Что такое скорость света простыми словами: Что такое скорость света, чему она равна и как её измеряют? Фото, видео — БилдоМан

Содержание

Что такое скорость света, чему она равна и как её измеряют? Фото, видео

Автор Анималов В.С. На чтение 8 мин Опубликовано 08.11.2019 Обновлено 02.12.2020

О существовании такого понятия как «скорость света» многие знают еще с раннего детства. Большому количество людей известно, что свет движется очень быстро. Но не все знают подробно о явлении.

Многие обращали внимание на то, что во время грозы существует задержка между вспышкой молнии и звуком грома. Вспышка, как правило, доходит до нас быстрее. Это значит, что она имеет большую быстроту, чем звук. С чем это связано? Что такое скорость света и как её измеряют?

Что такое скорость света?

Это излучение, которое воспринимается человеческим глазом. От условий окружения зависит быстрота, а также другие свойства, например, преломление.

Интересный факт: свету требуется 1,25 секунды, чтобы добраться от Земли до спутника — Луны.

Свет от Луны до Земли

Что такое скорость света своими словами?

Если объяснять простыми словами, скорость света — это временной промежуток, за который световой луч проходит какое-нибудь расстояние. Время принято измерять в секундах. Однако некоторые ученые используют другие единицы измерения. Расстояние тоже измеряется по-разному. В основном — это метр. То есть, эту величину считают в м/с. Физика объясняет это следующим образом: явление, которое движется с определенной скоростью (константой).

Чтобы легче понять, давайте рассмотрим следующий пример. Велосипедист движется с быстротой 20 км/ч. Хочет догнать водителя автомобиля, скорость которого равна 25 км/ч. Если посчитать, то авто едет на 5 км/час быстрее велосипедиста. С лучами света дела обстоят по-другому. Как быстро бы ни двигался первый и второй человек, свет, относительно них, движется с постоянной быстротой.

Чему равна скорость света?

При нахождении не в вакууме, на свет влияют различные условия. Вещество, через которое проходят лучи, в том числе. Если без доступа кислорода количество метров в секунду не меняется, то в среде с доступом воздуха значение изменяется.

Свет проходит медленнее через различные материалы, такие как стекло, вода и воздух. Этому явлению дан показатель преломления, чтобы описать, насколько они замедляют движение света. Стекло имеет показатель преломления 1,5, это означает, что свет проходит через него со скоростью около 200 тысяч километров в секунду. Показатель преломления воды равен 1,3, а показатель преломления воздуха — немного больше 1, это означает, что воздух лишь слегка замедляет свет.

Следовательно, после прохождения через воздух или жидкость, скорость замедляется, становится меньшей, чем в вакууме. Например, в различных водоемах скорость передвижения лучей равна 0.75 от быстроты в космосе. Также при стандартном давлении в 1.01 бар, показатель замедляется на 1.5-2%. То есть при земных условиях скорость света варьируется в зависимости от условий окружающей среды.

Для такого явление придумали специальное понятие — рефракция. То есть преломление света. Это широко используется в различных изобретениях. К примеру, рефрактор — телескоп с оптической системой. Также с помощью этого также создают бинокли и другую технику, суть работы которой заключается в использовании оптики.

Телескоп рефрактор – схема

В общем, меньше всего луч поддается рефракции, проходя через обычный воздух. При прохождении через специально созданное оптическое стекло, скорость равняется примерно 195 тысячам километров в секунду. Это практически на 105 тыс км/сек меньше константы.

Самое точное значение скорости света

Ученые-физики за многие года накопили опыт исследований скорости световых лучей. На текущий момент самое точное значение скорости света — 299 792 километра в секунду. Константу установили в 1933 году. Число актуально до сих пор.

Однако в дальнейшем появились сложности с определением показателя. Это произошло из-за погрешностей в измерении метра. Сейчас само значение метра напрямую зависит от скорости света. Оно равняется расстоянию, которое лучи проходят за определенное количество секунд — 1/скорость света.

Чему равна скорость света в вакууме?

Поскольку в вакууме на свет не влияют различные условия, то его скорость не меняется так, как на Земле. Скорость света в вакууме равна 299 792 километрам в секунду. Такой показатель является предельным. Считается, что ничто в мире не может двигаться быстрее, даже космические тела, которые движутся довольно быстро.

К примеру, истребитель, Боинг Х-43, который превышает скорость звука практически в 10 раз (более 11 тысяч км/ч), летит медленнее, чем луч. Последний движется более, чем на 96 тысяч километров в час быстрее.

Как измеряли скорость света?

Самые первые ученые пытались измерить эту величину. Использовались разные методы. В период античности, люди науки считали, что она бесконечная, поэтому невозможно ее измерить. Это мнение осталось надолго, вплоть до 16-17 века. В те времена появились другие ученые, которые предположили, что луч имеет конец, а скорость можно измерить.

Измерение скорости света

Известный астроном из Дании Олаф Рёмер вывел знания о скорости света на новый уровень. Он заметил, что затмение спутника Юпитера опаздывает. Ранее на это никто не обращал внимание. Следовательно, он решил посчитать скорость.

Он выдвинул приблизительную скорость, которая была равна около 220 тысячам километров в секунду. Позже за исследования взялся ученый из Англии Джеймс Брэдли. Он хоть и не был прав полностью, но слегка приблизился к текущим результатам исследований.

Через некоторое время большинство ученых заинтересовались этой величиной. В исследованиях принимали участие люди науки из разных стран. Однако до 70-х годов 20 века каких либо грандиозных открытий не было. С 1970-х, когда придумали лазеры и мазеры (квантовые генераторы), ученые провели исследования и получили точную скорость. Текущее значение актуально с 1983 года. Исправляли лишь небольшие погрешности.

Опыт Галилея

Ученый из Италии удивил всех исследователей тех годов простотой и гениальностью своего опыта. Ему удалось провести измерение скорости света с помощью обычных инструментов, которые находились у него под рукой.

Он и его помощник взобрались на соседние холмы, предварительно рассчитав расстояние между ними. Они взяли зажженные фонари, оборудовали их заслонками, которые открывают и закрывают огни. Поочередно, открывая и закрывая свет, они пытались рассчитать скорость света. Галилео и помощник заранее знали, с какой задержкой будут открывать и закрывать свет. Когда один открыл, то же делает и другой.

Однако эксперимент был провальным. Чтобы все получилось, ученым пришлось бы стоять на расстоянии в миллионы километров друг от друга.

Как измеряли скорость света?

Опыт Рёмера и Брэдли

Об этом исследовании уже было кратко написано выше. Это один из самых прогрессивных опытов того времени. Рёмер использовал знания в астрономии для измерения скорости передвижения лучей. Происходило это в 76 году 17 века.

Исследователь наблюдал за Ио (спутником Юпитера) через телескоп. Он обнаружил следующую закономерность: чем больше наша планета удаляется от Юпитера, тем большая задержка в затмении Ио. Самая большая задержка составляла 21-22 минуты.

Предположив, что спутник отдаляется на расстояние равное длине диаметра орбиты, ученый разделил расстояние на время. В результате он получил 214 тысячи километров в секунду. Хоть это исследование считается очень примерным, потому что расстояние было примерным, он приблизился к текущему показателю.

В 18-м веке Джеймс Брэдли дополнил исследование. Для этого он использовал аберрацию — изменение положение космического тела из-за движения Земли вокруг солнца. Джеймс измерил угол аберрации, и, зная скорость движения нашей планеты, он получил значение в 301 тысячу километров в секунду.

Опыт Физо

Исследователи и обычные люди отнеслись скептически к опыту Рёмера и Джеймса Брэдли. Несмотря на это, результаты были самыми близкими к истине и актуальными на протяжении более века. В 19 столетии Арман Физо — ученый из столицы Франции, Парижа, внес вклад в измерение этой величины. Он использовал способ вращающегося затвора. Также, как и Галилео Галилей со своим помошником, Физо не наблюдал за небесными телами, а исследовал в лабораторных условиях.

Опыт Физо

Принцип опыта прост. Луч света был направлен на зеркало. Отражаясь от него, свет проходил через зубцы колеса. Затем попадал на еще одну отражающую поверхность, которая была расположена на расстоянии в 8.6 км. Колесо вращали, увеличивая скорость, пока луч не будет видно в следующем зазоре. После подсчетов, ученый получил результат 313 тыс. км/сек.

Позже исследование повторил французский физик и астроном Леон Фуко, получив результат 298 тыс. км/сек. Самый точный результат на то время. Позже измерения проводились при помощи лазеров и мазеров.

Возможна ли сверхсветовая скорость?

Существуют объекты быстрее скорости света. Например, солнечные зайчики, тень, колебания волн. Хотя теоретически они могут развить сверхсветовую скорость, энергия, которую они выделяют не будет совпадать с вектором их движения.

Если световой луч проходит, к примеру, через стекло или воду, то его могут обогнать электроны. Они не ограничены в скорости передвижения. Следовательно, в таких условиях свет не движется быстрее всех.

Этот феномен назван эффектом Вавилова — Черенкова. Чаще всего встречается в глубоких водоемах и реакторах.

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Почему нельзя преодолеть скорость света? (простыми словами) | Where is Pluto

Как вы думаете, если ехать на машине со скоростью света и включить фары, то:⁣
• Фары останутся темными?⁣
• Свет не выйдет за пределы фар?⁣
• Или свет будет двигаться в 2 раза быстрее, как сумма своей скорости и скорости машины?⁣
Вот прямо сейчас остановитесь и мысленно дайте себе ответ на этот вопрос!⁣
⁣
❓❓❓❓❓❓❓❓❓⁣
⁣
Возможно, вы догадались, что на этот вопрос нет ответа. Ни один из вариантов не является верным. ⁣
⁣
Давайте разберемся почему.⁣
⁣
Для того, чтоб все разложить «по полочкам» мы разделим все на короткие и простые пункты. ⁣
⁣
1. Свет — это константа, постоянное число, которое равняется 299 792 458 м/с. Вы можете ехать на машине сколь угодно медленно или быстро, но скорость света от этого не изменится, он будет двигаться впереди с неизменной скоростью. Не больше и не меньше. ⁣
⁣
Да, есть эффект замедления скорости света в воздухе, воде или стекле. Но сами фотоны (частицы света) движутся с той же скоростью, но при этом и проходят больший путь, ударяясь об молекулы и рыская словно в лабиринте. ⁣
Отбросим этот эффект и представим, что вы едете в вакууме.⁣
⁣
2. Не забываем про Время. ⁣
Здесь нам нужно вспомнить, что пространство и время неразрывно связаны, как чаши весов: опускаете одну сторону – поднимается вторая, ну и наоборот. Примем этот клубок времени и пространства за 100%. Теория Относительности гласит, что ⁣чем быстрее вы движетесь в пространстве, тем медленнее во времени. Забирая 99.99% из нашей сотни на движение в пространстве, мы оставляем для времени только 0.01%. Только представьте, при очень-очень близкой к световой скорости, «ваша» секунда для наблюдателя на Земле будет растянута, как резинка, на миллионы лет.
А при достижении скорости света время останавливается, ход времени переходит 100% в движение в пространстве. Словно вы сложили все конфеты в один карман, а другой остался пустым. Вот почему скорость света является постоянным и непреодолимым числом. Нельзя превысить 100%. ⁣
⁣
3. Так что там с фарами?⁣
Раз время останавливается, то на скорости света ничего не увидеть. Будто мир поставили на паузу. В этот момент нет даже самого факта зрения. И нет возможности включить фары машины, так как вы бесконечно долго будете тянуться к кнопке включения.⁣
Не будет времени чтобы задать себе этот вопрос, ведь не будет самого понятия «Время». ⁣
Если вы движетесь со скоростью фотона, то ваш старт, путь и конечная цель одновременны и едины. ⁣
⁣
И вот на этом месте давайте перейдем к основному вопросу: «Почему нельзя достичь и превысить скорость света?»⁣
⁣
4. Самое основное – масса!⁣
Большой Адронный Коллайдер разгоняет протоны (частицы с массой) до скорости 299 792 455 м/с. Это на 3 м/с меньше, чем скорость света. Вы спросите: «Неужели нельзя «что-то там» подкрутить и покрыть эту незначительную скорость?» Увы, нет. ⁣
Согласно все той же Теории Относительности, с увеличением скорости возрастает и масса объекта, а именно протона или вашей машины (график ниже). И лишь фотоны, не имея массы, могут достигать скорости света. Для них просто не существует этой зависимости.

5. Бесконечная энергия⁣
Как видите, кривая графика возрастает не линейно, а весьма интересно: на низких скоростях рост массы не заметен, но при нашем приближении к световой скорости, кривая меняет направление и масса стремится к бесконечности. ⁣
⁣
Не буду усложнять пост сложными формулами и расчетами, но факт остается фактом: при 10% скорости света, масса нашей машины увеличивается всего лишь на 0,5%, в то время как при достижении 90% скорости света, масса машины увеличится втрое. ⁣
Дальше – больше. Все помнят формулу E=mc²? Энергия эквивалентна массе.⁣
При приближении к скорости света масса нашей машины будет возрастать все быстрее и быстрее, все больше энергии потребуется для ее ускорения. За миг до достижения скорости света масса машины станет бесконечной, а для последующего ускорения нужна будет бесконечная энергия (вся, что есть во Вселенной). Ну а для преодоления скорости света, нужна энергия больше бесконечности. ⁣
⁣
6. Не в нашей Вселенной⁣
Из предыдущих пунктов можно извлечь, что есть законы нашего мира, которые нельзя нарушить, как бы нам этого не хотелось и как бы мы не старались. Предел есть. ⁣

Познавайте мир. Это интересно!⁣
⁣
За материал спасибо Стивену Хокингу.

Друзья, поддержите нас – ставьте лайк и подписывайтесь на канал. Заходите в наш Инстаграм. Будем рады вас увидеть!

#скорость света #стивен хокинг #физика #космос #астрономия

почему скорость света такая, какая есть? / Хабр

Вне зависимости от цвета, длины волны или энергии, скорость, с которой свет перемещается в вакууме, остаётся постоянной. Она не зависит от местоположения или направлений в пространстве и времени

Ничто во Вселенной не способно двигаться быстрее света в вакууме. 299 792 458 метров в секунду. Если это массивная частица, она может лишь приблизиться к этой скорости, но не достичь её; если это безмассовая частица, она всегда должна двигаться именно с этой скоростью, если дело происходит в пустом пространстве. Но откуда нам это известно и что тому причиной? На этой неделе наш читатель задаёт нам три связанных со скоростью света вопроса:

Почему скорость света конечна? Почему она именно такая, какая есть? Почему не быстрее и не медленнее?

Вплоть до XIX века у нас даже не было подтверждений этим данным.

Иллюстрация света, проходящего через призму и разделяющегося на чёткие цвета.

Если свет проходит через воду, призму или любую другую среду, он разделяется на разные цвета. Красный цвет преломляется не под тем углом, под которым это делает синий, из-за чего и возникает что-то типа радуги. Это можно наблюдать и вне видимого спектра; инфракрасный и ультрафиолетовый свет ведут себя так же. Это было бы возможно, только если скорость света в среде отличается для света разных длин волн/энергий. Но в вакууме, вне всякой среды, всякий свет перемещается с одной и той же конечной скоростью.

Разделение света на цвета происходит из-за разных скоростей движения света, зависящих от длины волны, через среду

До этого додумались только в середине XIX века, когда физик Джеймс Клерк Максвелл показал, что на самом деле представляет собой свет: электромагнитную волну. Максвелл впервые поставил независимые явления электростатики (статичные заряды), электродинамики (движущиеся заряды и токи), магнитостатики (постоянные магнитные поля) и магнитодинамики (наведённые токи и переменные магнитные поля) на единую, объединённую платформу. Управляющие ею уравнения – уравнения Максвелла – позволяют вычислять ответ на простой вроде бы вопрос: какие типы электрических и магнитных полей могут существовать в пустом пространстве вне электрических или магнитных источников? Без зарядов и без токов можно было бы решить, что никакие – но уравнения Максвелла удивительным образом доказывают обратное.

Табличка с уравнениями Максвелла с обратной стороны его памятника

Ничто – одно из возможных решений; но возможно и другое – колеблющиеся в одной фазе взаимно перпендикулярные электрическое и магнитное поля. У них есть определённые амплитуды. Их энергия определяется частотой колебаний полей. Они передвигаются с определённой скоростью, определяемой двумя константами: ε₀ и µ₀. Эти константы определяют величину электрического и магнитного взаимодействий в нашей Вселенной. Получаемое уравнение описывает волну. И, как у всякой волны, у неё есть скорость, 1/√ε₀ µ₀, которая оказывается равной c, скорости света в вакууме.

Колеблющиеся в одной фазе взаимно перпендикулярные электрическое и магнитное поля, распространяющиеся со скоростью света, определяют электромагнитное излучение

С теоретической точки зрения, свет – безмассовое электромагнитное излучение. По законам электромагнетизма он обязан двигаться со скоростью 1/√ε₀ µ₀, равной c – вне зависимости от остальных его свойств (энергии, импульса, длины волны). ε₀ можно измерить, сделав и измерив конденсатор; µ₀ точно определяется из ампера, единицы электрического тока, что и даёт нам c. Та же фундаментальная константа, впервые выведенная Максвеллом в 1865 году, с тех пор появлялась во многих других местах:

• Это скорость любой безмассовой частицы или волны, включая гравитационные.
• Это фундаментальная константа, соотносящая ваше движение в пространстве с вашим движением во времени в теории относительности.
• И это фундаментальная константа, связывающая энергию с массой покоя, E = mc²

Наблюдения Рёмера снабдили нас первыми измерениями скорости света, полученными при помощи геометрии и измерения времени, необходимого на то, чтобы свет прошёл расстояние, равное диаметру орбиты Земли.

Первые измерения этой величины были сделаны во время астрономических наблюдений. Когда луны Юпитера входят и выходят в положение затмения, они кажутся видимыми или невидимыми с Земли в определённой последовательности, зависящей от скорости света. Это привело к первому количественному измерению с в XVII веке, которое определили в 2,2 × 10⁸ м/с. Отклонение звёздного света – из-за движения звезды и Земли, на которой установлен телескоп – тоже можно оценить численно. В 1729 году этот метод измерения с показал значение, отличающееся от современного всего на 1,4%. К 1970-м с определили равным 299 792 458 м/с с погрешностью всего в 0,0000002%, большая часть которой проистекала из невозможности точного определения метра или секунды. К 1983 году секунду и метр переопределили через с и универсальные свойства излучения атома. Теперь скорость света равна точно 299 792 458 м/с.

Атомный переход с орбитали 6S, δf₁, определяет метр, секунду и скорость света

Так почему же скорость света не больше и не меньше? Объяснение такое же простое, как указанный на рис. Выше атом. Атомные переходы происходят так, как происходят, из-за фундаментальных квантовых свойств строительных блоков природы. Взаимодействия атомного ядра с электрическим и магнитными полями, создаваемыми электронами и другими частями атома приводят к тому, что разные энергетические уровни оказываются чрезвычайно близко друг к другу, но всё же немного отличаются: это называется сверхтонким расщеплением. В частности, частота перехода сверхтонкой структуры цезия-133 испускает свет совершенно определённой частоты. Время, за которое проходит 9 192 631 770 таких циклов, определяет секунду; расстояние, которое свет проходит за это время, равняется 299 792 458 метрам; скорость, с которой распространяется этот свет, определяет с.

Пурпурный фотон переносит в миллион раз больше энергии, чем жёлтый. Космический гамма-телескоп Ферми не показывает никаких задержек какого-либо из фотонов, пришедших к нам от гамма-всплеска, что подтверждает постоянство скорости света для всяких энергий

Чтобы поменять это определение, нужно, чтобы с этим атомным переходом или с идущим от него светом произошло что-то фундаментально отличное от его текущей природы. Этот пример также даёт нам ценный урок: если бы атомная физика и атомные переходы работали бы в прошлом или на дальних расстояниях по-другому, это было бы свидетельством изменения скорости света со временем. Пока что все проводимые нами измерения лишь накладывают дополнительные ограничения на постоянство скорости света, и эти ограничения весьма строги: изменение не превосходит 7% от текущего значения за последние 13,7 млрд лет. Если бы по какой-то из этих метрик скорость света оказалась не постоянной, или же она отличалась бы у разных типов света, это привело бы к крупнейшей научной революции со времён Эйнштейна. Вместо этого все свидетельства говорят в пользу Вселенной, в которой все законы физики всегда, везде, во всех направлениях, во все времена остаются одинаковыми, включая и физику самого света. В каком-то смысле это тоже достаточно революционные сведения.

Итан Сигель – астрофизик, популяризатор науки, автор блога Starts With A Bang! Написал книги «За пределами галактики» [Beyond The Galaxy], и «Трекнология: наука Звёздного пути» [Treknology].

The Noobs` Science: Теория относительности простым языком

Договоримся обозначать теорию относительности ТО, специальную — СТО, общую — ОТО.

Если мы начнём сравнивать теорию относительности с квантовой механикой, то заметим, что создатели квантовой механики — десятки учёных, в то время как единственной центральной фигурой всей теории относительности является Альберт Эйнштейн.

Понимание этой теории поможет в восприятии многих физических явлений. Она способна объяснить, почему траектория света может искривляться, вопреки принципу Ферма о прямолинейном распространении света, или же почему не стоит опасаться чёрных дыр.

В то же время теория относительности учит критическому мышлению. Допустим, если появится новость о создании космического корабля со сверхсветовой скоростью, то распознать в ней фейк не составит труда, ведь никакая скорость не может быть больше скорости света.

В конце концов, теория относительности объяснила множество парадоксальных явлений, которые раньше не подлежали никакому объяснению со стороны учёных.

Любая физика начинается с классической механики, то есть описания макроскопического мира, его объектов и движения этих объектов. Когда объект достигает очень больших скоростей, он перестаёт подчиняться классической механике и начинает подчиняться релятивистской.

Что такое «большие скорости»? Всё сравнивается со скоростью света: если объект движется со скоростью ненамного меньшей скорости света, то он перестаёт подчиняться законам классической механики.

Общая и специальная теория относительности

Существуют общая и специальная теории относительности. Первой появилась специальная — она не учитывает гравитацию, которую, к сожалению, невозможно игнорировать. Общая теория относительности учитывает гравитацию и из неё вытекают интересные следствия, такие как красные гравитационные смещения, гравитационные волны или чёрные дыры.

Есть одна принципиально важная тема для понимания ТО — принцип относительности Галилея:

Физические процессы в инерциальных системах отсчёта (договоримся обозначать их ИСО, системы отсчёта — СО) протекают одинаково, независимо от того, неподвижна ли система или она находится в состоянии равномерного и прямолинейного движения.

Если бросить камень и перо вниз в Алматы и в Чикаго одновременно, из одной и той же высоты, пренебрегая сопротивлением воздуха (провести эксперимент в вакууме), то и перо, и камень приземлятся одновременно, из чего вытекает вывод — все покоящиеся системы отсчёта эквивалентны друг другу.

Следующий мысленный эксперимент — вы находитесь в вагоне поезда, который двигается с постоянной скоростью, вагон звукоизолированный, герметичный, в нем нет окон, поезд не трясётся по рельсам, а внутри нет часов. Вы решили заснуть.

Вопрос: как после пробуждения определить, прибыли ли вы или нет?

Ответ: никак. Вывод — система, двигающаяся с постоянной скоростью, эквивалентна покоящейся системе, и можно спокойно переходить из одной в другую, законы физики при этом не изменятся.

Нет смысла утверждать, покоится ли объект, либо двигается, если не уточнить относительно чего он покоится или двигается. Например, лежа на диване, мы покоимся относительно земли, но двигаемся относительно Солнца, так как сама Земля постоянно вращается вокруг Солнца.

Также стоит отметить, что из одной ИСО можно перейти в другую банальным использованием простейших формул. Например, если человек в поезде, движущимся со скоростью 60 км/ч, перемещается со скоростью 5 км/ч в направлении движения поезда, то относительно неподвижного наблюдателя у вокзала, человек в поезде перемещается со скоростью 65 км/ч. Очень просто.

Однако, существовало одно значительное противоречие — свет. Он не подчиняется этим правилам и в любой ИСО двигается с одинаковой скоростью (примерно 300 000 км/сек). То есть, что для наблюдателя у вокзала, что для пассажира поезда, теперь уже с фонарём в руке, свет бы удалялся с одинаковой скоростью, несмотря на то что может казаться, что относительно неподвижного наблюдателя у вокзала, свет бы удалялся с большей скоростью — не 300 000 км/c, а 300 000 + скорость поезда в секунду.

Эйнштейн решает эту проблему в 1905 году и корректирует классические постулаты Галилея:

Все физические явления — не только механические (только о механических говорилось у Галилея), — протекают одинаково во всех ИСО, то есть добавляются слабое, сильное и электромагнитное взаимодействия.
Существование предельной скорости распространения взаимодействия: любые взаимодействия между телами распространяются в пустоте с универсальной конечной скоростью, не зависящей от движения тел и равной скорости света в вакууме. Иными словами, существует самая большая возможная скорость — скорость света, выше которой не может быть ни одна скорость.

Какие явления описывает специальная теория относительности?

Релятивистский эффект замедления времени

Представьте, две одинаковые ракеты летят с одинаковой скоростью, одна находится над второй. В какой-то момент времени одна ракета посылает световой сигнал второй. Если вы переместитесь во вторую ракету, относительно вас световой сигнал идёт перпендикулярно, однако относительно неподвижного свидетеля, который наблюдает за ситуацией «в целом», свет пройдёт более длинный путь, как бы по диагонали.

Почему длиннее? Вспоминаем геометрию — гипотенуза всегда длиннее катета. Однако, скорость света одинакова в обоих СО, время вроде бы тоже должно быть одинаково, но S2>S1. Противоречие (на рисунке с — скорость света).

Значит, в СО движущейся ракеты время замедлилось, потому что в этой СО свет прошёл меньшее расстояние. И это действительно так. При скоростях, близких к скоростям света, время замедляется.

Релятивистский эффект сокращения длины

Допустим, ракета двигается со скоростью, составляющей 83 процента от скорости света (примерно 243 000 км/сек), тогда относительно неподвижного наблюдателя, её длина уменьшится в два раза в направлении движения.

То есть если её скорость направлена вдоль оси Х, то длина также сократится вдоль оси Х, оставаясь неизменной вдоль осей Y и Z (другими словами, сократится только длина, или ширина, или высота, в зависимости от ориентации ракеты, но не все параметры сразу).

Кстати, время для этой ракеты замедлится в два раза. Если же мы перейдём в СО ракеты, то длина останется прежней, однако все окружающие её объекты сократятся в два раза.

Звучит всё невероятно. Теория подтвердилась экспериментом только в 1952 году. Есть такие частицы — пионы, время жизни которых составляет 2,6 *10−8 сек, и они двигаются со скоростью света. Если посчитать, какое расстояние пройдёт пион за всю жизнь, двигаясь со скоростью света, то получится, что он пройдёт только 7,5 м.

Однако, установка, которая «плевала» этими пионами, и приёмник находились в 100 метрах друг от друга. То есть, пионы бы не долетели до приёмника без законов СТО. Но если мы подключаем ТО, то время жизни частицы становится в 100 раз больше, то есть она способна пролететь не 7,5 м, а 750 м.

Что же происходит в СО частицы? В СО частицы она также пролетает 7,5 м., однако для неё 100 м. между ней и приёмником превращаются в 1м, согласно эффекту сокращения длины.

Когда статья Эйнштейна о специальной ТО была опубликована, особой огласки она не получила. Эйнштейн думал над тем, как включить гравитацию в свою теорию. На тот момент везде царили законы гравитации Ньютона. Благодаря им открыли Нептун.

Дело в том, что при наблюдении за Ураном выяснили, что при всех силах, которые на него действуют, у Урана должна быть совершенно другая скорость движения. Предположили существование ещё одной планеты за Ураном, которая бы объясняла данное значение скорости. В 1846 году появляется новый телескоп, обнаруживают Нептун, подтверждаются законы Ньютона.

Однако по Ньютону, если мы сдвинем Солнце, произойдёт моментальное изменение силы, с которой Солнце притягивается к другим объектам. Скорость изменения силы бесконечно большая, что противоречит СТО (так как существует максимальное значение скорости, равное скорости света, бесконечной скорости никак не может быть).

Эйнштейн заметил ещё одну вещь: если наблюдатель находится вблизи массивного тела, то чем ближе он к этому телу, тем медленнее течёт его время. Например, в любом доме на Земле время на первом этаже течет медленнее, чем на втором. Правда, разница оказывается очень маленькой:

3*10−16 сек = 0.0000000000000003 сек

Однозначно со временем что-то не так. Эйнштейн решил, что в этом ключ ко всей его теории. Однако, он оказался неправ.

Преподаватель Эйнштейна по математике Герман Минковский, обнаружив его работу, выдвинул свою точку зрения: нет смысла отдельно рассматривать пространство и время, физику необходимо рассматривать в четырёхмерном пространстве.

Для нас странно, что длина объекта сокращается при больших скоростях, однако Минковский считал, что нет никакого сокращения длины в четырёхмерном пространстве, и что просто проекция четырехмерного объекта в трёхмерный начинает изменяться. Четвёртой осью в четырёхмерном пространстве считается время.

Чтобы понять, что такое проекция, вспомните свою тень. Ваше тело находится в трехмёрном пространстве, однако ваша тень — на плоскости, то есть в двумерном пространстве. Она и есть проекция вашего трёхмерного тела на двумерную плоскость.

Тень редко передаёт точные пропорции и размеры человека, соответственно, если события, которые происходят в четырёхмерном пространстве, проектировать на наш, трёхмерный, то появляются искажение, допустим, в виде сокращения длины при скоростях, близких к скоростям света.

Мы реально живём в четырёхмерном пространстве?

И да, и нет. Пространство-время искривлено находящимися в нём массой и энергией. Другие же объекты чувствуют искривление пространства-времени и следуют так, как им указывает пространство.

С 1908 по 1914 Эйнштейн предпринял ряд безуспешных попыток построить такую модель гравитации, которая согласовалась бы со СТО. Наконец, в 1915 году он опубликовал ОТО.

Эйнштейн высказал предположение революционного характера: гравитация — это не обычная сила, а следствие того, что пространство-время не является плоским, как считалось раньше; оно искривлено распределёнными в нём массой и энергией. Такие тела, как Земля, вовсе не принуждаются двигаться по искривлённым орбитам гравитационной силой; они движутся по линиям, которые в искривлённом пространстве более всего соответствуют прямым в обычном пространстве и называются геодезическими.

Что такое геодезическая линия?

Геодезическая линия — это линия, соответствующая самому короткому пути между двумя точками. Очевидно, что в идеальном двумерном пространстве это просто прямой отрезок, соединяющий две точки. Однако, что будет, если мы начнём поверхность искривлять, добавляя массу, а вместе с ней и энергию? Прямые будут также прогибаться.

В пределах полученной искривлённой плоскости, искривлённая прямая будет уже называться геодезической, и, тем не менее на искривлённой плоскости она будет продолжать соответствовать самому короткому пути.

Допустим, вы совершаете трип по холмистой местности и хотите пройти как можно более короткий путь. У вас есть макет рельефа этой местности. Очень сложно прочертить самый короткий маршрут в этом случае. Но если «сплюснуть» данный рельеф в идеальную плоскость, предварительно отметив начальную и конечную точку, то можно потом просто соединить эти две точки уже в двумерной плоскости — получится прямая; опять искривить плоскость до «холмистой», и вот, пожалуйста — у вас начертанный самый короткий путь.

Например, поверхность Земли — искривлённое двумерное пространство, так как любую координату можно задать долготой и широтой. Поскольку самый короткий путь между двумя аэропортами — по геодезической, диспетчеры всегда задают пилотам именно такой маршрут.

Согласно ОТО, тела всегда перемещаются по прямым в четырёхмерном пространстве-времени, но мы видим, что в нашем трёхмерном пространстве они движутся по искривлённым траекториям. Понаблюдайте за самолётом над холмистой местностью. Сам он летит по прямой в трёхмерном пространстве, а его тень перемещается по кривой на двумерной поверхности Земли.

Как это может выглядеть?

На гифке мы видим синее полотно, олицетворяющее плоскость пространства-времени. Когда мы добавляем груз, ткань искривляется: чем массивнее груз, тем больше искривляется ткань.

А запущенные шарики двигаются по эллиптическим орбитам до тех пор, пока по спирали не провалятся. Они олицетворяют планеты Солнечной системы, но планеты не проваливаются, потому что в космосе нет трения, на которое тратится кинетическая энергия шариков при соприкосновении с полотном.

Эйнштейн также «схватился» за нерешённую на тот момент задачу — задачу о смещении перигелия Меркурия. Перигелий — ближайшая к Солнцу точка. Солнце находится в одном из фокусов эллиптической орбиты Меркурия.

Эллиптическая орбита Меркурия поворачивается со временем. По предсказаниям законов гравитации Ньютона, смещение Перигелия должно было составлять 1,28 угловой секунды, но по факту оно составляло 1,38 угловой секунды. (1 угловая секунда = 1/3600 от одного градуса).

Можно было бы списать на погрешность измерений, но погрешность составляла только 0,01 угловой секунды — ошибиться на 0,1 угловой секунды было невозможно. В конце концов, после открытия ОТО из уравнений теории вытекало именно такое значение смещения, которое фактически наблюдалось.

Таким образом, теория подтвердилась экспериментально и это был далеко не первый раз. Теория внесла колоссальный вклад в науку того времени, будучи проигнорированной научным сообществом на своём зародыше, она окончательно сместила Ньютоновскую средневековую физику, на которую уповали все учёные.

Подробнее о следствиях ОТО мы расскажем в следующей статье.

Теория относительности простыми словами — Доктор Лом

Но перед тем, как это сделать, рассмотрим несколько простейших задач и методы их решения с точки зрения принципа относительности Галилея (ПОГ) (с точки зрения»здравого смысла») и с точки зрения теорий относительности (ТО).

Задача №1:

Неподвижный источник света (v_и = 0) в один момент времени испускает два параллельных луча в одном направлении. Один — просто луч света (с = 300000 км/с), а второй, еще и наблюдатель из теории относительности (v = c = 300000 км/с).

Вопросы:

1.1. Чему равна скорость луча (рассматривается его начало) относительно наблюдателя (наблюдатель тоже в начале луча)?

1.2. Чему равна скорость наблюдателя относительно источника света?

Ответы ПОГ:

1. 1. Скорость луча (л) относительно (от) наблюдателя (н) равна 0:

v_л-от-н = с — v = 300000 — 300000 = 0 км/с (692.1.1.1)

1.2. Скорость наблюдателя относительно источника света (и) равна 300000 км/с:

v_н-от-и = с — v_и = 300000 — 0 = 300000 км/с (692.1.1.2)

Ответы ТО:

1.1. Скорость луча относительно наблюдателя равна 300 000 км/с, так как с точки зрения теории относительности скорость света есть величина абсолютная и не зависит от скорости наблюдателя по отношению к источнику света (см. 692.1):

v_л-от-н = с — v = 300000 — 300000 = 300000 км/с (692.1.2.1)

1.2. Скорость наблюдателя относительно источника света равна нулю, так как скорость света есть величина абсолютная (см. 692.1):

v_н-от-и = v — v_и = 300000 — 0 = 0 (692.1.2.2)

1. 3. Чтобы устранить эти явные противоречия, ТО вводит предположение, что наблюдатель не может двигаться со скоростью света, т.е. всегда v < c. Для обоснования этого предположения используются формулы Лоренца, полученные в частности после анализа знаменитых опытов Майкельсона. Для устранения остальных противоречий, при v ≠ 0, ТО вводит дополнительные понятия, такие как относительность одновременности, замедление течения времени, эффект изменения длины и т.д.

1.4. Таким образом луч света не может рассматриваться в качестве наблюдателя.

Примечание от ДЛ: на мой взгляд такие трактовки в современных условиях попахивают дискриминацией (и возможно даже сексуальных меньшинств), но продолжим.

Задача №2:

Два наблюдателя А и В наблюдают вспышки света от двух источников P и Q (рисунок 692.1). Наблюдатель А неподвижен относительно источников света, расстояние PA = AQ, наблюдатель В движется прямолинейно с постоянной скоростью. Векторы скоростей показаны на рисунке стрелками.

Рисунок 692.1.

Оба наблюдателя видят вспышки одновременно (рисунок 692.1 б). При этом наблюдатель А делает вывод, что вспышки произошли в один и тот же момент времени (Δt = 0), а наблюдатель В — что сначала произошла вспышка источника Q, а затем вспышка источника Р (Δt > 0).

Вопрос: Кто из наблюдателей прав?

Ответы ПОГ:

2.1. Прав наблюдатель А. Так как РA = AQ, v_лP = v_лQ = c, то:

t₁ = PA/v_лP = PA/c = t₂ = AQ/v_лQ = AQ/c (692.2.1.1)

соответственно:

Δt = t₁ — t₂ = 0 (692.2.1.2)

2.2. Логическая ошибка наблюдателя В в том, что он не учитывает собственную скорость, а так как BQ > PB, то разделив разные расстояния ВQ и BP на одинаковую скорость, он получает разные значения t₁ и t₂. Если бы наблюдатель В учел собственную скорость (например v_B = v_Q/10 = v_P/10 = c/10), то получил бы следующие результаты:

Так как наблюдатель В и лучи света движутся к точке А (одновременно и наблюдателю А) с разными скоростями, при этом скорость наблюдателя В в 10 раз меньше скорости света, то за то время, пока лучи P и Q пройдут путь РА = AQ и будут одновременно увиденными, наблюдатель В пройдет путь в 10 раз меньший, соответственно:

АВ = РА/10 = АQ/10 (692.2.1.3)

соответственно в момент вспышки:

РВ = РА — АВ = РА — РА/10 = 0.9РА = PQ — AB = 0.9AQ (692.2.1.4)

ВQ = AQ + AB = AQ + AQ/10 = 1.1AQ = PA + AB = 1.1PA (692.2.1.5)

тогда:

t₁ = PB/(v_P — v_B) = 0.9PA/(c — c/10) = 0.9PA/0.9c = PA/c = AQ/c (692.2.1.1.2)

t₂ = BQ/(v_Q + v_B) = 1. 1AQ/(c + c/10) = 1.1AQ/1.1c = AQ/c = PA/c = t₁ (692.2.1.1.3)

Соответственно равенство (692.2.1.2) остается в силе при любых соотношениях скоростей.

Ответы ТО:

2.1. Правы оба наблюдателя, особенно наблюдатель В, не учитывающий собственную скорость и делающий свои выводы на основании уравнения (692.1):

t₁ = PB/c = 0.9PA/c = 0.9AQ/c (692.2.2.1)

t₂ = BQ/c = 1.1AQ/c = 1.1PA/c (692.2.2.2)

Δt = t₂ — t₁ = 1.1AQ/c — 0.9AQ/c = 0.2AQ/c = 1.1PA/c — 0.9PA/c = 0.2PA/c (692.2.2.3)

2.2. Чтобы устранить это явное противоречие, ТО вводит понятие относительности одновременности и начинает оперировать «мысленным» т.е. «мгновенным» зрением. Таким образом, не смотря на то, что оба наблюдателя физически видят вспышки одновременно, мысленным зрением они видят вспышки в разные моменты времени.

Примечание от ДЛ: странно, что результаты мысленного наблюдения рассматриваются с таким же вниманием, что и результаты физического наблюдения. Но продолжим.

Задача №3:

Два наблюдателя С и D наблюдают за вспышками света Р и Q (рисунок 692.2).Наблюдатель С неподвижен относительно источников света, расстояние PС = СQ, наблюдатель D движется прямолинейно с постоянной скоростью, перпендикулярно движению световых лучей. Векторы скоростей показаны на рисунке стрелками.

Рисунок 692.2.

Оба наблюдателя видят вспышки в разные моменты времени (на рисунке 622.2.б) отображен не момент физической фиксации лучей, а только направления движения). Наблюдатель D видит вспышки позже, чем наблюдатель С, что зафиксировано хронометрами. При этом наблюдатель D утверждает, что увидел вспышки одновременно с наблюдателем С, а разницу в показаниях хронометров объясняет эффектом замедления времени. Наблюдатель С доверяет показаниям хронометров и утверждает, что они увидели вспышки в разные моменты времени.

Вопрос: кто из наблюдателей прав?

Ответы ПОГ:

3.1. Прав наблюдатель С. Так как в момент физической фиксации вспышек расстояние PD = DQ — это гипотенуза прямоугольного треугольника с катетами PC и CD, то для преодоления пути PD лучу света потребуется больше времени, чем для преодоления пути РС. Например, все все том же соотношении скоростей (v_D = c/10) катет СD = PC/10. Тогда согласно теореме Пифагора:

PD = (PC² + (PC/10)²)^1/2 = 1.00499PC (692.3.1.1)

соответственно

t₁ = PC/c (692.3.1.2)

t₂ = 1.00495PC/c (692.3.1.3)

Δt = t₂ — t₁ = 1.00495PC/c — PC/c = 0.00495PC/c (692.3.1.4)

Ответы ТО:

3.1. Мысленным зрением оба наблюдателя видят вспышки одновременно. А возникшая разница во времени объясняется эффектом замедления течения времени. Таким образом время между двумя событиями (в данном случае между моментом излучения и моментом достижения лучей глаз наблюдателей) зависит от скорости движения наблюдателя по отношению к источникам света.

3.2. Чтобы устранить возникающее противоречие, ТО вводит понятия собственного и несобственного времени. Промежуток времени, измеренный неподвижным по отношению к источникам света наблюдателем С, называется собственным временем (t₁). Промежуток времени, измеренный наблюдателем D, называется несобственным временем (t₂). Так как это разные понятия, то сравнивать значения t₁ и t₂ — некорректно.

3.3. Эффект замедления времени и(или) уменьшения длины подтвержден экспериментально! В частности в результате экспериментов Фриша и Смита, установивших, что период полураспада мюонов, летящих к Земле на скорости, близкой к скорости света, примерно в 10 раз больше периода полураспада мюонов, имеющих скорость v = 0!

Примечания от ДЛ:

1. Вот станно получается. Скорость света, измеряемая в км/с от скорости наблюдателя не зависит, а время между двумя событиями, измеряемое в секундах, зависит.

2. Еще более странно то, что наблюдатель В из задачи №2 при своих расчетах не учитывает эффект замедления течения времени, который, как выяснилось, очень важен. Впрочем, если при рачетах в задаче №2 учитывать эффект замедления времени, то с другой стороны придется учитывать эффект ускорения времени, а чтобы этого не делать, вводится понятие уменьшения длины.

3. По поводу экспериментов Фриша и Смита у меня только один вопрос: как именно был определен период полураспада покоящихся мюонов — элементарных частиц, невидимых человеческим глазом и регистрируемых только в процессе движения?

Мне почему-то кажется, что период полураспада мюонов был определен с помощью ТО. Но самое забавное тут в том, что с точки зрения мюонов — наблюдателей, за 6.4 мс преодолевающих расстояние 1910 м (от горы, где установлен датчик, до уровня моря, где также установлен датчик), соседние мюоны находятся в условно спокойном состоянии (v_м-от-н = 0) и значит при периоде полураспада 1. 5 мс до уровня моря должна долетать примерно 1/(2·2·2·2) = 1/16 = 0.0625 от всех мюонов, зарегистрированных на высоте 1910м. При этом Земные наблюдатели Фриш и Смит зафиксировали, что до уровня моря долетало 412/563 = 0.73 от всех мюонов.

И еще, описания опытов Фреша и Смита (имеющиеся в открытом доступе) различны. Так во множестве описаний речь идет не о периоде полураспада мюонов, а о среднем времени жизни мюонов, составляющем 2.2 мс.

На мой взгляд, среднее время жизни — статистическая величина, не имеющяя никакого отношения к периоду полураспада. Но не будем на этом заострять внимание. Лучше рассмотрим еще одну задачу, которая очень нравится писателям-фантастам.

Задача №4:

Человек-наблюдатель отправляется в космос, где 8 лет летает вокруг Земли с линейной скоростью относительно Земли, близкой к скорости света. Время полета фиксируется бортовым хронометром и подтверждается наблюдениями за Солнцем. В день отлета у наблюдателя рождается сын.

Вопрос: Сколько лет будет сыну к моменту возращения наблюдателя на Землю?

Ответ ПОГ: 8 лет.

Ответ ТО:

4.1. Это зависит от того, насколько скорость наблюдателя была близка к световой и от точки зрения наблюдателя. Например, если его скорость была как у мюонов в опыте Фреша и Смита, то с точки зрения наблюдателя Земля двигалась относительно него с почти световой скоростью и потому на Земле прошло в 10 раз меньше времени (эффект замедления времени) и сыну исполнилось 8/10 = 0.8 лет.

Примечание от ДЛ: А то что сын выглядит на все восемь, так это ничего страшного, главное чтобы ТО не нарушалась. А может это жена соврала и это вовсе не его сын, так как ТО не соответствует, пойди теперь — проверь.

4.2. С точки зрения сына, 8 лет наблюдавшего с Земли за полетом отца со скоростью, близкой к световой, на Земле прошло в 10 раз больше времени и значит отец летал не 8 лет, а 8/10 = 0. 8 лет. А если бы отец летал 8 лет, как он утверждает, то сыну было бы 8·10 = 80 лет.

4.3. Так как в данном случае невозможно определить, какое время считать собственным, а какое — несобственным, то точное решение этой задачи вообще невозможно в рамках существующей ТО. Возможно в будущем ТО введет новые понятия, позволяющие решать подобные задачи более точно.

Вот такие дела…

Все эти парадоксы и несоответствия возникают только из-за того, что в ТО «скорость света есть величина абсолютная и не зависит от скорости наблюдателя v по отношению к источнику света.»

Но на основании чего у Эйнштейна появилась такая странная идея?

Трудно сказать со всей определенностью, но очень похоже, что немалую роль тут сыграл анализ результатов многочисленных опытов Майкельсона, пытавшегося поймать космический эфир, в котором распространяется свет, но так и не поймавшего.

А самое смешное тут то, что Майкельсон ставил свои опыты с источником света, неподвижным относительно наблюдателя. При этом свет вел себя ровно так, как и должен себя вести в системе координат, неподвижной относительно источника света.

И тогда проблемы будут уже не у нас, а у наблюдателя. Потому что он с нашей, земной точки наблюдения, по его теории будет телом, летящим со скоростью с, имеющим бесконечно большую массу, которую физически сдвинуть с места невозможно (а до этого мог быть простой фотон, который по неосторожности отразился от облаков, подумать только!), и при этом за 0 секунд он преодолеет расстояние в триллиарды световых лет и достигнет пределов вселенной.

И все это с постоянной скоростью с = 300000 км/сек. А вот как это все у него одновременно получится, мы с удовольствием и понаблюдаем.

Но сначала пусть наблюдатель ненадолго спустится с недосягаемых высот своего разума, проще говоря, вернется из космоса. И, как самый умный из всех возможных наблюдателей, пусть объяснит нам простым смертным, так не сумевшим постичь тайну ТО ни в школе, ни в университете.

Как так получается, что фотон (а что, великий мыслительный наблюдатель Эйнштейн, фотон тебе — не тело?!), прилетевший от Солнца или другой какой звезды со скоростью света и столкнувшись с непреодолимой преградой — легким облачком, не прошивает старушку Землю насквозь, чтобы продолжить свое движение со световой скоростью (ведь у него масса капец-капец или просто бесконечность, поэтому Земля ему — не преграда), не всасывает Землю в себя (опять же потому что масса у него — бесконечность и тогда фотон при такой скорости — самая настоящая черная дыра), а просто отражается назад в космос, слегка поколебав одну из молекул, с которой он столкнулся. Причем улетает он примерно с такой же скоростью, что в принципе логично. Ну поколебал молекулу или атом и поколебал, делов-то!

Если такое описание теорий относительности кажется вам слишком уж простым, коротким и понятным, то добавлю еще несколько простых слов. Но сразу предупреждаю, несколько — это где-то между парой слов и бесконечностью.

Итак, если бы лет 300 тому назад какой-нибудь «умник» в очереди за славой ляпнул что-нибудь вроде:

Е = mv² (692.1.2),

но не

Е = mv²/2 (692.2)

как вас научил этот пройдоха, этот шарлатан от науки, этот вор и убийца Ньютон (откуда он, кстати, взялся со своей классической механикой, которой даже все планеты и звезды в галактике подчиняются? Все, гад, по полкам разложил! А нам теперь куда?).

Вот смотрите у нас есть два тела одинаковой массы, они движутся навстречу друг другу по одной траектории. В момент столкновения скорость равна нулю, а значит что? А значит Е = mv²!

То даже самая распоследняя и разнесчастная училка по математике (а то и просто по языку и литературе) сказала бы ему:

— Мужчина-а-а!!! Куда вы прете? Вы двойку потеряли, даже две! Ваше место в конце очереди!!! (все-таки она — училка, а не зек какой, поэтому выражается культурно).

А если вы хотели сказать, что это суммарная энергия двух тел, то так и говорите:

Е_сум = m₁v₁²/2 + m₂v₂²/2 = 2mv²/2 = mv² при m₁ = m₂ = m и v₁ = v₂ = v (692.3)

И не надо жульничать!

Кстати, а зачем вам эта суммарная энергия? Ну вот столкнулись два тела равной массы и двигавшиеся до этого с равной скоростью по одной прямой, а после этого через мгновение разлетелись в разные стороны примерно с такой же скоростью, как вон у пацанов, что каменные шарики по земле катают. И что? Зачем вам тут суммарная энергия? Суп варить? Так не сварите, каждый при своих остался. А на тепло, выделившееся в результате упругих деформаций децл потратился.

Не. Ну конечно, если после столкновения оба тела в лепешку, то тепла чуток больше может выделиться. Но вот когда мы даже весной при +5 в снежки играем и снежки, столкнувшись, слипаются, после чего просто падают на землю, я что-то не замечала, чтоб снежки таяли от перегрева. (надо же, реально прокачанная училка попалась! При этом в очереди она — последняя)

Так что стойте там, в конце очереди, молча, и думайте, чего вы тут наплели. А если вдруг поймете, что не факт, то я, так уж и быть, вам свое место уступлю. Все равно тут уже почти весь дефицит расхватали ваши Ньютоны с Коперниками и прочие Галлилеи.

И конфуз был бы исчерпан. Все посмеялись бы и разошлись по своим делам.

И в самом деле, о чем тут говорить, если:

F = ma (692.4) — 2-й закон Ньютона

(когда ускорение а = 0, то рассматриваемое тело находится в состоянии покоя (тело неподвижно или движется с постоянной скоростью, хоть световой))

Или того хуже:

F = — N (692.5) — 3-й закон Ньютона

(Сила действия равна силе противодействия, при этом направлена в противоположную сторону)

Ну а про первый закон Ньютона я даже говорить не хочу, там вообще заворот мозговых кишок:

F = 0 (692. 6)

Ну вот куда это годится? И где тут место для творческого полета ученой мысли? Тут же совершенно не за что зацепиться!

Поэтому и приходилось молча стоять в конце очереди, переваривать, заучивать.

Но годы шли. Через едва заметные трещины в граните науки начали пробиваться первые слабые ростки толерантности. Время простых и понятных законов заканчивалось, приближалась эпоха припудренных теорий.

И вот около 120 лет назад у Планка упала планка. Если я правильно понимаю, он занимался тем, что пытался определить некую постоянную величину (которую впоследствии назвали его именем. А чё?! Пацан к успеху шел и заслуживает места в истории). И там у Планка чё-то децл не сошлось по арифметике. Не, ну с количеством нолей после запятой он не ошибся.

Там то ли 10 то ли 20 нолей после запятой (сейчас уже не помню). В общем, такая важная в нашей жизни величина, что я, не зная ее точного значения, кушать не могу, так переживаю. А в последней цифре, которую уж и не разглядишь из-за незначительности — ошибочка. Там то ли 1, то ли 2 то ли 3 — непонятно.

Что в подобных случаях делает главбух (ну вот в 10000000-м бюджете сумма не сошлась на 1 копейку)? Правильно! Бухгалтерия — наука точная, да и вообще не наука, а так: сложить-вычесть, умножить-разделить согласно действующих подзаконных актов и нормативных документов с учетом ежедневно увеличивающегося количества поправок к этим самым документам. Но если что не так, то при проверке спросят по всей строгости.

Но ученый — это тебе не главбух дешевый! Ищи дурака за одну копейку! Он тебе десяток самых невероятных теорий наворотит с множеством интегралов, дифференциалов и прочих синусов-косинусов. А чтоб сомнений не возникало, добавит дополнительное условие — дело происходит в абсолютном вакууме, т.е. в космосе, при скоростях, близких к скорости света.

А если что не так, то, валяй-проверяй, начальник! И если до космоса сейчас добраться более-менее можно, то все равно скорости при этом смешные, ну что такое 10-20 км/сек по сравнению с 300000 км/сек, так — 0. 003-0.006 процента.

Возможно, Планк тут и не причем. А все это замутил Альбертушка, когда, чтобы пресечь возможные вопросы, придумал более крутую формулу полной энергии тела:

E = m₀c² + m₀v²/2 (692.7)

И тут уже не только училка зависнет, но и все научное сообщество. Ведь это что получается? Вот есть у нас фотон, имеющий какую-то там массу покоя m₀ и световую скорость. А значит такой фотон имеет энергию:

Е = m₀c² + m₀c²/2 = 3m₀c²/2 (692.8)

А значит энергия фотона благодаря великой формуле Эйнштейна увеличивается в 3 раза, даже не в два! И плевать мы хотели на закон сохранения энергии!

А нет, все четко! Ведь m₀ — это у нас что?! Масса тела в состоянии покоя, ну а если в процессе движения эта масса уменьшится в 3 раза, то и закон сохранения энергии нарушен не будет и тем, что при световой скорости масса тела будет равна бесконечности, можно пренебречь. Действительно, какая разница — на сколько умножать бесконечность, стремящуюся к нолю?!

P.S. Искал в инете вывод главной формулы ТО: Е = mc², но так и не нашел. Удивился. Даже у священников, предлагающих царствие небесное обычному смертному, логики в рассуждениях безмерно больше. Там при желании и уравнения можно выделить и порешать. Возможно, плохо искал, но в процессе поиска наткнулся на рисунок, отображающий мысленный эксперимент Эйнштейна в 1905 году.

Долго смотрел я на этот рисунок, ну, наверное, минут 15, а то и все 20. При этом большую часть времени думал… А вот о чем я думал, будет рассказано во второй части эйнштейновского балета. Тем не менее, признаю, Эйнштейн — гений.

P.P.S. Гневные комментарии в поддержку единственной, неповторимой и истинно верной теории относительности Альбертушки нашего, Эйнштейна, с удовольствием принимаются при наличии нормальной аргументации. Желательно от профессоров и академиков, но и от школьников тоже сойдет. Хотя… кому оно надо? Да и ресурс мой мало кто посещает.

Скорость распространения света в вакууме изменяется. Что такое скорость света, чему она равна и как её измеряют? Фото, видео. Уравнения Джеймса Максвелла – электромагнитная природа света

Чтобы определить скорость (пройденное расстояние / затраченное время) мы должны выбрать стандарты расстояния и времени. Разные стандарты могут дать разные результаты измерения скорости.

Постоянна ли скорость света?

[На самом деле постоянная тонкой структуры зависит от масштаба энергии, но здесь мы имеем в виду её низкоэнергетический предел.]

Специальная теория относительности

Определение метра в системе СИ также основано на допущении о корректности теории относительности. Скорость света константа в соответствии с основным постулатом теории относительности. Это постулат содержит две идеи:

Скорость света не зависит от движения наблюдателя.
Скорость света не зависит от координат во времени и пространстве.

Идея о независимости скорости света от скорости наблюдателя противоречит интуиции. Некоторые люди даже не могут согласиться, что эта идея логична. В 1905 году Эйнштейн показал, что эта идея логически корректна, если отказаться от предположения об абсолютной природе пространства и времени.

В 1879 году считалось, что свет должен распространяться по некоторой среде в пространстве, как звук распространяется по воздуху и другим веществам. Майкельсон и Морли поставили эксперимент по обнаружению эфира путём наблюдения изменения скорости света при изменении направления движения Земли относительно Солнца в течение года. К их удивлению изменение скорости света не было обнаружено.

Сны Как присниться другому человеку Сон как построение чертога памяти Сны во время беременности Этот человек снится многим людям Снять сон на видео Кто транслирует сновидения? Сон 20 часов Сонник: незнакомые люди Качество сна Депривация сна — борьба с депрессией Зачем нам снятся сны Сонник, приснился бывший парень Ужасы ошибок определения реальности Если Вам приснился странный сон Как запомнить сон Толкование снов — тест Роршаха Сонный паралич Сбудется ли сон Почему сны сбываются Сбудется ли сон Как сделать чтобы приснился любимый Сон про зомби Суть снов К чему снятся волосы К чему снится умершая бабушка Сон черепаха Осознанный сон Карлос Кастанеда аудиокнига Электрическая стимуляция осознанных сновидений Видеть во сне сон Осознанные сновидения для борьбы с беспокойством Как попасть в сон другого человека Совместные осознанные сновидения Выход в астрал Тотем сна.

Фильм Начало Проверка техник продления осознанного сновидения Увеличение продолжительности осознанных сновидений Первое осознанное сновидение Соединение снов в единое пространство Метод спонтанного осознания во время сна Техники вхождения в осознанное сновидение Практику ОС можно разделить на несколько моментов Выделим практическую часть из описания опыта Память, воображение, сны Картографирование сновидений. Чертоги памяти Шаманизм Не включается свет во сне Познание неизвестного Карлос Кастанеда аудиокнига Познание неизвестного Сериал Охотники за сновидениями Управление сном Ночной дозор Хакеров сновидений Газета Оракул про Хакеров сновидений Реальность Как управлять реальностью Другие формы жизни: камни трованты Аномальная зона Прейзера (США) Каньон реки Бешенка Способности Открытие третьего глаза, дальновидение Телепатия — передача мыслей Комитет по защите людей с аномальными способностями Экстрасенсорное восприятие Какой командой подключается телепатия? Развитие дара ясновидения Дар ясновидения Предвидение будущего интуиция Предвидение будущего Паранормальное Полтергейст в доме Как избавится от призрака Продам душу Суккубы и инкубы Мафлок.

Кто такие мафлоки Душит домовой Душа после смерти Душа управляет роботом История от Колобмо «Сатана или гипноз» Мышление Методы запоминания Свойства памяти человека Развитие памяти школьников Программирование человека Сила воображения Визуальное мышление Слои личности Я Притча о двух компьютерах Притча о двух компьютерах. Встреча 2 Разница между не-думанием и думанием без слов Сон как построение чертога памяти Развитие памяти у школьников Методы запоминания Программирование человека Свойства памяти человека Сила воображения Визуальное мышление Слои личности Не-думание и думание без слов Разное Приметы и суеверия, кто показывает нам знаки Шаманская болезнь Электроэнцефалография головного мозга (ЭЭГ) Энтеогены. Кактус Пейот Истинный основатель Буддизма Трансгрессия и трансгрессор Трансгрессия и дежавю Магический посох (жезл) Гадание на картах Таро Значение слова Трансцендентность Вымышленная искусственная реальность Один из Асгарда и Ева Технология спаивания русского народа Денежная удавка.

Рублики и Бобрики Бесконечная лестница Удивительный Криштиан и его шары Практика сны Практика Я вчера умер Поговорить с умершим Сон про крылья Инопланетяне и захват мира Во сне мне сообщили адрес сайта Слишком реальный сон Знакомство с Коломбо Сон: Реальность какая-то размытая Сон: двое людей и удар в челюсть Рассказ о выходе из тела Практика депривации сна Зачем нужен сон Время Что такое дежавю? Случай дежавю предсказание будущего Почему скорость света постоянна? Скорость света и парадоксы Можно ли обойти скорость света? Пространственно-временная пузырчатость реальности Эзотеричка Завтра наступит вчера Часть 1. Госучреждение Часть 2. Человек со стертой памятью Часть 3. Невада 1964 Часть 4. Ящик Пандоры Часть 5. Остров Зеленый Часть 6. Сновидения Часть 7. Вспомни будущее

Весной прошлого года научные и научно-популярные журналы мира сообщили сенсационную новость. Американские физики провели уникальный эксперимент: они сумели понизить скорость света до 17 метров в секунду.

Все знают, что свет распространяется с огромной скоростью — почти 300 тысяч километров в секунду. Точное значение ее величины в вакууме = 299792458 м/с — фундаментальная физическая константа. Согласно теории относительности, это максимально возможная скорость передачи сигнала.

В любой прозрачной среде свет распространяется медленнее. Его скорость v зависит от показателя преломления среды n: v = с/n . Показатель преломления воздуха — 1,0003, воды — 1,33, различных сортов стекла — от 1,5 до 1,8. Одно из самых больших значений показателя преломления имеет алмаз — 2,42. Таким образом, скорость света в обычных веществах уменьшится не более чем в 2,5 раза.

В начале 1999 года группа физиков из Роуландовского института научных исследований при Гарвардском университете (штат Массачусетс, США) и из Стэнфордского университета (штат Калифорния) исследовала макроскопический квантовый эффект — так называемую самоиндуцированную прозрачность, пропуская лазерные импульсы через непрозрачную в обычных условиях среду. Этой средой были атомы натрия, находящиеся в особом состоянии, называемом бозе-эйнштейновским конденсатом. При облучении лазерным импульсом он приобретает оптические свойства, которые уменьшают групповую скорость импульса в 20 миллионов раз по сравнению со скоростью в вакууме. Экспериментаторам удалось довести скорость света до 17 м/с!

Прежде чем описывать сущность этого уникального эксперимента, напомним смысл некоторых физических понятий.

Групповая скорость. При распространении света в среде различают две скорости — фазовую и групповую. Фазовая скорость vф характеризует перемещение фазы идеальной монохроматической волны — бесконечной синусоиды строго одной частоты и определяет направление распространения света. Фазовой скорости в среде соответствует фазовый показатель преломления — тот самый, значения которого измеряются для различных веществ. Фазовый показатель преломления, а следовательно, и фазовая скорость зависят от длины волны. Эта зависимость называется дисперсией; она приводит, в частности, к разложению белого света, проходящего через призму, в спектр.

Но реальная световая волна состоит из набора волн различных частот, группирующихся в некотором спектральном интервале. Такой набор называют группой волн, волновым пакетом или световым импульсом. Эти волны распространяются в среде с различными фазовыми скоростями из-за дисперсии. При этом импульс растягивается, а его форма меняется. Поэтому для описания движения импульса, группы волн как целого, вводят понятие групповой скорости. Оно имеет смысл только в случае узкого спектра и в среде со слабой дисперсией, когда различие фазовых скоростей отдельных составляющих невелико. Для лучшего уяснения ситуации можно привести наглядную аналогию.

Представим себе, что на линии старта выстроились семь спортсменов, одетых в разноцветные майки по цветам спектра: красную, оранжевую, желтую и т. д. По сигналу стартового пистолета они одновременно начинают бег, но «красный» спортсмен бежит быстрее, чем «оранжевый», «оранжевый» — быстрее, чем «желтый», и т. д., так что они растягиваются в цепочку, длина которой непрерывно увеличивается. А теперь представим, что мы смотрим на них сверху с такой высоты, что отдельных бегунов не различаем, а видим просто пестрое пятно. Можно ли говорить о скорости движения этого пятна как целого? Можно, но только в том случае, если оно не очень расплывается, когда разница в скоростях разноцветных бегунов невелика. В противном случае пятно может растянуться на всю длину трассы, и вопрос о его скорости потеряет смысл. Это соответствует сильной дисперсии — большому разбросу скоростей. Если бегунов одеть в майки почти одного цвета, различающиеся лишь оттенками (скажем, от темно-красного до светло-красного), это станет соответствовать случаю узкого спектра. Тогда и скорости бегунов будут различаться ненамного, группа при движении останется достаточно компактной и может быть охарактеризована вполне определенной величиной скорости, которая и называется групповой.

Статистика Бозе-Эйнштейна. Это один из видов так называемой квантовой статистики — теории, описывающей состояние систем, содержащих очень большое число частиц, подчиняющихся законам квантовой механики.

Все частицы — как заключенные в атоме, так и свободные — делятся на два класса. Для одного из них справедлив принцип запрета Паули, в соответствии с которым на каждом энергетическом уровне не может находиться более одной частицы. Частицы этого класса называются фермионами (это электроны, протоны и нейтроны; в этот же класс входят частицы, состоящие из нечетного числа фермионов), а закон их распределения называется статистикой Ферми-Дирака. Частицы другого класса называются бозонами и не подчиняются принципу Паули: на одном энергетическом уровне может скапливаться неограниченное число бозонов. В этом случае говорят о статистике Бозе-Эйнштейна. К бозонам относятся фотоны, некоторые короткоживущие элементарные частицы (например, пи-мезоны), а также атомы, состоящие из четного числа фермионов. При очень низких температурах бозоны собираются на самом низком — основном — энергетическом уровне; тогда говорят, что происходит бозе-эйнштейновская конденсация. Атомы конденсата теряют свои индивидуальные свойства, и несколько миллионов их начинают вести себя как одно целое, их волновые функции сливаются, а поведение описывается одним уравнением. Это дает возможность говорить, что атомы конденсата стали когерентными, подобно фотонам в лазерном излучении. Исследователи из американского Национального института стандартов и технологий использовали это свойство конденсата Бозе-Эйнштейна для создания «атомного лазера» (см. «Наука и жизнь» № 10, 1997 г.).

Самоиндуцированная прозрачность. Это один из эффектов нелинейной оптики — оптики мощных световых полей. Он заключается в том, что очень короткий и мощный световой импульс проходит без ослабления через среду, которая поглощает непрерывное излучение или длинные импульсы: непрозрачная среда становится для него прозрачной. Самоиндуцированая прозрачность наблюдается в разреженных газах при длительности импульса порядка 10-7 — 10-8 с и в конденсированных средах — менее 10-11 c. При этом возникает запаздывание импульса — его групповая скорость сильно уменьшается. Впервые этот эффект был продемонстрирован Мак-Коллом и Ханом в 1967 году на рубине при температуре 4 К. В 1970 году в парах рубидия были получены задержки, соответствующие скоростям импульса, на три порядка (в 1000 раз) меньшим скорости света в вакууме.

Обратимся теперь к уникальному эксперименту 1999 года. Его осуществили Лен Вестергард Хэу, Захари Даттон, Сайрус Берузи (Роуландовский институт) и Стив Харрис (Стэнфордский университет). Они охладили плотное, удерживаемое магнитным полем облако атомов натрия до перехода их в основное состояние — на уровень с наименьшей энергией. При этом выделяли только те атомы, у которых магнитный дипольный момент был направлен противоположно направлению магнитного поля. Затем исследователи охладили облако до температуры менее 435 нК (нанокельвинов, т.е. 0,000000435 К, почти до абсолютного нуля).

После этого конденсат осветили «связующим пучком» линейно поляризованного лазерного света с частотой, соответствующей энергии его слабого возбуждения. Атомы перешли на более высокий энергетический уровень и перестали поглощать свет. В результате конденсат стал прозрачным для идущего следом лазерного излучения. И вот здесь появились очень странные и необычные эффекты. Измерения показали, что при определенных условиях импульс, проходящий через бозе-эйнштейновский конденсат, испытывает задержку, соответствующую замедлению света более чем на семь порядков — в 20 миллионов раз. Скорость светового импульса замедлилась до 17 м/с, а его длина уменьшилась в несколько раз — до 43 микрометров.

Исследователи считают, что, избежав лазерного нагрева конденсата, им удастся еще сильнее замедлить свет — возможно, до скорости нескольких сантиметров в секунду.

Система с такими необычными характеристиками позволит исследовать квантово-оптические свойства вещества, а также создавать различные устройства для квантовых компьютеров будущего, скажем, однофотонные переключатели.

Что такое скорость света?

Давайте для начала разберемся, что такое скорость света. По-научному, это такая величина, которая показывает, насколько быстро перемещаются лучи в вакууме или в воздухе. Также нужно знать, что такое свет. Это излучение, которое воспринимается человеческим глазом. От условий окружения зависит быстрота, а также другие свойства, например, преломление.

Интересный факт : свету требуется 1,25 секунды, чтобы добраться от Земли до спутника — Луны.

Что такое скорость света своими словами?

Материалы по теме:

Эратосфен и окружность Земли

Чему равна скорость света?

Материалы по теме:

С какой скоростью движется Земля вокруг своей оси и Солнца?

Телескоп рефрактор – схема

Самое точное значение скорости света

Ученые-физики за многие года накопили опыт исследований скорости световых лучей. На текущий момент самое точное значение скорости света — 299 792 километра в секунду . Константу установили в 1933 году. Число актуально до сих пор.

Материалы по теме:

Как изучают Солнце?

Чему равна скорость света в вакууме?

Поскольку в вакууме на свет не влияют различные условия, то его скорость не меняется так, как на Земле. Скорость света в вакууме равна 299 792 километрам в секунду . Такой показатель является предельным. Считается, что ничто в мире не может двигаться быстрее, даже космические тела, которые движутся довольно быстро.

К примеру, истребитель, Боинг Х-43, который превышает скорость звука практически в 10 раз (более 11 тысяч км/ч), летит медленнее, чем луч. Последний движется более, чем в 96 тысяч километров в час быстрее.

Как измеряли скорость света?

Доктор технических наук А. ГОЛУБЕВ

Понятие скорости распространения волны оказывается простым только в отсутствии дисперсии.

Лин Вестергард Хэу возле установки, на которой был проведен уникальный эксперимент.

Прежде чем описывать сущность этого уникального эксперимента, напомним смысл некоторых физических понятий.

Групповая скорость. При распространении света в среде различают две скорости — фазовую и групповую. Фазовая скорость v ф характеризует перемещение фазы идеальной монохроматической волны — бесконечной синусоиды строго одной частоты и определяет направление распространения света. Фазовой скорости в среде соответствует фазовый показатель преломления — тот самый, значения которого измеряются для различных веществ. Фазовый показатель преломления, а следовательно, и фазовая скорость зависят от длины волны. Эта зависимость называется дисперсией; она приводит, в частности, к разложению белого света, проходящего через призму, в спектр.

Статистика Бозе-Эйнштейна. Это один из видов так называемой квантовой статистики — теории, описывающей состояние систем, содержащих очень большое число частиц, подчиняющихся законам квантовой механики.

Самоиндуцированная прозрачность. Это один из эффектов нелинейной оптики — оптики мощных световых полей. Он заключается в том, что очень короткий и мощный световой импульс проходит без ослабления через среду, которая поглощает непрерывное излучение или длинные импульсы: непрозрачная среда становится для него прозрачной. Самоиндуцированая прозрачность наблюдается в разреженных газах при длительности импульса порядка 10 -7 — 10 -8 с и в конденсированных средах — менее 10 -11 c. При этом возникает запаздывание импульса — его групповая скорость сильно уменьшается. Впервые этот эффект был продемонстрирован Мак-Коллом и Ханом в 1967 году на рубине при температуре 4 К. В 1970 году в парах рубидия были получены задержки, соответствующие скоростям импульса, на три порядка (в 1000 раз) меньшим скорости света в вакууме.

Найдем ли мы способ общаться в дальнем космосе?

Питер Рэй Эллисон
BBC Future

6 апреля 2015

Автор фото, Thinkstock

Если мы намерены исследовать отдаленные уголки космоса, то поиск возможностей оставаться на связи с Землей станет для нас насущной задачей. Существует ли способ сделать так, чтобы наши слова преодолевали пространство со скоростью, превышающей скорость света? Корреспондент BBC Future провел свое расследование, и вот его выводы.

Свет перемещается так быстро, что может пересечь Атлантику и покрыть расстояние от Лондона до Нью-Йорка более 50 раз за одну секунду. Зная это, вы можете задаться вопросом, почему никто не проявил интереса к изобретению способа коммуникации, который бы позволил передавать данные быстрее скорости света. На самом деле такой интерес существует.

Расстояния в дальнем космосе настолько огромны, что даже сообщениям, передающимся со скоростью света, там требуется значительное время, чтобы долететь до адресата. Плохая новость заключаются в том, что передавать сообщения быстрее, не нарушая установленных законов физики, невозможно. Однако есть и хорошая новость: предлагаются такие способы обойти это препятствие, которые сулят поражающие воображение перспективы, позволяющие осуществлять сверхсветовую коммуникацию.

До настоящего времени человечество не сталкивалось с необходимостью заниматься развитием «сверхсветовой» коммуникации для поддержания возможности общения. Самым дальним путешествием для человека стал полет на Луну, т.е. на расстояние примерно в 384 000 километров. Свет преодолевает этот путь за 1,3 секунды. Это сравнимо с задержкой, которую вы могли ощутить во время звонка в противоположную часть земного шара. Этого достаточно для возникновения неловких пауз в разговоре, что, однако, не содержит в себе ничего особо раздражающего.

Гнет расстояния

Если мы задумаем предпринять более далекое путешествие, например, на Марс, то тогда у нас уже начнутся проблемы. Марс, в среднем, находится на отдалении в 225 миллионов километров от Земли. Свет преодолевает это расстояние за 12,5 минуты. По этой причине разговор с человеком, находящимся на Марсе, будет крайне затрудненным. И с увеличением расстояния проблема будет только усугубляться. Космический корабль Voyager уже находится за пределами нашей Солнечной системы, на расстоянии 19,5 млрд километров от Земли. Несмотря на огромную дистанцию, мы все еще можем получать от него сообщения, однако на их доставку требуется 18 часов.

Для того чтобы осуществлять связь с ближайшей к нашей Солнечной системе звездной системой Альфа Центавра, находящейся на расстоянии 40 триллионов километров, на доставку одного сообщения потребуется четыре года.

В соответствии со специальной теорией относительности (СТО) Эйнштейна, существующий порядок вещей останется неизменным. Ничто не может двигаться со сверхсветовой скоростью, как было доказано Эйнштейном, поскольку скорость света является фундаментальной физической константой. Она составляет в вакууме с = 299 792 458 м/с.

Автор фото, Thinkstock

Подпись к фото,

Радиоволны слишком медленные для нормального общения в космосе

Если будут открыты какие-то способы преодолеть этот предел, «это нарушит законы теории информации и потребует переосмысления фундаментальных законов физики», утверждает Лес Дойч из Лаборатории реактивного движения в Калифорнийском технологическом институте. Дойч в течение десяти лет занимался созданием систем телекоммуникации в глубоком космосе для американского космического агентства NASA.

Сегодня для обычного общения в космосе используются радиоволны, которые передаются со скоростью света сквозь вакуум безвоздушного пространства. Сейчас уже внедряются технологии оптической (лазерной) коммуникации, однако они все еще находятся на стадии разработки.

Искривление кротовых нор

Возможно, нам так и не удастся увеличить скорость передачи данных; однако мы можем увеличить объем информации, передаваемой за секунду. «Одно из направлений нашей работы заключается в достижении максимальной несущей частоты передачи информации с 8 до 30 гигагерц», — говорит Дойч. Чем выше частота сигнала, тем больше пропускная способность и тем более значительный объем информации вы можете передать каждую секунду. Использование технологии сжатия данных и исправления ошибок позволяет нам и далее увеличивать объем передаваемой информации и массив данных, передаваемых в секунду.

Быть может, в будущем мы сможем найти способы увеличить скорость передачи информации. «Теория относительности допускает существование так называемых «кротовых нор». Их можно представить себе, как искривление в пространстве, благодаря чему расстояние между точками сокращается»,- говорит Дойч. Один из простых способов представить себе «кротовую нору», она же «червоточина» или «туннель между двумя плоскостями пространства, заключается в том, чтобы нарисовать на листке бумаги две точки. Вы можете прочертить между ними прямую линию, и она будет кратчайшим расстоянием между этими точками на листе бумаги. Однако если бумагу сложить так, чтобы эти две точки оказались рядом друг с другом, то можно будет одной булавкой проткнуть обе точки. «Кротовые норы» в космосе редко будут располагаться подобным образом, но, тем не менее, с их помощью можно будет увеличить скорость передачи информации. Но и такой способ коммуникации все равно не будет моментальным.

Автор фото, Thinkstock

Подпись к фото,

Использовать «кротовую нору» заманчиво, только вот реально ли это?

Сейчас рассматриваются и другие варианты сверхсветовой связи. Один из них включает в себя так называемую квантовую запутанность – странное качество, благодаря которому две частицы могут обмениваться содержимым вне зависимости от того, на каком расстоянии друг от друга они находятся.

«В условиях квантовой запутанности, когда вы имеете две запутанные частицы, отделенные друг от друга, если вы меняет состояние одной из них, то вы меняете и состояние другой», — говорит Эд Троллоп, инженер по операциям с космическими кораблями компании Telespazio VEGA Deutschland. – И очень соблазнительно сделать вывод, что, используя запутанные частицы, мы сможем осуществлять мгновенную коммуникацию».

Квантовая путаница и тахионы

Однако все не так просто. Если у вас есть пара запутанных частиц, одна которых находится на космическом корабле, бороздящем пространство в дальних уголках Вселенной, а другая на Земле, то действительно изменения частицы на космическом корабле вызовет изменения в частице на Земле. Но, как объясняет Троллоп, человек, отслеживающий состояние частицы на Земле, не сможет истолковать произошедшие с ней перемены, не получив поясняющего сообщения с космического корабля, а подобные сообщения нельзя доставить быстрее, чем со скоростью света. Иными словами, квантовая запутанность далека от того, чтобы обеспечить возможность осуществления сверхсветовой коммуникации.

Существуют также гипотетические частицы, столь любимые авторами и героями телесериала «Стар Трек», он же «Звездный путь», известные как тахионы или сверхсветовые частицы. Теория относительности не отрицает их существования, и если так, то они всегда будут передвигаться со скоростью, превышающей скорость света. Впрочем, они тоже не способны обеспечить средства для сверхсветовой коммуникации.

«Они могут передвигаться быстрее, чем со скоростью света, но сверхсветовые частицы, предположительно, не взаимодействуют», — объясняет Троллоп. Это отсутствие взаимодействия означает, что сверхсветовые частицы нельзя использовать для связи, поскольку мы полагаем, что создать или обнаружить их невозможно.

Автор фото, Getty

Подпись к фото,

Опровергнуть Альберта Эйнштейна не удается — сверхсветовая связь пока не возможна

Если бы сверхсветовая коммуникация была возможна, это оказало бы мощное воздействие на развитие космических экспедиций. «В ходе работ по проекту «Розетта» (миссия Европейского космического агентства, во время которой в прошлом году была осуществлена посадка зонда «Филы» на комету Чурюмова — Герасименко) у нас было 30-40 минут светового времени. Следовательно, это действительно оказывает влияние на то, как происходит планирование и проведение миссии, — говорит Троллоп. — Если у вас есть спутник на орбите Земли, вы можете общаться с ним в режиме реального времени. Если же ваше общение со спутником происходит с 30-минутной задержкой, это означает, что вы сейчас узнаете о проблеме, которая произошла 30 минут назад. К тому моменту, как вы отправите ответное сообщение, пройдет уже [как минимум] полчаса после происшествия, и только через час вы получите обратно сообщение о результатах».

При всех многообещающих посулах, связанных с гипотезой об их существовании, сверхсветовые частицы-тахионы и квантовая запутанность не являются каким-то надежно реализуемым средством сверхсветовой коммуникации. «Кротовые норы», если они на самом деле существуют и если через них можно посылать сигналы, способны как минимум создать впечатление связи со скоростью, превышающей скорость света. Однако на данный момент сверхсветовая коммуникация находится за пределами возможного с точки зрения науки.

0 ‘, особенно в вакуумной среде, хотя символ’ c ‘может использоваться для обозначения этого в любой среде. По определению, это ровно 299 792 458 метров в секунду (983 571 056 футов в секунду). ^[1] ^[2] ^[3] Фотон (частица света) движется с этой скоростью в вакууме.

Согласно специальной теории относительности, c — это максимальная скорость, с которой может перемещаться вся энергия, материя и физическая информация во Вселенной. Это скорость всех безмассовых частиц, таких как фотоны, и связанных полей, включая электромагнитное излучение, такое как свет, в вакууме.

Согласно современной теории, это скорость гравитации (то есть гравитационных волн). Такие частицы и волны перемещаются в c независимо от движения источника или инерциальной системы отсчета наблюдателя. В теории относительности c связывает пространство и время и появляется в знаменитом уравнении эквивалентности массы и энергии E = mc ². ^[4]

Специальная теория относительности основана на предсказании, до сих пор подтвержденном наблюдениями, что измеренная скорость света в вакууме одинакова независимо от того, является ли источник света и человек, выполняющий измерения. движутся относительно друг друга.Иногда это выражается как «скорость света не зависит от системы отсчета».

Пример, объясняющий, как скорость не зависит от опорного кадра [изменение | изменить источник]

Это поведение отличается от наших общих представлений о движении, как показано в этом примере:

Джордж стоит на земле рядом с железнодорожными путями (железной дорогой). Поезд мчится со скоростью 30 миль в час (48 км / ч). Джордж бросает бейсбольный мяч на скорости 140 км / ч в направлении движения поезда.У Тома, пассажира в поезде, есть устройство (например, радар) для измерения скорости метания. Поскольку он находится в поезде, Том уже движется со скоростью 30 миль в час (48 км / ч) в направлении броска, поэтому Том измеряет скорость мяча как всего 60 миль в час (97 км / ч).

Другими словами, скорость бейсбольного мяча, измеренная Томом в поезде, зависит от скорости поезда.

В приведенном выше примере поезд двигался со скоростью 1/3 скорости мяча, а скорость мяча, измеренная на поезде, составляла 2/3 скорости метания, измеренной на земле.

Теперь повторите эксперимент со светом вместо бейсбольного мяча; то есть у Джорджа есть фонарик вместо бейсбольного мяча. У Джорджа и Тома есть одинаковые устройства для измерения скорости света (вместо радара в примере с бейсболом).

Джордж стоит на земле рядом с железнодорожными путями. Поезд мчится со скоростью 1/3 скорости света. Джордж направляет световой луч в направлении движения поезда. Джордж измеряет скорость света как 186 282 мили в секунду (299 792 километра в секунду).Том, пассажир поезда, измеряет скорость светового луча. Какую скорость измеряет Том?

Интуитивно можно подумать, что скорость света от фонарика, измеренная в поезде, должна быть 2/3 скорости, измеренной на земле, точно так же, как скорость бейсбольного мяча была 2/3. Но на самом деле скорость, измеренная на поезде, является полной величиной, 186 282 мили в секунду (299 792 километра в секунду), а не 124 188 миль в секунду (199 861 километр в секунду).

Звучит невозможно, но это то, что можно измерить.

Следствием того факта, что скорость света одинакова для всех наблюдателей, является то, что ничто не может двигаться быстрее скорости света. Другое следствие заключается в том, что для объектов, имеющих массу, независимо от того, сколько энергии используется для увеличения скорости объекта, он будет приближаться и приближаться, но никогда не достигнет скорости света. Эти идеи были обнаружены в начале 1900-х годов Альбертом Эйнштейном, работа которого полностью изменила наше понимание света.

Связь с фундаментальными электрическими и магнитными свойствами космоса [изменить | изменить источник]

Уравнения Максвелла предсказали скорость света и подтвердили идею Майкла Фарадея о том, что свет был электромагнитной волной (способом, которым движется энергия).Из этих уравнений мы находим, что скорость света связана с величиной, обратной величине квадратного корня из диэлектрической проницаемости свободного пространства, ε ₀, и проницаемости свободного пространства, μ ₀:

c = 1ε0μ0. {\ Displaystyle c = {\ frac {1} {\ sqrt {\ varepsilon _ {0} \ mu _ {0}}}} \.}

Показатель преломления прозрачного материала это соотношение между скоростью света в вакууме и скоростью света в этом материале.

Rømer [изменить | изменить источник]

Оле Кристенсен Рёмер использовал астрономические измерения, чтобы сделать первую количественную оценку скорости света.^[5] ^[6] При измерении с Земли периоды лун, вращающихся вокруг далекой планеты, короче, когда Земля приближается к планете, чем когда Земля удаляется от нее. Расстояние, проходимое светом от планеты (или ее луны) до Земли, меньше, когда Земля находится в точке своей орбиты, наиболее близкой к ее планете, чем когда Земля находится в самой дальней точке своей орбиты, разница в расстоянии диаметр орбиты Земли вокруг Солнца. Наблюдаемое изменение орбитального периода Луны на самом деле является разницей во времени, которое требуется свету, чтобы пройти более короткое или большее расстояние.Рёмер наблюдал этот эффект для самой внутренней луны Юпитера Ио, и он пришел к выводу, что свету требуется 22 минуты, чтобы пересечь диаметр орбиты Земли.

Брэдли [изменить | изменить источник]

Аберрация света: свет от удаленного источника кажется движущимся телескопом из другого места из-за конечной скорости света.

Другой метод — использовать аберрацию света, открытую и объясненную Джеймсом Брэдли в 18 веке. ^[7] Этот эффект является результатом векторного сложения скорости света, приходящего от удаленного источника (например, звезды), и скорости его наблюдателя (см. Диаграмму справа).Таким образом, движущийся наблюдатель видит свет, исходящий с немного другого направления, и, следовательно, видит источник в положении, смещенном от его исходного положения. Поскольку направление скорости Земли непрерывно меняется по мере того, как Земля вращается вокруг Солнца, этот эффект заставляет видимое положение звезд перемещаться. Из угловой разницы в положении звезд ^[8] можно выразить скорость света через скорость Земли вокруг Солнца. Это при известной длине года можно легко преобразовать во время, необходимое для путешествия от Солнца до Земли.В 1729 году Брэдли использовал этот метод, чтобы получить, что свет движется в 10210 раз быстрее, чем Земля по своей орбите (современные цифры в 10066 раз быстрее), или, что то же самое, что свету потребуется 8 минут 12 секунд, чтобы пройти от Солнца до Земли. Земля. ^[7]

Модерн [изменить | изменить источник]

В настоящее время «световое время на единицу расстояния» — обратное c (1 / c), выраженное в секундах на астрономическую единицу — измеряется путем сравнения времени, в течение которого радиосигналы достигают различных космических аппаратов в Солнечной системе.Положение космического корабля рассчитывается на основе гравитационного воздействия Солнца и различных планет. Комбинируя множество таких измерений, можно получить наиболее подходящее значение светового времени на единицу расстояния. По состоянию на 2009 год ^{[обновление]}, наилучшая оценка, утвержденная Международным астрономическим союзом (МАС), составляет: ^[9] ^[10]

Световое время на единицу расстояния: 499.004783836 (10) с

c = 0,00200398880410 (4) AU / s

c = 173.144632674 (3) AU / день.

Относительная погрешность этих измерений составляет 0,02 частей на миллиард (2 × 10 ⁻¹¹), что эквивалентно погрешности наземных измерений длины интерферометрией. ^[11] Поскольку метр определяется как длина, проходимая светом за определенный интервал времени, измерение светового времени для единицы расстояния также можно интерпретировать как измерение длины AU в метрах. Метр считается единицей надлежащей длины, тогда как AU часто используется как единица наблюдаемой длины в данной системе отсчета.

Конечная скорость света — главное ограничение на дальние космические путешествия. Предположим, путешествие на другую сторону Млечного Пути, общее время для сообщения и ответа на него составило бы около 200 000 лет. Что еще более серьезно, ни один космический корабль не может двигаться быстрее света, поэтому весь транспорт галактического масштаба будет эффективно односторонним и займет гораздо больше времени, чем когда-либо существовала любая современная цивилизация.

Скорость света также может вызывать беспокойство на очень коротких расстояниях.В суперкомпьютерах скорость света накладывает ограничение на скорость передачи данных между процессорами. ^[12] Если процессор работает на частоте 1 гигагерц, сигнал может пройти не более 30 сантиметров (1 фут) за один цикл. Поэтому процессоры необходимо размещать близко друг к другу, чтобы минимизировать задержки связи; это может вызвать проблемы с охлаждением. Если тактовые частоты будут продолжать расти, скорость света в конечном итоге станет ограничивающим фактором для внутренней конструкции отдельных микросхем.^[12]

↑ Ошибка цитирования: использовалась именованная ссылка nist , но не было предоставлено никакого текста для указанных ссылок (см. Страницу справки).
↑ SI Брошюра: Международная система единиц (SI) (PDF) (9-е изд.), BIPM, 2019, стр. 128, дата обращения 12.01.2020
↑ Кокс, Брайан; Форшоу, Джефф (2010). Почему E = mc ²?: (И почему это должно быть важно?) . Да Капо. п. 2. ISBN 978-0-306-81911-7 .
↑ Узан, J-P; Леклерк, Б. (2008). Естественные законы Вселенной: понимание фундаментальных констант . Springer. С. 43–4. ISBN 0387734546 .
↑ Коэн, И.Б. (1940). «Роемя и первое определение скорости света (1676) ». Isis . 31 (2): 327–79. doi: 10.1086 / 347594.
↑ «Прикосновение к движению люмьерных труб М. Ромера Королевской академии наук» (PDF). Journal des sçavans (на французском языке): 233–36. 1676.
Перевод «О движении света М. Ромера». Философские труды Королевского общества . 12 (136): 893–95. 1677. DOI: 10.1098 / rstl.1677.0024. (Воспроизведено в Hutton, C; Shaw, G; Pearson, R (eds.) (1809). «О движении света М. Ромера». The Philosophical Transactions of the Royal Society of London, from их Начало 1665 г., 1800 г .: сокращено г. 2 . Лондон: К. и Р. Болдуин. С. 397–98. CS1 maint: дополнительный текст: список авторов (ссылка))
Отчет, опубликованный в журнале Journal des sçavans , был основан на отчете, который Рёмер прочитал Французской академии наук в ноябре 1676 г. (Cohen, 1940, p. 346).
↑ ^7,0 ^7,1 Брэдли, Дж. (1729). «Отчет о новом обнаруженном Движении неподвижных звезд». Философские труды . 35 : 637–660.
↑ не более 20.5 угловых секунд Duffett-Smith, P (1988). Практическая астрономия с калькулятором . Издательство Кембриджского университета. п. 62. ISBN 0521356997 .
↑ Питьева, Э.В. Стэндиш, EM (2009). «Предложения по массам трех крупнейших астероидов, соотношению масс Луны и Земли и астрономической единице». Небесная механика и динамическая астрономия . 103 (4): 365–372. Bibcode: 2009CeMDA.103..365P. DOI: 10.1007 / s10569-009-9203-8.
↑ Рабочая группа МАС по числовым стандартам для фундаментальной астрономии.«РГ IAU по текущим наилучшим оценкам NSFA». Военно-морская обсерватория США. Архивировано 8 декабря 2009 года. Проверено 25 сентября 2009.
↑ «Руководство по длине НПЛ для начинающих». Национальная физическая лаборатория Великобритании. Архивировано 31 августа 2010 года. Проверено 28 октября 2009.
↑ ^12,0 ^12,1 Пархами Б. (1999). Введение в параллельную обработку: алгоритмы и архитектуры . Пленум Пресс. п. 5. ISBN 9780306459702 . и (2009) «Программная транзакционная память: подход к многоядерному программированию» в 10-й Международной конференции, PaCT 2009, Новосибирск, Россия, 31 августа — 4 сентября 2009 г. . Малышкин, В Технологии параллельных вычислений Springer.

Скорость света — Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Скорость света в любой среде, которая обычно обозначается c , является физической константой, важной во многих областях физики.0 ‘, особенно в вакуумной среде, хотя символ’ c ‘может использоваться для обозначения этого в любой среде. По определению, это ровно 299 792 458 метров в секунду (983 571 056 футов в секунду). ^[1] ^[2] ^[3] Фотон (частица света) движется с этой скоростью в вакууме.

Пример, объясняющий, как скорость не зависит от опорного кадра [изменение | изменить источник]

Это поведение отличается от наших общих представлений о движении, как показано в этом примере:

Другими словами, скорость бейсбольного мяча, измеренная Томом в поезде, зависит от скорости поезда.

Звучит невозможно, но это то, что можно измерить.

Связь с фундаментальными электрическими и магнитными свойствами космоса [изменить | изменить источник]

c = 1ε0μ0. {\ Displaystyle c = {\ frac {1} {\ sqrt {\ varepsilon _ {0} \ mu _ {0}}}} \.}

Rømer [изменить | изменить источник]

Брэдли [изменить | изменить источник]

Модерн [изменить | изменить источник]

Световое время на единицу расстояния: 499.004783836 (10) с

c = 0,00200398880410 (4) AU / s

c = 173.144632674 (3) AU / день.

↑ Ошибка цитирования: использовалась именованная ссылка nist , но не было предоставлено никакого текста для указанных ссылок (см. Страницу справки).
↑ SI Брошюра: Международная система единиц (SI) (PDF) (9-е изд.), BIPM, 2019, стр. 128, дата обращения 12.01.2020
↑ Кокс, Брайан; Форшоу, Джефф (2010). Почему E = mc ²?: (И почему это должно быть важно?) . Да Капо. п. 2. ISBN 978-0-306-81911-7 .
↑ Узан, J-P; Леклерк, Б. (2008). Естественные законы Вселенной: понимание фундаментальных констант . Springer. С. 43–4. ISBN 0387734546 .
↑ Коэн, И.Б. (1940). «Роемя и первое определение скорости света (1676) ». Isis . 31 (2): 327–79. doi: 10.1086 / 347594.
↑ «Прикосновение к движению люмьерных труб М. Ромера Королевской академии наук» (PDF). Journal des sçavans (на французском языке): 233–36. 1676.
Перевод «О движении света М. Ромера». Философские труды Королевского общества . 12 (136): 893–95. 1677. DOI: 10.1098 / rstl.1677.0024. (Воспроизведено в Hutton, C; Shaw, G; Pearson, R (eds.) (1809). «О движении света М. Ромера». The Philosophical Transactions of the Royal Society of London, from их Начало 1665 г., 1800 г .: сокращено г. 2 . Лондон: К. и Р. Болдуин. С. 397–98. CS1 maint: дополнительный текст: список авторов (ссылка))
Отчет, опубликованный в журнале Journal des sçavans , был основан на отчете, который Рёмер прочитал Французской академии наук в ноябре 1676 г. (Cohen, 1940, p. 346).
↑ ^7,0 ^7,1 Брэдли, Дж. (1729). «Отчет о новом обнаруженном Движении неподвижных звезд». Философские труды . 35 : 637–660.
↑ не более 20.5 угловых секунд Duffett-Smith, P (1988). Практическая астрономия с калькулятором . Издательство Кембриджского университета. п. 62. ISBN 0521356997 .
↑ Питьева, Э.В. Стэндиш, EM (2009). «Предложения по массам трех крупнейших астероидов, соотношению масс Луны и Земли и астрономической единице». Небесная механика и динамическая астрономия . 103 (4): 365–372. Bibcode: 2009CeMDA.103..365P. DOI: 10.1007 / s10569-009-9203-8.
↑ Рабочая группа МАС по числовым стандартам для фундаментальной астрономии.«РГ IAU по текущим наилучшим оценкам NSFA». Военно-морская обсерватория США. Архивировано 8 декабря 2009 года. Проверено 25 сентября 2009.
↑ «Руководство по длине НПЛ для начинающих». Национальная физическая лаборатория Великобритании. Архивировано 31 августа 2010 года. Проверено 28 октября 2009.
↑ ^12,0 ^12,1 Пархами Б. (1999). Введение в параллельную обработку: алгоритмы и архитектуры . Пленум Пресс. п. 5. ISBN 9780306459702 . и (2009) «Программная транзакционная память: подход к многоядерному программированию» в 10-й Международной конференции, PaCT 2009, Новосибирск, Россия, 31 августа — 4 сентября 2009 г. . Малышкин, В Технологии параллельных вычислений Springer.

Скорость света — Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Пример, объясняющий, как скорость не зависит от опорного кадра [изменение | изменить источник]

Это поведение отличается от наших общих представлений о движении, как показано в этом примере:

Другими словами, скорость бейсбольного мяча, измеренная Томом в поезде, зависит от скорости поезда.

Звучит невозможно, но это то, что можно измерить.

Связь с фундаментальными электрическими и магнитными свойствами космоса [изменить | изменить источник]

c = 1ε0μ0. {\ Displaystyle c = {\ frac {1} {\ sqrt {\ varepsilon _ {0} \ mu _ {0}}}} \.}

Rømer [изменить | изменить источник]

Брэдли [изменить | изменить источник]

Модерн [изменить | изменить источник]

Световое время на единицу расстояния: 499.004783836 (10) с

c = 0,00200398880410 (4) AU / s

c = 173.144632674 (3) AU / день.

↑ Ошибка цитирования: использовалась именованная ссылка nist , но не было предоставлено никакого текста для указанных ссылок (см. Страницу справки).
↑ SI Брошюра: Международная система единиц (SI) (PDF) (9-е изд.), BIPM, 2019, стр. 128, дата обращения 12.01.2020
↑ Кокс, Брайан; Форшоу, Джефф (2010). Почему E = mc ²?: (И почему это должно быть важно?) . Да Капо. п. 2. ISBN 978-0-306-81911-7 .
↑ Узан, J-P; Леклерк, Б. (2008). Естественные законы Вселенной: понимание фундаментальных констант . Springer. С. 43–4. ISBN 0387734546 .
↑ Коэн, И.Б. (1940). «Роемя и первое определение скорости света (1676) ». Isis . 31 (2): 327–79. doi: 10.1086 / 347594.
↑ «Прикосновение к движению люмьерных труб М. Ромера Королевской академии наук» (PDF). Journal des sçavans (на французском языке): 233–36. 1676.
Перевод «О движении света М. Ромера». Философские труды Королевского общества . 12 (136): 893–95. 1677. DOI: 10.1098 / rstl.1677.0024. (Воспроизведено в Hutton, C; Shaw, G; Pearson, R (eds.) (1809). «О движении света М. Ромера». The Philosophical Transactions of the Royal Society of London, from их Начало 1665 г., 1800 г .: сокращено г. 2 . Лондон: К. и Р. Болдуин. С. 397–98. CS1 maint: дополнительный текст: список авторов (ссылка))
Отчет, опубликованный в журнале Journal des sçavans , был основан на отчете, который Рёмер прочитал Французской академии наук в ноябре 1676 г. (Cohen, 1940, p. 346).
↑ ^7,0 ^7,1 Брэдли, Дж. (1729). «Отчет о новом обнаруженном Движении неподвижных звезд». Философские труды . 35 : 637–660.
↑ не более 20.5 угловых секунд Duffett-Smith, P (1988). Практическая астрономия с калькулятором . Издательство Кембриджского университета. п. 62. ISBN 0521356997 .
↑ Питьева, Э.В. Стэндиш, EM (2009). «Предложения по массам трех крупнейших астероидов, соотношению масс Луны и Земли и астрономической единице». Небесная механика и динамическая астрономия . 103 (4): 365–372. Bibcode: 2009CeMDA.103..365P. DOI: 10.1007 / s10569-009-9203-8.
↑ Рабочая группа МАС по числовым стандартам для фундаментальной астрономии.«РГ IAU по текущим наилучшим оценкам NSFA». Военно-морская обсерватория США. Архивировано 8 декабря 2009 года. Проверено 25 сентября 2009.
↑ «Руководство по длине НПЛ для начинающих». Национальная физическая лаборатория Великобритании. Архивировано 31 августа 2010 года. Проверено 28 октября 2009.
↑ ^12,0 ^12,1 Пархами Б. (1999). Введение в параллельную обработку: алгоритмы и архитектуры . Пленум Пресс. п. 5. ISBN 9780306459702 . и (2009) «Программная транзакционная память: подход к многоядерному программированию» в 10-й Международной конференции, PaCT 2009, Новосибирск, Россия, 31 августа — 4 сентября 2009 г. . Малышкин, В Технологии параллельных вычислений Springer.

Скорость света — Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Пример, объясняющий, как скорость не зависит от опорного кадра [изменение | изменить источник]

Это поведение отличается от наших общих представлений о движении, как показано в этом примере:

Другими словами, скорость бейсбольного мяча, измеренная Томом в поезде, зависит от скорости поезда.

Звучит невозможно, но это то, что можно измерить.

Связь с фундаментальными электрическими и магнитными свойствами космоса [изменить | изменить источник]

c = 1ε0μ0. {\ Displaystyle c = {\ frac {1} {\ sqrt {\ varepsilon _ {0} \ mu _ {0}}}} \.}

Rømer [изменить | изменить источник]

Брэдли [изменить | изменить источник]

Модерн [изменить | изменить источник]

Световое время на единицу расстояния: 499.004783836 (10) с

c = 0,00200398880410 (4) AU / s

c = 173.144632674 (3) AU / день.

↑ Ошибка цитирования: использовалась именованная ссылка nist , но не было предоставлено никакого текста для указанных ссылок (см. Страницу справки).
↑ SI Брошюра: Международная система единиц (SI) (PDF) (9-е изд.), BIPM, 2019, стр. 128, дата обращения 12.01.2020
↑ Кокс, Брайан; Форшоу, Джефф (2010). Почему E = mc ²?: (И почему это должно быть важно?) . Да Капо. п. 2. ISBN 978-0-306-81911-7 .
↑ Узан, J-P; Леклерк, Б. (2008). Естественные законы Вселенной: понимание фундаментальных констант . Springer. С. 43–4. ISBN 0387734546 .
↑ Коэн, И.Б. (1940). «Роемя и первое определение скорости света (1676) ». Isis . 31 (2): 327–79. doi: 10.1086 / 347594.
↑ «Прикосновение к движению люмьерных труб М. Ромера Королевской академии наук» (PDF). Journal des sçavans (на французском языке): 233–36. 1676.
Перевод «О движении света М. Ромера». Философские труды Королевского общества . 12 (136): 893–95. 1677. DOI: 10.1098 / rstl.1677.0024. (Воспроизведено в Hutton, C; Shaw, G; Pearson, R (eds.) (1809). «О движении света М. Ромера». The Philosophical Transactions of the Royal Society of London, from их Начало 1665 г., 1800 г .: сокращено г. 2 . Лондон: К. и Р. Болдуин. С. 397–98. CS1 maint: дополнительный текст: список авторов (ссылка))
Отчет, опубликованный в журнале Journal des sçavans , был основан на отчете, который Рёмер прочитал Французской академии наук в ноябре 1676 г. (Cohen, 1940, p. 346).
↑ ^7,0 ^7,1 Брэдли, Дж. (1729). «Отчет о новом обнаруженном Движении неподвижных звезд». Философские труды . 35 : 637–660.
↑ не более 20.5 угловых секунд Duffett-Smith, P (1988). Практическая астрономия с калькулятором . Издательство Кембриджского университета. п. 62. ISBN 0521356997 .
↑ Питьева, Э.В. Стэндиш, EM (2009). «Предложения по массам трех крупнейших астероидов, соотношению масс Луны и Земли и астрономической единице». Небесная механика и динамическая астрономия . 103 (4): 365–372. Bibcode: 2009CeMDA.103..365P. DOI: 10.1007 / s10569-009-9203-8.
↑ Рабочая группа МАС по числовым стандартам для фундаментальной астрономии.«РГ IAU по текущим наилучшим оценкам NSFA». Военно-морская обсерватория США. Архивировано 8 декабря 2009 года. Проверено 25 сентября 2009.
↑ «Руководство по длине НПЛ для начинающих». Национальная физическая лаборатория Великобритании. Архивировано 31 августа 2010 года. Проверено 28 октября 2009.
↑ ^12,0 ^12,1 Пархами Б. (1999). Введение в параллельную обработку: алгоритмы и архитектуры . Пленум Пресс. п. 5. ISBN 9780306459702 . и (2009) «Программная транзакционная память: подход к многоядерному программированию» в 10-й Международной конференции, PaCT 2009, Новосибирск, Россия, 31 августа — 4 сентября 2009 г. . Малышкин, В Технологии параллельных вычислений Springer.

Скорость света — Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Пример, объясняющий, как скорость не зависит от опорного кадра [изменение | изменить источник]

Это поведение отличается от наших общих представлений о движении, как показано в этом примере:

Другими словами, скорость бейсбольного мяча, измеренная Томом в поезде, зависит от скорости поезда.

Звучит невозможно, но это то, что можно измерить.

Связь с фундаментальными электрическими и магнитными свойствами космоса [изменить | изменить источник]

c = 1ε0μ0. {\ Displaystyle c = {\ frac {1} {\ sqrt {\ varepsilon _ {0} \ mu _ {0}}}} \.}

Rømer [изменить | изменить источник]

Брэдли [изменить | изменить источник]

Модерн [изменить | изменить источник]

Световое время на единицу расстояния: 499.004783836 (10) с

c = 0,00200398880410 (4) AU / s

c = 173.144632674 (3) AU / день.

↑ Ошибка цитирования: использовалась именованная ссылка nist , но не было предоставлено никакого текста для указанных ссылок (см. Страницу справки).
↑ SI Брошюра: Международная система единиц (SI) (PDF) (9-е изд.), BIPM, 2019, стр. 128, дата обращения 12.01.2020
↑ Кокс, Брайан; Форшоу, Джефф (2010). Почему E = mc ²?: (И почему это должно быть важно?) . Да Капо. п. 2. ISBN 978-0-306-81911-7 .
↑ Узан, J-P; Леклерк, Б. (2008). Естественные законы Вселенной: понимание фундаментальных констант . Springer. С. 43–4. ISBN 0387734546 .
↑ Коэн, И.Б. (1940). «Роемя и первое определение скорости света (1676) ». Isis . 31 (2): 327–79. doi: 10.1086 / 347594.
↑ «Прикосновение к движению люмьерных труб М. Ромера Королевской академии наук» (PDF). Journal des sçavans (на французском языке): 233–36. 1676.
Перевод «О движении света М. Ромера». Философские труды Королевского общества . 12 (136): 893–95. 1677. DOI: 10.1098 / rstl.1677.0024. (Воспроизведено в Hutton, C; Shaw, G; Pearson, R (eds.) (1809). «О движении света М. Ромера». The Philosophical Transactions of the Royal Society of London, from их Начало 1665 г., 1800 г .: сокращено г. 2 . Лондон: К. и Р. Болдуин. С. 397–98. CS1 maint: дополнительный текст: список авторов (ссылка))
Отчет, опубликованный в журнале Journal des sçavans , был основан на отчете, который Рёмер прочитал Французской академии наук в ноябре 1676 г. (Cohen, 1940, p. 346).
↑ ^7,0 ^7,1 Брэдли, Дж. (1729). «Отчет о новом обнаруженном Движении неподвижных звезд». Философские труды . 35 : 637–660.
↑ не более 20.5 угловых секунд Duffett-Smith, P (1988). Практическая астрономия с калькулятором . Издательство Кембриджского университета. п. 62. ISBN 0521356997 .
↑ Питьева, Э.В. Стэндиш, EM (2009). «Предложения по массам трех крупнейших астероидов, соотношению масс Луны и Земли и астрономической единице». Небесная механика и динамическая астрономия . 103 (4): 365–372. Bibcode: 2009CeMDA.103..365P. DOI: 10.1007 / s10569-009-9203-8.
↑ Рабочая группа МАС по числовым стандартам для фундаментальной астрономии.«РГ IAU по текущим наилучшим оценкам NSFA». Военно-морская обсерватория США. Архивировано 8 декабря 2009 года. Проверено 25 сентября 2009.
↑ «Руководство по длине НПЛ для начинающих». Национальная физическая лаборатория Великобритании. Архивировано 31 августа 2010 года. Проверено 28 октября 2009.
↑ ^12,0 ^12,1 Пархами Б. (1999). Введение в параллельную обработку: алгоритмы и архитектуры . Пленум Пресс. п. 5. ISBN 9780306459702 . и (2009) «Программная транзакционная память: подход к многоядерному программированию» в 10-й Международной конференции, PaCT 2009, Новосибирск, Россия, 31 августа — 4 сентября 2009 г. . Малышкин, В Технологии параллельных вычислений Springer.

Что такое скорость света?

С древних времен философы и ученые пытались понять свет. В дополнение к попытке определить его основные свойства (то есть из чего он сделан — частицы или волны и т. Д.) они также стремились произвести конечные измерения скорости его перемещения. С конца 17 века ученые занимались именно этим, и с возрастающей точностью.

Таким образом, они получили лучшее понимание механики света и той важной роли, которую он играет в физике, астрономии и космологии. Проще говоря, свет движется с невероятной скоростью и является самым быстрым движущимся объектом 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 299 792 458 м / с, или около 670 616 629 миль в час (миль в час). Чтобы представить это в перспективе, если бы вы могли путешествовать со скоростью света, вы могли бы облететь 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, на которое свет проходит между Землей и Солнцем. Предоставлено: LucasVB / Public Domain

Чтобы представить это в астрономической перспективе, среднее расстояние от Земли до Луны составляет 384 398,25 км (238 854 мили). Таким образом, 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 такая звезда, как Проксима Центавра, находится от нас на расстоянии 4,25 световых лет, мы говорим, что для того, чтобы добраться туда с постоянной скоростью 1,07 миллиарда км в час (670 616 629 миль в час), потребуется около 4 лет и 3 месяцев. Но как мы пришли к этому весьма специфическому измерению «скорости света»?

История обучения:

До 17 века ученые не были уверены, распространяется ли свет с конечной скоростью или мгновенно. Со времен древних греков до средневековых исламских ученых и ученых раннего Нового времени дискуссии продолжались.Первое количественное измерение было проведено только после работы датского астронома Оле Рёмера (1644-1710).

В 1676 году Рёмер заметил, что периоды внутреннего спутника Юпитера Ио оказались короче, когда Земля приближалась к Юпитеру, чем когда она удалялась от него. Из этого он пришел к выводу, что свет движется с конечной скоростью, и подсчитал, что для пересечения диаметра орбиты Земли требуется около 22 минут.

Профессор Альберт Эйнштейн читает 11-ю лекцию Джозайи Уилларда Гиббса в Технологическом институте Карнеги, декабрь.28 декабря 1934 года, где он изложил свою теорию о том, что материя и энергия — это одно и то же в разных формах. Предоставлено: AP Photo

Христиан Гюйгенс использовал эту оценку и объединил ее с оценкой диаметра орбиты Земли, чтобы получить оценку 220 000 км / с. Исаак Ньютон также говорил о расчетах Рёмера в своей основополагающей работе Opticks (1706). Приняв поправку к расстоянию между Землей и Солнцем, он подсчитал, что свету потребуется семь или восемь минут, чтобы переместиться от одного к другому.В обоих случаях они были с относительно небольшим отрывом.

Более поздние измерения, выполненные французскими физиками Ипполитом Физо (1819–1896) и Леоном Фуко (1819–1868), уточнили эти измерения, получив значение 315000 км / с (192 625 миль / с). А ко второй половине 19 века ученые осознали связь между светом и электромагнетизмом.

Это было выполнено физиками, измеряющими электромагнитные и электростатические заряды, которые затем обнаружили, что числовое значение очень близко к скорости света (измеренной Физо).Основываясь на своей собственной работе, которая показала, что электромагнитные волны распространяются в пустом пространстве, немецкий физик Вильгельм Эдуард Вебер предположил, что свет является электромагнитной волной.

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

Лазер, светящий через стакан с водой, показывает, сколько изменений скорости (в милях в час) он претерпевает, когда переходит от воздуха к стеклу, к воде и обратно. Предоставлено: Боб Кинг

Используя этот принцип 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 пришли к общему мнению, что пространство заполнено «светоносным эфиром», который отвечает за его распространение — т.е.е. этот свет, проходящий через движущуюся среду, будет увлекаться ею.

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

Он не только продвинул идею о том, что скорость света одинакова во всех инерциальных системах отсчета, но также представил идею о том, что большие изменения происходят, когда вещи движутся со скоростью, близкой к скорости света.К ним относятся пространственно-временная рамка движущегося тела, которая, кажется, замедляется и сжимается в направлении движения при измерении в системе координат наблюдателя (то есть замедление времени, когда время замедляется по мере приближения скорости света).

Его наблюдения также согласовали уравнения Максвелла для электричества и магнетизма с законами механики, упростили математические вычисления, отказавшись от посторонних объяснений, используемых другими учеными, и согласились с непосредственно наблюдаемой скоростью света.

Во второй половине 20-го века все более точные измерения с использованием лазерных инферометров и методов объемного резонанса позволят еще больше уточнить оценки скорости света. К 1972 году группа из Национального бюро стандартов США в Боулдере, штат Колорадо, использовала технику 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 постоянно подтверждается многими экспериментами.Он также устанавливает верхний предел скорости, с которой все безмассовые частицы и волны (включая свет) могут перемещаться в вакууме.

Одним из следствий этого является то, что космологи теперь рассматривают пространство и время как единую единую структуру, известную как пространство-время, в которой скорость света может использоваться для определения значений для обоих (например, «световые годы», «световые минуты», 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 с точки своего происхождения. Хаббл также заметил, что чем дальше галактика, тем быстрее она движется. В том, что сейчас называется параметром Хаббла, скорость, с которой расширяется Вселенная, составляет 68 км / с на мегапарсек.

Это явление, предположительно означающее, что некоторые галактики действительно могут двигаться со скоростью, превышающей скорость света, может накладывать ограничения на то, что наблюдается в нашей Вселенной.По сути, галактики, движущиеся со скоростью, превышающей скорость света, должны пересечь «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 теорий, подобных «Темной энергии», где невидимая сила движет расширением самого пространства, а не объекты, движущиеся через него (таким образом, не накладывая ограничений на скорость света или нарушая теорию относительности).

Наряду с специальной и общей теорией относительности, современное значение скорости света в вакууме стало основой космологии, квантовой физики и Стандартной модели физики элементарных частиц. Он остается постоянным, когда говорят о верхнем пределе, при котором могут перемещаться безмассовые частицы, и остается недостижимым барьером для частиц, обладающих массой.

Возможно, когда-нибудь мы найдем способ превзойти скорость света. Хотя у нас нет практических представлений о том, как это может произойти, разумные деньги, похоже, тратятся на технологии, которые позволят нам обойти законы пространства-времени, либо путем создания пузырей деформации (иначе говоря.Варп-Драйв Алькубьерре) или прокладывать через него туннели (также известные как червоточины).

До этого времени нам просто нужно будет довольствоваться Вселенной, которую мы можем видеть, и придерживаться исследования той ее части, которая доступна обычными методами.

Мы написали много статей о скорости света для «Вселенной сегодня». Вот какова скорость света ?, «Как галактики удаляются быстрее света?»

Вот отличный калькулятор, который позволяет вам преобразовывать множество различных единиц скорости света, и вот калькулятор относительности, если вы хотите путешествовать со скоростью, близкой к скорости света.

Astronomy Cast также имеет эпизод, в котором рассматриваются вопросы о скорости света — Вопросы-шоу: Относительность, Относительность и многое другое.

Источники:

Как это:

Нравится Загрузка …

15.30: Скорость света

Скорость света по определению равна точно 2.997 924 58 x 10 ⁸ мс ⁻¹, и одинаково для всех наблюдателей.

Это, казалось бы, простое предложение требует нескольких комментариев.

Во-первых: обратите внимание, что я использовал слово «скорость». Некоторые авторы используют слово «скорость», как если бы оно было просто более впечатляющим и научно звучащим синонимом слова «скорость». Я верю, что все читатели этих заметок знают разницу и будут использовать слово «скорость», когда они имеют в виду «скорость», и слово «скорость», когда они означают «скорость» — безусловно, не безосновательное требование.Сказать, что «скорость» света одинакова для всех наблюдателей, означает, что направление движения света одинаково для всех наблюдателей. Несомненно, это совсем не то, что намеревается передать писатель, использующий слово «скорость» — это буквальный (и, конечно, весьма ошибочный) смысл утверждения.

Секунда: Как мы можем определить скорость света, чтобы иметь определенное точное значение ? Несомненно, скорость света — это то, что мы находим, и мы не можем определять ее значение.Но на самом деле нам разрешено это делать , и краткое объяснение заключается в следующем.

С течением времени счетчик определялся по-разному. Когда-то это была определенная часть окружности Земли. Позже это было расстояние между двумя царапинами на бруске платино-иридиевого сплава, хранящемся в Париже. Еще позже это было определенное число длин волн определенной линии в спектре ртути, кадмия, аргона или криптона.При современном уровне развития технологий гораздо легче измерить и воспроизвести точные эталоны частоты , , чем измерить и воспроизвести эталоны длины. Из-за этого текущая единица времени СИ (Système International) — секунда СИ, которая основана на частоте определенного перехода в спектре цезия, и отсюда счетчик равен , определяя как расстояние, пройденное на свет в вакууме за определенную долю секунды в системе СИ, при этом скорости света приписывается точное значение, указанное выше.

Подробное обсуждение точных определений единиц времени, расстояния и скорости является частью темы метрологии . Это важный и интересный предмет, но он имеет лишь незначительное отношение к теме относительности, и, следовательно, указав точное значение скорости света, мы оставляем здесь дальнейшее обсуждение метрологии.

Третий: Как скорость света может быть одинаковой относительно всех наблюдателей ? Это утверждение является абсолютно центральным для специальной теории относительности, и его можно рассматривать как ее фундаментальный и наиболее важный принцип.Мы обсудим это далее в оставшейся части главы.

Что такое скорость света, чему она равна и как её измеряют? Фото, видео

Что такое скорость света?

Что такое скорость света своими словами?

Чему равна скорость света?

Самое точное значение скорости света

Чему равна скорость света в вакууме?

Как измеряли скорость света?

Опыт Галилея

Опыт Рёмера и Брэдли

Опыт Физо

Возможна ли сверхсветовая скорость?

Почему нельзя преодолеть скорость света? (простыми словами) | Where is Pluto

почему скорость света такая, какая есть? / Хабр

The Noobs` Science: Теория относительности простым языком

Общая и специальная теория относительности

Какие явления описывает специальная теория относительности?

Релятивистский эффект сокращения длины

Мы реально живём в четырёхмерном пространстве?

Что такое геодезическая линия?

Как это может выглядеть?

Теория относительности простыми словами — Доктор Лом

Задача №2:

Задача №3:

Постоянна ли скорость света?

Специальная теория относительности

Что такое скорость света?

Что такое скорость света своими словами?

Чему равна скорость света?

Самое точное значение скорости света

Чему равна скорость света в вакууме?

Как измеряли скорость света?

Найдем ли мы способ общаться в дальнем космосе?

Гнет расстояния

Искривление кротовых нор

Квантовая путаница и тахионы

Пример, объясняющий, как скорость не зависит от опорного кадра [изменение | изменить источник]

Связь с фундаментальными электрическими и магнитными свойствами космоса [изменить | изменить источник]

Rømer [изменить | изменить источник]

Брэдли [изменить | изменить источник]

Модерн [изменить | изменить источник]

Скорость света — Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Пример, объясняющий, как скорость не зависит от опорного кадра [изменение | изменить источник]

Связь с фундаментальными электрическими и магнитными свойствами космоса [изменить | изменить источник]

Rømer [изменить | изменить источник]

Брэдли [изменить | изменить источник]

Модерн [изменить | изменить источник]

Скорость света — Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Пример, объясняющий, как скорость не зависит от опорного кадра [изменение | изменить источник]

Связь с фундаментальными электрическими и магнитными свойствами космоса [изменить | изменить источник]

Rømer [изменить | изменить источник]

Брэдли [изменить | изменить источник]

Модерн [изменить | изменить источник]

Скорость света — Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Пример, объясняющий, как скорость не зависит от опорного кадра [изменение | изменить источник]

Связь с фундаментальными электрическими и магнитными свойствами космоса [изменить | изменить источник]

Rømer [изменить | изменить источник]

Брэдли [изменить | изменить источник]

Модерн [изменить | изменить источник]

Скорость света — Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Пример, объясняющий, как скорость не зависит от опорного кадра [изменение | изменить источник]

Связь с фундаментальными электрическими и магнитными свойствами космоса [изменить | изменить источник]

Rømer [изменить | изменить источник]

Брэдли [изменить | изменить источник]

Модерн [изменить | изменить источник]

Что такое скорость света?

Скорость света (

История обучения:

Роль в современной астрофизике:

Как это:

15.30: Скорость света

Добавить комментарий Отменить ответ