Каква е скоростта на светлината? Защо скоростта на светлината е постоянна на пръстите ви™

> Скоростта на светлината

Разберете кои скоростта на светлинатавъв вакуум е фундаментална константа във физиката. Прочетете на какво е равна скоростта на разпространение на светлината m/s, закона, формулата за измерване.

Скоростта на светлината във вакуум– една от основните константи във физиката.

Учебна цел

• Сравнете скоростта на светлината с индекса на пречупване на средата.

Главни точки

• Максималният възможен индикатор за скоростта на светлината е светлината във вакуум (непроменена).
• C е символът за скоростта на светлината във вакуум. Достига 299 792 458 m/s.
• Когато светлината навлезе в среда, нейната скорост се забавя поради пречупване. Изчислено по формулата v = c/n.

Условия

• Специална скорост на светлината: съчетаване на принципа на относителността и постоянството на скоростта на светлината.
• Индексът на пречупване е отношението на скоростта на светлината във въздух/вакуум към друга среда.

Скоростта на светлината

Скоростта на светлината действа като точка за сравнение, за да се определи нещо като изключително бързо. Но какво е това?

Светлинният лъч се движи от Земята до Луната за времето, необходимо за преминаването на светлинния импулс - 1,255 s на средното орбитално разстояние

Отговорът е прост: говорим за скоростта на фотоните и светлинните частици. Каква е скоростта на светлината? Скоростта на светлината във вакуум достига 299 792 458 m/s. Това е универсална константа, приложима в различни области на физиката.

Нека вземем уравнението E = mc 2 (E е енергия и m е маса). Това е еквивалент на маса-енергия, използващ скоростта на светлината, за да обвърже пространството и времето. Тук можете да намерите не само обяснение за енергията, но и да идентифицирате пречките пред скоростта.

Скоростта на вълната на светлината във вакуум се използва активно за различни цели. Например специалната теория на относителността твърди, че това е естествено ограничение на скоростта. Но знаем, че скоростта зависи от средата и пречупването:

v = c/n (v е действителната скорост на светлината, преминаваща през средата, c е скоростта на светлината във вакуум и n е индексът на пречупване). Коефициентът на пречупване на въздуха е 1,0003, а скоростта на видимата светлина е с 90 km/s по-бавна от s.

Коефициент на Лоренц

Бързо движещите се обекти показват определени характеристики, които противоречат на позицията на класическата механика. Например дългите контакти и времето се разширяват. Обикновено тези ефекти са минимални, но са по-видими при такива високи скорости. Коефициентът на Лоренц (γ) е факторът, при който се случва разширение във времето и свиване на дължината:

γ = (1 - v 2 /c 2) -1/2 γ = (1 - v 2 /c 2) -1/2 γ = (1 - v 2 /c 2) -1/2.

При ниски скорости v 2 /c 2 се доближава до 0, а γ приблизително = 1. Въпреки това, когато скоростта се доближава до c, γ нараства до безкрайност.

епиграф
Учителят пита: Деца, кое е най-бързото нещо на света?
Танечка казва: Най-бързата дума. Току-що казах, че няма да се върнеш.
Ванечка казва: Не, светлината е най-бърза.
Щом натиснах ключа, в стаята веднага стана светло.
И Вовочка възразява: Най-бързото нещо на света е диарията.
Веднъж бях толкова нетърпелив, че не казах нито дума
Нямах време да кажа нищо или да запаля лампата.

Чудили ли сте се защо скоростта на светлината е максимална, крайна и постоянна в нашата Вселена? Това е много интересен въпрос и веднага, като спойлер, ще издам ужасната тайна на отговора на него - никой не знае точно защо. Взета е скоростта на светлината, т.е. психически приетиза константа и върху този постулат, както и върху идеята, че всички инерциални отправни системи са равни, Алберт Айнщайн изгради своята специална теория на относителността, която вбесява учените от сто години, позволявайки на Айнщайн да си лепи езика безнаказано пред света и се хили в гроба си над размерите на свинята, която насади на цялото човечество.

Но защо всъщност тя е толкова постоянна, толкова максимална и толкова окончателна, няма отговор, това е просто аксиома, т.е. твърдение, взето на вяра, потвърдено от наблюдения и здрав разум, но неизводимо логически или математически от никъде. И е много вероятно да не е толкова вярно, но все още никой не е успял да го опровергае с опит.

Имам собствени мисли по този въпрос, повече за тях по-късно, но засега нека бъдем прости, на пръстите си™Ще се опитам да отговоря поне на една част - какво означава "постоянна" скоростта на светлината.

Не, няма да ви отегчавам с мисловни експерименти какво ще стане, ако включите фаровете на ракета, летяща със скоростта на светлината и т.н., това вече е малко извън темата.

Ако погледнете в справочник или Wikipedia, скоростта на светлината във вакуум се определя като фундаментална физическа константа, която точноравна на 299 792 458 m/s. Е, грубо казано ще е около 300 000 км/с, но ако абсолютно вярно- 299 792 458 метра в секунда.

Изглежда, откъде идва такава точност? Всякаква математическа или физическа константа, каквато и да е, дори Пи, дори основата на естествения логаритъм д, дори гравитационната константа G или константата на Планк ч, винаги съдържат някои числа след десетичната запетая. В Pi в момента са известни около 5 трилиона от тези десетични знаци (въпреки че само първите 39 цифри имат физическо значение), гравитационната константа днес се определя като G ~ 6,67384(80)x10 -11, а константата Plank ч~ 6.62606957(29)x10 -34.

Скоростта на светлината във вакуум е гладка 299 792 458 m/s, нито сантиметър повече, нито наносекунда по-малко. Искате ли да знаете откъде идва тази точност?

Всичко започна както обикновено с древните гърци. Науката като такава, в съвременния смисъл на думата, сред тях не е съществувала. Философите от древна Гърция са били наричани философи, защото първо са измислили някакви глупости в главите си, а след това, използвайки логически заключения (а понякога и реални физически експерименти), са се опитали да ги докажат или опровергаят. Използването на физически измервания и явления от реалния живот обаче се смяташе от тях за „второкласни“ доказателства, които не могат да се сравняват с първокласни логически заключения, получени директно от главата.

Първият човек, който мисли за съществуването на собствената скорост на светлината, се счита за философът Емпидокъл, който заявява, че светлината е движение и движението трябва да има скорост. Той беше възразен от Аристотел, който твърди, че светлината е просто присъствието на нещо в природата и това е всичко. И никъде нищо не мърда. Но това е нещо друго! Евклид и Птолемей като цяло вярваха, че светлината се излъчва от нашите очи и след това пада върху обекти и затова ги виждаме. Накратко, древните гърци са били толкова глупави, колкото са могли, докато не са били завладени от същите древни римляни.

През Средновековието повечето учени продължават да вярват, че скоростта на разпространение на светлината е безкрайна, сред тях са, да речем, Декарт, Кеплер и Ферма.

Но някои, като Галилей, вярваха, че светлината има скорост и следователно може да бъде измерена. Експериментът на Галилей, който запали лампа и даде светлина на асистент, намиращ се на няколко километра от Галилей, е широко известен. След като видя светлината, асистентът запали лампата си и Галилей се опита да измери закъснението между тези моменти. Естествено, той не успя и в крайна сметка беше принуден да напише в своите писания, че ако светлината има скорост, тогава тя е изключително висока и не може да бъде измерена с човешки усилия и следователно може да се счита за безкрайна.

Първото документирано измерване на скоростта на светлината се приписва на датския астроном Олаф Рьомер през 1676 г. До тази година астрономите, въоръжени с телескопите на същия Галилей, активно наблюдаваха спътниците на Юпитер и дори изчислиха периодите им на въртене. Учените са установили, че най-близката до Юпитер луна, Йо, има период на въртене от приблизително 42 часа. Ромер обаче забеляза, че понякога Йо се появява иззад Юпитер 11 минути по-рано от очакваното, а понякога 11 минути по-късно. Както се оказа, Йо се появява по-рано в онези периоди, когато Земята, въртяща се около Слънцето, се доближава до Юпитер на минимално разстояние и изостава с 11 минути, когато Земята е на противоположното място на орбитата и следователно е по-далеч от Юпитер.

Глупаво разделяйки диаметъра на земната орбита (а той вече беше повече или по-малко известен в онези дни) на 22 минути, Ромер получи скоростта на светлината 220 000 km/s, пропускайки истинската стойност с около една трета.

През 1729 г. английският астроном Джеймс Брадли, наблюдавайки паралакс(чрез леко отклонение в местоположението) звездата Етамин (Gamma Draconis) откри ефекта аберации на светлината, т.е. промяна в положението на най-близките до нас звезди в небето поради движението на Земята около Слънцето.

От ефекта на светлинната аберация, открит от Брадли, може също да се заключи, че светлината има крайна скорост на разпространение, за която Брадли се възползва, като я изчисли на приблизително 301 000 km/s, което вече е с точност до 1% от известната днес стойност.

Това беше последвано от всички изясняващи измервания от други учени, но тъй като се смяташе, че светлината е вълна и вълната не може да се разпространява сама, нещо трябва да бъде „развълнувано“, идеята за съществуването на „ светоносен етер”, чието откритие провали американския физик Алберт Майкелсън. Той не открива никакъв светлинен етер, но през 1879 г. изяснява скоростта на светлината до 299 910 ± 50 km/s.

Приблизително по същото време Максуел публикува теорията си за електромагнетизма, което означава, че скоростта на светлината е станала възможна не само за директно измерване, но и за извличане от стойностите на електрическата и магнитната пропускливост, което е направено чрез изясняване на стойността на скоростта на светлината до 299 788 km/s през 1907 г.

Накрая Айнщайн заявява, че скоростта на светлината във вакуум е константа и не зависи от нищо. Напротив, всичко останало - добавяне на скорости и намиране на правилните отправни системи, ефектите от забавянето на времето и промените в разстоянията при движение с високи скорости и много други релативистични ефекти зависят от скоростта на светлината (защото тя е включена във всички формули като константа). Накратко, всичко в света е относително и скоростта на светлината е величината, спрямо която всички други неща в нашия свят са относителни. Тук може би трябва да дадем палмата на Лоренц, но нека не бъдем меркантилни, Айнщайн си е Айнщайн.

Точното определяне на стойността на тази константа продължи през целия 20 век, като с всяко десетилетие учените откриваха все повече и повече числа след десетичната запетаясъс скоростта на светлината, докато в главите им започнаха да се раждат смътни подозрения.

Определяйки все по-точно колко метра светлината изминава във вакуум за секунда, учените започнаха да се чудят какво точно измерваме в метри? В крайна сметка един метър е просто дължината на някаква платинено-иридиева пръчка, която някой е забравил в някакъв музей край Париж!

И в началото идеята за въвеждане на стандартен измервателен уред изглеждаше страхотна. За да не страдат от ярдове, футове и други наклонени фатоми, през 1791 г. французите решават да вземат като стандартна мярка за дължина една десетмилионна част от разстоянието от Северния полюс до екватора по меридиана, минаващ през Париж. Те измерват това разстояние с точността, налична по онова време, отливат пръчка от сплав платина-иридий (по-точно първо месинг, след това платина и след това платина-иридий) и я поставят в тази същата парижка камара за мерки и теглилки като проба. Колкото повече отиваме, толкова повече се оказва, че земната повърхност се променя, континентите се деформират, меридианите се изместват и с една десетмилионна част те са забравили и са започнали да броят като метър дължината на пръчката който лежи в кристалния ковчег на парижкия "мавзолей".

Такова идолопоклонство не подхожда на истински учен, това не е Червения площад (!) и през 1960 г. беше решено да се опрости концепцията за метъра до напълно очевидно определение - метърът е точно равен на 1 650 763,73 дължини на вълната, излъчвани от прехода на електрони между енергийните нива 2p10 и 5d5 на невъзбудения изотоп на елемента Криптон-86 във вакуум. Е, колко по-ясно?

Това продължи 23 години, докато скоростта на светлината във вакуум се измерваше с нарастваща точност, докато през 1983 г. най-накрая дори и най-упоритите ретрогради осъзнаха, че скоростта на светлината е най-точната и идеална константа, а не някаква на изотоп на криптон. И беше решено всичко да се обърне с главата надолу (по-точно, ако се замислите, беше решено всичко да се обърне с главата надолу), сега скоростта на светлината се истинска константа, а метър е разстоянието, което светлината изминава във вакуум за (1/299 792 458) секунди.

Реалната стойност на скоростта на светлината продължава да се изяснява и днес, но интересното е, че с всеки нов експеримент учените не изясняват скоростта на светлината, а истинската дължина на метъра. И колкото по-точно се установи скоростта на светлината през следващите десетилетия, толкова по-точен ще бъде измервателният уред, който в крайна сметка ще получим.

А не обратното.

Е, сега да се върнем на нашите овце. Защо скоростта на светлината във вакуума на нашата Вселена е максимална, крайна и постоянна? Аз така го разбирам.

Всеки знае, че скоростта на звука в метала и в почти всяко твърдо тяло е много по-висока от скоростта на звука във въздуха. Това се проверява много лесно; просто допрете ухото си до релсата и ще можете да чуете звуците на приближаващ влак много по-рано, отколкото във въздуха. Защо така? Очевидно е, че звукът по същество е един и същ и скоростта на неговото разпространение зависи от средата, от конфигурацията на молекулите, от които се състои тази среда, от нейната плътност, от параметрите на нейната кристална решетка - накратко, от текущото състояние на средата, през която се предава звукът.

И въпреки че идеята за светоносен етер отдавна е изоставена, вакуумът, през който се разпространяват електромагнитните вълни, не е абсолютно нищо, колкото и празен да ни изглежда.

Разбирам, че аналогията е донякъде пресилена, но това е вярно на пръстите си™един и същ! Именно като достъпна аналогия, а не като директен преход от един набор от физични закони към други, аз само ви моля да си представите, че скоростта на разпространение на електромагнитните (и като цяло всякакви, включително глуонни и гравитационни) вибрации, точно както скоростта на звука в стоманата е „зашита“ в релсата. Оттук нататък танцуваме.

UPD: Между другото, каня „читателите със звездичка“ да си представят дали скоростта на светлината остава постоянна в „труден вакуум“. Например, смята се, че при енергии от порядъка на температура 10–30 К, вакуумът спира просто да кипи с виртуални частици и започва да „кипи“, т.е. тъканта на пространството се разпада на парчета, величините на Планк се размиват и губят физическия си смисъл и т.н. Дали скоростта на светлината в такъв вакуум все още ще бъде равна на ° С, или това ще отбележи началото на нова теория за „релативистичния вакуум“ с корекции като коефициентите на Лоренц при екстремни скорости? Не знам, не знам, времето ще покаже...

Скоростта на светлината в различните среди варира значително. Трудността е, че човешкото око не го вижда в целия спектрален диапазон. Природата на произхода на светлинните лъчи интересува учените от древни времена. Първите опити за изчисляване на скоростта на светлината са направени още през 300 г. пр.н.е. По това време учените установиха, че вълната се разпространява по права линия.

Бърз отговор

Те успяха да опишат с математически формули свойствата на светлината и траекторията на нейното движение. стана известно 2 хиляди години след първите изследвания.

Какво е светлинен поток?

Светлинният лъч е електромагнитна вълна, комбинирана с фотони. Фотоните се разбират като най-простите елементи, които също се наричат ​​кванти на електромагнитното излъчване. Светлинният поток във всички спектри е невидим. Не се движи в пространството в традиционния смисъл на думата. За да се опише състоянието на електромагнитна вълна с квантови частици, се въвежда понятието коефициент на пречупване на оптична среда.

Светлинният поток се пренася в пространството под формата на лъч с малко напречно сечение. Методът на движение в пространството се извежда чрез геометрични методи. Това е праволинеен лъч, който на границата с различни среди започва да се пречупва, образувайки криволинейна траектория. Учените са доказали, че максималната скорост се създава във вакуум; в други среди скоростта на движение може да варира значително. Учените са разработили система, в която светлинен лъч и получена стойност са в основата на извеждането и разчитането на определени единици SI.

Някои исторически факти

Преди около 900 години Авицена предположи, че независимо от номиналната стойност скоростта на светлината има крайна стойност. Галилео Галилей се опита да изчисли експериментално скоростта на светлината. Използвайки две фенерчета, експериментаторите се опитаха да измерят времето, през което светлинен лъч от един обект ще бъде видим за друг. Но такъв експеримент се оказа неуспешен. Скоростта беше толкова висока, че не успяха да открият времето на забавяне.

Галилео Галилей забеляза, че Юпитер има интервал между затъмненията на четирите си спътника от 1320 секунди. Въз основа на тези открития през 1676 г. датският астроном Оле Рьомер изчислява скоростта на разпространение на светлинен лъч като 222 хиляди км/сек. По това време това измерване беше най-точното, но не можеше да бъде проверено по земни стандарти.

След 200 години Луиз Физо успява експериментално да изчисли скоростта на светлинния лъч. Той създава специална инсталация с огледало и зъбен механизъм, който се върти с висока скорост. Светлинният поток се отразява от огледалото и се връща обратно след 8 км. Когато скоростта на колелото се увеличи, възникна момент, когато зъбният механизъм блокира гредата. Така скоростта на лъча беше зададена на 312 хиляди километра в секунда.

Фуко подобри това оборудване, като намали параметрите, като замени зъбния механизъм с плоско огледало. Точността на измерването му се оказа най-близка до съвременния стандарт и възлиза на 288 хиляди метра в секунда. Фуко прави опити да изчисли скоростта на светлината в чужда среда, като използва водата като основа. Физикът успя да заключи, че тази стойност не е постоянна и зависи от характеристиките на пречупване в дадена среда.

Вакуумът е пространство, свободно от материя. Скоростта на светлината във вакуум в системата C се обозначава с латинската буква C. Тя е непостижима. Нито един елемент не може да бъде овърклокнат до такава стойност. Физиците могат само да си представят какво може да се случи с обектите, ако се ускорят до такава степен. Скоростта на разпространение на светлинния лъч има постоянни характеристики, тя е:

• постоянен и окончателен;
• непостижимо и неизменно.

Познаването на тази константа ни позволява да изчислим максималната скорост, с която обектите могат да се движат в пространството. Степента на разпространение на светлинен лъч се признава за фундаментална константа. Използва се за характеризиране на пространство-времето. Това е максимално допустимата стойност за движещи се частици. Каква е скоростта на светлината във вакуум? Текущата стойност е получена чрез лабораторни измервания и математически изчисления. Тя равна на 299.792.458 метра в секунда с точност ± 1.2 m/s. В много дисциплини, включително училищни, се използват приблизителни изчисления за решаване на проблеми. Взет е показател, равен на 3,108 m/s.

Светлинните вълни в човешкия видим спектър и рентгеновите вълни могат да бъдат ускорени до показания, близки до скоростта на светлината. Те не могат да се равняват на тази константа, нито да надхвърлят нейната стойност. Константата е получена въз основа на проследяване на поведението на космическите лъчи в момента на тяхното ускорение в специални ускорители. Зависи от инерционната среда, в която се разпространява лъчът. Във вода предаването на светлина е с 25% по-ниско, а във въздуха ще зависи от температурата и налягането по време на изчисленията.

Всички изчисления са извършени с помощта на теорията на относителността и закона за причинно-следствената връзка, извлечени от Айнщайн. Физикът смята, че ако обектите достигнат скорост от 1 079 252 848,8 километра в час и я превишат, тогава ще настъпят необратими промени в структурата на нашия свят и системата ще се разпадне. Времето ще започне да се отброява, нарушавайки реда на събитията.

Определението за метър се извлича от скоростта на светлинния лъч. Разбира се като площта, която светлинният лъч успява да измине за 1/299792458 от секундата. Тази концепция не трябва да се бърка със стандарта. Стандартът на измервателния уред е специално техническо устройство на базата на кадмий със засенчване, което ви позволява физически да видите дадено разстояние.

Художник представя космически кораб, който прави скок към „скоростта на светлината“. Кредит: НАСА/Изследователски център Глен.

От древни времена философи и учени се стремят да разберат светлината. В допълнение към опитите да определят основните му свойства (т.е. дали е частица или вълна и т.н.), те също се опитаха да направят крайни измервания на това колко бързо се движи. От края на 17 век учените правят точно това и с нарастваща прецизност.

По този начин те придобиха по-добро разбиране за механиката на светлината и как тя играе важна роля във физиката, астрономията и космологията. Просто казано, светлината се движи с невероятни скорости и е най-бързо движещият се обект във Вселената. Скоростта му е постоянна и непроницаема бариера и се използва като мярка за разстояние. Но колко бързо се движи?

Скорост на светлината (s):

Светлината се движи с постоянна скорост от 1 079 252 848,8 km/h (1,07 милиарда). Което се оказва 299 792 458 m/s. Нека поставим всичко на мястото му. Ако можехте да пътувате със скоростта на светлината, бихте могли да обиколите земното кълбо около седем и половина пъти в секунда. Междувременно на човек, летящ със средна скорост от 800 км/ч, ще са му необходими повече от 50 часа, за да обиколи планетата.

Илюстрация, показваща разстоянието, което светлината изминава между Земята и Слънцето. Кредит: LucasVB/Обществено достояние.

Нека погледнем това от астрономическа гледна точка, средното разстояние от до 384 398,25 км. Следователно светлината изминава това разстояние за около секунда. Междувременно средната стойност е 149 597 886 км, което означава, че светлината отнема само около 8 минути, за да направи това пътуване.

Тогава не е чудно защо скоростта на светлината е показателят, използван за определяне на астрономическите разстояния. Когато казваме, че звезда като , е на 4,25 светлинни години, имаме предвид, че пътуването с постоянна скорост от 1,07 милиарда км/ч ще отнеме около 4 години и 3 месеца, за да стигнем до там. Но как стигнахме до тази много специфична стойност за скоростта на светлината?

История на обучението:

До 17 век учените са били уверени, че светлината се движи с крайна скорост или мигновено. От времето на древните гърци до средновековните ислямски теолози и съвременните учени е имало дебат. Но докато се появи работата на датския астроном Оле Рьомер (1644-1710), в която са извършени първите количествени измервания.

През 1676 г. Рьомер отбелязва, че периодите на най-вътрешната луна на Юпитер Йо изглеждат по-кратки, когато Земята се приближава към Юпитер, отколкото когато се отдалечава. От това той стигна до извода, че светлината се движи с крайна скорост и се очаква да й отнеме около 22 минути, за да пресече диаметъра на орбитата на Земята.

Професор Алберт Айнщайн на 11-та лекция на Джозая Уилард Гибс в Технологичния институт Карнеги на 28 декември 1934 г., където той обяснява своята теория, че материята и енергията са едно и също нещо в различни форми. Кредит: AP Photo

Кристиан Хюйгенс използва тази оценка и я комбинира с оценка на диаметъра на земната орбита, за да достигне до оценка от 220 000 km/s. Исак Нютон също докладва за изчисленията на Рьомер в своята основна работа от 1706 г. Оптика. Като коригира разстоянието между Земята и Слънцето, той изчисли, че светлината ще отнеме седем или осем минути, за да пътува от едното до другото. И в двата случая имаше сравнително малка грешка.

По-късни измервания на френските физици Иполит Физо (1819-1896) и Леон Фуко (1819-1868) прецизираха тези цифри, което доведе до стойност от 315 000 km/s. И през втората половина на 19 век учените осъзнават връзката между светлината и електромагнетизма.

Това е постигнато от физиците чрез измерване на електромагнитни и електростатични заряди. След това открили, че числената стойност е много близка до скоростта на светлината (измерена от Физо). Въз основа на собствената си работа, която показа, че електромагнитните вълни се разпространяват в празно пространство, немският физик Вилхелм Едуард Вебер предположи, че светлината е електромагнитна вълна.

Следващият голям пробив идва в началото на 20 век. В своята статия, озаглавена „За електродинамиката на движещите се тела“, Алберт Айнщайн заявява, че скоростта на светлината във вакуум, измерена от наблюдател с постоянна скорост, е една и съща във всички инерционни отправни системи и не зависи от движението на източник или наблюдател.

Лазерен лъч, светещ през чаша с вода, показва колко промени претърпява, докато преминава от въздух към стъкло към вода и обратно към въздух. Кредит: Боб Кинг.

Използвайки това твърдение и принципа на относителността на Галилей като основа, Айнщайн извежда специалната теория на относителността, в която скоростта на светлината във вакуум (c) е фундаментална константа. Преди това, съгласието между учените беше, че пространството е изпълнено с "светоносен етер", който е отговорен за неговото разпространение - т.е. светлината, движеща се през движеща се среда, ще се проточи в опашката на средата.

Това от своя страна означава, че измерената скорост на светлината би била простата сума от нейната скорост през среда плюс скоростта на тази среда. Теорията на Айнщайн обаче прави концепцията за неподвижен етер безполезна и променя концепцията за пространство и време.

Той не само разшири идеята, че скоростта на светлината е една и съща във всички инерционни рамки, но също така предполага, че големи промени настъпват, когато нещата се движат близо до скоростта на светлината. Те включват пространствено-времевата рамка на движещо се тяло, изглежда, че се забавя, и посоката на движение, когато измерването е от гледна точка на наблюдателя (т.е. релативистично забавяне на времето, където времето се забавя, когато се доближава до скоростта на светлината) .

Неговите наблюдения също са в съответствие с уравненията на Максуел за електричеството и магнетизма със законите на механиката, опростяват математическите изчисления, като избягват несвързаните аргументи на други учени и са в съответствие с прякото наблюдение на скоростта на светлината.

Колко сходни са материята и енергията?

През втората половина на 20-ти век все по-прецизните измервания с помощта на лазерни интерферометри и резонансни кухини допълнително усъвършенстваха оценките на скоростта на светлината. До 1972 г. група от Националното бюро по стандартизация на САЩ в Боулдър, Колорадо, използва лазерна интерферометрия, за да достигне до приетата в момента стойност от 299 792 458 m/s.

Роля в съвременната астрофизика:

Теорията на Айнщайн, че скоростта на светлината във вакуум не зависи от движението на източника и инерционната референтна система на наблюдателя, оттогава неизменно се потвърждава от много експерименти. Той също така определя горна граница на скоростта, с която всички безмасови частици и вълни (включително светлина) могат да се движат във вакуум.

Един резултат от това е, че космологиите сега разглеждат пространството и времето като една структура, известна като пространство-време, в която скоростта на светлината може да се използва за определяне на стойността и на двете (т.е. светлинни години, светлинни минути и светлинни секунди). Измерването на скоростта на светлината също може да бъде важен фактор при определяне на ускорението на разширяването на Вселената.

В началото на 20-те години на миналия век, с наблюденията на Льометр и Хъбъл, учените и астрономите осъзнават, че Вселената се разширява от своята точка на произход. Хъбъл също забеляза, че колкото по-далеч е една галактика, толкова по-бързо се движи. Това, което сега се нарича константа на Хъбъл, е скоростта, с която Вселената се разширява, тя е равна на 68 km/s на мегапарсек.

Колко бързо се разширява Вселената?

Това явление, представено като теория, означава, че някои галактики може действително да се движат по-бързо от скоростта на светлината, което може да постави ограничение на това, което наблюдаваме в нашата Вселена. По същество галактиките, пътуващи по-бързо от скоростта на светлината, биха пресекли „космологичния хоризонт на събитията“, където вече не са видими за нас.

Освен това през 90-те години на миналия век измерванията на червеното отместване на далечни галактики показаха, че разширяването на Вселената се ускорява през последните няколко милиарда години. Това доведе до теорията за „тъмната енергия“, където невидима сила движи разширяването на самото пространство, а не обектите, движещи се през него (без да се поставя ограничение на скоростта на светлината или да се нарушава относителността).

Заедно със специалната и общата теория на относителността, съвременната стойност за скоростта на светлината във вакуум еволюира от космологията, квантовата механика и Стандартния модел на физиката на елементарните частици. Тя остава постоянна, когато се стигне до горната граница, при която безмасовите частици могат да се движат и остава непостижима бариера за частиците с маса.

Вероятно някой ден ще намерим начин да надминем скоростта на светлината. Въпреки че нямаме практически идеи за това как може да се случи това, изглежда, че „умните пари“ в технологията ще ни позволят да заобиколим законите на пространство-времето, или чрез създаване на варп мехурчета (известен още като Alcubierre warp drive) или чрез тунелиране през тях (известен още като. дупки на червеи).

Какво представляват червейните дупки?

Дотогава просто ще трябва да се задоволяваме с Вселената, която виждаме, и да се придържаме към изследването на частта, която може да бъде достигната с помощта на конвенционални методи.

Заглавие на статията, която сте прочели "Каква е скоростта на светлината?".

Ограничението на скоростта на повечето магистрали е между 90 и 110 километра. Въпреки че във вакуума на космоса няма пътни знаци, там също има ограничение на скоростта - това е 1080000000 километра в час.

Най-високата скорост в природата

Това е най-бързата скорост на светлината в природата. Учените обикновено дават скоростта на светлината в километри в секунда - 300 000 километра в секунда. Светлината се състои от фотони. Те са тези, които могат да летят с толкова луди скорости.

Своеобразни частици - фотони

Учените наричат ​​фотоните частици. Но това са много странни частици. Те нямат маса на покой, тоест в обичайния смисъл нямат тегло. Трудно е да си представим нещо толкова реално, което да е чиста енергия и да не съдържа нито едно зрънце материя. Фотоните са такава реалност. сравнете максималната скорост на фотоните с тези скорости, които сме свикнали да считаме за високи.

Космически кораб, летящ със скоростта на светлината, не би имал линейни размери за външен наблюдател. Вземете например ракетата Pioneer, създадена да лети извън Слънчевата система. И така, напускайки слънчевата система, Pioneer имаше скорост от 60 километра в секунда. Не е зле! Той можеше да измине разстоянието от Ню Йорк до Сан Франциско за минута и половина. Но в сравнение със скоростта на фотон от 300 000 километра в секунда, скоростта на Pioneer изглежда като скорост на охлюв. Или нека видим колко бързо се движи Слънцето в космоса.

Свързани материали:

Защо звездите светят?

Но във времето, в което четете това изречение, Слънцето, Земята и останалите осем планети от нашата слънчева система се движат около Млечния път, като въртележка, със скорост от 230 километра в секунда (в същото време ние ние дори не забелязваме, че летим с такава невероятна скорост). Но тази огромна скорост е много малка в сравнение със скоростта на светлината и възлиза на около един процент.

Скорост на светлината и обекти

Ако ускорите обикновен обект до скоростта на светлината, ще започнат да му се случват необикновени приключения. Когато тялото достигне такива скорости, наблюдателят ще забележи промяна в линейните размери и масата на обекта. Дори времето ще започне да се променя. Космически кораб, пътуващ със скорост 90 процента от скоростта на светлината, ще се свие по размер около половината. С увеличаването на скоростта тя ще намалява все повече и повече, докато, когато достигне скоростта на светлината, напълно загуби своите линейни размери.