Конечность и предельность скорости света кратко
Обновлено: 04.07.2024
Специальная теория относительности (СТО), несомненно, самая знаменитая из физических теорий. Популярность СТО связана с простотой её основных принципов, поражающей воображение парадоксальностью выводов и её ключевым положением в физике ХХ века. СТО принесла небывалую славу Эйнштейну, и эта слава стала одной из причин неустанных попыток ревизии теории. В среде профессионалов споры вокруг СТО прекратились уже более полувека назад. Но и по сей день редакции физических журналов постоянно осаждают любители, предлагающие варианты пересмотра СТО. И, в частности, второго постулата, утверждающего постоянство скорости света для всех инерциальных систем отсчёта и её независимость от скорости источника (проще говоря, в какую бы сторону от наблюдателя и с какой бы скоростью ни двигался наблюдаемый объект, посланный с него световой луч имел бы всё ту же скорость, приблизительно равную 300 тысячам километров в секунду, не больше и не меньше).
Критики СТО, например, утверждают, что скорость света вовсе не постоянна, а меняется для наблюдателя в зависимости от скорости источника (баллистическая гипотеза) и лишь несовершенство измерительной техники не позволяет доказать это экспериментально. Баллистическая гипотеза восходит к Ньютону, рассматривавшему свет в виде потока частиц, скорость которых снижается в преломляющей среде. Этот взгляд возродился с появлением фотонной концепции Планка—Эйнштейна, что придавало убедительную наглядность идее сложения скорости света со скоростью источника по аналогии со скоростью снаряда, вылетающего из движущейся пушки.
В наше время подобные наивные попытки пересмотра СТО в серьёзные научные издания попасть конечно же не могут, зато переполняют СМИ и интернет, что весьма печально сказывается на состоянии умов массового читателя, включая школьников и студентов.
Нападки на теорию Эйнштейна — как в начале прошедшего столетия, так и теперь — мотивируются разночтениями в оценке и трактовке результатов экспериментов по измерению скорости света, первый из которых, к слову, был проведён ещё в 1851 году выдающимся французским учёным Арманом Ипполитом Луи Физо. В середине прошедшего столетия это побудило тогдашнего президента Академии наук СССР С. И. Вавилова озаботиться разработкой проекта демонстрации независимости скорости света от скорости источника.
С. И. Вавилов предложил своему докторанту А. М. Бонч-Бруевичу спроектировать установку, в которой источником света стал бы пучок быстрых возбуждённых атомов. В процессе детальной проработки плана эксперимента оказалось, что шансов на надёжный результат нет, поскольку техника того времени не позволяла получить пучки нужной скорости и плотности. Эксперимент не был осуществлён.
С тех пор различные попытки экспериментального доказательства второго постулата СТО предпринимались неоднократно. Авторы соответствующих работ приходили к выводу о справедливости постулата, что, однако, не прекращало потока критических выступлений, в которых либо выдвигались возражения против идей экспериментов, либо ставилась под сомнение их точность. Последнее было связано, как правило, с незначительностью достижимой скорости источника излучения по сравнению со скоростью света.
Однако сегодня физика обладает инструментом, позволяющим вернуться к предложению С. И. Вавилова. Это синхротронный излучатель, где очень ярким источником света служит сгусток электронов, двигающийся по искривлённой траектории со скоростью, практически неотличимой от скорости света с. В таких условиях легко померить скорость испущенного света в безукоризненном лабораторном вакууме. По логике сторонников баллистической гипотезы эта скорость должна быть равна удвоенной скорости света от неподвижного источника! Обнаружить такой эффект (в случае его существования) не составило бы труда: достаточно просто измерить время прохождения световым импульсом мерного отрезка в вакуумированном пространстве.
Разумеется, для профессиональных физиков нет никаких сомнений в ожидаемом результате. В этом смысле опыт бесполезен. Однако прямая демонстрация постоянства скорости света имеет большую дидактическую ценность, ограничивая почву для дальнейших спекуляций о недоказанности основ теории относительности. Физика в своём развитии постоянно возвращалась к воспроизведению и уточнению основополагающих экспериментов, осуществляемых с новыми техническими возможностями. В данном случае не ставится цель уточнить скорость света. Речь идёт о восполнении исторической недоработки в экспериментальном обосновании истоков СТО, что должно облегчить восприятие этой достаточно парадоксальной теории. Можно сказать, что речь идёт о демонстрационном опыте для будущих учебников физики.
Электронный сгусток имел длину около 30 см. Проходя мимо окна отведения, он порождал в канале импульс СИ длительностью около 1 нс. Частота обращения сгустка по кольцу синхротрона составляла ~34,5 МГц, так что на выходе фотоприёмника наблюдалась периодическая последовательность коротких импульсов, которую регистрировали с помощью скоростного осциллографа. Импульсы синхронизировались сигналом высокочастотного электрического поля той же частоты 34,5 МГц, компенсирующим потери энергии электронов на СИ. Сравнивая две осциллограммы, полученные при наличии в пучке СИ стеклянного окна и при его отсутствии, можно было измерить отставание одной последовательности импульсов от другой, вызванное гипотетическим снижением скорости. При длине 540 см участка канала отведения СИ от вводимого в пучок окна до выхода в атмосферу снижение скорости света от 2с до с должно было привести к временнoму сдвигу 9 нс. На опыте никакого сдвига не наблюдалось с точностью порядка 0,05 нс.
В дополнение к опыту провели и прямое измерение скорости света в канале отведения путём деления длины канала на время распространения импульса, что привело к значению всего на 0,5% ниже табличной скорости света.
Итак, результаты эксперимента оказались, разумеется, ожидаемыми: скорость света не зависит от скорости источника в полном соответствии со вторым постулатом Эйнштейна. Новым стало то, что впервые его подтвердили прямым измерением скорости света от релятивистского источника. Едва ли этот эксперимент прекратит наскоки на СТО со стороны ревнивцев славы Эйнштейна, однако он существенно ограничит поле новых претензий.
Лампочка горит, фонарик на айфоне случайно включается, а солнце светит (если вы не в Петербурге живете, конечно). Эти привычные для нас явления имеют физические характеристики, главная из которых — скорость света.
О чем эта статья:
11 класс, ЕГЭ/ОГЭ
Точные значения скорости света
метров в секунду
Приблизительные значения скорости света
километров в секунду
километров в час
Скорость света: чему она равна и как ее измерять
Скорость света — это величина, характеризующая быстроту перемещения света.
До второй половины XVII века скорость света считалась бесконечной, пока ее не измерил датский астроном Олаф Рёмер. Он наблюдал затмения спутника Юпитера Ио и заметил, что они не совпадают по времени с расчетными, а зависит это несовпадение от расстояния между событием и наблюдателем. Принимая во внимание положение Земли на своей орбите относительно Юпитера, Рёмер подсчитал, что скорость света равна 220 000 км/с.
В начале XIX века французский ученый Физо разработал для измерения скорости света так называемый метод прерываний. Физик направил луч света на зеркало. Отражаясь от него, свет проходил через зубцы колеса. Затем попадал на еще одну отражающую поверхность, которая была расположена на расстоянии в 8,6 км. Колесо вращали, увеличивая скорость, пока луч не будет видно в следующем зазоре. После подсчетов Физо получил результат — 313 000 км/с.
Изобретение лазера в XX веке позволило дойти до предела точности и зафиксировать скорость света на отметке 299 792 458 м/с с погрешностью 1,2 м/c. Дальнейшее уточнение стало невозможным из-за отсутствия точного определения метра. В то время за эталон брали металлическую палку, хранящуюся в палате мер и весов.
В восьмидесятых годах прошлого века Генеральная конференция по мерам и весам (да, такая действительно существует) приняла за метр расстояние, которое преодолевает свет за 1/299 792 458 секунды. Соответственно, скорость света стала официально равной 299 792 458 метров в секунду. Для удобства ее значение принято округлять до 300 000 км/с.
Курсы подготовки к ОГЭ по физике помогут снять стресс перед экзаменом и получить высокий балл.
Неудавшийся опыт Галилея
Чтобы измерить скорость света, в 1600 году Галилей и его помощник взобрались на соседние холмы, предварительно рассчитав расстояние между ними. Они взяли зажженные фонари и оборудовали их заслонками, которые открывают и закрывают огни. Поочередно открывая и закрывая огонь, они пытались рассчитать скорость света. Галилей и помощник заранее знали, с какой задержкой будут открывать и закрывать огонь. Когда один из них открывал заслонку, то же должен был сделать и другой.
Однако эксперимент был провальным, и неудивительно: чтобы все получилось, ученым пришлось бы стоять на расстоянии в миллионы километров друг от друга.
Скорость света в различных средах
Свет распространяется в разных средах по-разному. В вакууме и в воздухе скорость света почти не различается, а вот в других средах она меньше. Это зависит от оптической плотности среды — чем она больше, тем меньше скорость распространения света.
Основной характеристикой в данном случае служит показатель преломления среды. Он равен отношению скорости света в вакууме к скорости распространения света в среде.
Абсолютный оказатель преломления среды
n — показатель преломления среды [—]
с — скорость света [м/с]
v — скорость света в заданной среде [м/с]
Ниже представлена таблица скоростей света в разных средах и показателей преломления в них.
Среда
Скорость света, км/с
Абсолютный показатель преломления среды
Параметры, связанные со скоростью света
Самые важные параметры — это длина волны и период.
Формула скорости света
с — скорость света [м/с]
λ — длина волны [м]
T — период [с]
Задачка для практики
Определите цвет освещения, проходящий расстояние в 1000 раз больше его длины волны за 2 пикосекунды.
Решение
Для начала переведем 2 пикосекунды в секунды — это 2 * 10 -12 с.
Теперь возьмем формулу скорости: v = S/t
По условию S = 1000λ, то есть v = 1000λ/t.
Выражаем длину волны:
Подставляем значения скорости света и известного нам времени:
λ = (3 * 10 8 * 2 * 10 -12 )/1000 = 600
И соотносим со шкалой видимого света:
На шкале видно, что длине волны в 600 нм соответствует оранжевый цвет излучения.
Ответ: цвет освещения при заданных условиях будет оранжевым.
Скорость выше, чем скорость света
Здесь мы подходим к самому интересному. По сути, преодолеть скорость света — это то же самое, что изобрести машину времени. Ведь мы не можем увидеть свет от зажженного на улице фонаря раньше, чем он зажегся. Казалось бы, вопрос закрыт, машина времени невозможна и вообще все мечты детства разрушены. Но на самом деле это не совсем так.
Физически машину времени ничто не запрещает. То есть с точки зрения физики она вполне возможна, у нас есть только технические ограничения.
Согласно общей теории относительности, чем быстрее мы разгоняем частицу, у которой есть некая масса, тем больше энергии нам требуется. По мере приближения к скорости света эта энергия будет стремиться к бесконечности. Но это 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.
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).
В специальной теории относительности есть даже такое понятие, как релятивистское замедление времени. Его смысл заключается в том, что в движущемся теле все физические процессы проходят медленнее.
Классическим примером этого явления является сценарий близнецов. Представим, что один близнец летит на космическом корабле со скоростью, близкой к скорости света, а другой остается на Земле. Когда близнец-космонавт вернется на Землю постаревшим всего на год или на два, он обнаружит, что его брат стал старше на несколько десятилетий.
В реальной жизни эксперимент с близнецами никто не проводил, но проводили аналогичный — с часами. Ученые запустили атомные часы на орбиту и оставили идентичные часы на Земле. Когда часы вернулись, они шли с некоторым отставанием от своего земного близнеца.
Еще один популярный пример сверхсветовой скорости — это явления квантовой механики. В тот самый момент, когда вы надели на правую ногу один носок, второй моментально и автоматически стал левым, несмотря на расстояние между ними.
Или эксперимент с котом Шрёдингера, про который вы наверняка что-то слышали.
Лирическое отступление про кота Шрёдингера
Физик, которому не очень нравятся кошки, помещает кота в коробку вместе с бомбой, которая взрывается с вероятностью 50% после того, как закрыли крышку. До того, как мы откроем коробку, нет способа узнать, взорвалась ли бомба. Поэтому мы не знаем, жив кот или мертв.
Оперируя понятиями квантовой физики, мы можем сказать, что до нашего наблюдения кот находился в состоянии суперпозиции — состоянии, сочетающем в себе обе возможности с шансом 50% для каждой.
Нечто подобное случается с физическими системами квантовых размеров, вроде электрона, вращающегося вокруг атома водорода. Электрон не совсем вращается — он как бы находится во всем пространстве одновременно, а в некоторых местах с большей вероятностью. Только после того, как мы определили его местоположение, мы можем точно указать, где он находится в этот момент. Так же, как мы не знали, был кот жив или мертв до того, как мы открыли коробку.
Это подводит нас к странному и красивому феномену квантовой запутанности. Представим себе, что вместо одного кота в одной коробке у нас было бы два кота в двух разных коробках. Если мы повторим эксперимент с котом Шрёдингера с парой этих котов, в результате эксперимента могут быть четыре возможности:
- оба кота будут живы,
- оба мертвы,
- первый будет жив, второй мертв,
- первый мертв, второй жив.
Ситуации, когда оба кота мертвы или оба кота живы, не соответствуют состоянию суперпозиции. Другими словами, возможна такая система из двух котов, в которой в итоге всегда один из котов будет мертв, а другой жив. Пользуясь техническими терминами, можно сказать, что состояния этих двух котов запутаны.
Назревает вопрос: что произойдет, если этих котов поместить в разных уголках Вселенной. Не поверите, но то же самое! Один из котов в любом случае будет жив, а другой — мертв, хотя какой конкретно кот будет жив, а какой мертв, совершенно непредсказуемо.
Квантовая запутанность была подтверждена в настоящих лабораторных экспериментах. Две субатомные частицы запутаны в состоянии суперпозиции так, что если одна вращается в одну сторону, то другая — в противоположную.
Запутанность находится в центре квантовой информатики — развивающейся области науки, которая ищет применение законам странного квантового мира. Так, квантовая криптография позволяет шпионам надежно посылать друг другу информацию, а квантовое программирование — взламывать секретные коды.
Каждодневная физика со временем может стать более похожей на странный мир квантовой механики. Квантовая телепортация сможет достигнуть такого прогресса, что однажды ваш кот сможет сбежать в более безопасную вселенную, где нет физиков и коробок.
В общем, сверхсветовая скорость существует, хоть у нее и очень слабая доказательная база. Если ученые добьются того, чтобы скорости выше скорости света стали нашей реальностью, то и до машины времени недалеко.
Существует множество простых, интуитивных объяснений этого вопроса… но, по-моему, они все довольно отстойные. Можно погуглить немного и найти дискуссии о чëм-то, что называется “релятивистской массой”, и как она требует больше энергии, чтоб разогнать объект, который уже двигается на высокой скорости. Это почтенный способ интерпретации специальной теории относительности, но мне кажется, что он излишне запутывающий и неочевидный для студента, который только чуть замочил свои ноги в океане современной физики. Из-за этого вселенная кажется гораздо менее поразительным местом, совсем не такой, какой она есть на самом деле, и меня это возмущает.
Обычно я говорю об этой теме в терминах геометрии, которые консистентны с общей теорией относительности. Это не то чтобы наиболее короткий путь, но зато он не включает ничего фундаментально более сложного, чем стрелочки на клочках бумаги, и, я думаю, что он предлагает куда более понятное описание вселенной, где мы живëм, чем всякие непрозрачные абстракции типа “энергия” и откровенная чушь вроде “релятивистской массы”. Может, он сработает для вас, может нет, но в любом случае, вот он.
Сначала давайте поговорим о направлениях, просто чтобы сориентироваться. “Вниз” – это направление. Оно определяется как направление, в котором падают вещи, когда вы их роняете. “Вверх” – это тоже направление, противоположное к “вниз”. Если у вас есть под руками компас, мы можем определить дополнительные направления: на север, на юг, на запад и на восток. Эти направления определяются в терминах относительно чего-либо – того, что мы в своей среде называем “ортонормальным базисом”, – но забудем пока об этом. Давайте представим, что эти 6 направлений абсолютны, потому что для нашей текущей задачи они вполне могли бы быть такими.
Теперь я прошу вас вообразить еще два направления: “в будущее” и “в прошлое”. Очевидно, что эти направления нельзя показать, но представить их себе должно быть не очень тяжёло. Будущее – это направление, где лежит завтра, а прошлое – это направление, где лежит вчера.
Эти восемь направлений вместе – вверх, вниз, на север, юг, запад, восток, в будущее и в прошлое – описывают фундаментальную геометрию вселенной. Каждую пару направлений мы называем “измерением”, так что мы живём во вселенной с четырьмя измерениями. Другой термин для описания четырëхмерности вселенной -это “пространство-время”. Я попытаюсь избегать использования этого термина, но если вдруг он проскользнёт, то знайте, что в данном контексте “пространство-время” - это просто “вселенная”.
Итак, это сцена. Давайте посмотрим на игроков.
Вы, сидя перед монитором, находитесь в движении. Оно не ощущается, напротив, вам кажется, что вы находитесь в покое. Но это только потому, что и всё остальное вокруг вас находится в движении. Нет, я не имею в виду тот факт, что Земля вертится или что наше Солнце движется сквозь галактику вместе с ней. Это правда, но мы пока игнорируем этот факт. Движение, о котором я говорю, – это движение в направлении “будущее”.
Представьте себе, что вы находитесь в вагоне поезда, и на окнах опущены шторы, так, что вы не можете посмотреть наружу. Давайте еще представим (для простоты), что рельсы и колёса настолько безупречны, что вы совершенно не можете чувствовать, находитесь ли вы в движении. Если бы вы посмотрели в окно – вы бы либо увидели постоянный ландшафт, либо проносящийся мимо вас. Но с опущенными шторами это невозможно, так что вы на самом деле не можете понять, двигаетесь ли вы.
Но на самом деле есть один путь узнать, в конце концов, двигаетесь ли вы: просто сидеть и ждать. Если поезд стоит на одной станции, ничего не произойдёт. Но если он двигается, то рано или поздно вы прибудете на следующую станцию.
В нашей метафоре вагон поезда – это всё, что вы видите вокруг себя во вселенной, – ваш дом, ваш ручной ёж Ерëма, самые далёкие звёзды в небе, всё вместе. И “следующая станция” – это завтра.
Это движение не ощущается как движение. Вам кажется, что вы стоите на месте. Но если вы будете сидеть и не двигаться, вы однозначно прибудете в завтра.
Вот что значит находиться в движении “в будущее”. Вы, и всё вокруг вас, в данный момент двигается в будущее, навстречу завтра. Вы этого не ощущаете, но если вы немного подождёте, вы узнаете, что это правда.
До сих пор это всё было несложно представить. Может быть немного непривычным думать о времени как о направлении и о себе самом как двигающемся вдоль него. Но я не думаю, что что-либо из вышесказанного было сложным.
Но сейчас мы всё починим, потому что дальше вам придётся напрячь своё воображение.
Представьте, что вы двигаетесь в машине и случается нечто ужасное: ваши тормоза отказывают. По невообразимой случайности педаль газа и ручка переключения передач намертво заедают. Вы не можете ни разогнаться, ни затормозить. Единственная вещь, которая работает – это руль. Вы можете поворачивать, изменять направление, но не можете изменить свою скорость.
Конечно, первое, что вы делаете – это поворот во что-то мягкое, что может помочь остановить машину. Но давайте проигнорируем это и сфокусируемся на специфических характеристиках вашей поломанной машины. Вы можете изменить направление, но не можете изменить свою скорость.
Это – то, как вы двигаетесь сквозь вселенную. У вас есть руль, но нет педали газа. Когда вы сидите дома и отдыхаете, на самом деле вы мчитесь в будущее на максимальной скорости. Когда вы встаёте, чтоб включить чайник, вы изменяете направление своего движения через пространство-время, но не скорость этого движения. Так что как только вы двигаетесь через пространство чуть быстрее, через время вы двигаетесь чуть медленнее.
Вы можете визуализировать это парой осей, нарисованных на бумаге. Ось, которая идёт сверху вниз, изображает время, а верх указывает в будущее. Горизонтальная ось изображает пространство. Мы оцениваем только одно измерение пространства, потому что у листка бумаги всего два измерения и мы уже все использовали, но просто держите в уме, что эта идея применяется ко всем трём измерениям пространства.
Нарисуйте стрелку, выходящую из нуля координат, вдоль вертикальной оси вверх. Неважно, насколько длинной она будет, но знайте, что она представляет собой длину размерностью в “один”. Эта стрелка, которая указывает прямо в будущее, представляет собой величину, которую физики называют четыре-скоростью. Это ваша скорость сквозь пространство-время. Прямо сейчас она показывает, что вы совершенно не двигаетесь в пространстве, поэтому она направлена прямо в будущее.
Если вы хотите двигаться сквозь пространство – скажем, направо вдоль горизонтальной оси – вам необходимо изменить вашу четыре-скорость, добавив в неё немного горизонтальной составляющей. То есть, вам нужно немного повернуть вашу стрелку. Но когда вы её поворачиваете, обратите внимание, что стрелка в вертикальном направлении стала показывать меньше, чем раньше. Теперь вы двигаетесь сквозь пространство, на что вам пришлось немного пожертвовать скоростью движения в будущее, так как ваша стрелка четыре-скорости может только поворачиваться, но не растягиваться или сжиматься.
Это и есть источник известного эффекта “замедления времени”, о котором все говорят во время обсуждений специальной теории относительности. Если вы двигаетесь сквозь пространство, то вы не двигаетесь сквозь время так же быстро, как если бы вы сидели на месте. Ваши часы будут идти медленнее, чем у человека, который не двигается.
Это так же показывает, почему фраза “быстрее света” не имеет значения в нашей вселенной. Смотрите, что происходит, когда вы хотите двигаться сквозь пространство так быстро, как только возможно? Очевидно, вы поворачиваете стрелку – вашу четыре-скорость – пока она не будет указывать строго вдоль горизонтальной линии. Но подождите. Стрелка не может растягиваться, помните? Она может только поворачиваться. Так что вы увеличили вашу скорость сквозь пространство настолько, насколько только возможно. Двигаться быстрее уже не получится. Стрелку больше некуда повернуть, чтоб она показывала в еще более горизонтальном направлении, она и так уже горизонтальнее некуда. Это не очень осмысленно – думать о чём-то более горизонтальном, чем горизонтальное. В таком свете вся идея будет выглядеть довольно бестолковой. Либо стрелка показывает строго направо, либо нет, и как только она показывает, прямее её сделать нельзя. Она и так прямая, насколько только возможно.
Поэтому ничто в нашем мире не может двигаться быстрее скорости света. Потому что фраза “быстрее, чем свет” в нашей вселенной прямо эквивалентна “прямее прямого” или “горизонтальнее горизонтального”. Не несёт информации.
Приступим к неувязкам. Почему векторы четыре-скорости могут только поворачиваться, но не растягиваться или сжиматься? На этот вопрос есть ответ, и он имеет отношение к инвариантности скорости света. Но я и так уже достаточно написала, так что это останется на следующий раз. А пока вам придётся просто верить, что это так, потому что это так, и в этом случае вы будете лишь немного менее информированы о теме, чем самые замечательные физики, жившие на свете.
Действительно, как? Как измерить самую высокую скорость во Вселенной в наших скромных, Земных условиях? Нам уже не нужно ломать над этим голову – ведь за несколько веков столько людей трудилось над этим вопросом, разрабатывая методы измерения скорости света. Начнем рассказ по порядку.
Скорость света – скорость распространения электромагнитных волн в вакууме. Она обозначается латинской буквой c. Скорость света равняется приблизительно 300 000 000 м/с.
8 минут - время, за которое свет проходит расстояние от Солнца до Земли
Так, Декарт, Кеплер и Ферма были того же мнения, что и ученые античности. А вот Галилео Галилей считал, что скорость света конечна, хоть и очень велика. Собственно, он и произвел первое измерение скорости света. Точнее, предпринял первую попытку по ее измерению.
Опыт Галилея
Опыт Галилео Галилея был гениален в своей простоте. Ученый проводил эксперимент по измерению скорости света, вооружившись простыми подручными средствами. На большом и известном расстоянии друг от друга, на разных холмах, Галилей и его помощник стояли с зажженными фонарями. Один из них открывал заслонку на фонаре, а второй должен был проделать то же самое, когда увидит свет первого фонаря. Зная расстояние и время (задержку перед тем, как помощник откроет фонарь) Галилей рассчитывал вычислить скорость света. К сожалению, для того, чтобы этот эксперимент увенчался успехом, Галилею и его помощнику нужно было выбрать холмы, которые находятся на расстоянии в несколько миллионов километров друг от друга. Хотелось бы напомнить, что вы можете заказать эссе, оформив заявку на сайте.
Опыты Рёмера и Брэдли
Первым удачным и на удивление точным опытом по определению скорости света был опыт датского астронома Олафа Рёмера. Рёмер применил астрономический метод измерения скорости света. В 1676 он наблюдал в телескоп за спутником Юпитера Ио, и обнаружил, что время наступления затмения спутника меняется по мере отдаления Земли от Юпитера. Максимальное время запаздывания составило 22 минуты. Посчитав, что Земля удаляется от Юпитера на расстояние диаметра земной орбиты, Рёмер разделил примерное значение диаметра на время запаздывания, и получил значение 214000 километров в секунду. Конечно, такой подсчет был очень груб, расстояния между планетами были известны лишь примерно, но результат оказался относительно недалек от истины.
К измерению скорости света Рёмером
Опыт Брэдли. В 1728 году Джеймс Брэдли оценил скорость света наблюдая абберацию звезд. Абберация – это изменение видимого положения звезды, вызванное движением земли по орбите. Зная скорость движения Земли и измерив угол абберации, Брэдли получил значение в 301000 километров в секунду.
Опыт Физо
К результату опыта Рёмера и Брэдли тогдашний ученый мир отнесся с недоверием. Тем не менее, результат Брэдли был самым точным на протяжении сотни с лишним лет, аж до 1849 года. В тот год французский ученый Арман Физо измерил скорость света методом вращающегося затвора, без наблюдений за небесными телами, а здесь, на Земле. По сути, это был первый после Галилея лабораторный метод измерения скорости света. Приведем ниже схему его лабораторной установки.
Свет, отражаясь от зеркала, проходил через зубья колеса и отражался от еще одного зеркала, удаленного на 8,6 километров. Скорость колеса увеличивали до того момента, пока свет не становился виден в следующем зазоре. Расчеты Физо дали результат в 313000 километров в секунду. Спустя год подобный эксперимент с вращающимся зеркалом быо проведен Леоном Фуко, получившим результат 298000 километров в секунду.
С появлением мазеров и лазеров у людей появились новые возможности и способы для измерение скорости света, а развитие теории позволило также рассчитывать скорость света косвенно, без проведения прямых измерений.
Арман Ипполит Луи Физо
Самое точное значение скорости света
Человечество накопило огромный опыт по измерению скорости света. На сегодняшний день самым точным значением скорости света принято считать значение 299 792 458 метров в секунду, полученное в 1983 году. Интересно, что дальнейшее, более точное измерение скорости света, оказалось невозможным из-за погрешностей в измерении метра. Сейчас значение метра привязано к скорости света и равняется расстоянию, которое свет проходит за 1 / 299 792 458 секунды.
Напоследок, как всегда, предлагаем посмотреть познавательное видео. Друзья, даже если перед Вами стоит такая задача, как самостоятельное измерение скорости света подручными средствами, Вы можете смело обратиться за помощью к нашим авторам. Заказать контрольную работу онлайн вы можете оформив заявку на сайте Заочника. Желаем Вам приятной и легкой учебы!
Читайте также: