1, -1, \) и \ (-1. \) Таким образом, возбужденный фотонами парапозитроний имеет четность зарядового сопряжения \ (- 1 \), в то время как возбужденный фотонами ортопозитроний имеет четность зарядового сопряжения \ (+ 1.\) Поскольку электромагнитные взаимодействия инвариантны относительно зарядового сопряжения, возбуждаемый фотонами парапозитроний, но не ортопозитроний, возбуждаемый фотонами, может распадаться на одиночный фотон.

При получении (A.23) спины электронов и позитронов были усреднены по всем четырем спинам, в результате чего сумма была разделена на четыре. Но аннигилирующее состояние — это парапозитроний, синглетное состояние. Ортопозитроний, триплетное состояние, не вносит вклада. Поскольку только одно из четырех спиновых состояний вносит вклад в сечение, формулу для сечения не следует делить на четыре, а следует делить на число один.{2}} \ frac {1} {| {\ mathbf {v}} _ {+} — {\ mathbf {v}} _ {-} |}. $

(A.24)

Для аннигиляции возбужденного фотонами парапозитрония, который является ФЖ, в фотон, скорость электромагнитного распада \ (\ varGamma _ {p-Ps} \) рассчитывается с использованием механизма аннигиляции обычного парапозитрония [25, 53] . Волновая функция Шредингера \ (\ psi (x) \) для парапозитрония — это просто волновая функция атома водорода в основном состоянии с приведенной массой водорода, которая примерно заменена \ (m_ {e}, \) на \ (m_ { e} / 2, \) приведенная масса парапозитрония:

$$ \ psi (x) = \ frac {1} {\ sqrt {\ pi}} \ left (\ frac {\ alpha m_ {e}} { 2} \ right) ^ {3/2} e ^ {- \ alpha m_ {e} \, r / 2}. {2}, \) плотность вероятности того, что электрон и позитрон столкнутся и аннигилируют.{5} м_ {е}. \ end {align} $$

(П.26)

Отсюда сразу следует, что соответствующие скорости распада для фотонно-возбужденных, мюон-антимюонных или тау-антитау-ФЖ, связанных в синглетное основное состояние, получаются заменой массы электрона в (П.26) на массу мюона или тау, соответственно. Когда фотоны проходят через вакуум, эти три скорости распада характеризуют, как фотоны взаимодействуют с заряженными лептонно-антилептонными ФЖ.

Вакуумный комплект Appion SPDKIT-V

Вакуумный комплект Appion SPDKIT-V

Большой поток… быстрее ПЙДЕТ!

MegaFlow SpeedKit-V позволяет легко подключать несколько одновременных подключений. В комплект входят (1) 3/8 дюйма FL и (1) 1/2 дюйма FL Speed-Y. Обе модели Speed-Y имеют (2) штуцера MFL 3/8 дюйма и рассчитаны на разрежение до 20 микрон. Между обоими Speed-Y SpeedKit-V будет работать с большинством вакуумных насосов.

MegaFlow Speed-Y рассчитан на разрежение до 20 микрон и разработан для хладагентов высокого давления, таких как R410a. Инструменты для снятия сердечника клапана MegaFlow работают как со стандартными системами 1/4 дюйма, так и с бесканальными системами 5/16 дюйма.Всегда удаляйте стержни клапанов из системы для полного потока и быстрого вакуумирования.

MegaFlow SpeedKit-V включает (2) 1/2-дюймовые 6-футовые вакуумные откачивающие шланги MegaFlow. Шланги с вакуумным рейтингом не проникают или не сжимаются в глубоком вакууме. Благодаря большому внутреннему диаметру эти шланги MegaFlow имеют больший поток, чем стандартные шланги 3/8 дюйма.

Особенности и преимущества

• Максимизируйте поток ЛЮБОЙ Вакуумный насос — Работает со всеми вакуумными насосами с фитингами MFL 3/8 дюйма и 1/2 дюйма MFL
• До 16x увеличенный расход по сравнению с откачкой с помощью коллектора
• Fast и Simple — Простая установка, быстрая эвакуация, сокращение времени работы
• Вакуумные Компоненты — Инструменты, не допускающие утечек в глубоком вакууме
• Full Flow — Нет ограничений расхода по всей установке
• Сверхгибкие шланги большого диаметра — Работайте в ограниченном пространстве и значительно сокращайте время эвакуации
• Возможность увеличения расхода до ~ 12 кубических футов в минуту при добавлении (2) MGABAS / MGABRO
• Сумка для инструментов в комплекте — быстро упорядочивайте и эффективно переносите инструменты

В комплект входит:

• Шланг 2 MegaFlow 1/2 дюйма — 6 футов (от 3 / 8FL до 1 / 4FL) Черный
• 2 Инструмент для снятия сердечника клапана MegaFlow — 1/4 дюйма
• 2 Инструмент для снятия сердечника клапана MegaFlow — 5/16 дюйма
• 1 скорость Y 3/8 дюйма
• 1 скорость Y 1/2 дюйма
• Сумка для переноски 1 MegaFlow SpeedKit

Хотите быструю и простую эвакуацию?

С MegaFlow Speed-Y быстрая эвакуация стала проще, чем когда-либо.Без коллектора, без путаницы шлангов и уменьшенного количества соединений. Speed-Y обеспечивает полный поток к любому вакуумному насосу без ограничительного коллектора.

Ваши инструменты рассчитаны на работу с вакуумом?

Инструменты и приспособления, не предназначенные для работы в вакууме, могут протекать в глубоком вакууме. Все инструменты, входящие в MegaFlow SpeedKit-V, рассчитаны на вакуум до 20 микрон. Такая установка даст вам уверенность в том, что ваши инструменты не будут протекать в глубоком вакууме.

---

Для потребителей в Калифорнии:

.