Содержание
«Может ли скорость звука быть больше скорости света?» — Яндекс Кью
100 вопросов учёному
Популярное
Сообщества
ФизикаДомашние задания+4
Анонимный вопрос
100 вопросов учёному
·
11,2 K
ОтветитьУточнить
Степан Андреев
Физика
147
Доктор физико-математических наук, заведующий кафедрой «Математика» Московского Политехнич… · 28 июн 2021 · mospolytech.ru
Всем известно, что скорость света в вакууме, 300 000 км/c, это предельная скорость распространения материи и информации во Вселенной. Поэтому, и скорость распространения возмущений плотности (или давления) в газообразных, жидких или твердых средах, т.е. скорость звука не может быть больше скорости света в вакууме.
Однако…
В различных веществах скорость света меньше, чем в вакууме. К примеру, в воде свет перемещается примерно на 25% медленнее, чем в вакууме, и если электрон, движущийся со скоростью 0,9 скорости света попадает в воду, то он будет обгонять свет в воде. При этом будет наблюдаться явление, аналогичное формированию ударной волны при сверхзвуковом движении пули в воздухе. Правда, в данном случае будет формироваться световая «ударная волна» — излучение Вавилова-Черенкова. Хотя в рассмотренном примере частицы движутся быстрее скорости света в веществе, в то же время, скорость звука здесь все еще много меньше скорости света.
А можно ли замедлить свет до скоростей существенно меньших скорости звука в воздухе в нормальных условиях (330 м/с)? Оказывается, да! В 1999 году гарвардские исследователи под руководством профессора Хау показали, что облучение лазером почти непрозрачного сверххолодного газа из атомов натрия в состоянии бозе-эйнштейновского квантового конденсата заставляет его пропускать свет со скоростью в 17 м/с.
Бозе-эйштейновский конденсат принадлежит к числу сред с очень сильной дисперсией и потому может замедлить световые импульсы во многие миллионы раз. Какова же скорость звука в такой среде? Из-за того, что температура такой среды почти не отличается от абсолютного нуля, то и скорость звука в ней очень мала — порядка 1 миллиметра в секунду. Поэтому, и в этом случае звук не обгоняет свет.
Есть вещества, в которых свет с определенной длинной волны может быть существенно замедлен при комнатных температурах. Это – так называемые фотонные кристаллы. Теоретически, вблизи стоп-зоны фотонного кристалла групповая скорость светового импульса может стремиться к нулю. Следует, однако, иметь в виду, что вблизи края стоп-зоны области малой групповой скорости имеют очень узкую спектральную протяженность. Если оптимизировать параметры фотонного кристалла на максимальное замедление с минимальными потерями и малыми искажениями формы импульса, то можно получить замедлению скорости света по сравнению с вакуумом в 50 раз, при этом, интенсивность светового импульса при прохождении такой структуры будет существенно уменьшаться.
Этого замедления недостаточно, чтобы скорость звука в фотонном кристалле превысила скорость света.
Таким образом, окончательный ответ на поставленный вопрос – нет.
Степан Андреев
Перейти на youtube.com/channel/UCHQmyFbmHZYBmoMDxvyZr-g
10,7 K
Юрий Антонов
1 июля 2021
какие моторчики? какая вселенная? Звук, это колебания частиц воздуха или иной среды. В вакууме нет среды, нет и… Читать дальше
Комментировать ответ…Комментировать…
Антон Фурс
Физика
473
программист, интересны квантовая механика, теория относительности и астрономия · 14 мар
Теоретические расчёты говорят, что максимально возможной скоростью звука может быть скорость звука в металлическом водороде. И составляет она порядка 36 км/с. В реальных веществах скорость звука не превышает 10-12 км/с.
Как видите до скорости света тут очень далеко =). Это всего 0.01% от этой величины.
Комментировать ответ…Комментировать…
борис васильев
10
Инженер асу и связи на пенсИИ · 3 июл 2021
МОЖЕТ — если закрыть глаза и сильно свистнуть по уху, то из глаз полетят искры со скорость света!!! Доказательство — многократно проверенно в различных условиях и запротоколировано государственными органами большинство стран мира!
Комментировать ответ…Комментировать…
Виктор Тихонов
-16
в настоящее время-пенсионер,до этого инженер механик конструктор-разработчик(изобретатель) · 30 июн 2021
что мы видим как свет или излучение,для Вселенной это-Звук,а Вселенский Свет,во Вселенной распространяется-мгновенно,кстати и «твердость»вселенной можно просчитать через ее скорость-«звука»
1 эксперт не согласен
Андрей О.
Федотов
возражает
8 октября
Для «Физики» — неверно, для «Домашнего задания» — вредно
Комментировать ответ…Комментировать…
Вы знаете ответ на этот вопрос?
Поделитесь своим опытом и знаниями
Войти и ответить на вопрос
1 ответ скрыт(Почему?)
О сообществе
100 вопросов учёному
2021 год объявлен Годом науки и технологий. В этом сообществе вы можете задавать ученым вопросы, которые вас давно интересовали, а они постараются на них просто и интересно ответить.
когда это возможно, а когда нет
Скорость света — это скорость, с которой движется свет. Скорость света в вакууме является постоянной величиной, которая обозначается буквой с и определяется как ровно 299 792 458 метров в секунду. Видимый свет, другое электромагнитное излучение, гравитационные волны и другие безмассовые частицы движутся со скоростью с. Вещество, имеющее массу, может приближаться к скорости света, но никогда не достигает ее.
.. Можно ли превысить скорость света? Интересный вопрос. Сделать это у исследователей получилось с помощью импульсов внутри горячей плазмы. Давайте разбираться!
Кирилл Панов
Claudio Rolli / Unsplash
Проплывая сквозь вакуум, фотон света движется со скоростью около 300 тысяч километров в секунду — это предел скорости передачи информации во Вселенной
Возможно ли превысить скорость света?
Скорость света — величина, с которой движется свет в вакууме. И чем быстрее что-то движется, тем более массивным оно становится, и тем больше замедляется время. На малых скоростях это практически неощутимо, но при приближении к скорости света это становится резко заметным. Получается, что если вы хотите ускорить хотя бы один электрон до световой скорости, вам потребуется бесконечное количество энергии, поскольку электрон становится бесконечно тяжелым. А у света нет массы, поэтому такой проблемы у него не возникает.
В этом и заключается сложность преодоления.
Так можем ли мы превысить скорость света? Нет. При обычных условиях нельзя превысить световой предел. Так как бесконечную энергию невозможно достичь.
Исследование: ученые превысили скорость света
У света есть некоторые особенности, которые позволяют нарушать правила. Это не ускорит путешествия к звездам, но поможет создать совершенно новый класс лазеров.
Физики давно экспериментируют с ограничением скорости световых импульсов, ускоряя их и даже замедляя до полного, но виртуального, виртуального останова. При этом использовались различные материалы, такие как холодные атомные газы, преломляющие кристаллы и оптические волокна.
Как-то исследователи из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса в Калифорнии и Университета Рочестера в Нью-Йорке выбрали в качестве среды облака горячих заряженных частиц. И у них получилось менять скорость световых волн в плазме от примерно одной десятой от обычной скорости света в вакууме до скорости, превышающей скорость света более чем на 30%.
Импульсы фотонов могут сталкиваться таким образом, чтобы создавать волны. Световые волны проходят через вещество со скоростью, описываемой исследователями как групповая скорость, и именно этой «волной волн» ученые и управляли, меняя электромагнитные условия.
Вырывая электроны из потока ионов водорода и гелия с помощью лазера, исследователи смогли изменить групповую скорость световых импульсов, посылаемых через плазму вторым источником света.
С практической точки зрения эксперимент имеет значение не для межзвездных перелетов, а для лазеров и позволит создать новое невероятно мощное поколение этих приборов. В лазерах используются твердотельные оптические материалы, которые, как правило, повреждаются при высоких энергиях. Использование потоков плазмы для изменения световых характеристик позволило бы решить эту проблему.
Могут ли некоторые объекты двигаться быстрее света?
Дон Линкольн, доктор философии, Национальная ускорительная лаборатория Ферми (Fermilab)
В науке есть несколько утверждений, которые абсолютно верны.
Одно из таких утверждений состоит в том, что ничто не может двигаться быстрее скорости света. Такие утверждения подкрепляются предположениями, которые часто не высказываются. Читайте дальше, чтобы узнать, как утверждения о скорости света могут сбивать с толку.
Распространенная теория о том, что Вселенная расширяется со скоростью света, неверна и ошибочна. (Изображение: NASA Images/Shutterstock)
Хотя ничто не может двигаться быстрее света в вакууме, частицы довольно легко могут двигаться быстрее света в материи через какую-либо среду, например стекло. Предположим, что фотонный луч и мюонный луч высокой энергии направлены в одном направлении и движутся с той же скоростью, что и свет. Хотя было установлено, что скорость света внутри стекла замедляется, мюон не замедляется при прохождении через стекло и по-прежнему сохраняет скорость света внутри.
Узнайте больше о неправильном понимании теории относительности.
Эффект Черенкова
Работая с растворенными в серной кислоте солями урана, молодой русский физик Павел Черенков заметил светящийся свет.
Первоначально свет приписывали непосредственно радиоактивности, но когда Черенков попытался выделить эффект, он понял, что радиация заставляет серную кислоту светиться. В конце концов, он смог показать, что даже вода будет светиться в присутствии большого количества радиации. Названное в честь студента, черенковское излучение возникает, когда частица, несущая электрический заряд, движется быстрее света через оптически прозрачную среду, такую как стекло. Когда эти частицы движутся быстрее, стекло излучает потрясающий, но опасный синий цвет.
Это стенограмма из серии видео Понимание заблуждений науки . Смотрите прямо сейчас на Wondrium.
Как действует черенковское излучение?
Черенков поделился своими выводами со своим научным руководителем Сергеем Вавиловым. Вавилов упомянул об эффекте Игорю Тамму и Илье Франку, которые разобрались, в чем дело. Черенков, Тамм и Франк получили Нобелевскую премию по физике в 1958 году.
Излучение Черенкова аналогично звуковому удару, который возникает, когда реактивный самолет летит со скоростью, превышающей скорость звука. Если струя летит медленнее скорости звука, то звуковые волны распространяются впереди самолета. Но когда скорость струи превышает скорость звука, она сжимает воздух перед собой. По мере того, как струя движется вперед все быстрее и быстрее, сжатая энергия также движется вперед. Когда сжатый воздух проходит, это приводит к очень громкому шуму, похожему на взрыв, поскольку все звуки достигаются одновременно. Когда струя издает звук, отталкивая воздух со своего пути, она создает серию кругов, появляющихся в каждой точке прохождения струи. Круги складываются и образуют звуковой конус, окружающий путь самолета.
Эффект Черенкова в ядерной физике
Эффект Черенкова похож на звуковой удар, но возникает, когда заряженная частица проходит через прозрачный материал со скоростью, превышающей скорость света. (Изображение: Комиссия по ядерному регулированию США / общественное достояние)
Эффект Черенкова похож на звуковой удар, но возникает, когда заряженная частица проходит через прозрачный материал со скоростью, превышающей скорость света.
Заряженная частица встряхивает молекулы материала, и они излучают свет при движении. Как и в случае со звуковыми волнами, излучаемый свет распространяется наружу по кругу со скоростью света, что приводит к коническому узору, называемому эффектом Черенкова. Физики используют понятие черенковского излучения в экспериментах по ядерной физике или физике элементарных частиц, чтобы отличать быстро движущиеся частицы от более медленных. Это связано с тем, что черенковский свет излучается только электрически заряженными частицами, движущимися быстрее света.
Узнайте больше о том, как работает квантовая механика.
Что может двигаться быстрее света?
Эдвин Хаббл объединил свои измерения расстояния до галактик с измерениями скорости американского астронома Весто Слайфера, чтобы нарисовать интересный график в 1929 году. Хаббл предположил, что существует линейная зависимость между расстоянием галактик, измеренным от Земли, и скоростью удаления. Эта корреляция была воспринята как явное свидетельство расширяющейся Вселенной и Большого взрыва.
Однако расширение Вселенной со временем значительно изменилось. От быстро расширяющейся Вселенной около 14 миллиардов лет назад до эры темной энергии около 5 миллиардов лет и ускорения расширения сейчас изменения были разительными. Мы знаем, что Плутон не удаляется от нас со скоростью света, равно как и Млечный Путь или галактика Андромеды. Согласно гипотезе Хаббла, скорость удаления составляет 70 километров в секунду на мегапарсек. Так, галактика на расстоянии мегапарсека будет удаляться от Млечного Пути со скоростью 70 километров в секунду, а галактика на расстоянии 2 мегапарсека будет удаляться со скоростью 140 километров в секунду. Итак, чем дальше мы удаляемся, тем быстрее движутся объекты. Следовательно, общепринятая теория о том, что Вселенная расширяется со скоростью света, заведомо неверна и ошибочна.
Эдвин Хаббл предположил, что существует линейная зависимость между расстоянием галактик, измеренным от Земли, и скоростью удаления. (Изображение: исходным загрузчиком был Cosmo0 из английской Википедии/общественное достояние)
Теперь давайте предположим, что Вселенная действительно расширяется со скоростью света, и подсчитано, что объекты на расстоянии 14 миллиардов световых лет от нас двигались со скоростью свет, но объекты, находящиеся на расстоянии 28 миллиардов световых лет, движутся в два раза быстрее.
Таким образом, весь аргумент «расширяться быстрее скорости света» довольно мягок. Однако аргумент о том, что скорость света является конечной скоростью, находится в рамках специальной теории относительности.
Итак, на вопрос, удаляются ли две галактики, разделенные 14 миллиардами световых лет друг от друга со скоростью света, нельзя ответить объективно. Расстояние между этими галактиками увеличивается со скоростью света, но по отношению к их маленькому локальному участку пространства они даже не двигаются. Следовательно, было бы точнее сказать, что хотя объекты не могут двигаться в пространстве быстрее света, но само пространство может двигаться быстрее света. Сверхсветовое расширение далекой Вселенной действительно поразительно, но мы, возможно, никогда не узнаем ответ на простой вопрос, насколько велика Вселенная на самом деле?
Общие вопросы о том, могут ли объекты двигаться быстрее света?
В: Кем был Павел Черенков?
Павел Черенков — русский физик, лауреат Нобелевской премии по физике за открытие черенковского излучения.
Эффект Черенкова имел большое значение для экспериментальных работ в области ядерной физики.
В: Как меняется скорость света в разных средах?
Скорость составляет примерно 2/3 скорости света в стекле и пластике, а в воде — примерно 3/4 скорости света. Однако скорость света в алмазе составляет всего 40% от его нормальной скорости.
В: Какой объект движется быстрее света?
Спорные гипотетические частицы Говорят, что тахионы движутся быстрее света. Однако, согласно специальной теории относительности Эйнштейна относительно скорости света, частицы никогда не могут двигаться быстрее скорости света в реальном мире.
Продолжайте читать
Волна или частица — что такое свет?
То, как мы наблюдаем свет, определяет, является ли он частицей или волной
Ранние исследования единой теории поля
Ограничение космической скорости: почему мы не можем путешествовать со скоростью света?
Скорость света в вакууме является абсолютным пределом космической скорости.
Ничто не может двигаться быстрее, чем 3,0 x 10 8 метров в секунду (это 300 000 000 м/с или 1 080 000 000 км/ч!). Согласно законам физики, по мере того, как мы приближаемся к скорости света, мы должны выделять все больше и больше энергии, чтобы заставить объект двигаться. Чтобы достичь скорости света, вам потребуется бесконечное количество энергии, а это невозможно!
Вы когда-нибудь ездили на скором поезде или в самолете? Вы заметили, что стали больше во время путешествия?
Возможно, вы слышали, что объект, движущийся со скоростью света, приобретает бесконечную массу. Но это не совсем так. На самом деле объект не приобретает физическую массу, но ведет себя так, как будто это было. Например, если бы человек весом 65 кг двигался со скоростью, равной 50% скорости света, он бы вел себя так, как будто его масса составляет 87 кг. В 90% случаев они будут вести себя так, как если бы весили 172 кг.
Итак, если масса не может двигаться со скоростью света, то почему свет может? Свет состоит из фотонов, которые представляют собой безмассовых частиц, и поэтому им не требуется энергия для движения.
Если для перемещения световых частиц не требуется никаких усилий, то почему фотоны не могут двигаться со скоростью, превышающей скорость света?
Замедление времени. Время замедляется, когда вы приближаетесь к скорости света, и когда вы достигаете ее, время останавливается. Для фотона нет времени, все происходит мгновенно. Пытаться заставить фотон двигаться быстрее скорости света — это все равно, что останавливать машину и пытаться двигаться медленнее. Это невозможно!
Замедление времени постоянно влияет на нас в повседневной жизни, но его влияние настолько мало, что мы его не видим. Согласно теории относительности, «движущиеся часы идут медленно». Это означает, что если вы сбросите свои часы со скалы, время, которое они покажут, будет немного отставать от часов, которые не были сброшены со скалы. Это относится ко всем часам, механическим и биологическим. На самом деле вы стареете медленнее на таких высоких скоростях, но вам придется путешествовать довольно быстро, чтобы заметить большую разницу.
Например, тот, кто находился на международной космической станции в течение 6 месяцев, будет стареть на 0,005 секунды медленнее, чем кто-либо здесь, на Земле. МКС совершает кругосветное путешествие раз в 90 минут, но это все равно всего 0,003% от скорости света. Если бы вы путешествовали на космическом корабле со скоростью 98% скорости света всего несколько минут, для ваших друзей на Земле прошли бы десятилетия.
Если бы мы могли видеть, что происходит, человек, летящий к вам со скоростью света, казался бы синим, поскольку световые волны, которые отражаются от него и попадают в ваш глаз , будут сжаты и сжаты вместе, делая длину волны короче. Мы называем это синим смещением. Точно так же, если бы человек удалялся от вас, световые волны растянулись бы, удлинив длину волны, и они стали бы красными, и мы называем это красным смещением. Для человека, путешествующего со скоростью света, все перед ним будет сжато в нечто похожее на размытый туннель, внешнее кольцо которого будет красным, а внутреннее — синим.