Скорость света в секунду: Ученые разогнали световой пучок выше скорости света — Российская газета

Рис. 17. (а) — схематическое изображение Юпитера (1) и его спутника Ио (2), входящего и выходящего из тени (3), а также Земли (4) при её вращении вокруг Солнца; (б) – установка Физо для измерения скорости света (1, источник света; 2, полупрозрачное зеркало; 3, зеркало; 4, зубчатое колесо; 5, глаз наблюдателя).

7 «Б»

Как быстро движется свет? | Скорость света

Скорость света в вакууме составляет 186 282 мили в секунду (299 792 километра в секунду), и теоретически ничто не может двигаться быстрее света. В милях в час скорость света очень большая: около 670 616 629 миль в час. Если бы вы могли путешествовать со скоростью света, вы могли бы обойти Землю 7,5 раз за одну секунду.

Ранние ученые, неспособные воспринимать движение света, думали, что он должен перемещаться мгновенно. Однако со временем измерения движения этих волнообразных частиц становились все более точными.Благодаря работе Альберта Эйнштейна и других мы теперь понимаем скорость света как теоретический предел: считается, что скорость света — константа, называемая «с», недостижима для чего-либо, обладающего массой, по причинам, объясненным ниже. Это не мешает писателям-фантастам и даже некоторым очень серьезным ученым придумывать альтернативные теории, которые позволили бы совершать ужасно быстрые путешествия по Вселенной.

Скорость света: история теории

Первое известное рассуждение о скорости света принадлежит древнегреческому философу Аристотелю, который написал свое несогласие с другим греческим ученым, Эмпедоклом.Эмпедокл утверждал, что, поскольку свет движется, ему нужно время, чтобы путешествовать. Аристотель, считавший, что свет распространяется мгновенно, не соглашался.

В 1667 году итальянский астроном Галилео Галилей стоял на холмах менее чем в миле друг от друга с двумя людьми, каждый из которых держал экранированный фонарь. Один раскрыл свой фонарь; когда второй увидел вспышку, он тоже открыл свою. Наблюдая, сколько времени требуется, чтобы свет увидел первый держатель фонаря (и вычитая время реакции), он подумал, что сможет вычислить скорость света.К сожалению, экспериментальное расстояние Галилея менее мили было слишком маленьким, чтобы увидеть разницу, поэтому он смог определить только то, что свет распространяется как минимум в 10 раз быстрее звука.

В 1670-х датский астроном Оле Ремер использовал затмения луны Юпитера Ио в качестве хронометра скорости света, когда он сделал первое реальное измерение скорости. В течение нескольких месяцев, когда Ио проходил за гигантской газовой планетой, Ремер обнаружил, что затмения произошли позже, чем предполагали расчеты, хотя в течение нескольких месяцев они приблизились к предсказаниям.Он определил, что свету нужно время, чтобы добраться от Ио до Земли. Затмения больше всего отставали, когда Юпитер и Земля находились дальше всего друг от друга, и были по графику, поскольку они были ближе.

По данным НАСА, «это дало Ремеру убедительные доказательства того, что свет распространяется в космосе с определенной скоростью».

Он пришел к выводу, что свету требуется от 10 до 11 минут, чтобы пройти от Солнца до Земли, что является завышенной оценкой, поскольку на самом деле это занимает восемь минут 19 секунд. Но в конце концов ученым пришлось работать с числом — его расчет показал скорость 125 000 миль в секунду (200 000 км / с).

В 1728 году английский физик Джеймс Брэдли основывал свои вычисления на изменении видимого положения звезд из-за того, что Земля совершает обход вокруг Солнца. Он оценил скорость света в 185 000 миль в секунду (301 000 км / с) с точностью до 1 процента.

Две попытки в середине 1800-х вернули проблему на Землю. Французский физик Ипполит Физо направил луч света на быстро вращающееся зубчатое колесо с зеркалом, установленным на расстоянии 5 миль, чтобы отразить его обратно к источнику.Изменение скорости колеса позволило Физо вычислить, сколько времени требуется свету, чтобы пройти из отверстия, к соседнему зеркалу и обратно через зазор. Другой французский физик Леон Фуко использовал вращающееся зеркало, а не колесо. Каждый из двух независимых методов соответствовал скорости света, измеренной сегодня, примерно на 1000 миль в секунду.

Прусский Альберт Михельсон, выросший в Соединенных Штатах, попытался воспроизвести метод Фуко в 1879 году, но использовал большее расстояние, а также высококачественные зеркала и линзы.Его результат 186 355 миль в секунду (299 910 км / с) был принят как самое точное измерение скорости света за 40 лет, когда Майкельсон повторно измерил его.

Интересное примечание к эксперименту Майкельсона заключалось в том, что он пытался обнаружить среду, через которую проходит свет, называемую светоносным эфиром. Вместо этого его эксперимент показал, что эфира не существует.

«Эксперимент — и работа Майкельсона — были настолько революционными, что он стал единственным человеком в истории, получившим Нобелевскую премию за очень точное невыявление чего-либо», — написал астрофизик Итан Сигал в научном блоге Forbes. Начинается с ура.«Сам эксперимент, возможно, закончился полным провалом, но то, что мы извлекли из него, было большим благом для человечества и нашего понимания Вселенной, чем любой успех!»

Эйнштейн и специальная теория относительности

В 1905 году Альберт Эйнштейн написал свою первую статью по специальной теории относительности. В нем он установил, что свет движется с одинаковой скоростью независимо от того, как быстро движется наблюдатель. Даже при самых точных измерениях скорость света для наблюдателя, неподвижно стоящего на поверхности Земли, остается такой же, как и для человека, движущегося в сверхзвуковой струе над ее поверхностью.Точно так же, даже несмотря на то, что Земля вращается вокруг Солнца, которое само движется вокруг Млечного Пути, галактики, путешествующей в космосе, измеренная скорость света, исходящего от нашего Солнца, будет одинаковой, независимо от того, находится ли человек внутри или за пределами галактики. вычислите это. Эйнштейн подсчитал, что скорость света не зависит от времени и места.

Хотя скорость света часто называют пределом скорости Вселенной, на самом деле Вселенная расширяется еще быстрее. По словам астрофизика Пола Саттера, Вселенная расширяется примерно со скоростью 68 километров в секунду на мегапарсек, где мегапарсек равен 3.26 миллионов световых лет (подробнее об этом позже). Таким образом, кажется, что галактика на расстоянии 1 мегапарсека удаляется от Млечного Пути со скоростью 68 км / с, а галактика на расстоянии двух мегапарсеков удаляется со скоростью 136 км / с и так далее.

«В какой-то момент на каком-то непристойном расстоянии скорость переваливает за чашу весов и превышает скорость света, все из-за естественного, регулярного расширения пространства», — писал Саттер.

Далее он объяснил, что, в то время как специальная теория относительности обеспечивает абсолютный предел скорости, общая теория относительности допускает более широкие расстояния.

«Галактика на дальнем краю Вселенной? Это область общей теории относительности, а общая теория относительности говорит: кого это волнует! Эта галактика может иметь любую скорость, какую только пожелает, пока она находится очень далеко, а не рядом. к твоему лицу », — написал он.

«Специальная теория относительности не заботится о скорости — сверхсветовой или иной — далекой галактики. И вам тоже».

Что такое световой год?

Расстояние, которое свет проходит за год, называется световым годом.Световой год — это мера времени и расстояния. Это не так сложно понять, как кажется. Подумайте об этом так: свет проходит от Луны к нашим глазам примерно за 1 секунду, что означает, что Луна находится на расстоянии примерно 1 световой секунды. Солнечному свету требуется около 8 минут, чтобы достичь наших глаз, поэтому солнце находится на расстоянии около 8 световых минут. Свету ближайшей звездной системы, Альфы Центавра, требуется примерно 4,3 года, чтобы добраться сюда, поэтому считается, что эта звездная система находится на расстоянии 4,3 световых года от нас.

«Чтобы получить представление о размере светового года, возьмите окружность Земли (24 900 миль), расположите ее по прямой линии, умножьте длину линии на 7.5 (соответствующее расстояние — одна световая секунда), затем поместите 31,6 миллиона аналогичных линий встык, — пишет исследовательский центр NASA Glenn Research на своем веб-сайте. — В результате расстояние составляет почти 6 триллионов (6 000 000 000 000) миль! »

Звезд и другие объекты за пределами нашей Солнечной системы находятся от нескольких световых лет до нескольких миллиардов световых лет от нас. Таким образом, когда астрономы изучают объекты, которые находятся на расстоянии светового года или более, они видят его существующим в то время, когда свет оставили его, а не так, как если бы они стояли сегодня у его поверхности.В этом смысле все, что мы видим в далекой вселенной, буквально является историей.

Этот принцип позволяет астрономам увидеть, как выглядела Вселенная после Большого взрыва, который произошел около 13,8 миллиарда лет назад. Изучая объекты, которые находятся, скажем, на расстоянии 10 миллиардов световых лет от нас, мы видим их такими, какими они выглядели 10 миллиардов лет назад, относительно вскоре после возникновения Вселенной, а не такими, какими они выглядят сегодня.

Действительно ли скорость света постоянна?

Свет распространяется волнами и, как и звук, может замедляться в зависимости от того, через что он проходит.Ничто не может превзойти свет в вакууме. Однако, если область содержит какое-либо вещество, даже пыль, свет может искривляться при контакте с частицами, что приводит к снижению скорости.

Свет, проходящий через атмосферу Земли, движется почти так же быстро, как свет в вакууме, в то время как свет, проходящий через алмаз, замедляется менее чем вдвое. Тем не менее, он проезжает через жемчужину со скоростью более 277 миллионов миль в час (почти 124 000 км / с) — скорость не для насмешек.

Можем ли мы путешествовать быстрее света?

Научная фантастика любит рассуждать об этом, потому что «скорость деформации», как широко известно, путешествие со скоростью, превышающей скорость света, позволила бы нам перемещаться между звездами во временных рамках, которые иначе были бы невозможны.И хотя это не было доказано, практическая возможность путешествовать со скоростью быстрее света делает эту идею довольно надуманной.

Согласно общей теории относительности Эйнштейна, когда объект движется быстрее, его масса увеличивается, а длина сокращается. Со скоростью света такой объект имеет бесконечную массу, а его длина равна 0 — это невозможно. Таким образом, согласно теории, ни один объект не может достичь скорости света.

Это не мешает теоретикам предлагать творческие и конкурирующие теории.Некоторые говорят, что идея варп-скорости вполне возможна, и, возможно, в будущих поколениях люди будут прыгать между звездами так же, как мы путешествуем между городами в наши дни. Одно из предложений могло бы включать космический корабль, который мог бы складывать вокруг себя пространственно-временной пузырь, чтобы превысить скорость света. В теории звучит здорово.

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

Дополнительные ресурсы

Следуйте за Нолой Тейлор Редд на @NolaTRedd, Facebook или Google+. Следуйте за нами в @Spacedotcom, Facebook или Google+.

Какова скорость света?

При нашем нынешнем понимании движения кажется, что скорость света самая высокая из всех, она в 874 030 раз превышает скорость звука.

Скорость звука составляет около 343 м / с, а скорость света — 299 792 458 м / с. В милях в час / миль в час скорость света составляет около 670 616 629, а в километрах в час свет распространяется со скоростью 1 079 252 848.

В секундах свет распространяется со скоростью около 300 000 километров в секунду или 186 000 миль в секунду в вакууме.

В воде скорость света ниже: 225 000 км / 139 808 миль в секунду и 200 000 км / 124 274 миль в секунду в стекле.Кажется, что ничто не может быть быстрее скорости света.

Если вам нужен пример того, насколько велика скорость света, подумайте об этом: если бы мы запустили с Земли воображаемый космический корабль, который постоянно двигался бы со скоростью 246 960 км в час, он достиг бы Солнца в 606 часов, или 25 дней.

Однако, если бы наш космический корабль двигался со скоростью света, мы бы достигли Солнца всего за 8,3 минуты. Если бы вы путешествовали вокруг Земли со скоростью света, вы бы совершили полный тур по нашей планете 7.5 раз всего за одну секунду.

Теоретически кажется, что нет ничего быстрее скорости света или есть? Давайте выясним.

Кажется, что нет ничего быстрее скорости света, но Вселенная, как всегда, снова ускользает от нашего восприятия. Ученые продемонстрировали, что Вселенная расширяется, и это расширение даже быстрее скорости света.

Поскольку пространство теоретически «ничто», оно не подчиняется законам физики.Если бы вы держали факел и бежали с ним, скорость его света все равно была бы такой же.

Некоторые галактики удаляются от нашего Млечного Пути быстрее скорости света, и это происходит потому, что само пространство движется вместе с ними.

Если бы было что-то более эффективное, чем путешествие со скоростью света, это было бы путешествие через червоточины. Червоточины являются гипотетическими, но их механизм довольно интригующий, и в некотором смысле, если бы это было возможно, они предположительно быстрее скорости света.

Это связано с тем, что червоточина соединяет две удаленные точки, и теоретически, если бы вы отправились из точки a в точку b, независимо от ее расстояния, вы бы очень быстро достигли пункта назначения.

Многие считают, что скорость тьмы — это просто поэтическая метафора, не имеющая никакого законного научного обоснования, поскольку тьма — это просто отсутствие света.

Однако это может показаться немного сложнее. Если бы мы поместили темное пятно в луч света, темнота теоретически двигалась бы с той же скоростью, что и свет.

То же самое верно, если мы осветим темный угол. Неизвестно, есть ли скорость у самой тьмы, но когда дело доходит до темной материи, вещи начинают разворачиваться.

Темная материя — это гипотетическая энергия, которая составляет более 80% нашей Вселенной. В некоторых исследованиях ученые подсчитали, что этот загадочный элемент может перемещаться со скоростью около 54 м / с, что соответствует его существованию, но это довольно медленно по сравнению со скоростью света.

Ситуация усложняется, если мы рассмотрим черные дыры как часть определения темноты.Черные дыры лишены света, и если что-то приближается к их горизонту событий, от них не может ускользнуть даже свет.

Некоторые черные дыры также обладают быстрым вращением, причем некоторые из них записываются со скоростью вращения около 84% от скорости света. Темнота или скорость тьмы — довольно увлекательная тема, но она остается неуловимой для нашего нынешнего понимания.

Согласно нашим нынешним знаниям, самое быстрое во Вселенной — это свет.Если вы хотите поиграть в грязь, вы можете сказать, что Вселенная / космос — самая быстрая из существующих вещей, поскольку она расширяется со скоростью, даже превышающей скорость света.

Если в будущем мы поймем, как черные дыры могут улавливать даже свет, возможно, некоторые из их механизмов будут самыми быстрыми во Вселенной.

Специальная теория относительности утверждает, что ничто не должно двигаться быстрее скорости света, и если что-то будет двигаться так, оно будет перемещаться назад во времени.

Путешествие со скоростью, превышающей скорость света, может означать просто путешествие во времени. Однако, если это было правдой, в каком-то смысле вы могли бы с таким же успехом достичь бессмертия, поскольку никакая причина не могла повлиять на вас, даже время, особенно если, гипотетически говоря, вы даже не подвергнетесь ударам объектов, которые могли бы повлиять на вас. пройти через.

Наше нынешнее понимание скорости света минимально, и тем более, когда дело доходит до ее превышения. Мы, как вид, с нашими нынешними технологиями, только что достигли небольшого процента скорости света.Мы еще не на полпути.

Сгустки горячего газа, погруженные в потоки материала, выброшенного из блазаров, которые являются высокоактивными галактиками, движутся со скоростью около 99,9% скорости света.

Таким образом, физические процессы, происходящие в ядрах блазаров, настолько энергичны, что они могут перемещать материю со скоростью, близкой к скорости света, и, как таковые, они, вероятно, являются вторыми по скорости объектами во Вселенной.

Самая высокая скорость, достигаемая наземным транспортным средством, — это сверхзвуковой автомобиль ThrustSSC. Этот автомобиль достиг скорости 1227 км / 772 миль / ч и сохраняет титул самого быстрого наземного транспортного средства с 1997 года.

Самым быстрым самолетом в мире является Lockheed SR-71 Black Bird. Он получил этот титул в 1976 году и достиг скорости 3529,6 км / 2192 миль в час.

Parker Solar Probe в настоящее время является самым быстрым космическим кораблем, когда-либо созданным человеком.Он достиг 153 454 миль / 246 960 километров в час.

1. Википедия
2. Космос
3. НАСА

Какова скорость света?

Вы знаете, что действительно быстро? Вода! Следите за насадкой для душа в следующий раз, когда собираетесь убираться утром. Когда вы поворачиваете ручку, вода вырывается очень быстро. Если вы принимаете ванну, то, возможно, заметили, как вода вырывается из форсунки и начинает наполнять ванну.Забавно наблюдать, как первые волны воды достигают конца ванны и плещутся по бокам.

А теперь подумайте о чем-нибудь еще быстрее. О чем мы говорим? Свет, конечно! Когда вы щелкаете выключателем света, действует ли свет как вода? Вы видите, как он вылетает из лампочки и плещется по стенам, как волна? Нет! Свет мгновенно заполняет всю комнату. Это супер быстро!

Но какова скорость света? Глазами это точно не измерить.Как мы уже упоминали, щелчок выключателя мгновенно наполняет комнату светом. Ранние ученые заметили это же явление. Фактически, многие ранние ученые думали, что свет не движется с большой скоростью. Вместо этого они считали, что он либо мгновенно присутствует, либо нет.

На небольших расстояниях невозможно уловить движение света невооруженным глазом. Чтобы измерить скорость света, ученые узнают, что им нужны большие расстояния для работы. В 1676 году астроном Оле Ремер был первым ученым, который показал, что свет действительно движется с конечной скоростью, а не мгновенно.Он сделал это, изучая видимое движение спутника Юпитера Ио, который находится в сотнях миллионов миль от Земли.

Пройдет еще пара сотен лет, прежде чем Джеймс Клерк Максвелл при разработке своей теории электромагнетизма выдвинет гипотезу о том, что свет является электромагнитной волной. Другие ученые, включая Альберта Эйнштейна, разработали множество других теорий о природе света и начали разрабатывать все более точные измерения его скорости.

Сегодня скорость света в вакууме, известная математическим символом c , составляет точно 299 792 458 метров в секунду.Это точная математическая константа, потому что метр был переопределен в Международной системе единиц (СИ) в 1983 году как расстояние, проходимое светом в вакууме за 1/299 792 458 секунды.

Так насколько же это быстро? Действительно, очень быстро! В терминах, с которыми вы, возможно, более знакомы, свет путешествует со скоростью около 186 000 миль в секунду или примерно 671 миллион миль в час! Если бы вы могли путешествовать со скоростью света, вы могли бы облететь всю Землю более семи раз за одну секунду.

Согласно теории относительности Эйнштейна, скорость света — это максимальная скорость, с которой может перемещаться вся энергия, материя и информация во Вселенной. Итак, возможно ли двигаться быстрее скорости света, как «Энтерпрайз» в «Звездном пути», когда достиг «скорости деформации»? Не в соответствии с Эйнштейном, но другие современные ученые все еще разрабатывают гипотезы об условиях, которые могут вызвать «скорость деформации». » возможно.

Скорость света — важная константа при изучении физики и других сложных научных дисциплин.Это также привело к важному измерению в астрономии: световому году, который определяется как расстояние, которое свет может пройти за один год.

Свет, который Земля получает от Солнца, приходит примерно за восемь минут и 30 секунд. Свету ближайших к нам звезд в нашей галактике требуется более четырех лет, чтобы достичь Земли! Свету самых далеких звезд в далеких галактиках могут потребоваться миллиарды лет, чтобы достичь Земли.

Некоторые из самых далеких галактик удалены от нас на миллиарды световых лет.Когда ученые видят свет этих далеких галактик, они буквально видят историю, поскольку то, что они видят сегодня, не обязательно будет напоминать то, как эти звезды выглядели бы сегодня, если бы вы приземлились на одну из них!

Скорость света | Обсерватория Лас-Кумбрес

Сегодня любой может использовать Google для поиска скорости света в вакууме и получения точного результата за секунды: 299 792 458 м / с . Но кто открыл скорость света и как они это сделали?

Галилео Галилей был первым человеком, который попытался измерить скорость света в начале 1600-х годов.Галилей и его помощник стояли на разных вершинах холма с известным расстоянием между ними. План состоял в том, чтобы Галилей открыл заслонку лампы, а затем его помощник открыл заслонку лампы, как только увидит свет от Галилея. .

Используя расстояние между вершинами холмов и свой пульс в качестве таймера, Галилей планировал измерить скорость света. Он и его помощник попробовали это с разным расстоянием между ними, но независимо от того, насколько далеко они были друг от друга, он не смог измерить никакой разницы в количестве времени, которое требуется свету, чтобы пройти.

Галилей пришел к выводу, что скорость света слишком велика, чтобы ее можно было измерить этим методом, и был прав. Теперь мы очень точно знаем скорость света, и если бы Галилей и его помощник находились на вершинах холмов на расстоянии одной мили, свету понадобилось бы 0,0000054 секунды, чтобы перейти от одного человека к другому. Понятно, что Галилей не смог измерить это своим пульсом!

В 1676 году датский астроном по имени Оле Ремер изучал орбиты лун Юпитера и составлял таблицы, чтобы предсказать, когда произойдут лунные затмения.Он заметил, что, когда Юпитер и Земля находятся далеко друг от друга (близко к соединению), затмения лун происходят на несколько минут позже, чем когда Юпитер и Земля находятся ближе (почти в оппозиции). Он предположил, что это могло быть из-за времени, которое требуется свету для путешествие с Юпитера на Землю.

Рёмер обнаружил, что максимальное изменение времени этих затмений составляет 16,6 минут. Он интерпретировал это как количество времени, за которое свет проходит через диаметр орбиты Земли. На самом деле он не рассчитывал скорость света, поскольку диаметр орбиты Земли в его время был малоизвестен.Но, используя его метод, зная расстояния, которые у нас есть сегодня, мы получаем значение скорости света примерно 301 204,8 км / с. Это всего лишь около 0,5% от современного известного значения скорости света.

В 1850-х годах французский физик Жан Фуко измерил скорость света в лаборатории, используя источник света, быстро вращающееся зеркало и неподвижное зеркало. Этот метод был основан на аналогичном аппарате, построенном Арманом-Ипполитом Физо. Впервые на Земле удалось измерить скорость света, и скорость света была измерена с очень большой точностью.

В 1970-х годах интерферометрия использовалась для получения наиболее точного значения скорости света, которое когда-либо было измерено: 299 792,4562 ± 0,0011 км / с. Затем, в 1983 году, метр был переопределен в Международной системе единиц (СИ) как расстояние, проходимое светом в вакууме за 1/299 792 458 секунды. В результате численное значение скорости света ( c ) в метрах в секунду теперь точно фиксируется по определению метра. Это всегда медленнее с другими материалами, такими как вода или стекло.Для большинства расчетов используется значение 3,00 x 10 ⁵ км / с.

Учебник по микроскопии молекулярных выражений: физика света и цвета

Скорость света

Где-то в космическом пространстве, в миллиардах световых лет от Земли, первоначальный свет, связанный с Большим взрывом Вселенной, освещает новую землю, продолжая двигаться наружу. В отличие от другой формы электромагнитного излучения, происходящего на Земле, радиоволны из первого прямого эфира сериала «Шоу Люси » транслируют премьер где-то в глубоком космосе, хотя и значительно уменьшены по амплитуде.

Основная концепция, лежащая в основе обоих событий, включает скорость света (и все другие формы электромагнитного излучения), которую ученые тщательно изучили, и теперь выражается как постоянное значение, обозначаемое в уравнениях символом c . Не совсем константа, а максимальная скорость в вакууме, скорость света, которая составляет почти 300 000 километров в секунду, может быть изменена путем изменения среды или с помощью квантовой интерференции.

Свет, движущийся в однородном веществе или среде, распространяется по прямой линии с относительно постоянной скоростью, если только он не преломляется, не отражается, не дифрагирует или не возмущается каким-либо другим образом.Этот общепризнанный научный факт не является продуктом атомной эры или даже эпохи Возрождения, а был первоначально продвинут древнегреческим ученым Евклидом где-то около 350 г. до н.э. в его историческом трактате Optica . Однако интенсивность света (и другого электромагнитного излучения) обратно пропорциональна квадрату пройденного расстояния. Таким образом, после того, как свет прошел дважды заданное расстояние, интенсивность падает в четыре раза.

Когда свет, проходящий через воздух, попадает в другую среду, такую ​​как стекло или вода, скорость и длина волны света уменьшаются (см. Рисунок 2), хотя частота остается неизменной.Свет распространяется со скоростью примерно 300000 километров в секунду в вакууме, который имеет показатель преломления 1,0, но он замедляется до 225000 километров в секунду в воде (показатель преломления 1,3; см. Рисунок 2) и 200000 километров в секунду в стекле (преломление). индекс 1,5). В алмазе с довольно высоким показателем преломления 2,4 скорость света снижается до относительного ползания (125 000 километров в секунду), что примерно на 60 процентов меньше его максимальной скорости в вакууме.

Из-за огромных путешествий, которые свет проходит в космическом пространстве между галактиками (см. Рис. 1) и внутри Млечного Пути, расстояние между звездами измеряется не в километрах, а в световых годах, расстояние, которое свет пройдет за год.Световой год равен 9,5 триллиона километров или примерно 5,9 триллиона миль. Расстояние от Земли до следующей ближайшей звезды за пределами нашего Солнца, Proxima Centauri , составляет примерно 4,24 световых года. Для сравнения: диаметр галактики Млечный Путь составляет около 150 000 световых лет, а расстояние до галактики Андромеды составляет примерно 2,21 миллиона световых лет. Это означает, что свет, покидающий галактику Андромеды 2,21 миллиона лет назад, как раз достигает Земли, если только он не был задержан отражением небесных тел или преломлением обломков.

Когда астрономы смотрят в ночное небо, они наблюдают смесь реального времени, недавнего прошлого и древней истории. Например, в период, когда пионеры вавилоняне, арабские астрологи и греческие астрономы описывали звездные созвездия, Скорпион ( Скорпион для астрологов) все еще имел хлыст скорпиона. Хвостовая звезда и другие звезды в этом созвездии появились в небе как новые звезды между 500 и 1000 годами до нашей эры, но сегодня они не видны.Хотя некоторые из звезд, которые наблюдаются в ночном небе Земли, уже давно погибли, световые волны, которые несут их изображения, все еще достигают человеческих глаз и телескопов. Фактически, свет от их разрушения (и тьма их отсутствия) еще не пересек огромные расстояния глубокого космоса из-за недостаточного времени.

Эмпедокл из Акрагаса, живший около 450 г. до н.э., был одним из первых известных философов, которые предположили, что свет распространяется с конечной скоростью.Спустя почти тысячелетие, примерно в 525 году нашей эры, римский ученый и математик Аниций Боэций попытался задокументировать скорость света, но, будучи обвиненным в измене и колдовстве, был обезглавлен за свои научные усилия. С самого первого применения китайцами черного пороха для фейерверков и сигналов человек задавался вопросом о скорости света. Поскольку вспышка света и цвета предшествовали взрывному звуку на несколько секунд, не требовалось серьезных вычислений, чтобы понять, что скорость света явно превышает скорость звука.

Китайские секреты взрывчатых веществ проникли на Запад в середине тринадцатого века, и вместе с ними возникли вопросы о скорости света. До этого периода другие исследователи, должно быть, рассматривали вспышку молнии, за которой позже последовал удар грома, типичный для грозы, но не предлагали правдоподобных научных объяснений природы задержки.Арабский ученый Альхазен был первым серьезным ученым-оптиком, который предположил (около 1000 г. н.э.), что свет имеет конечную скорость, а к 1250 г. британский пионер оптики Роджер Бэкон написал, что скорость света конечна, хотя и очень велика. Тем не менее, широко распространенное мнение большинства ученых того периода заключалось в том, что скорость света бесконечна и не может быть измерена.

В 1572 году знаменитый датский астроном Тихо Браге первым описал сверхновую, которая произошла в созвездии Кассиопеи .Наблюдая за тем, как в небе внезапно появляется «новая звезда», которая медленно усиливается в яркости, а затем исчезает из поля зрения в течение 18 месяцев, астроном был озадачен, но заинтригован. Эти новые небесные видения заставили Браге и его современников подвергнуть сомнению широко распространенное представление о совершенной и неизменной Вселенной, имеющей бесконечную скорость света. Трудно было отвергнуть веру в то, что свет имеет бесконечную скорость, хотя некоторые ученые начали сомневаться в скорости света в шестнадцатом веке.Еще в 1604 году немецкий физик Иоганн Кеплер предположил, что скорость света мгновенная. В своих опубликованных заметках он добавил, что космический вакуум не замедляет скорость света, в определенной степени затрудняя поиски его современниками эфира, который якобы заполнял пространство и нес свет.

Вскоре после изобретения и некоторых относительно грубых усовершенствований телескопа датский астроном Оле Ремер (в 1676 году) стал первым ученым, сделавшим строгую попытку оценить скорость света.Изучая спутник Юпитера Ио и его частые затмения, Ремер смог предсказать периодичность периода затмений для Луны (рис. 3). Однако через несколько месяцев он заметил, что его прогнозы постепенно становились менее точными с увеличением временных интервалов, достигая максимальной ошибки около 22 минут (довольно большое расхождение, учитывая, как далеко свет проходит за этот промежуток времени). Затем, как ни странно, его прогнозы снова стали более точными через несколько месяцев, и цикл повторился.Работая в Парижской обсерватории, Ремер вскоре понял, что наблюдаемые различия были вызваны вариациями расстояния между Землей и Юпитером из-за орбитальных путей планет. Когда Юпитер удалялся от Земли, свету приходилось перемещаться на большее расстояние, и ему требовалось дополнительное время, чтобы достичь Земли. Применяя относительно неточные расчеты расстояний между Землей и Юпитером, доступные в тот период, Ремер смог оценить скорость света примерно в 137 000 миль (или 220 000 километров) в секунду.Рисунок 3 иллюстрирует репродукцию оригинальных рисунков Ремера, описывающих его методологию, использованную для определения скорости света.

Работа Ремера взволновала научное сообщество, и многие исследователи начали пересматривать свои предположения о бесконечной скорости света. Сэр Исаак Ньютон, например, написал в своем знаменательном трактате 1687 года Philosophiae Naturalis Prinicipia Mathematica (Математические принципы естественной философии): «Поскольку теперь очевидно из явлений спутников Юпитера, подтвержденных наблюдениями различных астрономов, этот свет распространяется последовательно, и ему требуется около семи или восьми минут, чтобы пройти от Солнца до Земли », что на самом деле является очень точной оценкой правильной скорости света.Уважаемое мнение и широкая репутация Ньютона сыграли важную роль в запуске научной революции и помогли начать новые исследования ученых, которые теперь признали скорость света конечной.

Следующим в очереди, кто дал полезную оценку скорости света, был британский физик Джеймс Брэдли. В 1728 году, через год после смерти Ньютона, Брэдли оценил скорость света в вакууме примерно в 301 000 километров в секунду, используя звездные аберрации.Эти явления проявляются в явном изменении положения звезд из-за движения Земли вокруг Солнца. Степень звездной аберрации можно определить по отношению орбитальной скорости Земли к скорости света. Измеряя угол звездной аберрации и применяя эти данные к орбитальной скорости Земли, Брэдли смог прийти к удивительно точной оценке.

В 1834 году сэр Чарльз Уитстон, изобретатель калейдоскопа и пионер в науке о звуке, попытался измерить скорость электричества.Уитстон изобрел устройство, в котором использовались вращающиеся зеркала и емкостный разряд через лейденскую банку, чтобы генерировать и синхронизировать движение искр по почти восьми милям провода. К сожалению, его расчеты (и, возможно, его приборы) были ошибочными до такой степени, что Уитстон оценил скорость электричества в 288 000 миль в секунду, ошибка, которая заставила его поверить в то, что электричество движется быстрее света. Позднее исследования Уитстона были расширены французским ученым Домиником Франсуа Жаном Араго.Хотя ему не удалось завершить свою работу до того, как в 1850 году у него ухудшилось зрение, Араго правильно предположил, что в воде свет распространяется медленнее, чем в воздухе.

Тем временем во Франции конкурирующие ученые Арман Физо и Жан-Бернар-Леон Фуко независимо друг от друга попытались измерить скорость света, не полагаясь на небесные явления, воспользовавшись открытиями Араго и расширив конструкцию инструмента с вращающимся зеркалом Уитстона. В 1849 году Физо сконструировал устройство, которое направляло луч света через зубчатое колесо (вместо вращающегося зеркала), а затем на неподвижное зеркало, расположенное на расстоянии 5.5 миль. Вращая колесо с большой скоростью, он смог направить луч через промежуток между двумя зубьями на обратном пути и поймать отраженные лучи в соседнем промежутке на обратном пути. Вооружившись скоростью вращения колес и расстоянием, пройденным импульсным светом, Физо смог вычислить скорость света. Он также обнаружил, что в воздухе свет распространяется быстрее, чем в воде (подтверждая гипотезу Араго), и этот факт позже подтвердил его соотечественник Фуко путем экспериментов.

Фуко использовал быстро вращающееся зеркало, приводимое в движение турбиной сжатого воздуха, для измерения скорости света. В его аппарате (см. Рис. 4) узкий луч света проходит через апертуру, а затем через стеклянное окно (действующее также как светоделитель) с мелкой градуированной шкалой, прежде чем попасть на быстро вращающееся зеркало. Свет, отраженный от вращающегося зеркала, направляется через батарею стационарных зеркал по зигзагообразной схеме, предназначенной для увеличения длины пути инструмента примерно до 20 метров без соответствующего увеличения размера.За то время, которое потребовалось свету, чтобы отразиться через серию зеркал и вернуться к вращающемуся зеркалу, произошло небольшое смещение положения зеркала. Затем свет, отраженный от смещенного положения вращающегося зеркала, следует по новому пути обратно к источнику и попадает в микроскоп, установленный на приборе. Крошечный сдвиг света можно было увидеть в микроскоп и зарегистрировать. Путем анализа данных, собранных в ходе его эксперимента, Фуко смог вычислить скорость света как 298 000 километров в секунду (примерно 185 000 миль в секунду).

Световой путь в устройстве Фуко был достаточно коротким, чтобы его можно было использовать при измерении скорости света через среду, отличную от воздуха. Он обнаружил, что скорость света в воде или стекле составляет лишь около двух третей от скорости света в воздухе, и он также пришел к выводу, что скорость света через данную среду обратно пропорциональна показателю преломления. Этот замечательный результат согласуется с предсказаниями о поведении света, полученными сотнями лет назад из волновой теории распространения света.

Следуя указаниям Фуко, американский физик польского происхождения по имени Альберт А. Михельсон попытался повысить точность метода и в 1878 году успешно измерил скорость света с помощью более совершенной версии прибора вдоль 2000-футовой стены, выстилающей территорию вокруг. берега реки Северн в Мэриленде. Вкладывая средства в высококачественные линзы и зеркала для фокусировки и отражения луча света по гораздо более длинному пути, чем тот, который использовал Фуко, Майкельсон рассчитал конечный результат 186 355 миль в секунду (299 909 километров в секунду), допуская возможную ошибку около 30 миль в секунду.Из-за возросшей сложности его экспериментального дизайна точность измерений Майкельсона была более чем в 20 раз выше, чем у Фуко.

В конце 1800-х годов большинство ученых все еще считало, что свет распространяется в космосе с использованием носителя, называемого эфиром . Майкельсон объединился с ученым Эдвардом Морли в 1887 году, чтобы разработать экспериментальный метод обнаружения эфира путем наблюдения относительных изменений скорости света, когда Земля завершила свой оборот вокруг Солнца.Для достижения этой цели они разработали интерферометр, который разделяет луч света и перенаправляет отдельные лучи по двум разным путям, каждый длиной более 10 метров, используя сложную матрицу зеркал. Майкельсон и Морли рассудили, что если Земля движется через эфирную среду, луч, отражающийся взад и вперед перпендикулярно потоку эфира, должен проходить дальше, чем луч, отражающийся параллельно эфиру. Результатом будет задержка в одном из световых лучей, которую можно было бы обнаружить, когда лучи были рекомбинированы посредством интерференции.

Экспериментальная установка, построенная Майкельсоном и Морли, была массивной (см. Рис. 5). Установленный на медленно вращающейся каменной плите площадью более пяти квадратных футов и толщиной 14 дюймов, инструмент был дополнительно защищен находящейся под ним лужей ртути, которая действовала как амортизатор без трения, устраняя вибрации Земли. После того, как плита была приведена в движение, достигнув максимальной скорости 10 оборотов в час, потребовалось несколько часов, чтобы снова остановиться. Свет, проходящий через светоделитель и отраженный системой зеркал, исследовался с помощью микроскопа на предмет интерференционных полос, но они никогда не наблюдались.Однако Майкельсон использовал свой интерферометр, чтобы точно определить скорость света на уровне 186 320 миль в секунду (299 853 километра в секунду), значение, которое оставалось стандартом в течение следующих 25 лет. Неспособность обнаружить изменение скорости света с помощью эксперимента Майкельсона-Морли положила начало прекращению спора об эфире, который был окончательно положен теориями Альберта Эйнштейна в начале двадцатого века.

В 1905 году Эйнштейн опубликовал свою Специальную теорию относительности , а в 1915 году — Общую теорию относительности .Первая теория относилась к движению объектов с постоянной скоростью относительно друг друга, а вторая фокусировалась на ускорении и его связи с гравитацией. Поскольку они оспаривали многие давние гипотезы, такие как закон движения Исаака Ньютона, теории Эйнштейна были революционной силой в физике. Идея относительности воплощает идею о том, что скорость объекта может быть определена только относительно положения наблюдателя. Например, человек, идущий внутри авиалайнера, кажется, движется со скоростью около одной мили в час в системе отсчета самолета (который сам движется со скоростью 600 миль в час).Однако наблюдателю на земле кажется, что человек движется со скоростью 601 миля в час.

Эйнштейн в своих расчетах предположил, что скорость света, движущегося между двумя системами отсчета, остается одинаковой для наблюдателей в обоих местах. Поскольку наблюдатель в одном кадре использует свет для определения положения и скорости объектов в другом кадре, это меняет способ, которым наблюдатель может соотносить положение и скорость объектов. Эйнштейн использовал эту концепцию, чтобы вывести несколько важных формул, описывающих, как объекты в одной системе отсчета выглядят, если смотреть с другой, которая движется равномерно относительно первой.Его результаты привели к некоторым необычным выводам, хотя эффекты становятся заметными только тогда, когда относительная скорость объекта приближается к скорости света. Таким образом, основные выводы из фундаментальных теорий Эйнштейна и его часто упоминаемого уравнения относительности:

можно резюмировать следующим образом:

• Длина объекта уменьшается относительно наблюдателя по мере увеличения скорости этого объекта.

• Когда система отсчета движется, временные интервалы становятся короче. Другими словами, космический путешественник, движущийся со скоростью света или близкой к ней, мог покинуть Землю на многие годы и вернуться, испытав промежуток времени всего в несколько месяцев.

• Масса движущегося объекта увеличивается с увеличением его скорости, и по мере приближения скорости к скорости света масса приближается к бесконечности. По этой причине широко распространено мнение, что путешествие со скоростью, превышающей скорость света, невозможно, потому что для ускорения бесконечной массы потребуется бесконечное количество энергии.

Хотя теория Эйнштейна повлияла на весь мир физики, она имела особенно важные последствия для тех ученых, которые изучали свет. Теория объяснила, почему эксперимент Майкельсона-Морли не дал ожидаемых результатов, препятствуя дальнейшим серьезным научным исследованиям природы эфира как среды-носителя. Он также продемонстрировал, что ничто не может двигаться быстрее скорости света в вакууме, и что эта скорость является постоянной и неизменной величиной.Между тем, ученые-экспериментаторы продолжали применять все более сложные инструменты, чтобы установить правильное значение скорости света и уменьшить ошибку в ее измерении.

Измерения скорости света

Таблица 1

В конце девятнадцатого века достижения в области радио- и микроволновых технологий предоставили новые подходы к измерению скорости света. В 1888 году, более чем через 200 лет после первых наблюдений за небесными телами Ремера, немецкий физик Генрих Рудольф Герц измерил скорость радиоволн.Герц получил значение около 300 000 километров в секунду, подтвердив теорию Джеймса Клерка Максвелла о том, что радиоволны и свет являются формами электромагнитного излучения. Дополнительные доказательства были собраны в 1940-х и 1950-х годах, когда британские физики Кейт Дэви Фрум и Луи Эссен использовали радио и микроволны, соответственно, для более точного измерения скорости электромагнитного излучения.

Максвеллу также приписывают определение скорости света и других форм электромагнитного излучения не путем измерения, а путем математического вывода.Во время своих попыток найти связь между электричеством и магнетизмом Максвелл предположил, что изменяющееся электрическое поле создает магнитное поле, обратное следствие закона Фарадея. Он предположил, что электромагнитные волны состоят из комбинированных колеблющихся электрических и магнитных волн, и рассчитал скорость этих волн в пространстве как:

, где e — диэлектрическая проницаемость , и м, — проницаемость , свободного пространства, две константы, которые можно измерить с относительно высокой степенью точности.В результате получается значение, которое близко приближается к измеренной скорости света.

В 1891 году, продолжая свои исследования скорости света и астрономии, Майкельсон создал крупномасштабный интерферометр с помощью преломляющего телескопа в обсерватории Лик в Калифорнии. Его наблюдения были основаны на задержке во времени прихода света при просмотре далеких объектов, таких как звезды, которые можно количественно проанализировать, чтобы измерить как размер небесных тел, так и скорость света.Почти 30 лет спустя Майкельсон перенес свои эксперименты в обсерваторию Маунт-Вильсон и применил те же методы к 100-дюймовому телескопу, крупнейшему в то время в мире.

Включив восьмиугольное вращающееся зеркало в свой экспериментальный проект, Майкельсон получил значение скорости света 299 845 километров в секунду. Хотя Майкельсон умер до завершения своих экспериментов, его коллега в Mount Wilson, Фрэнсис Г. Пиз, продолжал использовать новаторскую технику для проведения исследований в 1930-е годы.Используя модифицированный интерферометр, Пиз провел множество измерений в течение нескольких лет и, наконец, определил, что правильное значение скорости света составляет 299 774 километра в секунду, что является самым близким измерением, достигнутым на тот момент. Несколько лет спустя, в 1941 году, научное сообщество установило стандарт скорости света. Это значение, 299 773 километра в секунду, было основано на компиляции самых точных измерений того периода. На рисунке 6 представлено графическое представление измерений скорости света за последние 200 лет.

К концу 1960-х лазеры стали стабильным исследовательским инструментом с четко определенными частотами и длинами волн. Быстро стало очевидно, что одновременное измерение частоты и длины волны даст очень точное значение скорости света, подобное экспериментальному подходу, проведенному Китом Дэви Фрумом с использованием микроволн в 1958 году. Несколько исследовательских групп в США и других странах. страны измерили частоту 633-нанометровой линии с помощью гелий-неонового лазера, стабилизированного йодом, и получили очень точные результаты.В 1972 году Национальный институт стандартов и технологий применил лазерную технологию для измерения скорости на уровне 299 792 458 метров в секунду (186 282 мили в секунду), что в конечном итоге привело к переопределению измерителя благодаря очень точной оценке скорости света.

Начиная с прорывных усилий Ремера 1676 года, скорость света была измерена по крайней мере 163 раза с использованием широкого спектра различных методов более чем 100 исследователями (см. Таблицу 1 для компиляции методов, исследователей и дат).По мере совершенствования научных методов и устройств пределы ошибок оценок сужались, хотя скорость света существенно не изменилась со времени расчетов Ремера семнадцатого века. Наконец, в 1983 году, более чем через 300 лет после первой серьезной попытки измерения, скорость света была определена Семнадцатым Всеобщим конгрессом по мерам и весам как 299 792,458 километров в секунду. Таким образом, измеритель определяется как расстояние, которое свет проходит через вакуум за промежуток времени 1/299 792 458 секунд.Однако в целом (даже во многих научных расчетах) скорость света округляется до 300 000 километров (или 186 000 миль) в секунду. Получение стандартного значения скорости света было важно для создания международной системы единиц, которая позволила бы ученым со всего мира сравнивать свои данные и расчеты.

Существует умеренное противоречие по поводу того, существуют ли доказательства того, что скорость света замедлялась со времени Большого взрыва, когда он мог двигаться значительно быстрее, как предполагают некоторые исследователи.Хотя представленные и опровергнутые аргументы увековечивают эту дискуссию, большинство ученых по-прежнему утверждают, что скорость света постоянна. Физики отмечают, что реальная скорость света, измеренная Ремером и его последователями, существенно не изменилась, а скорее указывают на ряд усовершенствований в научном оборудовании, связанных с повышением точности измерений, используемых для определения скорости света. Сегодня расстояние между Юпитером и Землей известно с высокой степенью точности, как и диаметр Солнечной системы и орбитальные траектории планет.Когда исследователи применяют эти данные для доработки расчетов, сделанных за последние несколько столетий, они получают значения скорости света, сопоставимые с теми, которые были получены с помощью более современных и сложных приборов.

Соавторы

Кеннет Р. Спринг — научный консультант, Ласби, Мэриленд, 20657.

Thomas J. Fellers , Lawrence D. Zuckerman и Michael W.Дэвидсон — Национальная лаборатория сильных магнитных полей, 1800 г. Источники Пола Дирака, Университет штата Флорида, Таллахасси, Флорида, 32310.

НАЗАД НА СКОРОСТЬ СВЕТА

Вопросы или комментарии? Отправить нам письмо.

© 1998-2021, автор — Майкл В. Дэвидсон и Государственный университет Флориды. Все права защищены. Никакие изображения, графика, сценарии или апплеты не могут быть воспроизведены или использованы каким-либо образом без разрешения правообладателей.Использование этого веб-сайта означает, что вы соглашаетесь со всеми юридическими положениями и условиями, изложенными владельцами.

Этот веб-сайт поддерживается нашей командой

Последнее изменение: пятница, 13 ноября 2015 г., 14:18

Счетчик доступа с 14 августа 2002 г .: 132078

Для получения дополнительной информации о производителях микроскопов,

У Вселенной есть ограничение скорости, и это не скорость света

Все безмассовые частицы движутся со скоростью света, включая фотоны, глюоны и гравитационные… [+] волны, несущие электромагнитное, сильное ядерное и гравитационное взаимодействия соответственно. Частицы с массой всегда должны двигаться со скоростью ниже скорости света, и в нашей Вселенной существует еще более жесткое ограничение.

Когда дело доходит до ограничения скорости, главным ограничением, устанавливаемым законами физики, является скорость света. Как впервые понял Альберт Эйнштейн, каждый, кто смотрит на луч света, видит, что он движется с одинаковой скоростью, независимо от того, движется он к вам или от вас.Независимо от того, как быстро вы путешествуете или в каком направлении, весь свет всегда движется с одинаковой скоростью, и это всегда верно для всех наблюдателей. Более того, все, что сделано из материи, может приближаться только к скорости света, но никогда не достигать ее. Если у вас нет массы, вы должны двигаться со скоростью света; если у вас есть масса, вы никогда не сможете ее достичь.

Но практически в нашей Вселенной существует еще более жесткое ограничение скорости материи, оно ниже скорости света. Вот научная история о реальном ограничении космической скорости.

Свет в вакууме всегда кажется движущимся с одной и той же скоростью, скоростью света, независимо от скорости … [+] наблюдателя.

Когда ученые говорят о скорости света — 299 792 458 м / с — мы неявно подразумеваем «скорость света в вакууме». Только при отсутствии частиц, полей или среды, через которую мы можем перемещаться, мы можем достичь этой конечной космической скорости. Но даже при этом только действительно безмассовые частицы и волны могут достичь такой скорости.Сюда входят фотоны, глюоны и гравитационные волны, но ничего больше, о чем мы знаем.

Кварки, лептоны, нейтрино и даже предполагаемая темная материя — все они обладают массой как свойством, присущим им. Объекты, состоящие из этих частиц, такие как протоны, атомы и люди, тоже имеют массу. В результате они могут приблизиться к скорости света в вакууме, но никогда не достичь ее. Независимо от того, сколько энергии вы вложите в них, скорость света даже в вакууме навсегда останется недостижимой.

Гипердвигатель из «Звездных войн», кажется, изображает ультрарелятивистское движение в пространстве, … [+] чрезвычайно близкое к скорости света. Но по законам относительности вы никогда не сможете достичь, а тем более превысить скорость света, если вы состоите из материи.

Но на практике идеального вакуума не существует. Даже в самой глубокой бездне межгалактического пространства есть три вещи, от которых вы абсолютно не можете избавиться.

1. WHIM: теплая-горячая межгалактическая среда. Эта тонкая, разреженная плазма — остатки космической паутины. В то время как материя группируется в звезды, галактики и более крупные группы, часть этой материи остается в огромных пустотах Вселенной. Звездный свет ионизирует его, создавая плазму, которая может составлять около 50% всего нормального вещества во Вселенной.
2. CMB: космический микроволновый фон. Этот остаток фотонов возник в результате Большого взрыва, когда он был при чрезвычайно высоких энергиях.Даже сегодня, при температуре всего на 2,7 градуса выше абсолютного нуля, на кубический сантиметр пространства приходится более 400 фотонов реликтового излучения.
3. CNB: фон космических нейтрино. Большой взрыв, помимо фотонов, создает ванну из нейтрино. Превышая число протонов, возможно, на миллиард к одному, многие из этих теперь медленно движущихся частиц падают в галактики и скопления, но многие остаются и в межгалактическом пространстве.

Многоволновое изображение центра Галактики показывает звезды, газ, излучение и черные дыры… [+] другие источники. Но свет, исходящий от всех этих источников, от гамма-лучей до видимого и радиосвета, может указывать только на то, что наши инструменты достаточно чувствительны, чтобы обнаруживать их на расстоянии более 25000 световых лет.

Любая частица, путешествующая по Вселенной, встретит частицы из WHIM, нейтрино из CNB и фотоны из CMB. Несмотря на то, что они имеют самую низкую энергию, фотоны реликтового излучения являются наиболее многочисленными и равномерно распределенными частицами из всех.Независимо от того, как вы генерируете или сколько энергии у вас есть, на самом деле невозможно избежать взаимодействия с этим излучением, которому 13,8 миллиардов лет.

Когда мы думаем о частицах с самой высокой энергией во Вселенной, то есть о частицах, которые будут двигаться быстрее всего, мы полностью ожидаем, что они будут генерироваться в самых экстремальных условиях, которые может предложить Вселенная. Это означает, что мы думаем, что найдем их там, где энергии самые высокие, а поля самые сильные: поблизости от коллапсирующих объектов, таких как нейтронные звезды и черные дыры.

На этом художественном изображении блазар ускоряет протоны, которые производят пионы, которые производят … [+] нейтрино и гамма-лучи.

Нейтронные звезды и черная дыра — это то место, где вы можете найти не только самые сильные гравитационные поля во Вселенной, но и — теоретически — самые сильные электромагнитные поля. Чрезвычайно сильные поля генерируются заряженными частицами на поверхности нейтронной звезды или в аккреционном диске вокруг черной дыры, которые движутся со скоростью, близкой к скорости света.Движущиеся заряженные частицы создают магнитные поля, и когда частицы движутся через эти поля, они ускоряются.

Это ускорение вызывает не только излучение света множества длин волн, от рентгеновских лучей до радиоволн, но также и самые быстрые частицы с самой высокой энергией, которые когда-либо видели: космические лучи.

Вид активного галактического ядра, сделанный художником. Сверхмассивная черная дыра в центре … [+] аккреционного диска посылает в космос узкую высокоэнергетическую струю вещества, перпендикулярную диску.Блазар на расстоянии около 4 миллиардов световых лет является источником многих космических лучей и нейтрино самых высоких энергий.

В то время как Большой адронный коллайдер ускоряет частицы здесь, на Земле, до максимальной скорости 299 792 455 м / с, или 99,999999% скорости света, космические лучи могут разрушить этот барьер. Космические лучи с самой высокой энергией имеют примерно в 36 миллионов раз больше энергии, чем самые быстрые протоны, когда-либо созданные на Большом адронном коллайдере.Если предположить, что эти космические лучи также состоят из протонов, получаем скорость 299 792 457,99999999999992 м / с, что очень близко к скорости света в вакууме, но все же ниже ее.

Есть очень веская причина, по которой, когда мы их получаем, эти космические лучи не более энергичны, чем эти.

Реликтовое излучение, оставшееся после Большого взрыва, пронизывает всю Вселенную. Когда частица летит … [+] в космосе, ее постоянно бомбардируют фотоны реликтового излучения.Если энергетические условия правильные, даже при столкновении фотона с низкой энергией, подобного этому, есть возможность создать новые частицы.

Проблема в том, что космос — это не вакуум. В частности, фотоны реликтового излучения будут сталкиваться и взаимодействовать с этими частицами, когда они путешествуют по Вселенной. Независимо от того, насколько высока энергия созданной вами частицы, она должна пройти через радиационную ванну, оставшуюся после Большого взрыва, чтобы достичь вас.

Несмотря на то, что это излучение невероятно холодное, при средней температуре около 2,725 Кельвина средней энергией каждого фотона нельзя пренебречь; это около 0,00023 электрон-вольт. Несмотря на то, что это крошечное число, космические лучи, падающие на него, могут быть невероятно энергичными. Каждый раз, когда заряженная частица высокой энергии взаимодействует с фотоном, она имеет такую ​​же возможность, что и все взаимодействующие частицы: если это энергетически разрешено, E = mc ² , то есть шанс, что она может создать новую частицу!

Когда две частицы сталкиваются при достаточно высоких энергиях, у них появляется возможность произвести.2 таким образом является неизбирательным.

Если вы когда-нибудь создадите частицу с энергией, превышающей 5 × 10 ¹⁹ эВ, они смогут пройти всего несколько миллионов световых лет — максимум — до того, как один из этих фотонов, оставшихся после Большого взрыва, взаимодействует с ней. Когда это взаимодействие происходит, энергии будет достаточно, чтобы произвести нейтральный пион, который крадет энергию у исходного космического луча.

Чем более энергична ваша частица, тем выше вероятность того, что вы будете производить пионы, что вы продолжите делать, пока не упадете ниже этого теоретического предела космической энергии, известного как GZK-обрезание.(Названо в честь трех физиков: Грейзена, Зацепина и Кузьмина). Еще больше тормозящего (тормозного) излучения возникает в результате взаимодействия с любыми частицами в межзвездной / межгалактической среде. Ему подвержены даже частицы с более низкой энергией, которые излучают энергию толпами по мере образования электронно-позитронных пар (и других частиц).

Космические лучи, создаваемые астрофизическими источниками высоких энергий, могут достигать поверхности Земли. Когда космический … [+] луч сталкивается с частицей в атмосфере Земли, он производит поток частиц, который мы можем обнаружить с помощью массивов на земле.Если эти частицы созданы за пределами локальной группы, они должны подчиняться GZK-обрезанию.

Мы считаем, что каждая заряженная частица в космосе — каждый космический луч, каждый протон, каждое атомное ядро ​​- должна ограничиваться этой скоростью. Не только скорость света, но и немного ниже, благодаря свету, оставшемуся после Большого взрыва, и частицам в межгалактической среде. Если мы видим что-то с более высокой энергией, это либо означает:

1. частицы при высоких энергиях могут играть по иным правилам, чем те, которые, как мы сейчас думаем, действуют,
2. они производятся гораздо ближе, чем мы думаем: в нашей собственной Местной группе или Млечном Пути, а не в этих далеких внегалактических черных дырах,
3. , или это вовсе не протоны, а составные ядра.

Те немногие частицы, которые мы видели, которые преодолевают барьер GZK, действительно превышают 5 × 10 ¹⁹ эВ с точки зрения энергии, но не превышают 3 × 10 ²¹ эВ, что было бы соответствующей энергией. значение для ядра железа. Поскольку было подтверждено, что многие из космических лучей самых высоких энергий являются тяжелыми ядрами, а не отдельными протонами, это наиболее вероятное объяснение космических лучей экстремальных сверхвысоких энергий.

Спектр космических лучей.19 эВ, но вы видите частицы, которые имеют в 10 раз больше энергии.

Существует ограничение скорости частиц, движущихся во Вселенной, и это не скорость света. Напротив, это значение, которое немного ниже, продиктовано количеством энергии в оставшемся свечении от Большого взрыва. По мере того как Вселенная продолжает расширяться и остывать, этот предел скорости будет медленно повышаться в космических временных масштабах, приближаясь к скорости света.Но помните, путешествуя по Вселенной, если вы двигаетесь слишком быстро, даже радиация, оставшаяся после Большого взрыва, может вас поджарить. Пока вы сделаны из материи, существует предел космической скорости, который вы просто не можете преодолеть.

Преобразование скорости света в футы в секунду (c в фут / с)

Введите скорость в скорости света ниже, чтобы получить значение, преобразованное в футы в секунду.

Как преобразовать скорость света в футы в секунду

Чтобы преобразовать скорость света в фут в секунду, умножьте скорость на коэффициент преобразования.

Поскольку одна скорость света равна 983 571 056,43045 футов в секунду, вы можете использовать эту простую формулу для преобразования:

футов в секунду = скорость света × 983,571,056,43045

Скорость в футах в секунду равна скорости света, умноженной на 983 571 056,43045.

5 c = (5 × 983 571 056.43045) = 4,917,855,282,1522 фут / с

Скорость света и футы в секунду — единицы измерения скорости. Продолжайте читать, чтобы узнать больше о каждой единице измерения.

Скорость света равна точно 299 792 458 метров в секунду или 670 616 629 миль в час. Определение скорости света фактически взято из последнего международного определения метра в 1983 году. ^[1]

Скорость света можно обозначить как c ; например, 1 скорость света можно записать как 1 c.

Футы в секунду — это единица измерения скорости, выражающая пройденное расстояние в футах за одну секунду.

Фут в секунду — это стандартная британская единица измерения скорости в США.Футов в секунду можно обозначить как фут / с , а также иногда сокращенно как фут / с или фут / с . Например, 1 фут в секунду можно записать как 1 фут / с, 1 фут / с или 1 кадр / с.

В формальных выражениях косая черта или солидус (/) используется для разделения единиц, используемых для обозначения деления в выражении.