Швидкість світла - перша фундаментальна константа Серед невдач Галілея одна настільки повчальна, що язик не повертається назвати її невдачею. останній книзіГалілей розповів про спробу виміряти швидкість світла, і, зважаючи на все, приводом став вимір інший

132. Що таке швидкість світла і чому вона така важлива? Швидкість світла (с) відіграє роль нескінченної швидкості у Всесвіті. Точно так само, як недосяжна нескінченність, швидкість світла недосяжна для матеріального об'єкта. Чому з недосяжною? Енергія пов'язана із масою. Якщо

Електродинаміка. Швидкість світла Змінити уявлення про простір та час вирішальним чином стало можливим лише після успіхів у дослідженні природи електрики та магнетизму. Пропускаючи імена ряду чудових учених, які зробили відкриття у цій галузі,

IV. Чи можна розвинути швидкість світла (і подивитися на себе у дзеркало)? Ми пішли страшенно далеко від початкового питання, і це нікуди не годиться, тому що це дуже хороше питання - настільки хороше, що його ставив собі сам Ейнштейн. Однак вам, мабуть, здається, що ми

ІІ. Чи можна змінити реальність, якщо дивитися на неї? Світло, безумовно, хвиля. Експеримент Юнга з подвійною щілиною доводить це остаточно та безповоротно. Ну що, питання закрите? Розмріялися. Ньютон був абсолютно переконаний, що світло складається з частинок, і він був не

VII. Тож які ж мої шанси змінити минуле? Послухайте, зрештою, я можу створити машину часу чи ні?! Чи можливо це фізично для суперцивілізації? Ймовірно, але це залежить від існування будь-якої всячини на кшталт кротових нір, космічних струн

Художня вистава космічного корабля, що робить стрибок до "швидкості світла". Надано: NASA/Glenn Research Center.

З давніх часів філософи та вчені прагнули зрозуміти світло. Крім того, намагаючись визначити його основні властивості(Тобто з чого він складається - частка або хвиля і т.д.), вони також прагнули зробити кінцеві виміри того, як швидко він рухається. З кінця 17 століття вчені роблять саме це і зі зростаючою точністю.

Вчиняючи таким чином, вони отримали краще розуміннямеханіки світла, і яку важливу рольвін грає у фізиці, астрономії та космології. Простіше кажучи, світло рухається з неймовірною швидкістю, і це об'єкт, що найбільш швидко рухається у Всесвіті. Його швидкість є постійною і неприступним бар'єром і використовується як вимірювання відстані. Але наскільки швидко він рухається?

Швидкість світла (с):

Світло рухається з постійною швидкістю 1079252848,8 км/год (1,07 млрд). Що виходить 299792458 м/с. Розставимо все на свої місця. Якщо ви могли б рухатися зі швидкістю світла, ви змогли б обігнути земну кулюприблизно сім з половиною разів на секунду. Тим часом, у людини, що летить з середньою швидкістю 800 км/год, зайняло б понад 50 годин, щоб обігнути планету.

Ілюстрація, що показує відстань, що світло проходить між Землею та Сонцем. Надано: LucasVB/Public Domain.

Розглянемо це з астрономічної точки зору, середня відстань від 384 до 398,25 км. Тому світло проходить цю відстань приблизно за секунду. Тим часом, середня 149 597 886 км, що означає, що світла потрібно всього близько 8 хвилин, щоб здійснити цю подорож.

Не дивно тоді, чому швидкість світла – це показник, який використовується для визначення астрономічних відстаней. Коли ми говоримо, що зірка, така як , знаходиться в 4,25 світлових роках, ми маємо на увазі, що для того, щоб дістатися туди, знадобиться, подорожуючи з постійною швидкістю 1,07 млрд км/год, близько 4 років і 3 місяців. Але як же ми прийшли до цього дуже конкретного значенняшвидкості світла?

Історія вивчення:

До 17 століття вчені були впевнені в тому, що світло подорожувало з кінцевою швидкістю, або миттєво. З часів давніх греків до середньовічних ісламських богословів та вчених нового часу точилися дебати. Але до того часу, поки з'явилася робота датського астронома Оле Ремера (1644-1710), у якій було проведено перші кількісні виміри.

У 1676 році Ромер спостерігав, що періоди самого внутрішнього місяця Юпітера Іо здавалися коротшими, коли Земля наближалася до Юпітера, ніж коли вона віддалялася. З цього він зробив висновок, що світло рухається з кінцевою швидкістю, і за оцінками, йому потрібно близько 22 хвилин, щоб перетнути діаметр орбіти Землі.

Професор Альберт Ейнштейн на 11-й лекції Джозайї Уілларда Гіббса в Технологічному Інституті Карнегі 28 грудня 1934 року, де він роз'яснює свою теорію про те, що матерія та енергія - це те саме в різних формах. Надано: AP Photo.

Християн Гюйгенс використав цю оцінку і об'єднав її з оцінкою діаметра орбіти Землі, щоб отримати оцінку 220000 км/с. Ісаак Ньютон також розповідав про розрахунки Ромера у своїй основній роботі Оптика 1706 року. Вносячи поправки для відстані між Землею і Сонцем, він підрахував, що світ знадобиться сім чи вісім хвилин, щоб дістатися від одного до іншого. В обох випадках була порівняно невелика похибка.

Пізніші виміри, проведені французькими фізиками Іполитом Фізо (1819-1896) та Леоном Фуко (1819-1868), уточнили ці показники, привівши до значення 315000 км/с. І до другої половини 19 століття вченим стало відомо про зв'язок між світлом та електромагнетизмом.

Це було досягнуто фізиками за рахунок вимірювання електромагнітних та електростатичних зарядів. Потім вони виявили, що числове значеннябуло дуже близько до швидкості світла (як виміряв Фізо). Виходячи з його власної роботияка показала, що електромагнітні хвиліпоширюються в порожньому просторі, німецький фізик Вільгельм Едуард Вебер припустив, що світло було електромагнітною хвилею.

Наступний великий прорив стався на початку ХХ століття. У своїй статті під назвою "До електродинаміки тіл, що рухаються" Альберт Ейнштейн стверджує, що швидкість світла у вакуумі, виміряна спостерігачем, що має постійну швидкість, однакова у всіх інерційних системах відліку і залежить від руху джерела чи спостерігача.

Лазерний промінь, що світить через склянку з водою, показує, скільки змін він піддається, коли проходить з повітря в скло, у воду і назад у повітря. Надано: Bob King.

Взявши це твердження та принцип відносності Галілео за основу, Ейнштейн вивів спеціальну теорію відносності, в якій швидкість світла у вакуумі (с) є фундаментальною константою. До цього угода серед учених свідчило, що космос був заповнений "світлоносним ефіром", який відповідає за його поширення - тобто. світло, що рухається через середовище, що рухається, буде плестися в хвості середовища.

Це своє чергу означає, що виміряна швидкість світла було б простою сумою його швидкості через середовище плюс швидкість тієї середовища. Тим не менш, теорія Ейнштейна зробила концепцію нерухомого ефіру марною і змінила уявлення про простір та час.

Вона (теорія) як просунула ідею у тому, що швидкість світла однакова переважають у всіх інерційних системах, але й висловлено думку, що відбуваються серйозні зміни, коли речі рухаються близько до швидкості світла. До них відносяться просторово-часові рамки тіла, що рухається, що здається сповільнюється, і напрям руху, коли вимір відбувається з точки зору спостерігача (тобто. релятивістське уповільненнячасу, де час уповільнюється при наближенні швидкості світла).

Його спостереження також узгоджуються з рівняннями Максвелла для електрики та магнетизму із законами механіки, спрощують математичні розрахунки, уникаючи незв'язаних аргументів інших учених, та узгоджуються з безпосереднім спостереженням швидкості світла.

Наскільки схожі матерія та енергія?

У другій половині 20 століття все більше точні виміриза допомогою методу лазерних інтерферометрів та резонансних порожнин далі уточнювали оцінки швидкості світла. До 1972 року група у Національному бюро стандартів США у Боулдері, Колорадо, використовувала метод лазерної інтерферометрії, щоб отримати прийняте нині значення 299 792 458 м/с.

Роль у сучасній астрофізиці:

Теорія Ейнштейна про те, що швидкість світла у вакуумі не залежить від руху джерела та інерційної системивідліку спостерігача, відтоді незмінно підтверджується безліччю експериментів. Вона також встановлює верхню межу швидкості, з якою всі безмасові частинки та хвилі (включаючи світло) можуть поширюватися у вакуумі.

Один із результатів цього в тому, що космології тепер розглядають простір і час. єдину структуру, відому як простір-час, у якій швидкість світла можна використовувати визначення значення обох (тобто. світлові роки, світлові хвилини та світлові секунди). Вимірювання швидкості світла також може стати важливим факторомщодо прискорення розширення Всесвіту.

На початку 1920-х зі спостереженнями Леметра та Хаббла вченим та астрономам стало відомо, що Всесвіт розширюється з точки походження. Хаббл також помітив, що далі галактика, то швидше вона рухається. Те, що зараз називають постійною Хаббла - це швидкість, з якою розширюється Всесвіт, вона дорівнює 68 км/с на мегапарсек.

Як швидко розширюється Всесвіт?

Це явище, представлене у вигляді теорії, означає, що деякі галактики насправді можуть рухатися. швидше швидкостісвітла, що може накласти обмеження на те, що ми спостерігаємо у нашому Всесвіті. По суті, галактики, що рухаються швидше за швидкість світла, перетнули б "космологічний обрій подій", де вони більше не видно для нас.

Крім того, до 1990-х виміру червоного зміщення далеких галактикпоказали, що розширення Всесвіту прискорюється останні кілька мільярдів років. Це призвело до теорії Темної Енергії" де невидима сила рухає розширенням самого простору, а не об'єктів, що рухаються через нього (при цьому не поставивши обмеження на швидкість світла або порушення відносності).

Поряд зі спеціальною та загальною теорієювідносності сучасне значенняшвидкості світла у вакуумі сформувалося з космології, квантової механікиі Стандартної моделіфізики елементарних частинок. Вона залишається постійною, коли мова йдео верхній межі, З яким можуть рухатися безмасові частинки і залишається недосяжним бар'єром для часток, що мають масу.

Ймовірно, колись ми знайдемо спосіб перевищити швидкість світла. Поки що у нас немає практичних ідейпро те, як це може відбуватися, схоже "розумні гроші" на технологіях дозволять нам обійти закони простору-часу, або шляхом створення варп-бульбашок (ака. варп-двигун Алькуб'єрре) або тунелювання через нього (ака. червоточини).

Що таке червоточини?

До цього часу ми будемо змушені задовольнятися Всесвіту, яку ми бачимо, і дотримуватися дослідження тієї частини, до якої можна дістатися за допомогою звичайних методів.

Назва прочитаної вами статті "Що таке швидкість світла?".

Вчені-фізики з американської лабораторії, розташованої в Лос-Аламосі, заявили, що 2 млрд років тому абсолютна величинашвидкості світла була меншою, ніж зараз. Якщо дане твердженнябуде взято за основу, теорія Ейнштейна зазнає серйозної трансформації, а багато фундаментальних понять доведеться кардинально переглядати.

Те, що швидкість світла змінюється, теоретично припускалося вже давно. Проте жодних доказів не було. У даному випадкумова йде про поширення електромагнітного випромінювання у вакуумі, а не про якісь штучні установки, здатні гальмувати світло. Тобто мається на увазі природна світова константа, властива всьому Всесвіту.

Проте зухвалі американці висунули ідею, що константа зовсім не є. А обґрунтували свої міркування шляхом розрахунку постійної тонкої структури – альфи. Вона дорівнює 0,00729735 і є назад пропорційною величиноюсвітлової швидкості. Ця тонка структура знаходиться в прямій залежності від заряду електрона та постійної планки. А ті, як відомо, завжди вважалися константами. Таким чином, якщо альфа схильна до коливань, то відповідні коливання повинні спостерігатися і в швидкості світла.

Вперше у постійності альфи засумнівалися австралійські вчені 1998 року. Вони вимірювали електромагнітні випромінювання, що йдуть від квазарів через міжгалактичні газові скупчення. Розрахунки показали, що 12 млрд. років тому величина альфи була меншою, а, відповідно, світлова швидкістьбільше.

Звідси з'явилася думка, що альфа поступово змінюється. Сам процес носить хвилеподібний характер. Тобто величина підвищується, то знижується. Однак із цим твердженням погодилися не всі фізики. Опоненти австралійців послалися на ядерні реакції, які свідчать про сталість альфа з точністю до 8-го знака. Справа в тому, що тонка структура пов'язана з ізотопами в ядерних реакціях. За це якраз і схопилися американці з Лос-Аламосу.

У Західної Африки 2 млрд. років тому утворився природний природний ядерний реактор. Виник він глибоко під землею в уранових рудахіз вмістом вугілля та доступом ґрунтових вод. Назвали його Окло за назвою місцевості, де він розташовувався.

У реакторі йшла ядерна реакція. При цьому вона супроводжувалася нагріванням породи, виділенням радіації та виробленням ізотопів. На сьогоднішній день реакція закінчилася, але в Окло знаходиться багато урану-235, самарія, скандія, рубідія, паладія, технеція та ін.

Аналіз цього вже проводився, але американці вирішили ще раз ретельно перевірити всі обчислення. І виявилося, що за час роботи реактора альфа зменшилася у 8-му знаку після коми. Відповідно змінилася і швидкість світла: вона зросла.

Слід зазначити, що точність обчислення альфа охоплює понад 15 символів. Тому 8-й знак свідчить про серйозні зміни. А звідси напрошується висновок, що жодної константи немає. Американці виключають помилки у своїх розрахунках. Але у будь-якому разі потрібні численні та ретельні перевірки, адже під сумнів поставлено фундаментальні поняття фізики.

Що ж до вчених, то деякі з них були б зовсім не проти, якби альфа не виявилася константою. А справа все впирається у нерозв'язну «проблему горизонту». Тут річ у тому, що великі області космосу демонструють однакове температурне тло. Це вказує на те, що давним-давно ці області перебували поруч один з одним і, обмінюючись енергією, зрівняли свої температури.

Однак рання модельВсесвіту суперечить цьому. А от якби було доведено, що швидкість світла змінюється, тоді все стало б на свої місця. Адже тут замість маленьких відстаней можна було б взяти за основу вищі швидкості електромагнітних випромінювань.

Непостійність альфи також підвищує шанс на повне визнаннятеорії струн (динаміка взаємодії одновимірних протяжних об'єктів), додаткових просторових вимірів та деяких інших теорій. На сьогоднішній день вони знаходяться на передньому країфізики, але вимагають перегляду багатьох фундаментальних понять та уявлень.