Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Швидкість світла


Зазначено відстань від Сонця до Землі, рівне 150 мільйонам кілометрів.

План:


Введення

Швидкість світла - абсолютна величина швидкості розповсюдження електромагнітних хвиль в вакуумі [3]. В фізики традиційно позначається латинською буквою "c" (вимовляється як [Це]). Швидкість світла у вакуумі - фундаментальна постійна, яка не залежить від вибору інерціальної системи відліку (ІСО). Вона належить до фундаментальних фізичним постійним, які характеризують не просто окремі тіла, а властивості простору-часу в цілому. За сучасними уявленнями, швидкість світла у вакуумі - гранична швидкість руху частинок і поширення взаємодій.


1. У вакуумі (порожнечі)

Час поширення світлового променя в масштабній моделі Земля-Місяць. Для подолання відстані від поверхні Землі до поверхні Місяця світла потрібно 1,255 с.

Найбільш точне вимірювання швидкості світла 299 792 458 1,2 м / з на основі еталонного метра було проведено в 1975. На даний момент вважають, що швидкість світла в вакуумі - фундаментальна фізична стала, за визначенням, точно дорівнює 299792458 м / з, або 1079252 848,8 км / год . Точне значення пов'язано з тим, що з 1983 за еталон метра прийнято відстань, яку проходить світло у вакуумі за проміжок часу, рівний 1 / 299 792 458 секунди. Для вирішення шкільних завдань, в основному, використовують значення 300000000 м / з (3 10 8).

У природі зі швидкістю світла поширюються (у вакуумі):

У сучасній фізиці вважається добре обгрунтованим твердження, що причинний вплив не може переноситися зі швидкістю, більшою за швидкість світла у вакуумі (у тому числі за допомогою перенесення такого впливу будь-яким фізичним тілом).

Хоча в принципі рух якихось об'єктів зі швидкістю, більшою за швидкість світла у вакуумі, цілком можливо, проте це можуть бути, з сучасної точки зору, тільки такі об'єкти, які не можуть бути використані для переносу інформації з їх рухом (наприклад - сонячний зайчик в принципі може рухатися по стіні зі швидкістю більшої швидкості світла, але ніяк не може бути використаний для передачі інформації з такою швидкістю від однієї точки стіни до іншої). (Докладніше див Сверхсветовие рух, також відповідний розділ даної статті нижче).


2. У прозорому середовищі

Швидкість світла в прозорому середовищі - швидкість, з якою світло поширюється в середовищі, відмінній від вакууму. У середовищі, що володіє дисперсією, розрізняють фазову і групову швидкість.

Фазова швидкість пов'язує частоту і довжину хвилі монохроматичного світла в середовищі (λ = c / ν). Ця швидкість зазвичай (але не обов'язково) менше c. Ставлення фазової швидкості світла у вакуумі до швидкості світла в середовищі називається показником заломлення середовища. Групова швидкість світла в рівноважної середовищі завжди менше c. Проте в нерівноважних середовищах вона може перевищувати c. При цьому, однак, передній фронт імпульсу все одно рухається зі швидкістю, що не перевищує швидкості світла у вакуумі.

Арман Іполіт Луї Фізо на досвіді довів, що рух середовища щодо світлового променя так само здатне впливати на швидкість поширення світла в цьому середовищі.


3. Історія вимірів швидкості світла

Античні вчені, за рідкісним винятком, вважали швидкість світла нескінченної [4]. У Новий час це питання стало предметом дискусій. Галілей і Гук допускали, що вона конечна, хоча і дуже велика, у той час як Кеплер, Декарт і Ферма як і раніше відстоювали нескінченність швидкості світла.

Першу оцінку швидкості світла дав Олаф Ремер ( 1676). Він зауважив, що коли Земля і Юпітер знаходяться по різні сторони від Сонця, затемнення супутника Юпітера Іо запізнюються в порівнянні з розрахунками на 22 хвилини . Звідси він отримав значення для швидкості світла близько 220000 км / с - Неточне, але близьке до істинного. Через півстоліття відкриття аберації дозволило підтвердити кінцівку швидкості світла і уточнити її оцінку.


4. Сверхсветовие рух

Зі спеціальної теорії відносності випливає, що прискорення частинок, що мають масу, до швидкості світла неможливо, так як ця подія порушило б фундаментальну принцип причинності. Тобто, виключається перевищення швидкості світла сигналом, або рух маси з такою швидкістю. Проте теорія не виключає рух гіпотетичних частинок в просторі-часі з надсвітовою швидкістю.

Гіпотетичні частинки, які рухаються зі швидкістю сверхсветовой, називаються Тахіон. Математично, Тахіон легко вкладаються в перетворення Лоренца - це частинки з уявною масою. Чим вище швидкість цих частинок, тим менше енергії вони несуть, і навпаки, чим ближче їх швидкість до швидкості світла, тим більше їх енергія - так само, як і енергія звичайних частинок, енергія Тахіон прагне до нескінченності при наближенні до швидкості світла. Це саме очевидне слідство перетворення Лоренца, що не дозволяє частці прискоритися до швидкості світла - повідомити частці нескінченну кількість енергії просто неможливо.

Слід розуміти, що, по-перше, Тахіон - це клас частинок, а не один вид часток, і, по-друге ніяке фізична взаємодія не може поширюватися швидше за швидкість світла. З цього випливає, що Тахіон не порушують принцип причинності - з звичайними частками вони ніяк не взаємодіють, а між собою різницю їх швидкостей також не буває дорівнює швидкості світла.

Звичайні частки, що рухаються повільніше світла, називаються тардіонамі. Тардіони не можуть досягти швидкості світла, а тільки лише як завгодно близько підійти до неї, так як при цьому їх енергія стає необмежено великою. Всі тардіони володіють масою, на відміну від безмассових фотонів і гіпотетичних частинок гравітонів, які завжди рухаються зі швидкістю світла.

В планківських одиницях швидкість світла у вакуумі дорівнює 1, тобто світло проходить 1 одиницю планковской довжини за одиницю планковской часу.

C 2006 року з'являються повідомлення про те, що в так званому ефекті квантової телепортації взаємодія поширюється швидше швидкості світла. Наприклад, 15 серпня 2008 р. дослідницька група доктора Ніколаса Гізена (Nicolas Gisin) з університету Женеви, досліджуючи рознесені на 18 км в просторі пов'язані фотонні стану, нібито показала, що "взаємодія між частинками здійснюється зі швидкістю, приблизно в сто тисяч разів більшої швидкості світла". Раніше також обговорювалося так званий парадокс Хартмана - надсвітловою швидкість при тунельному ефекті. Аналіз цих та подібних результатів показує, що вони не можуть бути використані для сверхсветовой передачі будь-якого несе інформацію повідомлення або для переміщення речовини [5].

В результаті обробки даних експерименту OPERA [6], набраних з 2008 по 2011 рік в лабораторії Гран-Сассо (Laboratori Nazionali del Gran Sasso) спільно з ЦЕРН, зафіксовано статистично значуще вказівку на перевищення швидкості світла мюонним нейтрино [7]. Повідомлення про це, що супроводжувалося публікацією в архіві препринтів [8], зроблено 23 вересня 2011 року в ЦЕРНі. Отримані результати піддаються сумніву, оскільки вони не узгоджуються не тільки з теорією відносності, але і з іншими експериментами з нейтрино [9]. Планується перевірити отримані результати в експериментах MINOS ( Fermilab, США) і T2K (Каміока, Японія) (крім Гран-Сассо, тільки дві лабораторії у світі здатні на це).


Примітки

  1. Where Are the Voyagers - NASA Voyager - voyager.jpl.nasa.gov / where / index.html. Voyager - The Interstellar Mission. Jet Propulsion Laboratory, California Istitute of Technology.
  2. Шаблон: As of. [1]
  3. Швидкість поширення світлового імпульсу в середовищі відрізняється від швидкості його розповсюдження у вакуумі (менше, ніж у вакуумі), і може бути різною для різних середовищ. Коли говорять просто про швидкість світла, зазвичай мається на увазі саме швидкість світла у вакуумі, якщо ж говорять про швидкість світла в середовищі, це, як правило, обмовляється явно.
  4. Гіндікін С. Г. Розповіді про фізиків і математиків - www.mccme.ru / free-books / gindikin / index.html - видання третє, розширене. - М .: МЦНМО, 2001. - С. 105-108. - ISBN 5-900916-83-9.
  5. І. Іванов. Проведено нові експерименти з перевірки механізму квантової заплутаності. - elementy.ru/news/430800 Елементи.ру.
  6. Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus - operaweb.lngs.infn.it /? lang = en
  7. OPERA experiment reports anomaly in flight time of neutrinos from CERN to Gran Sasso - press.web.cern.ch/press/PressReleases/Releases2011/PR19.11E.html
  8. OPERA Collaboration (Adam T. et al.) (2011), "Measurement of the neutrino velocity with the OPERA detector in the CNGS beam", arΧiv : 1109.4897 - www.arxiv.org/abs/1109.4897 .
  9. І. Іванов. Експеримент OPERA повідомляє про спостереження сверхсветовой швидкості нейтрино. - elementy.ru / news? newsid = 431680 Елементи.ру, 23 вересня 2011 року.

Література

  • Фізичні величини: Довідник. / А. П. Бабічев, Н. А. Бабушкіна, А. М. Братковський та ін; під ред. І. С. Григор 'єва, Е. З. Мейліхова М.: Вища школа, 1991, - 1232 с - ISBN 5-283-04013-5

Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Змінна швидкість світла
Сила світла
Частини світла
Свято світла
В колі світла
Світла седмиця
Аберація світла
Джерело світла
Розсіяння світла
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru