Koks yra šviesos greitis ore? Savitos dalelės – fotonai

epigrafas
Mokytojas klausia: Vaikai, kas yra greičiausias dalykas pasaulyje?
Tanechka sako: Greičiausias žodis. Aš ką tik pasakiau: tu negrįši.
Vanechka sako: Ne, šviesa yra greičiausia.
Kai tik paspaudžiau jungiklį, kambarys iš karto tapo šviesus.
O Vovočka prieštarauja: Greičiausias dalykas pasaulyje yra viduriavimas.
Kažkada buvau toks nekantrus, kad nepratariau nė žodžio
Neturėjau laiko nieko pasakyti ar įjungti šviesos.

Ar kada nors susimąstėte, kodėl mūsų Visatoje šviesos greitis yra didžiausias, baigtinis ir pastovus? Tai labai įdomus klausimas, ir iš karto, kaip spoileris, išduosiu baisią atsakymo į jį paslaptį - niekas tiksliai nežino, kodėl. Imamas šviesos greitis, t.y. psichiškai priimtas Dėl konstantos ir šio postulato, taip pat minties, kad visos inercinės atskaitos sistemos yra lygios, Albertas Einšteinas sukūrė savo specialiąją reliatyvumo teoriją, kuri jau šimtą metų pykdo mokslininkus ir leido Einšteinui prikišti liežuvį. nebaudžiamas pasinerti į pasaulį ir šypsotis savo kape dėl kiaulės, kurią jis pasodino visai žmonijai, matmenis.

Bet kodėl iš tikrųjų jis toks pastovus, toks maksimalus ir toks galutinis, atsakymo nėra, tai tik aksioma, t.y. teiginys, paimtas remiantis tikėjimu, patvirtintas stebėjimais ir sveiku protu, bet nei iš niekur nei logiškai, nei matematiškai išvedamas. Ir visai tikėtina, kad tai ne tokia tiesa, tačiau to paneigti jokia patirtimi dar niekas nesugebėjo.

Turiu savo minčių šiuo klausimu, daugiau apie jas vėliau, bet kol kas būkime paprasta, ant pirštų™ Pabandysiu atsakyti bent į vieną dalį - ką šviesos greitis reiškia „pastovus“.

Ne, nevarginsiu jūsų minties eksperimentais apie tai, kas būtų, jei šviesos greičiu lekiančioje raketoje įjungtumėte priekinius žibintus ir pan., tai dabar šiek tiek ne į temą.

Jei pažvelgsite į žinyną ar Vikipediją, šviesos greitis vakuume yra apibrėžiamas kaip pagrindinė fizinė konstanta, tiksliai lygus 299 792 458 m/s. Na, tai, grubiai tariant, bus apie 300 000 km/s, bet jei tiksliai teisingai- 299 792 458 metrai per sekundę.

Atrodytų, iš kur toks tikslumas? Bet kokia matematinė ar fizinė konstanta, bet kokia, net Pi, netgi natūralaus logaritmo pagrindas e, net gravitacinę konstantą G arba Planko konstantą h, visada yra šiek tiek skaičiai po kablelio. Pi šiuo metu yra žinoma apie 5 trilijonus šių skaičių po kablelio (nors tik pirmieji 39 skaitmenys turi kokią nors fizinę reikšmę), gravitacinė konstanta šiandien apibrėžiama kaip G ~ 6,67384(80)x10 -11, o konstanta Plank h~ 6,62606957(29)x10 -34 .

Šviesos greitis vakuume yra sklandžiai 299 792 458 m/s, nei centimetru daugiau, nei nanosekunde mažiau. Norite sužinoti, iš kur toks tikslumas?

Viskas prasidėjo kaip įprasta nuo senovės graikų. Mokslo, kaip tokio, šiuolaikine šio žodžio prasme, tarp jų nebuvo. Senovės Graikijos filosofai buvo vadinami filosofais, nes jie iš pradžių išgalvojo kažkokias mėšlas, o paskui, naudodamiesi loginėmis išvadomis (o kartais ir tikrais fiziniais eksperimentais), bandė tai įrodyti arba paneigti. Tačiau realių fizinių matavimų ir reiškinių panaudojimą jie laikė „antros klasės“ įrodymu, kurio negalima lyginti su pirmos klasės loginėmis išvadomis, gautomis tiesiai iš galvos.

Pirmuoju asmeniu, kuris pagalvojo apie paties šviesos greičio egzistavimą, laikomas filosofas Empidoklis, teigęs, kad šviesa yra judėjimas, o judėjimas turi turėti greitį. Jam prieštaravo Aristotelis, teigdamas, kad šviesa yra tiesiog kažko buvimas gamtoje, ir viskas. Ir niekas niekur nejuda. Bet tai kas kita! Euklidas ir Ptolemėjas paprastai tikėjo, kad šviesa sklinda iš mūsų akių, o tada krenta ant daiktų, todėl mes juos matome. Trumpai tariant, senovės graikai buvo tokie kvaili, kiek galėjo, kol jų neužkariavo tie patys senovės romėnai.

Viduramžiais dauguma mokslininkų ir toliau manė, kad šviesos sklidimo greitis yra begalinis, tarp jų buvo, tarkime, Dekartas, Kepleris ir Fermatas.

Tačiau kai kurie, kaip Galilėjus, tikėjo, kad šviesa turi greitį, todėl ją galima išmatuoti. Plačiai žinomas Galilėjaus eksperimentas, kuris uždegė lempą ir apšvietė padėjėją, esantį už kelių kilometrų nuo Galilėjaus. Išvydęs šviesą, padėjėjas uždegė savo lempą, o Galilėjus bandė išmatuoti vėlavimą tarp šių akimirkų. Natūralu, kad jam nepavyko, ir galiausiai jis buvo priverstas rašyti savo raštuose, kad jei šviesa turi greitį, tai jis yra nepaprastai didelis ir negali būti išmatuotas žmogaus pastangomis, todėl gali būti laikomas begaliniu.

Pirmasis dokumentuotas šviesos greičio matavimas priskiriamas danų astronomui Olafui Roemeriui 1676 m. Iki šių metų astronomai, ginkluoti to paties Galilėjaus teleskopais, aktyviai stebėjo Jupiterio palydovus ir net skaičiavo jų sukimosi periodus. Mokslininkai nustatė, kad artimiausio Jupiterio Mėnulio Io sukimosi periodas yra maždaug 42 valandos. Tačiau Roemeris pastebėjo, kad kartais Io iš už Jupiterio pasirodo 11 minučių anksčiau nei tikėtasi, o kartais – 11 minučių vėliau. Kaip paaiškėjo, Io pasirodo anksčiau tais laikotarpiais, kai Žemė, besisukanti aplink Saulę, minimaliu atstumu artėja prie Jupiterio, o atsilieka 11 minučių, kai Žemė yra priešingoje orbitos vietoje, todėl yra toliau nuo Jupiteris.

Kvailai žemės orbitos skersmenį (o tais laikais jis jau buvo daugiau ar mažiau žinomas) padalijus iš 22 minučių, Roemeris gavo 220 000 km/s šviesos greitį, tikrosios reikšmės praleidęs maždaug trečdaliu.

Anglų astronomas Jamesas Bradley, stebėdamas 1729 m paralaksas(šiek tiek nukrypus nuo vietos) žvaigždė Etaminas (Gamma Draconis) atrado efektą šviesos aberacijos, t.y. arčiausiai mūsų esančių žvaigždžių padėties danguje pasikeitimas dėl Žemės judėjimo aplink Saulę.

Iš šviesos aberacijos poveikio, kurį atrado Bradley, taip pat galima daryti išvadą, kad šviesa turi baigtinį sklidimo greitį, kurį Bradley pasinaudojo ir apskaičiavo, kad jis yra maždaug 301 000 km/s, o tai jau yra 1% tikslumu. šiandien žinoma vertė.

Po to sekė visi kitų mokslininkų patikslinantys matavimai, tačiau kadangi buvo manoma, kad šviesa yra banga ir banga negali sklisti pati, reikia kažką „sujaudinti“, idėją, kad egzistuoja „ šviečiantis eteris“, kurio atradimas amerikietis apgailėtinai žlugo fizikui Albertui Michelsonui. Šviečiančio eterio jis neatrado, tačiau 1879 metais išaiškino šviesos greitį iki 299 910±50 km/s.

Maždaug tuo pačiu metu Maxwellas paskelbė savo elektromagnetizmo teoriją, o tai reiškia, kad šviesos greitį tapo įmanoma ne tik tiesiogiai išmatuoti, bet ir išvesti iš elektrinio bei magnetinio pralaidumo verčių, o tai buvo padaryta išaiškinus šviesos greitį. šviesos greitis iki 299 788 km/s 1907 m.

Galiausiai Einšteinas paskelbė, kad šviesos greitis vakuume yra pastovus ir visiškai nuo nieko nepriklauso. Atvirkščiai, visa kita – greičių pridėjimas ir teisingų atskaitos sistemų radimas, laiko išsiplėtimo ir atstumų kitimo poveikis judant dideliu greičiu ir daugelis kitų reliatyvistinių efektų priklauso nuo šviesos greičio (nes jis įtrauktas į visas formules kaip konstanta). Trumpai tariant, viskas pasaulyje yra reliatyvu, o šviesos greitis yra kiekis, kurio atžvilgiu visi kiti dalykai mūsų pasaulyje yra santykiniai. Čia gal turėtume atiduoti delną Lorentzui, bet nebūkime prekiniai, Einšteinas yra Einšteinas.

Tikslus šios konstantos vertės nustatymas tęsėsi visą XX amžių, su kiekvienu dešimtmečiu mokslininkai rasdavo vis daugiau. skaičiai po kableliošviesos greičiu, kol jų galvose ėmė kilti neaiškūs įtarimai.

Vis tiksliau nustatydami, kiek metrų šviesa nukeliauja vakuume per sekundę, mokslininkai pradėjo domėtis, ką mes matuojame metrais? Juk galų gale metras tėra kokios platinos-iridžio lazdos ilgis, kurį kažkas pamiršo kokiame nors muziejuje netoli Paryžiaus!

Ir iš pradžių idėja įvesti standartinį matuoklį atrodė puiki. Kad nenukentėtų nuo jardų, pėdų ir kitų įstrižų pėdų, prancūzai 1791 m. nusprendė kaip standartinį ilgio matą paimti vieną dešimtį milijonų atstumo nuo Šiaurės ašigalio iki pusiaujo palei dienovidinį, einantį per Paryžių. Jie išmatavo šį atstumą tuo metu turimu tikslumu, iš platinos iridžio (tiksliau, iš pradžių žalvario, tada platinos, o paskui platinos ir iridžio) lydinio išliejo lazdą ir įdėjo į šią Paryžiaus svorių ir matų kamerą. pavyzdys. Kuo toliau, tuo labiau aiškėja, kad keičiasi žemės paviršius, deformuojasi žemynai, slenka dienovidiniai, o dešimtimilijonąja dalimi pamiršo ir lazdos ilgį pradėjo skaičiuoti kaip metrą. kuris guli krištoliniame Paryžiaus „mauzoliejaus“ karste.

Tikram mokslininkui tokia stabmeldystė netinka, čia ne Raudonoji aikštė (!), o 1960 metais buvo nuspręsta skaitiklio sąvoką supaprastinti iki visiškai akivaizdaus apibrėžimo – matuoklis yra tiksliai lygus 1 650 763,73 bangos ilgiams, skleidžiamiems perėjimo metu. elektronai tarp nesužadinto elemento Kriptono-86 izotopo energijos lygių 2p10 ir 5d5 vakuume. Na, kiek aiškiau?

Tai tęsėsi 23 metus, kol šviesos greitis vakuume buvo matuojamas vis didesniu tikslumu, kol galiausiai 1983 metais net ir patys atkakliausi retrogradai suprato, kad šviesos greitis yra pati tiksliausia ir idealiausia konstanta, o ne kažkokia. kriptono izotopo. Ir buvo nuspręsta viską apversti aukštyn kojomis (tiksliau, jei gerai pagalvoji, buvo nuspręsta viską apversti aukštyn kojomis), dabar šviesos greitis Su yra tikroji konstanta, o metras yra atstumas, kurį šviesa nukeliauja vakuume per (1/299 792 458) sekundes.

Tikroji šviesos greičio reikšmė ir šiandien aiškinamasi, tačiau įdomu tai, kad su kiekvienu nauju eksperimentu mokslininkai aiškinasi ne šviesos greitį, o tikrąjį metro ilgį. Ir kuo tiksliau bus nustatytas šviesos greitis ateinančiais dešimtmečiais, tuo tikslesnį matuoklį galiausiai gausime.

Ne atvirkščiai.

Na, o dabar grįžkime prie savo avių. Kodėl šviesos greitis mūsų Visatos vakuume yra didžiausias, baigtinis ir pastovus? Aš tai suprantu taip.

Visi žino, kad garso greitis metale ir beveik bet kuriame kietame kūne yra daug didesnis nei garso greitis ore. Tai labai lengva patikrinti, tereikia priglausti ausį prie bėgio ir artėjančio traukinio garsus išgirsite daug anksčiau nei oru. Kodėl taip yra? Akivaizdu, kad garsas iš esmės yra vienodas, o jo sklidimo greitis priklauso nuo terpės, nuo molekulių, iš kurių ši terpė susideda, konfigūracijos, nuo jos tankio, nuo jo kristalinės gardelės parametrų – trumpai tariant, nuo esama terpės, per kurią sklinda garsas, būsena.

Ir nors šviečiančio eterio idėjos jau seniai atsisakyta, vakuumas, kuriuo sklinda elektromagnetinės bangos, nėra absoliutus niekas, kad ir koks tuščias jis mums atrodytų.

Suprantu, kad analogija yra šiek tiek toli, bet tai tiesa ant pirštų™ tas pats! Kaip tik kaip prieinama analogija ir jokiu būdu ne kaip tiesioginis perėjimas nuo vieno fizikinių dėsnių prie kitų, tik prašau įsivaizduoti, kad elektromagnetinių (ir apskritai bet kokių, įskaitant gliuoną ir gravitacinius) virpesių sklidimo greitis, lygiai taip pat kaip garso greitis pliene „įsiūtas“ į bėgį. Iš čia mes šokame.

UPD: Beje, kviečiu „skaitytojus su žvaigždute“ įsivaizduoti, ar šviesos greitis išlieka pastovus „sudėtingame vakuume“. Pavyzdžiui, manoma, kad esant 10–30 K temperatūros energijoms, vakuumas nustoja tiesiog virti virtualiomis dalelėmis ir pradeda „virti“, t.y. erdvės audinys byra į gabalus, Plancko dydžiai susilieja ir praranda fizinę prasmę ir t.t. Ar šviesos greitis tokiame vakuume vis tiek būtų lygus c, ar tai pažymės naujos „reliatyvistinio vakuumo“ teorijos pradžią su tokiais pataisymais kaip Lorenco koeficientai esant ekstremaliam greičiui? Nežinau, nežinau, laikas parodys...

Šviesos greitis yra atstumas, kurį šviesa nukeliauja per laiko vienetą. Ši vertė priklauso nuo medžiagos, kurioje sklinda šviesa.

Vakuume šviesos greitis yra 299 792 458 m/s. Tai didžiausias greitis, kurį galima pasiekti. Sprendžiant uždavinius, kuriems nereikia ypatingo tikslumo, ši reikšmė imama lygi 300 000 000 m/s. Daroma prielaida, kad vakuume šviesos greičiu sklinda visų tipų elektromagnetinė spinduliuotė: radijo bangos, infraraudonoji spinduliuotė, matoma šviesa, ultravioletinė spinduliuotė, rentgeno spinduliai, gama spinduliuotė. Jis pažymėtas raide Su .

Kaip buvo nustatytas šviesos greitis?

Senovėje mokslininkai tikėjo, kad šviesos greitis yra begalinis. Vėliau šiuo klausimu prasidėjo diskusijos tarp mokslininkų. Kepleris, Dekartas ir Fermatas sutiko su senovės mokslininkų nuomone. Galilėjus ir Hukas manė, kad nors šviesos greitis yra labai didelis, jis vis tiek turi baigtinę vertę.

Galilėjus Galilėjus

Vienas pirmųjų, pabandęs išmatuoti šviesos greitį, buvo italų mokslininkas Galilėjus Galilėjus. Eksperimento metu jis ir jo padėjėjas buvo ant skirtingų kalvų. Galilėjus atidarė savo žibinto langines. Tuo metu, kai asistentas pamatė šią šviesą, jis turėjo atlikti tuos pačius veiksmus su savo žibintu. Laikas, per kurį šviesa nukeliavo nuo „Galileo“ iki asistento ir atgal, pasirodė toks trumpas, kad „Galileo“ suprato, kad šviesos greitis yra labai didelis ir jo neįmanoma išmatuoti tokiu trumpu atstumu, nes šviesa keliauja beveik akimirksniu. O jo užfiksuotas laikas rodo tik žmogaus reakcijos greitį.

Šviesos greitį pirmą kartą 1676 metais nustatė danų astronomas Olafas Roemeris, naudodamas astronominius atstumus. Naudodamas teleskopą Jupiterio mėnulio Io užtemimui stebėti, jis atrado, kad Žemei tolstant nuo Jupiterio, kiekvienas paskesnis užtemimas įvyksta vėliau, nei buvo apskaičiuota. Didžiausias delsimas, kai Žemė pasislenka į kitą Saulės pusę ir nutolsta nuo Jupiterio atstumu, lygiu Žemės orbitos skersmeniui, yra 22 valandos. Nors tikslus Žemės skersmuo tuo metu nebuvo žinomas, mokslininkas jo apytikslę reikšmę padalino iš 22 valandų ir gavo apie 220 000 km/s vertę.

Olafas Roemeris

Roemerio gautas rezultatas sukėlė mokslininkų nepasitikėjimą. Tačiau 1849 m. prancūzų fizikas Armandas Hippolyte'as Louisas Fizeau išmatavo šviesos greitį, naudodamas besisukančio užrakto metodą. Jo eksperimento metu šviesa iš šaltinio prasiskverbė tarp besisukančio rato dantų ir buvo nukreipta į veidrodį. Atsispindėjęs nuo jo, jis grįžo atgal. Padidėjo rato sukimosi greitis. Pasiekus tam tikrą reikšmę, nuo veidrodžio atsispindėjusį spindulį uždelsdavo judantis dantis, o stebėtojas tuo momentu nieko nematė.

Fizeau patirtis

Fizeau apskaičiavo šviesos greitį taip. Šviesa eina savo keliu L nuo rato iki veidrodžio per laiką, lygų t 1 = 2L/c . Laikas, per kurį ratas apsisuka ½ lizdo, yra t 2 = T/2N , Kur T - rato sukimosi laikotarpis, N - dantų skaičius. Sukimosi greitis v = 1/T . Akimirka, kai stebėtojas nemato šviesos, atsiranda tada, kai t 1 = t 2 . Iš čia gauname šviesos greičio nustatymo formulę:

c = 4LNv

Atlikęs skaičiavimus pagal šią formulę, Fizeau tai nustatė Su = 313 000 000 m/s. Šis rezultatas buvo daug tikslesnis.

Armand Hippolyte Louis Fizeau

1838 m. prancūzų fizikas ir astronomas Dominique'as François Jean Arago pasiūlė šviesos greičiui apskaičiuoti naudoti besisukančio veidrodžio metodą. Šią idėją praktiškai įgyvendino prancūzų fizikas, mechanikas ir astronomas Jeanas Bernardas Leonas Foucault, 1862 metais gavęs šviesos greičio reikšmę (298 000 000±500 000) m/s.

Dominique'as Francois Jeanas Arago

1891 m. amerikiečių astronomo Simono Newcombo rezultatas pasirodė esąs eilės tvarka tikslesnis nei Foucault rezultatas. Dėl jo skaičiavimų Su = (99 810 000±50 000) m/s.

Amerikiečių fiziko Alberto Abraomo Michelsono, kuris naudojo sąranką su besisukančiu aštuonkampiu veidrodžiu, atliktas tyrimas leido dar tiksliau nustatyti šviesos greitį. 1926 m. mokslininkas išmatavo laiką, per kurį šviesa nukeliauti tarp dviejų kalnų viršūnių, lygų 35,4 km, ir gavo Su = (299 796 000±4 000) m/s.

Tiksliausias matavimas atliktas 1975 m. Tais pačiais metais Generalinė svorių ir matų konferencija rekomendavo šviesos greitį laikyti lygiu 299 792 458 ± 1,2 m/s.

Nuo ko priklauso šviesos greitis?

Šviesos greitis vakuume nepriklauso nuo atskaitos sistemos ar nuo stebėtojo padėties. Jis išlieka pastovus, lygus 299 792 458 ± 1,2 m/s. Tačiau įvairiose skaidriose terpėse šis greitis bus mažesnis nei jo greitis vakuume. Bet kuri skaidri terpė turi optinį tankį. Ir kuo jis didesnis, tuo šviesos greitis jame sklinda lėčiau. Pavyzdžiui, šviesos greitis ore yra didesnis už greitį vandenyje, o gryname optiniame stikle – mažesnis nei vandenyje.

Jei šviesa iš ne tokios tankios terpės pereina į tankesnę, jos greitis mažėja. Ir jei perėjimas įvyksta iš tankesnės terpės į mažiau tankią, greitis, atvirkščiai, didėja. Tai paaiškina, kodėl šviesos spindulys nukreipiamas ties perėjimo riba tarp dviejų terpių.

Mūsų pasąmonės darbas

Mūsų sąmonė, kurią kartais laikome savo „aš“, yra tik nedidelė visų smegenų darbo dalis. Savęs, kaip asmens, suvokimas yra tik nedidelė smegenų darbo dalis, dauguma kitų procesų, vykstančių galvoje, yra apdorojami be sąmonės įsitraukimo. Tai ne tik automatizuotos reakcijos, tokios kaip kvėpavimas, širdies ir raumenų valdymas vaikštant, bet ir sudėtingesnės: modelio atpažinimas, trimatės aplinkinės tikrovės formavimas. Tiesą sakant, smegenys iš anksto pasirenka, ką parodyti sąmonei, o ką praleisti. Kai kurie veiksmai atliekami taip automatiškai, kad sąmonė nepranešama apie atliekamą darbą.

Visai atsitiktinai neseniai sužinojau, kad išleidau naujas knygas: „Sąmoningi išėjimai iš kūno. Kelionių į kitus pasaulius patirtis“ ir „Valdomos svajonės. Kontroliuojama realybė“. Jie išėjo iš tam tikros leidyklos IPL 2016 m. Pasirodo, taip irgi nutinka, pats autorius nežino, kad jam išeina naujos knygos.

Jie knygą pervadino savaip ir išleido kaip naują autoriaus produktą. Neįsivaizduoju, kokia tai leidykla, bet perskaičius knygų recenzijas, galime daryti išvadą: tai mano pirmoji ir antroji leidyklos „Ves“ išleista knyga pavadinimais: „Svajonių klajoklis. 1 dalis. Kelionės pradžia“ ir „Svajonių klajoklis. 2 dalis. Naujasis tūkstantmetis.

Iš esmės tai yra tos pačios knygos. Jei anksčiau skaitėte „Svajonių keliautojų“ seriją, nėra prasmės pirkti naujų knygų.

Kodėl svajojate apie žiurkes?

Taigi, norėdami sužinoti, iš kurios pusės tikėtis žiurkės įkandimo, išanalizuokite savo svajonę.

Sutvarkykime kaip mintis gali turėti galios. Kaip mintys apskritai gali sąveikauti su visata, sukelti įvykius, nesusijusius su mūsų tiesioginiais veiksmais. Kokie visatos dėsniai leidžia mums įgyvendinti savo protinius troškimus. Kaip mūsų smegenys gali turėti dovaną matyti per atstumą arba jausti įvykius, vykstančius kažkur toli, apie kuriuos mes net neįsivaizduojame.

Tarkime, kad mūsų kūnas, o ypač smegenys, yra mašina. Sudėtingas, tam tikru mastu nesuprantamas, bet vis tiek prietaisas, kuris suvokia ir perduoda signalus į išorę. Darykime dar vieną prielaidą, kad esame kažkuo panašūs į šiuolaikinį kompiuterį. Pastaruoju metu mūsų smegenys vis dažniau lyginamos su elektroniniais prietaisais, tad nuo šios tradicijos nenukrypsime. Taigi mūsų mintys yra savotiška programa, turinti ciklais ir funkcijomis, kurios atlieka tam tikras užduotis. Kai kurios mintys yra pradiniai duomenys, bet kai kurios turi galią – tai programos, sukurtos pagal visatos dėsnius.

Per pastarąjį mėnesį susidūriau su keliais žmonėmis, kurie bandė pakeisti savo praeitį. Tada kažkas prabilo apie neegzistuojančios praeities prisiminimus.

Dauguma žmonių mano, kad praeities pakeisti neįmanoma, ir nėra tikslaus aprašymo, kaip pakeisti praeitį. Tačiau vienaip ar kitaip aš susiduriu su paslaptingomis istorijomis, kurių negalima nei patvirtinti, nei paneigti. Bet koks praeities pasikeitimas verčia visus aplinkinius prisiminti naują istoriją. Taigi negalime drąsiai teigti, kad tokia istorija nėra autoriaus sugalvota. Tik kai kurie asmenys išsaugo prisiminimus apie alternatyvią dabartį. Kartais tai net ne prisiminimas, o tik dabartinės akimirkos neteisingumo jausmas; kartais galvoje blyksteli déjà vu arba klaidingi prisiminimai apie kai kurias akimirkas, kurios iš tikrųjų neįvyko, bet dėl ​​kokių nors priežasčių yra saugomos atmintyje kaip prisiminimai.

Tema, kaip išmatuoti ir koks yra šviesos greitis, mokslininkus domino nuo seno. Tai labai įdomi tema, kuri nuo neatmenamų laikų buvo mokslinių diskusijų objektas. Manoma, kad toks greitis yra baigtinis, nepasiekiamas ir pastovus. Ji nepasiekiama ir pastovi, kaip begalybė. Tuo pačiu jis yra baigtinis. Pasirodo, tai įdomus fizinis ir matematinis galvosūkis. Yra vienas šios problemos sprendimo variantas. Juk vis tiek buvo matuojamas šviesos greitis.

Senovėje mąstytojai tuo tikėjo šviesos greitis– tai begalinis kiekis. Pirmasis šio rodiklio įvertinimas pateiktas 1676 m. Olafas Roemeris. Jo skaičiavimais, šviesos greitis buvo maždaug 220 tūkstančių km/s. Tai nebuvo visiškai tiksli vertė, bet artima tikrajai.

Baigtumas ir šviesos greičio įvertinimas buvo patvirtinti po pusės amžiaus.

Ateityje mokslininkas FizeauŠviesos greitį buvo galima nustatyti pagal laiką, per kurį pluoštas nukeliautų tikslų atstumą.

Jis atliko eksperimentą (žr. pav.), kurio metu šviesos spindulys nukrypo nuo šaltinio S, atsispindėjo veidrodyje 3, pertraukė dantytą diską 2 ir praėjo pagrindą (8 km). Tada jį atspindėjo veidrodis 1 ir grįžo į diską. Šviesa krito į tarpą tarp dantų ir buvo stebima per okuliarą 4. Laikas, per kurį pluoštas nukeliavo per pagrindą, buvo nustatytas priklausomai nuo disko sukimosi greičio. Fizeau gauta vertė buvo: c = 313300 km/s.

Spindulio sklidimo greitis bet kurioje konkrečioje terpėje yra mažesnis nei šis greitis vakuume. Be to, skirtingoms medžiagoms šis rodiklis įgyja skirtingas vertes. Po kelerių metų Foucault diską pakeitė greitai besisukantis veidrodis. Šių mokslininkų pasekėjai ne kartą naudojo savo metodus ir tyrimų planus.

Lęšiai yra optinių prietaisų pagrindas. Ar žinote, kaip jis apskaičiuojamas? Tai galite sužinoti perskaitę vieną iš mūsų straipsnių.

Galite rasti informacijos, kaip nustatyti optinį taikiklį, sudarytą iš tokių lęšių. Perskaitykite mūsų medžiagą ir neturėsite klausimų šia tema.

Koks yra šviesos greitis vakuume?

Tiksliausias šviesos greičio matavimas rodo 1 079 252 848,8 kilometro per valandą arba 299 792 458 m/s. Šis skaičius galioja tik vakuume sukurtoms sąlygoms.

Tačiau norint išspręsti problemas, dažniausiai naudojamas indikatorius 300 000 000 m/s. Vakuume šviesos greitis Planko vienetais lygus 1. Taigi šviesos energija per 1 Planko laiko vienetą nuskrieja 1 Planko ilgio vienetą. Jei natūraliomis sąlygomis susidaro vakuumas, tokiu greičiu gali sklisti rentgeno spinduliai, šviesos bangos matomame spektre ir gravitacinės bangos.

Tarp mokslininkų yra aiški nuomonė, kad dalelės, turinčios masę, gali įgyti greitį, kuris yra kuo panašesnis į šviesos greitį. Tačiau jie nesugeba pasiekti ir viršyti rodiklio. Didžiausias greitis, artimas šviesos greičiui, užfiksuotas tiriant kosminius spindulius ir greitinant tam tikras daleles greitintuvuose.

Šviesos greitis bet kurioje terpėje priklauso nuo šios terpės lūžio rodiklio.

Skirtingiems dažniams šis indikatorius gali skirtis. Tikslus kiekio matavimas yra svarbus skaičiuojant kitus fizikinius parametrus. Pavyzdžiui, nustatyti atstumą šviesos ar radijo signalų praėjimo metu optinio nuotolio, radaro, šviesos nuotolio ir kitose srityse.

Šiuolaikiniai mokslininkai naudoja skirtingus šviesos greičio nustatymo metodus. Kai kurie ekspertai naudoja astronominius metodus, taip pat matavimo metodus naudojant eksperimentines technologijas. Dažnai naudojamas patobulintas Fizeau metodas. Tokiu atveju krumpliaratis pakeičiamas šviesos moduliatoriumi, kuris susilpnina arba nutraukia šviesos spindulį. Imtuvas čia yra fotoelektrinis daugiklis arba fotoelementas. Šviesos šaltinis gali būti lazeris, kuris padeda sumažinti matavimo paklaidą. Šviesos greičio nustatymas Atsižvelgiant į pagrindo praėjimo laiką, tai gali būti daroma naudojant tiesioginius arba netiesioginius metodus, kurie taip pat leidžia gauti tikslius rezultatus.

Kokios formulės naudojamos šviesos greičiui apskaičiuoti?

1. Šviesos sklidimo vakuume greitis yra absoliuti reikšmė. Fizikai tai žymi raide „c“. Tai esminė ir pastovi vertė, kuri nepriklauso nuo ataskaitų teikimo sistemos pasirinkimo ir apibūdina laiką bei erdvę kaip visumą. Mokslininkai mano, kad šis greitis yra didžiausias dalelių judėjimo greitis.

   Šviesos greičio formulė vakuume:

   s = 3 * 10^8 = 299792458 m/s

   čia c yra šviesos greičio vakuume rodiklis.

2. Mokslininkai tai įrodė šviesos greitis ore beveik sutampa su šviesos greičiu vakuume. Jį galima apskaičiuoti naudojant formulę:

Šviesos greitis yra absoliuti elektromagnetinių bangų sklidimo vakuume greičio vertė. Fizikoje jis tradiciškai žymimas lotyniška raide „c“ (tariama [tse]). Šviesos greitis vakuume yra pagrindinė konstanta, kuri nepriklauso nuo inercinės atskaitos sistemos (IFR) pasirinkimo. Tai reiškia pagrindines fizines konstantas, apibūdinančias ne tik atskirus kūnus, bet ir viso erdvės-laiko savybes. Remiantis šiuolaikinėmis koncepcijomis, šviesos greitis vakuume yra didžiausias dalelių judėjimo ir sąveikos sklidimo greitis. Taip pat svarbu tai, kad ši vertė yra absoliuti. Tai vienas iš SRT postulatų.

Vakuume (tuštuma)

1977 metais pavyko apskaičiuoti apytikslį šviesos greitį, lygų 299 792 458 ± 1,2 m/s, apskaičiuotą pagal 1960 m. standartinį metrą. Šiuo metu manoma, kad šviesos greitis vakuume yra pagrindinė fizinė konstanta, pagal apibrėžimą tiksliai lygi 299 792 458 m/s arba apytiksliai 1 079 252 848,8 km/h. Tikslią vertę lemia tai, kad nuo 1983 m. standartiniu matuokliu laikomas atstumas, kurį šviesa nukeliauja vakuume per laikotarpį, lygų 1/299 792 458 sekundėms. Šviesos greitį simbolizuoja raidė c.

Michelsono eksperimentas, esminis SRT, parodė, kad šviesos greitis vakuume nepriklauso nei nuo šviesos šaltinio greičio, nei nuo stebėtojo greičio. Gamtoje jie plinta šviesos greičiu:

tikroji matoma šviesa

kitų tipų elektromagnetinė spinduliuotė (radijo bangos, rentgeno spinduliai ir kt.)

Iš specialiosios reliatyvumo teorijos išplaukia, kad dalelių, turinčių ramybės masę, pagreitis iki šviesos greičio yra neįmanomas, nes šis įvykis pažeistų pagrindinį priežastingumo principą. Tai yra, atmetama galimybė, kad signalas viršytų šviesos greitį arba masės judėjimą tokiu greičiu. Tačiau teorija neatmeta dalelių judėjimo erdvėje laike superluminal greičiu. Hipotetinės dalelės, judančios superluminal greičiu, vadinamos tachionais. Matematiškai tachionai lengvai patenka į Lorenco transformaciją – tai dalelės, turinčios įsivaizduojamą masę. Kuo didesnis šių dalelių greitis, tuo mažiau energijos jos neša, ir atvirkščiai, kuo jų greitis artimesnis šviesos greičiui, tuo didesnė jų energija – kaip ir paprastų dalelių energija, tachionų energija linkusi į begalybę. jie artėja prie šviesos greičio. Tai akivaizdžiausia Lorenco transformacijos pasekmė, kuri neleidžia dalelei įsibėgėti iki šviesos greičio – dalelei suteikti begalinį energijos kiekį tiesiog neįmanoma. Reikėtų suprasti, kad, pirma, tachionai yra dalelių klasė, o ne tik vienos rūšies dalelės, ir, antra, jokia fizinė sąveika negali sklisti greičiau nei šviesos greitis. Iš to išplaukia, kad tachionai nepažeidžia priežastingumo principo – jie niekaip nesąveikauja su įprastomis dalelėmis, o jų greičių skirtumas tarpusavyje taip pat nėra lygus šviesos greičiui.

Paprastosios dalelės, kurios juda lėčiau už šviesą, vadinamos tardyonais. Tardionai negali pasiekti šviesos greičio, o tik kuo arčiau jo, nes tokiu atveju jų energija tampa neribotai didelė. Visi tardyonai turi ramybės masę, skirtingai nei bemasiai fotonai ir gravitonai, kurie visada juda šviesos greičiu.

Planko vienetuose šviesos greitis vakuume yra 1, tai yra, šviesa sklinda 1 Planko ilgio vienetą per Planko laiko vienetą.

Skaidrioje aplinkoje

Šviesos greitis skaidrioje terpėje yra greitis, kuriuo šviesa sklinda ne vakuume, o kitoje terpėje. Dispersijos terpėje išskiriami fazės ir grupės greičiai.

Fazės greitis yra susijęs su monochromatinės šviesos dažniu ir bangos ilgiu terpėje (λ=c/ν). Šis greitis paprastai (bet nebūtinai) yra mažesnis nei c. Šviesos fazinio greičio vakuume ir šviesos greičio terpėje santykis vadinamas terpės lūžio rodikliu. Grupinis šviesos greitis pusiausvyros terpėje visada mažesnis už c. Tačiau nesubalansuotose terpėse jis gali viršyti c. Tačiau šiuo atveju priekinis impulso kraštas vis tiek juda greičiu, neviršijančiu šviesos greičio vakuume.

Armand Hippolyte Louis Fizeau eksperimentiškai įrodė, kad terpės judėjimas šviesos pluošto atžvilgiu taip pat gali turėti įtakos šviesos sklidimo greičiui šioje terpėje.

Postulato apie didžiausią šviesos greitį neigimas

Pastaraisiais metais dažnai pasirodo pranešimų, kad vadinamojoje kvantinėje teleportacijoje sąveika plinta greičiau nei šviesos greitis. Pavyzdžiui, 2008 m. rugpjūčio 15 d. daktaro Nicolaso ​​Gisino iš Ženevos universiteto tyrimų grupė, tyrinėjusi surištųjų fotonų būsenas, atskirtas 18 km erdvėje, tariamai parodė, kad „dalelių sąveika vyksta maždaug šimtą tūkstančių kartų greičiu. didesnis nei Svetos greitis“. Anksčiau buvo kalbama ir apie vadinamąjį Hartmanno paradoksą – superluminal greitį su tunelio efektu.

Mokslinė šių ir panašių rezultatų reikšmės analizė rodo, kad jie iš esmės negali būti naudojami superluminaliniam bet kokio signalo perdavimui ar medžiagos judėjimui.

Šviesos greičio matavimų istorija

Senovės mokslininkai, išskyrus retas išimtis, laikė, kad šviesos greitis yra begalinis. Šiais laikais šis klausimas tapo diskusijų objektu. Galileo ir Hooke pripažino, kad jis buvo baigtinis, nors ir labai didelis, o Kepleris, Dekartas ir Fermatas vis dar gynė šviesos greičio begalybę.

Pirmąjį šviesos greičio įvertinimą pateikė Olafas Roemeris (1676). Jis pastebėjo, kad kai Žemė ir Jupiteris yra priešingose ​​Saulės pusėse, Jupiterio palydovo Io užtemimai vėluoja 22 minutes, palyginti su skaičiavimais. Iš to jis gavo apie 220 000 km/s šviesos greičio reikšmę – netikslią, bet artimą tikrajai. Praėjus pusei amžiaus, aberacijos atradimas leido patvirtinti šviesos greičio baigtinumą ir patikslinti jo vertinimą.