Чему равна скорость света? | Что быстрее скорости света?

Обывателю кажется, что свет в природе распространяется мгновенно. Стоит только повернуть зеркало, как тут же передвинется и солнечный зайчик, создаваемый этим зеркалом. Однако строгие эксперименты показывают, что на самом деле у света есть конечная скорость, хотя она и очень велика. Так чему же равна скорость света и как ее измерить? Что может быть быстрее скорости света?

История вопроса

Хотя первые научные работы по оптике относятся ещё к Античности, древние греки и римляне никак не могли определить скорость света. Считается, что Эмпедокл, живший в V в. до н.э., первым высказал мысль об ограниченности скорости света. Однако Аристотель и другие философы древности не соглашались с ним, полагая, что свет распространяется мгновенно.

Лишь через 2 тысячи лет Галилей провел первый опыт, в котором пытался проверить гипотезу Эмпедокла. В результате ему не удалось измерить скорость света, и он решил, что если она и конечна, то очень велика.

Только развитие астрономии, связанной с измерениями гигантских расстояний, позволило людям получить хотя бы приближенные оценки световой скорости. В 1676 г. Олаф Ремёр заметил, что время начала затмения Юпитером своего

Юпитер

спутника Ио существенно зависит от расстояния между Юпитером и Землей (оно непостоянно из-за движения планет с разной скоростью). Он объяснил этот эффект конечностью скорости света и даже смог провести расчеты, которые показали, что скорость света должна составлять 220 000 км/с. Олаф ошибся, но ненамного. Своё наблюдение Ремер не оформил должным образом, поэтому научный мир признал конечность света только в 1727 г.

Более точные эксперименты

Астрономические наблюдения не отличались особо высокой точностью, а потому для измерения световой скорости стали проводить эксперименты в земных условиях. Уже в 1728 г. Бредли, используя эффект аберрации света, получил значение, равное 308 000 км/с.

Более подробно этой темой физики занялись в XIX в. Арман Физо в 1849 г. разработал специальный «метод прерываний». Сам француз с его помощью получил цифру в 313 000 км/с, однако постоянные улучшения данного метода позволили Бергштранду уже в 1950 г. получить значение в 299 793 100 м/с, причем погрешность измерения не превышала 250 м/с.

Параллельно с этим развивался и иной способ измерения световой скорости, известный как «метод вращающегося зеркала». С его помощью в 1868 г. погрешность измерения составила всего 500 км/с, а к 1926 г. она уменьшилась до 4 км/с.

Новые возможности в измерении скорости сета появились с развитием лазеров. К 1970 г. точность экспериментов составляла уже 1 м/с.

Далее у физиков возникло новое принципиальное ограничение. Дело в том, что при расчете погрешности эксперимента большое значение играет и точность условной «линейки», с помощью которой измеряют расстояние, пройденное светом. Она, в свою очередь, ограничена точностью эталона метра. Он представлял собой линейку из сплава платины и иридия, хранящуюся во французском городе Севр. Грубо говоря, точность проводимых физиками экспериментов стала просто превышать точность эталонного метра.

Читайте также:  Исторические факты: интересные и малоизвестные

Для того чтобы обойти это ограничение, ученым пришлось изменить само понятие метра. В 1983 г. оно было переопределено. Теперь за метр принимается путь, преодолеваемый светом за 1/299 792 458 долю секунды. В сою очередь это значит, что и световая скорость составляет ровно 299 792 458 м/с. Поэтому можно сказать, что скорость света – эта величина в физике, которая известна с абсолютной точностью.

Является ли скорость света неизменной величиной?

Важно заметить, что данное значение световой скорости верно лишь в том случае, если свет распространяется в пустом пространстве, то есть в вакууме. Из теории относительности известно, что эта величина постоянна и не зависит от того, с какой скоростью наблюдатель двигается относительно источника света. Также эта скорость является предельной в физике – ни одно тело не может перемещаться в природе со скоростью, большей 299 792 458 м/с.

Скорость света в воде

Ситуация меняется, когда рассматривается распространение света в какой-нибудь среде, например, в воде или стекле. Оказывается, что любая среда замедляет свет. Так, в воде его скорость падает до 225,3 тыс. км/с, а в алмазе она составляет всего 123 845 км/с.

Что быстрее скорости света?

В связи с этим возможны ситуации, когда в какой-нибудь среде частицы движутся быстрее света. Классическим примером такого движения является излучение Вавилова-Черенкова. Его создают электроны и другие заряженные частицы, двигающиеся в среде быстрее света. Чаще всего этот эффект можно наблюдать в охлаждающей ядерный реактор жидкости. Активная зона реактора как раз и является источником частиц, обгоняющих свет. Визуально кажется, что реактор светится.

Более того, в физике возможно движение со скоростью, большей скорости света в вакууме! Но его не может совершать материальное тело. Примерами такого движения являются перемещение точки пересечения ножниц, а также перемещение солнечного зайчика. Дело в том, что сам зайчик не является материальным телом. Он представляет собой поток фотонов, идущих от зеркала.

При повороте зеркала зайчик на новом месте образует уже другие фотоны, не те, которые были на предыдущем месте. В результате сами фотоны не разгоняются выше световой скорости, а вот зайчик, формируемый ими, способен обогнать свет.

Комментарий появится на сайте только после проверки модератором!

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *