Какая скорость у света: Ученые выяснили, что скорость света в вакууме является далеко не постоянной величиной |

Содержание

Скорость света: чему равна и как ее измерили?

Скорость света является одной из фундаментальных постоянных, которые характеризуют буквально все вокруг нас — пространство и время. Именно эта величина разделяет на до и после, причину и следствие, а также накладывает массу интересных ограничений на возможности известной нам вселенной.

Яблык в Telegram и YouTube. Подписывайтесь!

Изложенные ниже данные и приведенные примеры не претендуют на абсолютную научную точность, а призваны максимально простым языком объяснить читателю основные и наиболее интересные факты, касающиеся скорости света.

♥ ПО ТЕМЕ: На этой картинке 16 кругов, вы их видите?

Чему равна скорость света и как ее измерили

Любопытно, что скорость света считалась бесконечной вплоть до второй половины XVII века, то есть, такие великие ученые как Иоганн Кеплер или Рене Декарт, к примеру, воспринимали ее именно такой. Лишь в 1676 году датский астроном Олаф Ремер, наблюдавший затмения спутника Юпитера Ио, заметил, что они не совпадают с расчетными по времени и зависит это несовпадение от расстояния между событием и наблюдателем. Принимая во внимание положение Земли на своей орбите относительно Юпитера, Ремер вычислил скорость света равную 220 000 км/c (ошибся на ~80 000 км/с).

В начале XIX века ученые измеряли скорость света практическим «методом прерываний» и к 1950 году достигли результата 299 793,1 км/с с погрешностью 0,25 км/с, а изобретение лазера в дальнейшем позволило дойти до предела точности и зафиксировать скорость света на отметке 299 792 458 м/с с погрешностью 1,2 м/c.

Дальнейшее уточнение одной из базовых величин теории относительности стало невозможным из-за отсутствия точного определения метра — в то время он был равен длине металлической палки, являвшейся эталоном и хранящейся в Париже. Вопрос был снят лишь в 1983 году, когда Генеральная конференция по мерам и весам переопределила метр как расстояние, которое преодолевает свет за 1/299 792 458 секунды. Соответственно, скорость света стала официально равной 299 792 458 метров в секунду (или грубо: 300 000 км/с).

♥ ПО ТЕМЕ: Что такое Даркнет и как туда зайти?

В чем фундаментальность скорости света

На самом деле, современная наука знает всего несколько объективных фундаментальных постоянных, которые остаются неизменными при любых условиях. Скорость света не зависит ни от наблюдателя, ни от способа измерения, ни от времени — она действительно постоянна.

Чтобы доказать обратное, можно, например, пропустить луч света через сложную неоднородную среду и он пройдет сквозь нее заметно медленнее, чем через вакуум. Однако при внимательном рассмотрении условий эксперимента окажется, что фотоны двигались с той же скоростью света, но по более сложной траектории.

ПО ТЕМЕ: У кого больше всех подписчиков в Инстаграм – 35 самых популярных аккаунтов.

Почему ничто не может преодолеть скорость света?

Если вы создадите или обнаружите объект, обладающий отличной от нуля массой или имеющий свойство каким-либо образом взаимодействовать с другими частицами, то вы изобретете машину времени. При этом ничего подобного в известном нам мире не наблюдалось ни разу. Упрощая научный язык, опишем ситуацию следующим образом:

Представим события X и Y, при этом событие X является причиной события Y, а Y, соответственно, является следствием X. Например, событие X — это вспышка сверхновой в далекой галактике, а Y — это регистрация ее частиц астрономами на Земле. Если расстояние между X и Y больше, чем время между ними (T), умноженное на скорость света (C), то в разных системах отсчета мы получим три разных результата:

1. Событие X произошло раньше события Y;
2. Событие Y произошло раньше события X;
3. События X и Y произошли одновременно.

Очевидно, что два последних варианта едва ли возможны с точки зрения современной науки, а значит ничто не может переместиться или передать информацию быстрее скорости света.

Впрочем, как насчет такой ситуации: вы берете очень мощный фонарик, направляете его на Марс, а в луче света двигаете палец — если вы делаете это достаточно быстро, то тень от вашего пальца «бегает» на поверхности Марса быстрее скорости света, что опровергает нашу теорию.

На самом деле, нет. Перемещение тени нельзя назвать перемещением объекта с массой, также как сама по себе тень ни с чем не взаимодействует, а является лишь отсутствием света. Фотоны же от вашего фонарика долетят до Марса с уже известной нам скоростью 299 792 458 метров в секунду.

♥ ПО ТЕМЕ: Космические скорости — насколько быстро нужно лететь, чтобы покинуть Землю, планетную систему и галактику?

Околосветовая скорость

Согласно постулатам общей теории относительности, чем быстрее мы разгоняем частицу, обладающую некой массой, тем больше энергии для этого нам потребуется. При этом по мере приближения к скорости света эта энергия будет стремиться к бесконечности.

Однако это вовсе не означает, что свет на порядки быстрее всего во Вселенной. Например, ученые ЦЕРНа разогнали протоны в Большом адронном коллайдере до скорости 299 792 455 м/c, что всего на 3 м/с уступает невесомым фотонам света.

♥ ПО ТЕМЕ: БелАЗ-75710: 1 300 литров топлива на 100 км и другие 7 фактов о лучшем самосвале мира из Беларуси.

Сверхсветовая скорость

Описанные выше ограничения, которые накладывает на скорости во Вселенной современная физика, не касаются частиц, которые не имеют массы, не взаимодействуют с обычными частицами и могут перемещаться быстрее скорости света. Такие частицы принято называть тахионами и на данный момент их существование является лишь предположением (сложно придумать эффективный инструмент для их обнаружения, ведь они ни с чем не взаимодействуют).

Еще один популярный пример сверхсветовой скорости — это квантомеханические явления. В тот самый момент, когда вы надели на правую ногу один носок, второй моментально и автоматически стал левым, не взирая на расстояние между ними. Примерно по такому принципу осуществляется квантовая связь при измерении спина фотонов, при этом информация не передается, однако фактически одно одно состояние переходит в другое без прямого взаимодействия между объектами.

♥ ПО ТЕМЕ: Скрытый смысл логотипов известных компаний.

Скорость света наглядно

Ученые астрофизики в большинстве случаев лишены возможности проводить полноценные эксперименты в лабораториях, как это делают, например, биологи или химики, ввиду масштабов исследуемых процессов. При этом каждому астроному доступен самый большой полигон, на котором постоянно происходят грандиозные испытания — это вся обозримая Вселенная с квазарами, радиопульсарами, черными дырами и прочими любопытными объектами.

Однако самые интересные астрофизические открытия в наши дни выглядят как малопонятные сложные графики, а публика вынуждена довольствоваться обработанными снимками лишь нескольких инструментов, таких как телескоп имени Хаббла. Тем не менее, официальная наука нынче осознает важность медийной деятельности и всячески пытается визуализировать для обывателя процессы, которые невозможно просто представить в голове.

Например, сотрудник NASA Джеймс О’Донохью, продемонстрировал скорость света относительно нашей планеты (упразднив в своих расчетах влияние атмосферы) — луч света облетает Землю 7,5 раз всего за одну секунду, каждый раз преодолевая более 40 тысяч километров.

Расстояние до Луны составляет порядка 384 000 километров (в зависимости от текущего расположения объектов) и для его преодоления фотонам потребуется уже 1,22 секунды.

При передаче данных с Марса на Землю со скоростью света в момент максимального сближения планет придется ждать более шести минут, а при среднем удалении время ожидания затянется до получаса.

При этом от «красной планеты» нас отделяет в среднем 254 миллиона км, зонд New Horizons, к примеру, уже отлетел от Земли на 6,64 миллиарда км, а чтобы добраться до ближайшей планеты не Солнечной системы, необходимо пролететь 39,7 триллиона км.

Смотрите также:

Почему 0 на клавиатуре-звонилке iPhone идет после 9, а в калькуляторе перед 1?
Правило 1 процента: почему одним достается все, а другим – ничего?
Самые глубокие ямы в мире.

Пожалуйста, оцените статью

Средняя оценка / 5. Количество оценок:

Оценок пока нет. Поставьте оценку первым.

19 января 2022

Метки: iFaq, Удивительный мир.

«Какова скорость света? » — Яндекс Кью

Насколько «быстра» скорость света?

Math & Science Home
| Квалификационные тесты |
Математическое мышление
по физике |
Аэронавты 2000

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Ферми
Проблема с настройкой фортепиано

Как
Старый есть старый?

Если
Земные полюса должны были растаять. ..

Солнечный свет
Оказывает давление

Падение
Восток

Что
если астероид упадет на Землю

Использование
джип для оценки энергии бензина

Как
Полицейские радары действительно работают?

Как
«Быстро» — это скорость света?

Как
Длинный световой год?

Как
Большой это триллион?

«Видение»
Земля, Луна и Солнце в масштабе

Из
Звезды и капли воды

Если
Я должен был построить модель космоса. ..

А
Числовой трюк

Проектирование
высотный воздушный шар

Давление
в непосредственной близости от скафандра лунного астронавта из-за выделения охлаждающей жидкости
Вода

Календарь
Расчеты

Сообщение
Время по звездам — Звездное время

Поля,
эвристический подход

Иррациональность

Номер (i) ^и

Оценка
Температура плоской пластины на низкой околоземной орбите

Доказательство
что (p) ^1/n является иррациональным, когда p является простым числом и n>1

Трансцендентность

Идеал
Газы при постоянном объеме, постоянном давлении, постоянной температуре и
Адиабатические условия

Магазин Максвелла
Уравнения: векторный и скалярный потенциалы

А
Возможный скалярный член, описывающий плотность энергии в гравитационном поле

А
Предлагаемый релятивистский термодинамический четырехвектор

Мотивационный
Аргумент для Expression-e ^ix =cosx+isinx

Другое
Мотивационный аргумент выражения-e ^ix =cosx+isinx

Расчет
Энергия солнечного света в течение 12 часов

Расчет
Энергия солнечного света за фактически полный день

Идеально
Пример использования Numbers-A

Гравитация
Внутри однородной полой сферы

Далее
примечание о гравитации внутри однородной полой сферы

Пифагорейский
Тройки

Черный
Топология набора отверстий и точек

Дополнительный
Заметки о черных дырах и топологии множества точек

Поле
Уравнения и уравнения движения (общая теория относительности)

наблюдатель в современной физике

А
Примечание о центробежных и кориолисовых ускорениях как псевдоускорениях
— PDF-файл

Вкл.
Расширение Вселенной — PDF-файл

Свет
движется с постоянной конечной скоростью 186 000 миль/сек. Путешественник, переезд
со скоростью света обогнул бы экватор примерно
7,5 раз в секунду. Для сравнения, путешественник в реактивном самолете,
двигаясь со скоростью 500 миль в час, пересечет континентальную часть США.
раз в 4 часа.

Пожалуйста, присылайте предложения/исправления по адресу:
Web Related:
[email protected]
Связанные с технологиями: [email protected]
Ответственный представитель НАСА:
Тереза М.Скотт (исполняющая обязанности)

Что такое скорость света?

С древних времен философы и ученые стремились понять свет. В дополнение к попыткам определить его основные свойства (т. е. из чего он состоит — частица или волна и т. д.) они также стремились провести конечные измерения того, как быстро он движется. С конца XVII века ученые занимались именно этим, причем с возрастающей точностью.

При этом они лучше поняли механику света и ту важную роль, которую он играет в физике, астрономии и космологии. Проще говоря, свет движется с невероятной скоростью и является самой быстродвижущейся вещью во Вселенной. Его скорость считается постоянной и непреодолимой преградой и используется как средство измерения расстояния. Но как быстро он движется?

Скорость Света (

c ):

Свет движется с постоянной скоростью 1 079 252 848,8 (1,07 миллиарда) км в час. Получается 29 9 792 458 м / с, или около 670 616 629 миль в час (миль в час). Для сравнения, если бы вы могли путешествовать со скоростью света, вы могли бы обогнуть земной шар примерно семь с половиной раз за одну секунду. Между тем, человеку, летящему со средней скоростью около 800 км/ч (500 миль в час), потребуется более 50 часов, чтобы облететь планету только один раз.

Иллюстрация, показывающая расстояние, которое свет проходит между Землей и Солнцем. Предоставлено: LucasVB/Public Domain

Чтобы представить это в астрономической перспективе, среднее расстояние от Земли до Луны составляет 384,39.8,25 км (238 854 мили). Свет проходит это расстояние примерно за секунду. Между тем, среднее расстояние от Солнца до Земли составляет ~ 149 597 886 км (92 955 817 миль), что означает, что свету требуется всего около 8 минут, чтобы совершить это путешествие.

Тогда неудивительно, почему скорость света является метрикой, используемой для определения астрономических расстояний. Когда мы говорим, что звезда, подобная Проксиме Центавра, находится на расстоянии 4,25 световых года, мы имеем в виду, что для этого потребуется двигаться с постоянной скоростью 1,07 миллиарда километров в час (670 616 629миль в час) – около 4 лет и 3 месяцев, чтобы добраться туда. Но как же мы пришли к этому весьма специфичному измерению «скорости света»?

История изучения:

До 17 века ученые не знали, распространяется ли свет с конечной скоростью или мгновенно. Со времен древних греков до средневековых исламских ученых и ученых раннего Нового времени споры шли взад и вперед. Первые количественные измерения были сделаны датским астрономом Оле Рёмером (1644–1710).

В 1676 году Рёмер заметил, что периоды самой внутренней луны Юпитера Ио кажутся короче, когда Земля приближается к Юпитеру, чем когда она удаляется от него. Из этого он сделал вывод, что свет движется с конечной скоростью, и подсчитал, что для пересечения диаметра земной орбиты требуется около 22 минут.

Профессор Альберт Эйнштейн читает 11-ю лекцию Джосайи Уилларда Гиббса в Технологическом институте Карнеги 28 декабря 1934 года, где он излагает свою теорию о том, что материя и энергия представляют собой одно и то же в разных формах. Кредит: AP Фото

Христиан Гюйгенс использовал эту оценку и объединил ее с оценкой диаметра орбиты Земли, чтобы получить оценку 220 000 км/с. Исаак Ньютон также рассказал о расчетах Рёмера в своей основополагающей работе « Opticks » (1706 г. ). С поправкой на расстояние между Землей и Солнцем он подсчитал, что свету потребуется семь или восемь минут, чтобы добраться от одного до другого. В обоих случаях они были отклонены с относительно небольшим отрывом.

Более поздние измерения, сделанные французскими физиками Ипполитом Физо (1819 г.– 1896 г.) и Леон Фуко (1819–1868 гг.) дополнительно уточнили эти измерения, в результате чего было получено значение 315 000 км/с (192 625 миль/с). А ко второй половине 19 века ученые осознали связь между светом и электромагнетизмом.

Это было сделано физиками, измерившими электромагнитные и электростатические заряды, которые затем обнаружили, что численное значение было очень близко к скорости света (измеренной Физо). Основываясь на собственной работе, показавшей, что электромагнитные волны распространяются в пустом пространстве, немецкий физик Вильгельм Эдуард Вебер предположил, что свет представляет собой электромагнитную волну.

Следующий великий прорыв произошел в начале 20-го века. В своей статье 1905 года под названием « Об электродинамике движущихся тел» Альберт Эйнштейн утверждал, что скорость света в вакууме, измеренная неускоряющимся наблюдателем, одинакова во всех инерциальных системах отсчета и не зависит от движения источника или наблюдателя.

Лазер, светящий сквозь стакан с водой, показывает, сколько изменений скорости (в милях в час) он претерпевает при переходе из воздуха в стекло, в воду и обратно. Кредит: Боб Кинг

Используя это и принцип относительности Галилея в качестве основы, Эйнштейн вывел специальную теорию относительности, в которой скорость света в вакууме ( c ) была фундаментальной константой. До этого ученые сходились во мнении, что пространство заполнено «светоносным эфиром», который отвечает за его распространение, т. е. что свет, проходящий через движущуюся среду, будет увлекаться этой средой.

Это, в свою очередь, означало, что измеренная скорость света будет простой суммой его скорости 9от 0382 до среды плюс скорость из этой среды. Однако теория Эйнштейна фактически сделала концепцию стационарного эфира бесполезной и произвела революцию в представлениях о пространстве и времени.

Он не только выдвинул идею о том, что скорость света одинакова во всех инерциальных системах отсчета, но и ввел идею о том, что основные изменения происходят, когда объекты движутся со скоростью, близкой к скорости света. К ним относятся пространственно-временная система движущегося тела, которая кажется замедляющейся и сжимающейся в направлении движения при измерении в системе отсчета наблюдателя (т.е. замедление времени, когда время замедляется по мере приближения скорости света).

Его наблюдения также привели уравнения Максвелла для электричества и магнетизма в соответствие с законами механики, упростили математические расчеты, избавившись от посторонних объяснений, используемых другими учеными, и согласовывали с непосредственно наблюдаемой скоростью света.

Во второй половине 20-го века все более точные измерения с использованием лазерных инферометров и методов резонатора позволили уточнить оценки скорости света. К 1972 группа из Национального бюро стандартов США в Боулдере, штат Колорадо, использовала метод лазерного инферометра, чтобы получить признанное в настоящее время значение 299 792 458 м/с.

Роль в современной астрофизике:

Теория Эйнштейна о том, что скорость света в вакууме не зависит от движения источника и инерциальной системы отсчета наблюдателя, с тех пор последовательно подтверждалась многими экспериментами. Он также устанавливает верхний предел скорости, с которой все безмассовые частицы и волны (включая свет) могут двигаться в вакууме.

Одним из следствий этого является то, что космологи теперь рассматривают пространство и время как единую, унифицированную структуру, известную как пространство-время, в которой скорость света может использоваться для определения значений обоих (то есть «световых лет», «световых минут» и «световые секунды»). Измерение скорости света также стало важным фактором при определении скорости космического расширения.

Начиная с 1920-х годов, с наблюдений Леметра и Хаббла, ученые и астрономы осознали, что Вселенная расширяется из исходной точки. Хаббл также заметил, что чем дальше галактика, тем быстрее она движется. В том, что сейчас называется параметром Хаббла, скорость, с которой Вселенная расширяется, составляет 68 км/с на мегапарсек.

Это явление, которое теоретически означает, что некоторые галактики могут двигаться быстрее скорости света, может наложить ограничение на то, что можно наблюдать в нашей Вселенной. По сути, галактики, движущиеся быстрее скорости света, пересекают «космологический горизонт событий», где они больше не видны нам.

Кроме того, к 1990-м годам измерения красного смещения далеких галактик показали, что расширение Вселенной ускоряется в течение последних нескольких миллиардов лет. Это привело к появлению таких теорий, как «Темная энергия», согласно которой невидимая сила управляет расширением самого пространства, а не объектов, движущихся через него (таким образом, не накладывая ограничений на скорость света и не нарушая теорию относительности).

Наряду со специальной и общей теорией относительности современное значение скорости света в вакууме стало основой для космологии, квантовой физики и Стандартной модели физики элементарных частиц. Он остается постоянным, когда речь идет о верхнем пределе, на котором могут двигаться безмассовые частицы, и остается недостижимым барьером для частиц, имеющих массу.

Возможно, когда-нибудь мы найдем способ превысить скорость света. Хотя у нас нет практических представлений о том, как это может произойти, умные деньги, похоже, вложены в технологии, которые позволят нам обойти законы пространства-времени, либо создав варп-пузыри (также известные как варп-двигатель Алькубьерре), либо проложив сквозь него туннели ( ака червоточины).

До этого момента нам нужно будет довольствоваться Вселенной, которую мы видим, и продолжать исследовать ту ее часть, которая достижима обычными методами.

Мы написали много статей о скорости света для Universe Today. Вот насколько высока скорость света?, Как галактики удаляются быстрее, чем скорость света?, Как космическое пространство может путешествовать быстрее, чем скорость света? и Преодолеть скорость света.

Вот классный калькулятор, который позволяет преобразовывать множество различных единиц для скорости света, а вот калькулятор относительности на случай, если вы захотите путешествовать со скоростью, близкой к скорости света.

В Astronomy Cast также есть эпизод, в котором рассматриваются вопросы о скорости света — «Шоу вопросов: относительность, относительность и еще раз относительности».