Скорость света в секунду: Ученые выяснили, что скорость света в вакууме является далеко не постоянной величиной - Санкт-Петербургское государственное бюджетное учреждение социального обслуживания населения

Содержание

чему равна и как ее измерили?

Скорость света является одной из фундаментальных постоянных, которые характеризуют буквально все вокруг нас — пространство и время. Именно эта величина разделяет на до и после, причину и следствие, а также накладывает массу интересных ограничений на возможности известной нам вселенной.

Яблык в Telegram и YouTube. Подписывайтесь!

Изложенные ниже данные и приведенные примеры не претендуют на абсолютную научную точность, а призваны максимально простым языком объяснить читателю основные и наиболее интересные факты, касающиеся скорости света.

💚 ПО ТЕМЕ: На этой картинке 16 кругов, вы их видите?

Чему равна скорость света и как ее измерили

Любопытно, что скорость света считалась бесконечной вплоть до второй половины XVII века, то есть, такие великие ученые как Иоганн Кеплер или Рене Декарт, к примеру, воспринимали ее именно такой. Лишь в 1676 году датский астроном Олаф Ремер, наблюдавший затмения спутника Юпитера Ио, заметил, что они не совпадают с расчетными по времени и зависит это несовпадение от расстояния между событием и наблюдателем. Принимая во внимание положение Земли на своей орбите относительно Юпитера, Ремер вычислил скорость света равную 220 000 км/c (ошибся на ~80 000 км/с).

В начале XIX века ученые измеряли скорость света практическим «методом прерываний» и к 1950 году достигли результата 299 793,1 км/с с погрешностью 0,25 км/с, а изобретение лазера в дальнейшем позволило дойти до предела точности и зафиксировать скорость света на отметке 299 792 458 м/с с погрешностью 1,2 м/c.

Дальнейшее уточнение одной из базовых величин теории относительности стало невозможным из-за отсутствия точного определения метра — в то время он был равен длине металлической палки, являвшейся эталоном и хранящейся в Париже. Вопрос был снят лишь в 1983 году, когда Генеральная конференция по мерам и весам переопределила метр как расстояние, которое преодолевает свет за 1/299 792 458 секунды. Соответственно, скорость света стала официально равной 299 792 458 метров в секунду (или грубо: 300 000 км/с).

💚 ПО ТЕМЕ: Что такое Даркнет и как туда зайти?

В чем фундаментальность скорости света

На самом деле, современная наука знает всего несколько объективных фундаментальных постоянных, которые остаются неизменными при любых условиях. Скорость света не зависит ни от наблюдателя, ни от способа измерения, ни от времени — она действительно постоянна.

Чтобы доказать обратное, можно, например, пропустить луч света через сложную неоднородную среду и он пройдет сквозь нее заметно медленнее, чем через вакуум. Однако при внимательном рассмотрении условий эксперимента окажется, что фотоны двигались с той же скоростью света, но по более сложной траектории.

💚 ПО ТЕМЕ: У кого больше всех подписчиков в Инстаграм – 40 самых популярных аккаунтов.

Почему ничто не может преодолеть скорость света?

Если вы создадите или обнаружите объект, обладающий отличной от нуля массой или имеющий свойство каким-либо образом взаимодействовать с другими частицами, то вы изобретете машину времени. При этом ничего подобного в известном нам мире не наблюдалось ни разу. Упрощая научный язык, опишем ситуацию следующим образом:

Представим события X и Y, при этом событие X является причиной события Y, а Y, соответственно, является следствием X. Например, событие X — это вспышка сверхновой в далекой галактике, а Y — это регистрация ее частиц астрономами на Земле. Если расстояние между X и Y больше, чем время между ними (T), умноженное на скорость света (C), то в разных системах отсчета мы получим три разных результата:

1. Событие X произошло раньше события Y;
2. Событие Y произошло раньше события X;
3. События X и Y произошли одновременно.

Очевидно, что два последних варианта едва ли возможны с точки зрения современной науки, а значит ничто не может переместиться или передать информацию быстрее скорости света.

Впрочем, как насчет такой ситуации: вы берете очень мощный фонарик, направляете его на Марс, а в луче света двигаете палец — если вы делаете это достаточно быстро, то тень от вашего пальца «бегает» на поверхности Марса быстрее скорости света, что опровергает нашу теорию.

На самом деле, нет. Перемещение тени нельзя назвать перемещением объекта с массой, также как сама по себе тень ни с чем не взаимодействует, а является лишь отсутствием света. Фотоны же от вашего фонарика долетят до Марса с уже известной нам скоростью 299 792 458 метров в секунду.

💚 ПО ТЕМЕ: Космические скорости — насколько быстро нужно лететь, чтобы покинуть Землю, планетную систему и галактику?

Околосветовая скорость

Согласно постулатам общей теории относительности, чем быстрее мы разгоняем частицу, обладающую некой массой, тем больше энергии для этого нам потребуется. При этом по мере приближения к скорости света эта энергия будет стремиться к бесконечности.

Однако это вовсе не означает, что свет на порядки быстрее всего во Вселенной. Например, ученые ЦЕРНа разогнали протоны в Большом адронном коллайдере до скорости 299 792 455 м/c, что всего на 3 м/с уступает невесомым фотонам света.

💚 ПО ТЕМЕ: БелАЗ-75710: 1 300 литров топлива на 100 км и другие 7 фактов о лучшем самосвале мира из Беларуси.

Сверхсветовая скорость

Описанные выше ограничения, которые накладывает на скорости во Вселенной современная физика, не касаются частиц, которые не имеют массы, не взаимодействуют с обычными частицами и могут перемещаться быстрее скорости света. Такие частицы принято называть тахионами и на данный момент их существование является лишь предположением (сложно придумать эффективный инструмент для их обнаружения, ведь они ни с чем не взаимодействуют).

Еще один популярный пример сверхсветовой скорости — это квантомеханические явления. В тот самый момент, когда вы надели на правую ногу один носок, второй моментально и автоматически стал левым, не взирая на расстояние между ними. Примерно по такому принципу осуществляется квантовая связь при измерении спина фотонов, при этом информация не передается, однако фактически одно одно состояние переходит в другое без прямого взаимодействия между объектами.

💚 ПО ТЕМЕ: Скрытый смысл логотипов известных компаний.

Скорость света наглядно

Ученые астрофизики в большинстве случаев лишены возможности проводить полноценные эксперименты в лабораториях, как это делают, например, биологи или химики, ввиду масштабов исследуемых процессов. При этом каждому астроному доступен самый большой полигон, на котором постоянно происходят грандиозные испытания — это вся обозримая Вселенная с квазарами, радиопульсарами, черными дырами и прочими любопытными объектами.

Однако самые интересные астрофизические открытия в наши дни выглядят как малопонятные сложные графики, а публика вынуждена довольствоваться обработанными снимками лишь нескольких инструментов, таких как телескоп имени Хаббла. Тем не менее, официальная наука нынче осознает важность медийной деятельности и всячески пытается визуализировать для обывателя процессы, которые невозможно просто представить в голове.

Например, сотрудник NASA Джеймс О’Донохью, продемонстрировал скорость света относительно нашей планеты (упразднив в своих расчетах влияние атмосферы) — луч света облетает Землю 7,5 раз всего за одну секунду, каждый раз преодолевая более 40 тысяч километров.

Расстояние до Луны составляет порядка 384 000 километров (в зависимости от текущего расположения объектов) и для его преодоления фотонам потребуется уже 1,22 секунды.

При передаче данных с Марса на Землю со скоростью света в момент максимального сближения планет придется ждать более шести минут, а при среднем удалении время ожидания затянется до получаса.

При этом от «красной планеты» нас отделяет в среднем 254 миллиона км, зонд New Horizons, к примеру, уже отлетел от Земли на 6,64 миллиарда км, а чтобы добраться до ближайшей планеты не Солнечной системы, необходимо пролететь 39,7 триллиона км.

🔥 Смотрите также:

Почему 0 на клавиатуре-звонилке iPhone идет после 9, а в калькуляторе перед 1?

Правило 1 процента: почему одним достается все, а другим – ничего?
Самые глубокие ямы в мире.

🍏 Мы в Telegram и YouTube, подписывайтесь!

Насколько публикация полезна?

Нажмите на звезду, чтобы оценить!

Средняя оценка 4.9 / 5. Количество оценок: 23

Оценок пока нет. Поставьте оценку первым.

Метки: Популярные статьи, Удивительный мир.

Что такое скорость света и чему она равна

Многие ученые и писатели-фантасты продолжают мечтать о будущем, в котором человечество сможет двигаться быстрее скорости света, то есть, превышая 299 792 458 м/с. Но пока наука и технологии не дошли до создания новейших варп-двигателей и подобные идеи остаются только фантазиями, расскажем об открытии скорости света и о том, как люди могут ее преодолеть (гипотетически).

Теги:

Нетленка

История

Физика

Getty/ Yuichiro Chino

Скорость света, проходящего через вакуум, составляет ровно 299 792 458 метров в секунду. И согласно специальной теории относительности Альберта Эйнштейна, на которой основана большая часть современной физики, ничто во Вселенной не может двигаться быстрее света.

Как люди получили значение скорости света

Уже в V веке до н.э. греческие философы, такие как Эмпедокл и Аристотель, расходились во мнениях о природе скорости света. Эмпедокл предполагал, что свет, из чего бы он ни был сделан, должен путешествовать и, следовательно, должен иметь скорость движения. Аристотель же в своем трактате «О чувственном восприятии» написал опровержение этой гипотезы, утверждая, что свет, в отличие от звука и запаха, распространяется мгновенно, а значит, не может иметь скорость. Аристотель, конечно, ошибался, но на то, чтобы доказать это, ушли бы сотни лет.

В середине 1600-х годов итальянский астроном Галилео Галилей вместе со своим коллегой провел эксперимент. Ученые стояли на холмах на расстоянии меньше мили друг от друга, при этом каждый из них держал фонарь. Суть испытания заключалась в том, что один из ученых должен был включить свой фонарь, а второй должен был сделать то же самое, но только когда увидит свет первого фонаря. К сожалению, в эксперименте Галилея расстояние между холмами было недостаточно большим, чтобы измерить скорость света, однако ученый все же смог сделать вывод, что свет движется по крайней мере в 10 раз быстрее звука.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

В 1670-х годах датский астроном Оле Ремер попытался создать надежное расписание для моряков в море, но случайно придумал новый способ оценки скорости света. Чтобы создать астрономические часы, он записал точное время затмений спутника Юпитера Ио, которые были видны с Земли. Со временем Ремер заметил, что затмения Ио часто отличались от его расчетов. Он обратил внимание на то, что затмения будто опаздывали в те моменты, когда Земля и Юпитер отдалялись друг от друга. В современном мире это явление известно как эффект Доплера — так называют изменение частоты и длины волны излучения вследствие движения источника излучения относительно наблюдателя. Более подробно об эффекте можете узнать из этого материала «TechInsider».

Наблюдая за интересным явлением, Ремер интуитивно предположил, что он иногда ошибается в своих прогнозах из-за увеличивающего расстояния между Ио и Землей, а значит, свету все же требуется какое-то время, чтобы добраться из точки А в точку Б. Беря за основу свои догадки, Ремер попробовал использовать свои наблюдения для оценки скорости света. Поскольку размеры Солнечной системы и орбиты Земли еще не были точно известны, провести вычисления было довольно сложно, но в результате ученому удалось представить первые значения скорости света – 200 000 000 м/с.

В 1728 году английский физик Джеймс Брэдли придумал новый способ расчета скорости света, основанный на изменении видимого положения звезд. По данным Американского физического общества, в результате своих исследований он оценил скорость света в 301 000 000 м/с.

В середине 1800-х годов были предприняты еще две попытки найти более точное значение скорости света — французский физик Ипполит Физо направил луч света на быстро вращающееся зубчатое колесо с зеркалом, расположенным на расстоянии 8 километров. Идея эксперимента заключалась в том, чтобы измерить количество времени, которое понадобится отразившемуся лучу, чтобы вернуться назад. Примерно в это же время другой французский физик Леон Фуко провел практически идентичный опыт, только вместо колеса он использовал вращающееся зеркало.

Оба эксперимента дали очень похожие результаты – около 1000 миль в секунду или 1 609 000 м/с.

По данным Университета Вирджинии (США), еще одним ученым, решившим разгадать загадку скорости света, стал уроженец Польши Альберт А.Михельсон, выросший в Калифорнии в период золотой лихорадки. К физике он пристрастился во время учебы в Военно-морской академии США. И в 1879 году он попытался повторить эксперимент Фуко для определения скорости света, однако Майкельсон внес в него некоторые коррективы — он увеличил расстояние между зеркалами и использовал чрезвычайно качественные зеркала и линзы.

В результате исследователь получил значение в 299 910 000 км/с, которое считалось самым точным измерением скорости света в течение следующих 40 лет, пока Майкельсон самостоятельно не изменил его. Во время своей второй попытки измерить скорость света ученый пытался определить время, за которое свет пройдет четко выверенное расстояние между двумя холмами. А незадолго до своей смерти в 1931 году он предпринял третью попытку, в ходе которой построил трубу длиной в милю из гофрированной стали.

Условия внутри этой трубы были очень приближены к вакууму, чтобы предотвратить влияние каки-либо факторов, в том числе воздуха, на конечный результат. В итоге ученому удалось добиться своего — он получил число, максимально приближенное к современному значению скорости света.

Смогут ли люди перемещаться быстрее света?

Современная научная фантастика любит идею перемещения в пространстве со скоростью, превышающей скорость света. Такие путешествия делают бесчисленные научно-фантастические франшизы реалистичными — имея некое варп-ядро герои могут преодолевать огромные космические пространства за считанные секунды. Например, такой возможностью обладают персонажи «Звездного пути».

Но хотя перемещения быстрее скорости света нельзя назвать однозначно невозможными, человечеству для этого необходимо использовать довольно экзотическую физику. Проблема в том, что специальная теория относительности гарантирует, что человеческое тело будет уничтожено задолго до того момента, как мы достигнем достаточно высокой скорости. Поэтому для путешествий быстрее скорости света может понадобиться специальный корабль, который сможет образовать пространственно-временной пузырь вокруг себя. Согласитесь, звучит здорово!

Как быстро движется свет? | The Speed of Light

Когда вы покупаете по ссылкам на нашем сайте, мы можем получать партнерскую комиссию. Вот как это работает.

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

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

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

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

Связанный: Специальная теория относительности выдерживает испытание высокой энергией

Что такое световой год?

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

Свет проходит от луны к нашим глазам примерно за 1 секунду, что означает, что луна находится примерно в 1 световой секунде от нас. Солнечному свету требуется около 8 минут, чтобы достичь наших глаз, поэтому 9Солнце 0007 находится примерно в 8 световых минутах от нас. Свету от Альфы Центавра , которая является ближайшей звездной системой к нашей, требуется примерно 4,3 года, чтобы добраться сюда, поэтому Альфа Центавра находится на расстоянии 4,3 световых года.

“Чтобы получить представление о величине светового года, возьмите окружность Земли (24 900 миль), разложите ее по прямой линии, умножьте длину линии на 7,5 (соответствующее расстояние равно одному световому -секунда), затем поместите 31,6 миллиона одинаковых строк встык», — Исследовательский центр Гленна НАСА 9.0007 говорит на своем веб-сайте . «В результате расстояние составляет почти 6 триллионов (6 000 000 000 000) миль!»

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

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

Связанный: Почему вселенная — это история

Часто задаваемые вопросы о скорости света, на которые ответил эксперт

скорость света.

Экзопланетный астроном

Доктор Роб Зеллем — штатный научный сотрудник Лаборатории реактивного движения НАСА, научно-исследовательского центра, финансируемого из федерального бюджета и находящегося в ведении Калифорнийского технологического института. Роб является руководителем проекта Exoplanet Watch, гражданского научного проекта по наблюдению за экзопланетами, планетами за пределами нашей Солнечной системы, с помощью небольших телескопов. Он также является руководителем отдела научной калибровки прибора коронограф римского космического телескопа Нэнси Грейс, который будет непосредственно отображать экзопланеты.

Что быстрее скорости света?

Ничего! Свет — это «универсальный предел скорости» и, согласно теории относительности Эйнштейна, это самая высокая скорость во Вселенной: 300 000 километров в секунду (186 000 миль в секунду).

Является ли скорость света постоянной?

Скорость света является универсальной константой в вакууме, таком как космический вакуум. Однако свет *может* немного замедлиться, когда он проходит через поглощающую среду, такую как вода (225 000 километров в секунду = 140 000 миль в секунду) или стекло (200 000 километров в секунду = 124 000 миль в секунду).

Кто открыл скорость света?

Одно из первых измерений скорости света было проведено Рёмером в 1676 году при наблюдении спутников Юпитера. Скорость света была впервые измерена с высокой точностью в 1879 году в эксперименте Майкельсона-Морли.

Откуда мы знаем скорость света?

Рёмер смог измерить скорость света, наблюдая затмения спутника Юпитера Ио. Когда Юпитер был ближе к Земле, Рёмер заметил, что затмения Ио происходили немного раньше, чем когда Юпитер был дальше. Ремер объяснил этот эффект тем, что свету требуется время, чтобы пройти большее расстояние, когда Юпитер был дальше от Земли.

Как мы узнали скорость света?

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

Еще в V веке греческие философы, такие как Эмпедокл и Аристотель, расходились во мнениях относительно природы скорости света. Эмпедокл предположил, что свет, из чего бы он ни состоял, должен двигаться и, следовательно, должен иметь скорость движения. Аристотель опроверг точку зрения Эмпедокла в собственном трактате 9. 0007 О чувствах и чувственном , утверждая, что свет, в отличие от звука и запаха, должен быть мгновенным. Аристотель, конечно, ошибался, но чтобы доказать это, потребуются сотни лет.

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

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

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

В 1728 году английский физик Джеймс Брэдли провел новый набор расчетов на основе изменения видимого положения звезд, вызванного движением Земли вокруг Солнца. Он оценил скорость света в 185 000 миль в секунду (301 000 км/с) — с точностью до 1 % от реального значения.0007 Американское физическое общество .

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Что движется быстрее скорости света?

Хотя скорость света часто называют пределом скорости Вселенной, на самом деле Вселенная расширяется еще быстрее. Вселенная расширяется со скоростью немногим более 42 миль (68 километров) в секунду на каждый мегапарсек расстояния от наблюдателя, писал астрофизик Пол Саттер в предыдущей статье для журнала 9. 0007 Space.com . (Мегапарсек составляет 3,26 миллиона световых лет — очень большой путь.)

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

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

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

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

Свет когда-нибудь замедляется?

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

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

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

Свет может быть захвачен — и даже остановлен — внутри ультрахолодных облаков атомов, согласно исследованию 2001 года, опубликованному в журнале 9.0007 Природа . Совсем недавно в исследовании 2018 года, опубликованном в журнале Physical Review Letters , был предложен новый способ остановить свет на его пути в «исключительных точках» или местах, где два отдельных световых излучения пересекаются и сливаются в одно.

Исследователи также пытались замедлить свет, даже когда он движется в вакууме. Группа шотландских ученых успешно замедлила одиночный фотон или частицу света, даже когда он двигался в вакууме, как описано в их исследовании 2015 года, опубликованном в журнале 9.0007 Наука . В их измерениях разница между замедленным фотоном и «обычным» фотоном составляла всего несколько миллионных долей метра, но это продемонстрировало, что свет в вакууме может быть медленнее, чем официальная скорость света.

Можем ли мы путешествовать быстрее света?

Истории по теме:

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

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

Все, что нам нужно сделать, это придумать, как не двигаться самим — поскольку специальная теория относительности гарантирует, что мы будем уничтожены еще до того, как наберем достаточно большую скорость, — а вместо этого перемещать пространство вокруг нас. Легко, верно?

Одна из предложенных идей связана с космическим кораблем, который мог бы свернуть вокруг себя пространственно-временной пузырь. Звучит здорово, как в теории, так и в художественной литературе.

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

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

Дополнительные ресурсы

Чтобы узнать больше о скорости света, воспользуйтесь этим забавным инструментом от Academo , который позволяет визуализировать, с какой скоростью свет может перемещаться из любого места на Земле в любое другое. Если вас больше интересуют другие важные числа, познакомьтесь с универсальными константами, которые определяют стандартные системы измерения по всему миру с помощью 9.0007 Национальный институт стандартов и технологий . А если вам интересно узнать больше об истории скорости света, ознакомьтесь с книгой Джона Спенса « Скорость света: Призрачный эфир и гонка за измерением скорости света » (Оксфорд, 2019 г.).

Библиография

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

Д’Альто, Ник. «Трубопровод, измеривший скорость света». Журнал Smithsonian, январь 2017 г. https://www.smithsonianmag.com/air-space-magazine/18_fm2017-oo-180961669/.

Фаулер, Майкл. “Скорость света.” Современная физика. Университет Вирджинии. По состоянию на 13 января 2022 г. https://galileo.phys.virginia.edu/classes/252/spedlite.html#Albert%20Abraham%20Michelson .

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

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

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

«Какой длины световой год?» Проект Glenn Learning Technologies, 13 мая 2021 г. https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/Numbers/Math/Mathematical_Thinking/how_long_is_a_light_year.htm .

Новости Американского физического общества. «Июль 1849 г.: Физо публикует результаты эксперимента со скоростью света», июль 2010 г. http://www. aps.org/publications/apsnews/201007/physicshistory.cfm .

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

НИСТ. «Познакомьтесь с константами». 12 октября 2018 г. https://www.nist.gov/si-redefinition/meet-constants .

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

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

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

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

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

Получайте последние космические новости и последние новости о запусках ракет, наблюдениях за небом и многом другом!

Свяжитесь со мной, чтобы сообщить о новостях и предложениях от других брендов Future. Получайте электронные письма от нас от имени наших надежных партнеров или спонсоров.

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