Путешествие по вселенной со скоростью света: Космический корабли летящие со скоростью света: в чем сложность, видео |

Содержание

Космический корабли летящие со скоростью света: в чем сложность, видео

Путешествуя на корабле со скоростью, близкой к скорости света, вы столкнетесь со множеством интересных проблем, у которых, теоретически, есть решения. О них стоит узнать, прежде, чем вы отправитесь в путь, поэтому рекомендуем посмотреть видео NASA.

Кирилл Панов

Breakthrough Starshot

Если вы поклонник научной фантастики, то вы видели в фильмах и читали в книгах о кораблях, способных путешествовать по всей Вселенной с помощью варп-двигателя, сверхсветового или «прыжкового» двигателей, либо сворачивая пространство.

Межзвездные путешествия — это круто, но законы физики говорят нам, что подобное просто невозможно. Согласно им и, в частности, теории относительности Эйнштейна, способа достичь или превысить скорость света на корабле не существует.

Тем не менее, физика, управляющая нашей Вселенной, допускает путешествия на корабле со скоростью, близкой к скорости света, хотя для достижения ее потребуется огромное количество энергии.

Те же самые законы говорят и о проблемах, связанных с путешествиями на столь высоких скоростях. К счастью, NASA решило их и недавно выпустило анимационное видео, рассказывающее об основах межзвездных путешествий.

Можно ли путешествовать на корабле со скоростью света: отвечает NASA

«Итак, вы только что завершили модернизацию своего космического корабля, и теперь он способен летать почти со скоростью света. Мы не знаем, как вам это удалось, но поздравляем! Прежде чем вы улетите, посмотрите это видео, чтобы узнать больше об опасностях путешествий на скоростях, близких к скорости света, времени в пути и расстояниях между некоторыми популярными точками во Вселенной», — говорится в начале видео.

Не затрагивая вопрос о том, как космический корабль может летать со скоростью света, рассказчик переходит непосредственно к проблемам, связанным с путешествиями по релятивистской Вселенной.

К ним относятся замедление времени, необходимость экранирования и время, которое потребуется, чтобы добраться даже до ближайших объектов, таких как звезда Проксима Центавра или галактика Андромеда.

youtube

Нажми и смотри

Когда корабли будут летать выше скорости света

Корабли, летящий со скоростью света — сложная проблема, и величайшие научные умы мира все еще ищут пути ее решения. Хороший пример — Breakthrough Starshot, аппарат, использующий световой парус для полета на Альфа Центавра, который будет запущен в космос в ближайшие годы. Его скорость составит примерно 20% от скорости света, а путешествие займет 20 лет.

Работая над проектом Breakthrough Starshot, ученые решают проблемы экранирования, связи, подбирают камеры и аппаратуру, тип паруса и его форму, а также думают над тем, как аппарат замедлится, достигнув далекой звезды.

Видео о кораблях, летящих со скоростью света, подготовлено учеными и экспертами из Goddard Media Studios (GMS) Центра космических полетов имени Годдарда NASA. Работой руководил мультимедийный продюсер и член Ассоциации космических исследований университетов (USRA) астрофизического отдела Годдарда Крис Смит. Ведущим аниматором видео стал Кристофер Ким. Чтобы перевести видео на русский язык, включите субтитры, а затем в настройках переведите их (Субтитры-Перевести-Русский).

Возможны ли путешествия со скоростью света?

В научно-фантастических фильмах зрители часто видят, как космические корабли бороздят просторы Вселенной со скоростью света. Они с невероятной легкостью доставляют людей к далеким звездам. Ну что поделать – фантастика есть фантастика! Однако тем людям, которые не любят фантазировать, и которые закончили скучные технические ВУЗы становится просто не по себе, когда на экранах кинотеатров разворачиваются подобные противоестественные события. И тогда они встают прямо посреди сеанса, и начинают искать глазами в темноте выход из кинозала. После чего долго и нудно убеждают кассира вернуть деньги. На том основании, что это не кино, а полная чушь! Ну как могут космические корабли летать со скоростью света? Это же форменное безобразие! Это же дети смотрят! Какое у них сложиться представление об этом мире! Абсолютно ложное! И кричат потом эти люди на всю улицу, размахивая так и не сданным назад билетом:

Я скажу всем, до чего довел страну этот фигляр ПэЖэ!!!😁 (с).

Физика против полетов со скоростью света

Итак, давайте попробуем разобраться, отчего же так разошелся выпускник технического ВУЗа. И прав ли он, когда утверждает, что путешествия со скоростью света невозможно?

Людям, немного знающим физику, известно, что чем сильнее ускоряется любой материальный объект, тем больше энергии требуется для этого ускорения. И чтобы разогнать любое тело до скорости света, или даже близко к ней, у нас просто не хватит топлива!

Но предположим, что мы нашли какой-то неисчерпаемый источник энергии. И прикрутили его к задней части нашего космического корабля. Ближайшая к нам звезда – Альфа Центавра. Если бы мы полетели туда со скоростью света, нам бы потребовалось более четырех лет, чтобы добраться до точки назначения!

Возможно, это не так страшно для беспилотных миссий. Но как быть с людьми? Смогут ли они выдержать четыре года в крошечном космическом корабле, предоставленные сами себе? Ответ очевиден. Даже если ученым удастся построить сверхбыстрые космические корабли (что несомненно потребует использования революционных новых технологий), люди пока не готовы обитать в замкнутых пространствах такие интервалы времени.

К тому же, все что нужно человеку для выживания, занимает много места. И много весит. Если бы мы смогли производить новые материалы, которые были бы намного легче, чем сегодня, возможно люди из далекого будущего могли бы достигать других звезд со скоростью, близкой к скорости света. Но это точно нельзя сделать в наши дни.

Исследование космоса будет постоянно бросать вызов ученым. Потому что этот процесс требует от нас преодоления множества препятствий. Однако это не значит, что мы должны перестать мечтать о путешествиях со скоростью света! Ведь кто знает! Возможно, в далеком будущем люди все же смогут это сделать.

Однако в наши дни теоретически невозможно путешествовать со скоростью света. Но почему?

На этом первая часть статьи окончена. Дальше будет физика и математика.

Почему даже теоретически невозможно путешествовать со скоростью света?

Давайте все же подробнее разберемся, почему же невозможно двигаться быстрее скорости света. И для начала вспомним достаточно знаменитое и хорошо известное уравнение: E = mc². Его вывел Альберт Эйнштейн. Я думаю что этот известный ученый не нуждается в представлении. Теория относительности, особенно специальная теория относительности, ключевая формула которой всем известна, является важной вехой в этой области физики. Из чего же состоит это уравнение?

E = mc 2
Где
E: энергия.
м: масса объекта.
c: скорость света, которая в формуле возведена в квадрат
Скорость света в вакууме имеет значение 299 792 458 метров в секунду (приблизительно 300 000 км/с).

Что мы можем полезного извлечь из этой формулы? Она говорит нам, что полную энергию можно вычислить, умножив массу тела на квадрат скорости света. То есть нам становится ясно, что когда есть масса, то есть и энергия. И даже в маленькой песчинке содержится ее колоссальное количество!

В движении

Приведенная выше формула учитывает энергию только в состоянии покоя. Поэтому она не является исчерпывающей. К этой формуле необходимо добавить еще один фактор, чтобы полностью понять, почему мы не можем путешествовать со скоростью света.

Эту энергию, связанную с импульсом, можно описать следующей формулой:

E2 = (mc2)2 + (pc)2 где:
E: энергия.
m: масса
c: скорость света.
p: импульс объекта, который получается путем умножения массы объекта на его скорость (p = mv).

Другими словами, полная энергия тела складывается из его энергии покоя (mc 2) 2 и энергии, связанной с движением (pc 2) 2. Повышение скорости приведет к увеличению значения «p», что означает, что чем больше энергии находится в движении, тем больше это приводит к увеличению массы. А чем больше становится массы, тем больше нужно энергии, чтобы продолжать ускоряться.

Пока выполняется это уравнение, масса и энергия взаимозаменяемы как физические сущности. В результате этой эквивалентности масса объекта будет стремительно расти по мере увеличения его энергии из-за продолжающегося ускорения.

Итак, мы выяснили, что чем быстрее движется объект, тем больше его масса. Но становится это очевидно только тогда, когда объект движется с очень высокой скоростью. Если он движется со скоростью в 10 процентов от скорости света, его масса будет всего на 0,5 процента больше обычной. Но если он будет двигаться со скоростью в 90 процентов от скорости света, его масса удвоится. А когда объект попытается достигнуть скорости света, его масса и энергия, необходимая для движения, станут бесконечными.

Именно поэтому любому телу, имеющему массу покоя, двигаться со скоростью света не получится ни при каких раскладах.

Как быстро движется свет? | Скорость света

Скорость света — это предел скорости всего в нашей Вселенной. Или это?
(Изображение предоставлено: Гетти/Юичиро Чино)

Скорость света, проходящего через вакуум, составляет ровно 299 792 458 метров (983 571 056 футов) в секунду. Это около 186 282 миль в секунду — универсальная постоянная, известная в уравнениях как «с» или скорость света.

По словам физика Альберта Эйнштейна специальной теории относительности , на котором основана большая часть современной физики, ничто во Вселенной не может двигаться быстрее света. Теория утверждает, что по мере того, как материя приближается к скорости света, масса материи становится бесконечной. Это означает, что скорость света действует как предел скорости для всей вселенной . Скорость света настолько неизменна, что, согласно стандарту Национального института стандартов и технологий США , она используется для определения международных стандартных единиц измерения, таких как метр (и, соответственно, миля, фут и дюйм). С помощью некоторых хитрых уравнений он также помогает определить килограмм и единицу измерения температуры 9.0005 Кельвин .

Но, несмотря на репутацию скорости света как универсальной константы, ученые и писатели-фантасты проводят время, размышляя о путешествиях со скоростью, превышающей скорость света. До сих пор никому не удавалось продемонстрировать настоящий варп-двигатель, но это не замедлило нашего коллективного стремления к новым историям, новым изобретениям и новым областям физики.

Родственный: Специальная теория относительности выдерживает испытание высокой энергией

Что такое световой год?

A l световой год — это расстояние, которое свет может пройти за один год — около 6 триллионов миль (10 триллионов километров). Это один из способов, которым астрономы и физики измеряют огромные расстояния в нашей Вселенной.

Свет проходит от луны к нашим глазам примерно за 1 секунду, что означает, что луна находится примерно в 1 световой секунде от нас. Солнечному свету требуется около 8 минут, чтобы достичь наших глаз, поэтому солнце находится на расстоянии около 8 световых минут. Свет от Альфа Центавра , которая является ближайшей к нам звездной системой, требует примерно 4,3 года, чтобы добраться сюда, поэтому Альфа Центавра находится на расстоянии 4,3 световых года.

«Чтобы получить представление о величине светового года, возьмите окружность Земли (24 900 миль), разложите ее по прямой линии, умножьте длину линии на 7,5 (соответствующее расстояние равно одному световому -второй), затем разместите 31,6 миллиона одинаковых строк от начала до конца», — говорится на веб-сайте Исследовательского центра Гленна НАСА (открывается в новой вкладке). «В результате расстояние составляет почти 6 триллионов (6 000 000 000 000) миль!»

Звезды и другие объекты за пределами нашей солнечной системы находятся на расстоянии от нескольких световых лет до нескольких миллиардов световых лет. И все, что астрономы «видят» в далекой Вселенной, буквально является историей. Когда астрономы изучают объекты, находящиеся далеко, они видят свет, который показывает объекты такими, какими они существовали в то время, когда свет покинул их.

Этот принцип позволяет астрономам увидеть Вселенную такой, какой она была после Большого Взрыва , произошедшего около 13,8 миллиардов лет назад. Объекты, находящиеся на расстоянии 10 миллиардов световых лет от нас, кажутся астрономам такими, какими они выглядели 10 миллиардов лет назад — относительно скоро после возникновения Вселенной, — а не такими, какими они выглядят сегодня.

Родственный: Почему вселенная — это история

Как мы узнали скорость света?

Аристотель, Эмпедокл, Галилей (на фото), Оле Рёмер и бесчисленное множество других философов и физиков в истории рассматривали скорость света. (Изображение предоставлено НАСА)

Еще в V веке греческие философы, такие как Эмпедокл и Аристотель, расходились во мнениях относительно природы скорости света. Эмпедокл предположил, что свет, из чего бы он ни состоял, должен двигаться и, следовательно, должен иметь скорость движения. Аристотель опроверг точку зрения Эмпедокла в собственном трактате 9.0005 О Чувстве и Разуме (открывается в новой вкладке), утверждая, что свет, в отличие от звука и запаха, должен быть мгновенным. Аристотель, конечно, ошибался, но чтобы доказать это, потребуются сотни лет.

В середине 1600-х годов итальянский астроном Галилео Галилей поставил двух человек на холмы менее чем в миле друг от друга. Каждый человек держал экранированный фонарь. Один раскрыл свой фонарь; когда другой человек увидел вспышку, он тоже раскрыл свою. Но экспериментального расстояния Галилея было недостаточно для того, чтобы его участники могли зафиксировать скорость света. Он мог только заключить, что свет движется как минимум в 10 раз быстрее звука.

В 1670-х годах датский астроном Оле Рёмер пытался создать надежное расписание для моряков в море и, согласно НАСА , случайно придумал новую наилучшую оценку скорости света. Чтобы создать астрономические часы, он записал точное время затмений луны Юпитера , Ио, с Земли . Со временем Рёмер заметил, что затмения Ио часто отличаются от его расчетов. Он заметил, что затмения отставали больше всего, когда Юпитер и Земля удалялись друг от друга, появлялись раньше времени, когда планеты приближались, и происходили по расписанию, когда планеты находились в своих ближайших или самых дальних точках. Это наблюдение продемонстрировало то, что мы сегодня знаем как эффект Доплера, изменение частоты света или звука, излучаемого движущимся объектом, что в астрономическом мире проявляется как так называемое -красное смещение , сдвиг в сторону «более красных», более длинных волн в объекты, быстро удаляющиеся от нас. Опираясь на интуицию, Рёмер определил, что свету требуется измеримое время, чтобы добраться от Ио до Земли.

Рёмер использовал свои наблюдения для оценки скорости света. Поскольку размер Солнечной системы и орбита Земли еще не были точно известны, утверждалось в статье 1998 года в American Journal of Physics , он немного ошибся. Но, наконец, у ученых появилось число, с которым можно было работать. По расчетам Ремера, скорость света составляет около 124 000 миль в секунду (200 000 км/с).

В 1728 году английский физик Джеймс Брэдли провел новый набор расчетов на основе изменения видимого положения звезд, вызванного движением Земли вокруг Солнца. Он оценил скорость света в 185 000 миль в секунду (301 000 км/с) — с точностью до 1 % от реального значения. 0005 Американское физическое общество (открывается в новой вкладке).

Две новые попытки в середине 1800-х вернули проблему на Землю. Французский физик Ипполит Физо направил луч света на быстро вращающееся зубчатое колесо с зеркалом, установленным на расстоянии 5 миль (8 км), чтобы отразить его обратно к источнику. Изменение скорости колеса позволило Физо рассчитать, сколько времени потребовалось свету, чтобы выйти из отверстия к соседнему зеркалу и обратно через зазор. Другой французский физик, Леон Фуко, использовал вращающееся зеркало, а не колесо, чтобы выполнить практически тот же самый эксперимент. Каждый из двух независимых методов показал точность около 1000 миль в секунду (1609км/с) скорости света.

15 августа 1930 года в Санта-Ана, штат Калифорния, д-р Альберт А. Майкельсон стоял рядом с вакуумной трубкой длиной в милю, которая будет использоваться в его последнем и самом точном измерении скорости света. (Изображение предоставлено Getty/Bettman)

Другим ученым, который разгадал тайну скорости света, был уроженец Польши Альберт А. Майкельсон, выросший в Калифорнии в период золотой лихорадки в штате и отточивший свой интерес к физике во время учебы в Военно-морском флоте США. Академия, согласно Университет Вирджинии (открывается в новой вкладке). В 1879 году он попытался воспроизвести метод определения скорости света Фуко, но Майкельсон увеличил расстояние между зеркалами и использовал очень качественные зеркала и линзы. Результат Майкельсона 186 355 миль в секунду (299 910 км / с) считался самым точным измерением скорости света за 40 лет, пока Майкельсон не измерил его сам. Во втором раунде экспериментов Майкельсон посветил светом между двумя горными вершинами с тщательно измеренными расстояниями, чтобы получить более точную оценку. И в третьей попытке незадолго до смерти в 1931, согласно журналу Смитсоновского института Air and Space , он построил разгерметизированную трубу длиной в милю из гофрированной стальной трубы. Трубка имитировала почти вакуум, который устранял бы любое влияние воздуха на скорость света для еще более точного измерения, которое в итоге оказалось лишь немного ниже принятого сегодня значения скорости света.

Майкельсон также изучал природу самого света, написал астрофизик Итан Сигал в научном блоге Forbes, Starts With a Bang (откроется в новой вкладке). Лучшие умы физиков во время экспериментов Майкельсона разделились: был ли свет волной или частицей?

Майкельсон вместе со своим коллегой Эдвардом Морли исходил из предположения, что свет движется как волна, как и звук. И точно так же, как звуку нужны частицы для движения, рассуждали Майкельсон, Морли и другие физики того времени, свет должен иметь какую-то среду для движения. Это невидимое, необнаружимое вещество было названо «светоносным эфиром» (также известным как «эфир»).

Хотя Майкельсон и Морли построили сложный интерферометр (самую простую версию прибора, используемого сегодня в установках LIGO ), Майкельсон не смог найти доказательств существования какого-либо светоносного эфира. Он определил, что свет может путешествовать и действительно путешествует в вакууме.

«Эксперимент — и вся работа Майкельсона — были настолько революционными, что он стал единственным человеком в истории, получившим Нобелевскую премию за очень точное отсутствие открытия чего бы то ни было», — писал Сигал. «Сам эксперимент, возможно, был полным провалом, но то, что мы из него узнали, было большим благом для человечества и нашего понимания Вселенной, чем любой успех!» 92. Уравнение описывает взаимосвязь между массой и энергией — небольшие количества массы (m) содержат или состоят из огромного количества энергии (E). (Вот что делает ядерные бомбы такими мощными: они преобразуют массу во взрывы энергии.) Поскольку энергия равна массе, умноженной на квадрат скорости света, скорость света служит коэффициентом преобразования, точно объясняющим, сколько энергии должно быть внутри материи. А поскольку скорость света — это такое огромное число, даже небольшое количество массы должно равняться огромному количеству энергии.

Чтобы точно описать вселенную, элегантное уравнение Эйнштейна требует, чтобы скорость света была неизменной константой. Эйнштейн утверждал, что свет движется через вакуум, а не через какой-либо светоносный эфир, и таким образом, что он движется с одной и той же скоростью независимо от скорости наблюдателя.

Подумайте об этом так: наблюдатели, сидящие в поезде, могут смотреть на поезд, движущийся по параллельному пути, и думать о его относительном движении как о нуле. Но наблюдатели, движущиеся почти со скоростью света, все равно будут воспринимать свет как удаляющийся от них со скоростью более 670 миллионов миль в час. (Это потому, что двигаться очень, очень быстро — один из немногих подтвержденных методов путешествие во времени — время на самом деле замедляется для тех наблюдателей, которые стареют медленнее и воспринимают меньше моментов, чем наблюдатель, движущийся медленно.)

Другими словами, Эйнштейн предположил, что скорость света не зависит от времени или места. что вы его измеряете, или как быстро вы сами движетесь.

Следовательно, объекты с массой никогда не могут достичь скорости света. Если бы объект когда-нибудь достиг скорости света, его масса стала бы бесконечной. И в результате энергия, необходимая для перемещения объекта, также стала бы бесконечной: это невозможно.

Это означает, что если мы основываем наше понимание физики на специальной теории относительности (что делает большинство современных физиков), скорость света является непреложным пределом скорости нашей Вселенной — максимальной скоростью, на которой может двигаться что-либо.

Что движется быстрее скорости света?

Хотя скорость света часто называют пределом скорости Вселенной, на самом деле Вселенная расширяется еще быстрее. Вселенная расширяется со скоростью немногим более 42 миль (68 километров) в секунду на каждый мегапарсек расстояния от наблюдателя, писал астрофизик Пол Саттер в предыдущей статье для журнала 9.0005 Space.com . (Мегапарсек составляет 3,26 миллиона световых лет — это очень большой путь.)

Другими словами, галактика, удаленная на 1 мегапарсек, удаляется от Млечного Пути со скоростью 42 мили в секунду (68 км/с). с), в то время как галактика, находящаяся на расстоянии двух мегапарсеков, удаляется со скоростью почти 86 миль в секунду (136 км/с) и так далее.

«В какой-то момент на каком-то непристойном расстоянии скорость зашкаливает и превышает скорость света, и все это от естественного, регулярного расширения пространства», — объяснил Саттер. «Кажется, это должно быть незаконно, не так ли?»

Специальная теория относительности обеспечивает абсолютный предел скорости во Вселенной, согласно Саттеру, но теория Эйнштейна 1915 года относительно общей теории относительности допускает другое поведение, когда физика, которую вы изучаете, больше не является «локальной».

«Галактика на дальнем конце вселенной? Это область общей теории относительности, а общая теория относительности говорит: какая разница! Эта галактика может иметь любую скорость, какую захочет, пока она остается далеко, а не рядом тебе в лицо», — написал Саттер. «Специальную теорию относительности не волнует скорость — сверхсветовая или какая-то другая — далекой галактики. И вам тоже не стоит».

Свет когда-нибудь замедляется?

Свет движется медленнее в алмазе, чем в воздухе, и он движется в воздухе немного медленнее, чем в вакууме. (Изображение предоставлено Shutterstock)

Обычно считается, что свет в вакууме распространяется с абсолютной скоростью, но свет, проходящий через любой материал, может быть замедлен. Величина, на которую материал замедляет свет, называется его показателем преломления. Свет изгибается при контакте с частицами, что приводит к уменьшению скорости.

Например, свет, проходящий через атмосферу Земли, движется почти так же быстро, как свет в вакууме, замедляясь всего на три десятитысячных скорости света. Но свет, проходящий через алмаз, замедляется менее чем вдвое по сравнению с обычной скоростью, сообщает PBS NOVA . Тем не менее, он движется через драгоценный камень со скоростью более 277 миллионов миль в час (почти 124 000 км/с) — достаточно, чтобы изменить ситуацию, но все же невероятно быстро.

Свет может быть захвачен — и даже остановлен — внутри ультрахолодных облаков атомов, согласно исследованию 2001 года, опубликованному в журнале 9.0005 Природа (откроется в новой вкладке). Совсем недавно в исследовании 2018 года, опубликованном в журнале Physical Review Letters , был предложен новый способ остановить свет на его пути в «исключительных точках» или местах, где два отдельных световых излучения пересекаются и сливаются в одно.

Исследователи также пытались замедлить свет, даже когда он движется в вакууме. Группа шотландских ученых успешно замедлила одиночный фотон или частицу света, даже когда он двигался в вакууме, как описано в их исследовании 2015 года, опубликованном в журнале 9.0005 Наука (откроется в новой вкладке). В их измерениях разница между замедленным фотоном и «обычным» фотоном составляла всего несколько миллионных долей метра, но это продемонстрировало, что свет в вакууме может быть медленнее, чем официальная скорость света.

Можем ли мы путешествовать быстрее света?

Истории по теме:

Научная фантастика любит идею «скорости деформации». Путешествия со скоростью, превышающей скорость света, делают возможными бесчисленные научно-фантастические франшизы, уплотняя бескрайние просторы космоса и позволяя персонажам с легкостью перемещаться между звездными системами и обратно.

Но хотя путешествия со скоростью, превышающей скорость света, не гарантированно невозможны, нам нужно использовать довольно экзотическую физику, чтобы заставить это работать. К счастью для энтузиастов научной фантастики и физиков-теоретиков, существует множество возможностей для изучения.

Все, что нам нужно сделать, это понять, как не двигаться самим — поскольку специальная теория относительности гарантирует, что мы будем уничтожены, прежде чем мы достигнем достаточно высокой скорости, — а вместо этого перемещать пространство вокруг нас. Легко, верно?

Одна из предложенных идей включает в себя космический корабль, который мог бы свернуть вокруг себя пространственно-временной пузырь. Звучит здорово, как в теории, так и в художественной литературе.

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

Без путешествий со скоростью, превышающей скорость света, любой «Звездный путь» (или, если на то пошло, «Звездная война») был бы невозможен. Если человечеству суждено когда-нибудь добраться до самых дальних и постоянно расширяющихся уголков нашей вселенной, физики будущего должны будут смело отправиться туда, куда еще не ступала нога человека.

Дополнительные ресурсы

Чтобы узнать больше о скорости света, воспользуйтесь этим забавным инструментом из Academo (открывается в новой вкладке), который позволяет визуализировать, с какой скоростью свет может перемещаться из любого места на Земле в любое другое. Если вас больше интересуют другие важные числа, познакомьтесь с универсальными константами, которые определяют стандартные системы измерения по всему миру с помощью 9. 0005 Национальный институт стандартов и технологий (открывается в новой вкладке). А если вам интересно узнать больше об истории скорости света, ознакомьтесь с книгой « Lightspeed: The Ghostly Aether and the Race to Measure the Light of Light » (Оксфорд, 2019 г.) автора Джон Ч. Х. Спенс.

Предыдущее исследование для этой статьи предоставлено сотрудником Space.com Нолой Тейлор Редд.

Библиография

Аристотель. «О чувстве и разумном». Архив интернет-классики, 350 г. н.э. http://classics.mit.edu/Aristotle/sense.2.2.html (открывается в новой вкладке).

Д’Альто, Ник. «Трубопровод, измеривший скорость света». Smithsonian Magazine, январь 2017 г. https://www.smithsonianmag.com/air-space-magazine/18_fm2017-oo-180961669/ (открывается в новой вкладке).

Фаулер, Майкл. «Скорость света.» Современная физика. Университет Вирджинии. По состоянию на 13 января 2022 г. https://galileo.phys.virginia.edu/classes/252/spedlite. html#Albert%20Abraham%20Michelson (откроется в новой вкладке).

Джованнини, Даниэль, Жакилин Ромеро, Вацлав Поточек, Гергели Ференци, Фиона Спейритс, Стивен М. Барнетт, Даниэле Фаччо и Майлз Дж. Пэджетт. «Пространственно структурированные фотоны, которые движутся в свободном пространстве медленнее скорости света». Science, 20 февраля 2015 г. https://www.science.org/doi/abs/10.1126/science.aaa3035 (открывается в новой вкладке).

Гольдзак, Тамар, Алексей Александрович Майлыбаев и Нимрод Моисеев. «Свет останавливается в исключительных точках». Письма о физическом обзоре 120, вып. 1 (3 января 2018 г.): 013901. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.013901 (открывается в новой вкладке).

Хазен, Роберт. «Что заставляет бриллиант сверкать?» PBS NOVA, 31 января 2000 г. https://www.pbs.org/wgbh/nova/article/diamond-science/ (открывается в новой вкладке).

«Какой длины световой год?» Glenn Learning Technologies Project, 13 мая 2021 г. https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/Numbers/Math/Mathematical_Thinking/how_long_is_a_light_year.htm (открывается в новой вкладке).

Новости Американского физического общества. «Июль 1849 г.: Fizeau Publishes of Speed of Light Experiment», июль 2010 г. http://www.aps.org/publications/apsnews/201007/physicshistory.cfm (открывается в новой вкладке).

Лю, Чиен, Закари Даттон, Сайрус Х. Бехрузи и Лене Вестергаард Хау. «Наблюдение за хранением когерентной оптической информации в атомной среде с использованием остановленных световых импульсов». Природа 409, вып. 6819 (январь 2001 г.): 490–93. https://doi.org/10.1038/35054017 (откроется в новой вкладке).

НИСТ. «Познакомьтесь с константами». 12 октября 2018 г. https://www.nist.gov/si-redefinition/meet-constants (открывается в новой вкладке).

Уэллетт, Дженнифер. «Краткая история скорости света». PBS NOVA, 27 февраля 2015 г. https://www.pbs.org/wgbh/nova/article/brief-history-speed-light/ (откроется в новой вкладке).

Ши, Джеймс Х. «Оле Ро/Мер, скорость света, видимый период Ио, эффект Доплера и динамика Земли и Юпитера». Американский журнал физики 66, вып. 7 (1 июля 1998 г.): 561–69. https://doi.org/10.1119/1.19020 (откроется в новой вкладке).

Сигел, Итан. «Неудачный эксперимент, изменивший мир». Forbes, 21 апреля 2017 г. https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2017/04/21/the-failed-experiment-that-changed-the-world/ (открывается в новой вкладке).

Стерн, Дэвид. «Рёмер и скорость света», 17 октября 2016 г. https://pwg.gsfc.nasa.gov/stargaze/Sun4Adop1.htm (открывается в новой вкладке).

Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: [email protected].

Вики Стейн — научный писатель из Калифорнии. Она имеет степень бакалавра экологии и эволюционной биологии Дартмутского колледжа и диплом о высшем образовании в области научного письма Калифорнийского университета в Санта-Круз (2018 г. ). После этого она работала помощником по новостям в PBS NewsHour, а теперь работает внештатным сотрудником, освещая все, от астероидов до зебр. Следите за ее последними работами (и последними фотографиями голожаберников) в Твиттере.

Как быстро движется свет? | Скорость света

Согласно специальной теории относительности физика Альберта Эйнштейна , на которой основана большая часть современной физики, ничто во Вселенной не может двигаться быстрее света. Теория утверждает, что по мере того, как материя приближается к скорости света, масса материи становится бесконечной. Это означает, что скорость света действует как ограничение скорости на всем вселенная . Скорость света настолько неизменна, что, согласно стандарту Национального института стандартов и технологий США , она используется для определения международных стандартных единиц измерения, таких как метр (и, соответственно, миля, фут и дюйм). С помощью некоторых хитрых уравнений он также помогает определить килограмм и единицу измерения температуры кельвинов .

Родственный: Специальная теория относительности выдерживает испытание высокой энергией

Что такое световой год?

Свет проходит от луны к нашим глазам примерно за 1 секунду, что означает, что луна находится примерно в 1 световой секунде от нас. Солнечному свету требуется около 8 минут, чтобы достичь наших глаз, поэтому 9Солнце 0005 находится примерно в 8 световых минутах от нас. Свету от Альфы Центавра , которая является ближайшей звездной системой к нашей, требуется примерно 4,3 года, чтобы добраться сюда, поэтому Альфа Центавра находится на расстоянии 4,3 световых года.

«Чтобы получить представление о величине светового года, возьмите окружность Земли (24 900 миль), разложите ее по прямой линии, умножьте длину линии на 7,5 (соответствующее расстояние равно одному световому -секунда), затем поместите 31,6 миллиона одинаковых строк встык», — Исследовательский центр Гленна НАСА 9.0005 говорит на своем сайте (открывается в новой вкладке). «В результате расстояние составляет почти 6 триллионов (6 000 000 000 000) миль!»

Этот принцип позволяет астрономам увидеть вселенную такой, какой она была после Большого взрыва , который произошел около 13,8 миллиардов лет назад. Объекты, находящиеся на расстоянии 10 миллиардов световых лет от нас, кажутся астрономам такими, какими они выглядели 10 миллиардов лет назад — относительно скоро после возникновения Вселенной, — а не такими, какими они выглядят сегодня.

Родственный: Почему вселенная — это история

Как мы узнали скорость света?

В 1728 году английский физик Джеймс Брэдли провел новый набор расчетов на основе изменения видимого положения звезд, вызванного движением Земли вокруг Солнца. Он оценил скорость света в 185 000 миль в секунду (301 000 км/с) — с точностью до 1 % от реального значения.0005 Американское физическое общество (открывается в новой вкладке).

«Эксперимент — и вся работа Майкельсона — были настолько революционными, что он стал единственным человеком в истории, получившим Нобелевскую премию за очень точное отсутствие открытия чего бы то ни было», — писал Сигал. «Сам эксперимент, возможно, был полным провалом, но то, что мы из него узнали, было большим благом для человечества и нашего понимания Вселенной, чем любой успех!» 92. Уравнение описывает взаимосвязь между массой и энергией — небольшие количества массы (m) содержат или состоят из огромного количества энергии (E). (Вот что делает ядерные бомбы такими мощными: они преобразуют массу во взрывы энергии. ) Поскольку энергия равна массе, умноженной на квадрат скорости света, скорость света служит коэффициентом преобразования, точно объясняющим, сколько энергии должно быть внутри материи. А поскольку скорость света — это такое огромное число, даже небольшое количество массы должно равняться огромному количеству энергии.

Что движется быстрее скорости света?

Хотя скорость света часто называют пределом скорости Вселенной, на самом деле Вселенная расширяется еще быстрее. Вселенная расширяется со скоростью немногим более 42 миль (68 километров) в секунду на каждый мегапарсек расстояния от наблюдателя, писал астрофизик Пол Саттер в предыдущей статье для журнала 9. 0005 Space.com . (Мегапарсек составляет 3,26 миллиона световых лет — это очень большой путь.)

Свет когда-нибудь замедляется?

Можем ли мы путешествовать быстрее света?

Истории по теме:

Дополнительные ресурсы

Чтобы узнать больше о скорости света, воспользуйтесь этим забавным инструментом из Academo (открывается в новой вкладке), который позволяет визуализировать, с какой скоростью свет может перемещаться из любого места на Земле в любое другое. Если вас больше интересуют другие важные числа, познакомьтесь с универсальными константами, которые определяют стандартные системы измерения по всему миру с помощью 9.0005 Национальный институт стандартов и технологий (открывается в новой вкладке). А если вам интересно узнать больше об истории скорости света, ознакомьтесь с книгой « Lightspeed: The Ghostly Aether and the Race to Measure the Light of Light » (Оксфорд, 2019 г.) автора Джон Ч. Х. Спенс.

Предыдущее исследование для этой статьи предоставлено сотрудником Space.com Нолой Тейлор Редд.

Библиография

Фаулер, Майкл. «Скорость света.» Современная физика. Университет Вирджинии. По состоянию на 13 января 2022 г. https://galileo.phys.virginia.edu/classes/252/spedlite.html#Albert%20Abraham%20Michelson (откроется в новой вкладке).