Viteza luminii

Viteza luminii în vid - valoarea absolută a vitezei de propagare a undelor electromagnetice în vid [3]. În fizică, notată în mod tradițional de „c“ literă (pronunțat ca „CE“). Viteza luminii în vid - constanta fundamentală. Ea nu depinde de alegerea sistemelor de referință inerțiale (ISO). Este o constantă fizică fundamentală, care se caracterizează nu doar corp separat, sau un câmp, iar proprietățile geometriei spațiu-timp, în general [4]. Conform opiniilor actuale, viteza luminii în vid - viteza finală a mișcării particulelor și propagarea interacțiunilor.

In vacuum (vacuum) [regula]

Timpul de propagare a fasciculului de lumină într-un model la scară al Pământului Luna. Pentru a depăși distanța de la suprafața la suprafața de lumina lunii ia 1.255 secunde.

Măsurarea mai precisă a vitezei luminii 299 792 458 ± 1,2 m / s bazat pe contorul de referință a fost realizată în 1975 godu [Notă. 1].

În acest moment, cred că viteza luminii - o constantă fizică fundamentală. prin definiție, exact egală cu 299792458 m / s. 1079252 sau 848.8 kilometri pe oră. Precizia valorii asociate cu faptul că din 1983 goda metru în Sistemul Internațional de Unități (SI) este definită ca distanța parcursă de lumină în vid pe o perioadă egală cu 1 / sec 299 792 458 [6].

În natură, viteza de propagare a luminii (în vid)

Particulele solide pot avea o viteză se apropie foarte aproape de viteza luminii [Notă. 2]. dar încă nu ajunge exact. De exemplu, aproape de viteza particulelor masive sunt obținute cu un accelerator sau o parte a razelor cosmice.

În fizica modernă, este considerat a fi afirmație întemeiată că efectele cauzale nu pot fi transferate la o viteză o rată mai mare a luminii în vid (inclusiv prin transferul unor astfel de impact într-un anumit corp fizic). Există, totuși, o problemă de „entanglement“ de particule, care pare să „știe“ despre starea reciproc instantaneu. Cu toate acestea, în acest caz, transmiterea superluminal informațiilor are loc. deoarece informațiile de transmisie în acest mod este necesar pentru a ridica canal suplimentar de transmisie clasic cu viteza luminii [7].

Cu toate că, în principiu, mișcarea unor obiecte, la o viteză mai mare decât viteza luminii în vid, este posibil, dar poate fi din punct de vedere actual, numai acele obiecte care nu pot fi utilizate pentru a transfera informații de la libera circulație a acestora (de exemplu - Sunbeam în principiu se poate deplasa de-a lungul peretelui, cu o rată mai mare de viteza luminii, dar nu poate fi utilizat pentru transmiterea informațiilor la o rată de la un perete la un alt punct) [8].

Mediul transparent [citare]

Viteza luminii în mediu transparent, - viteza la care lumina se propagă într-un alt mediu decât un vid. Într-un mediu având o dispersie. distinge între viteza de fază și de grup.

Viteza de fază se leagă de frecvență și lungimea de undă a luminii monocromatice în mediu (λ = c / ν). Această viteză este de obicei (dar nu neapărat) mai mică decât c. Raportul dintre viteza de fază a luminii în vid a vitezei luminii într-un mediu este numit un indice de refracție al mediului.

Viteza de grup de lumină este definită ca viteza de propagare a Beat între cele două valuri cu o frecvență similară și într-un mediu de echilibru este întotdeauna mai mică decât c. Cu toate acestea media neechilibru, de exemplu, foarte absorbant, poate depăși c. În acest caz, cu toate acestea, marginea în creștere a impulsului este încă în mișcare la o viteză care să nu depășească viteza luminii în vid. Ca urmare, transmiterea superluminal informațiilor rămâne imposibilă.

Hippolyte Fizeau pe experiența dovedită. că mișcarea relativă medie a fasciculului de lumină și poate influența viteza luminii în acel mediu.

Rolul fundamental în fizică [edita]

Factorul Lorentz (factor Lorentz) y ca funcție de viteză. Aceasta crește de la 1 (pentru viteza zero) la infinit (v apropiat la c).

Viteza cu care undele de lumină se propagă în vid nu depinde deplasarea sursei de undă sau de sistemul de referință observator [Notă. 3]. Einstein a postulat o viteză invariantă de lumină în 1905 [9] .El a ajuns la această concluzie pe baza teoriei electromagnetismului lui Maxwell, și lipsa de dovezi pentru existența eter luminifer [10].

Invarianța viteza luminii confirmate întotdeauna de multe experimente [11]. Este posibil să se verifice experimental este că viteza luminii în „bilateral“ experimental (de exemplu, de la sursa la oglindă și din spate) este independent de sistemul de referință, deoarece este imposibil să se măsoare viteza luminii într-o singură direcție (de exemplu, de la o sursă la un receptor de la distanță) nu suplimentară acorduri cu privire la modul de a sincroniza sursa de ceas și receptor. Cu toate acestea, dacă vom aplica această sincronizare rata de lumină față Einstein devine bilateral, prin definiție, [12] [13].

Teoria relativității investighează consecințele invarianța c în ipoteza că legile fizicii sunt aceleași în toate cadrele de referință inerțiale [14] [15]. O consecință este că c - este viteza cu care trebuie să se deplaseze în vid și toate undă de particule lipsite de masă (în particular, lumină).

Relativitatea are multe efecte dovedite experimental, care sunt contra-intuitiv. [16] Astfel de consecințe includ: echivalența masei și energiei, reducerea lungimii (reducerea obiectelor în mișcare) [Nota. 4], și dilatarea timpului (ceasuri în mișcare rula mai lent). γ Factor, care este redusă în lungime și încetiniți timp, cunoscut sub numele de factor Lorentz (factorul Lorentz), unde V - a vitezei obiectului. Pentru viteze mult mai mici decât c (de exemplu, pentru vitezele cu care avem de a face în fiecare zi), diferența dintre γ și 1 este atât de mic încât poate fi neglijată. În acest caz, teoria specială a relativității este bine aproximată prin relativitatea galilean. Dar, la relativist viteze crește diferență și abordări infinit se apropie V c.

Combinând rezultatele relativității speciale necesită două condiții: structura (1) timpul și spațiul sunt unificate cunoscut ca un spațiu-timp (unde c leagă spațiul unității și timp) și (2) legile fizice îndeplinesc cerințele de simetrie specială, care se numește invariantă Lorentz (Lorentz-invariante), formula care conține un parametru [19]. Lorentz invarianta este omniprezent în teoriile fizice moderne, cum ar fi electrodinamicii cuantice. cromodinamicii cuantice. modelul standard al fizicii particulelor elementare și a relativității generale. Astfel, parametrul c se găsește peste tot în fizica modernă și există, în multe feluri, care nu sunt relevante pentru lumea reală. De exemplu, teoria generală a relativității implică faptul că gravitatea și undele gravitaționale se propagă cu o viteză c [20] [21]. În sistemele de referință neinertiale (în spațiu gravitational curbat sau în cadre de referință, accelerație de mișcare), viteza locală a luminii este, de asemenea, constantă și egală cu c. cu toate acestea, viteza luminii de-a lungul unui traseu de lungime finită poate fi diferită de oricare c cât timp și spațiu definit [22].

Se crede că constantele fundamentale, cum ar fi c. au același înțeles în toate spațiu-timp, adică, ele nu depind de locație și nu se schimbă cu timpul. Cu toate acestea, unele teorii sugerează că viteza luminii se poate schimba în timp [23] [24]. Deși nu există dovezi concludente de astfel de modificări, dar ele rămân subiectul cercetării [25] [26].

Limita de viteză superioară [regula]

Conform teoriei relativitatii, energia obiect masa de repaus m și viteza v este γmc 2. unde γ - factor Lorentz definit mai sus. Când v este zero, γ este unitate, ceea ce conduce la formula cunoscută de masă și de energie echivalenta E = mc 2. Deoarece γ factorul de abordări infinit este abordat la v c. accelerație obiect masiv la viteza luminii ar avea nevoie de energie infinita. viteza luminii - viteza limită superioară pentru obiecte cu masa de repaus. S-a stabilit experimental în mai multe teste de energie relativistă și impuls [29].

Eveniment A B precede evenimentul în sistemul de referință roșu (SB), în timp ce B cu CO verde și B are loc după SB albastru.

Istoria măsurarea vitezei luminii [citare]

oamenii de știință antic, cu rare excepții, considerată viteză infinită de lumină [33]. În timpurile moderne, această problemă a devenit un subiect de dezbatere. Galileo și Hooke presupus că este finită, deși foarte mare, în timp ce Kepler. Descartes și Fermat apărat încă viteza infinită a luminii.

În primul rând estimare viteza luminii a revenit Olaf Romer (1676). El a spus că, atunci când Pământul și Jupiter sunt situate pe laturile opuse ale soarelui. Luna lui Jupiter Io eclipsa târziu în comparație cu calculele pentru 22 de minute. De acolo, el a obținut o valoare pentru viteza luminii în jurul valorii de 220 000 km / s - inexactă, dar aproape de adevăr. O jumătate de secol mai târziu, în 1728, a permis descoperirea aberației Bradley J. confirmă viteza finită a luminii și pentru a clarifica estimarea ei. Bradley valoarea rezultată a fost 308 000 km / s [34] [35].

Pentru prima dată, viteza luminii de măsurare bazată pe determinarea trecerii timpului luminii măsurat cu precizie distanța pe Pământ, realizat în 1849, AI L. Fizeau. In experimentele lor, ei au dezvoltat Fizeau folosit „metoda de întrerupere“, distanța parcursă de lumină, a fost 8,63 km. Valoarea rezultată a măsurătorilor sa dovedit a fi 313,300 km / s. Metoda de întrerupere Ulterior îmbunătățită și utilizată pentru măsurarea Cornu MA (1876), A. J. Perrot (1902) și E. Bergshtrand [sv] semnificativ. Măsurătorile efectuate de E. Bergshtrandom în 1950, a dat la viteza luminii valorii de 299 793.1 km / s. în care precizia de măsurare a fost îmbunătățită la 0,25 km / s [34].

Progrese suplimentare a fost asociată cu apariția masers și lasere. care este frecvența radiației extrem de stabile care să permită determinarea vitezei luminii să măsoare simultan lungimea de undă și frecvența luminii. La începutul anilor 1970, rata de eroare de măsurare a luminii este aproape de 1 m / s [39]. După inspectarea și aprobarea rezultatelor obținute în diferite laboratoare, Conferința XV generală privind greutățile și măsurile în 1975 au recomandat să se utilizeze ca valoarea vitezei luminii în valoare vid egală cu 299792458 m / s, cu o eroare relativă (incertitudine) 4 10 - 9 [40]. ceea ce corespunde unei erori absolute de 1,2 m / s [41].

Este esențial ca o creștere suplimentară a preciziei de măsurare a devenit imposibilă din cauza circumstanțelor de natură fundamentală: factorul de limitare a fost incertitudinea valorii punerii în aplicare a definiției unui metru, în vigoare la momentul respectiv. Simplu spus, contribuția principală la eroarea de măsurare este viteza luminii introduce o eroare „fabricare“ metru standard a cărui valoare relativă a fost de 4 x 10 -9 [41]. Pe această bază, și ținând seama de alte considerente, Conferința generală XVII privind greutățile și măsurile în 1983 a adoptat o nouă definiție a contorului, a pus în fundație sa recomandat înainte de viteza luminii și definirea contorului ca distanta lumina se deplaseaza intr-un vid în timpul unui interval de timp egal cu 1/299 792 458 dintr-o secundă [42].

mișcarea Superluminous [citare]

Din teoria relativității că particulele fizice ușoare excesul de viteză (masive sau lipsite de masă) principiul cauzalității ar încălca - în unele sisteme de referință inerțiale sa dovedit a fi posibil să se transmită semnale de viitor în trecut. Cu toate acestea, teoria nu exclude particule ipotetice fără a interacționa cu particule convenționale [43]. mișcarea în spațiu-timp superluminally.

Particulele se deplasează superluminally numite ipotetici tahioni. tahioni de mișcare Matematic descris transformare Lorentz ca mișcare a particulelor cu masă imaginară. Cu cât viteza acestor particule, mai puțină energie care le transporta, și invers, cu cât viteza lor cu viteza luminii, cu atât mai mult energia - precum și energia particulelor obișnuite, tahioni energia tinde la infinit atunci când se apropie de viteza luminii. Aceasta este cea mai evidentă consecință a transformărilor Lorentz, care nu permite particulelor masive (atât real și imaginar masa) pentru a ajunge la viteza luminii - pentru a informa cantitatea de particule infinit de energie este pur și simplu imposibil.

Trebuie înțeles faptul că, în primul rând, tahioni - o clasă de particule, mai degrabă decât un tip de particule, și în al doilea rând, nu tahioni principiu cauzalitate încalcă, în cazul în care nu interacționează cu particule convenționale [43].

Particulele obișnuite care se deplasează mai lent decât lumina, numite particule masive. particulă masivă nu se poate ajunge la viteza luminii, dar numai la fel de mult ca să se apropie de ea, la fel ca în acest caz, ele devin energie infinit de mare. Toate au o masă masivă a particulelor. Spre deosebire de particulele numite lyuksonami lipsite de masă. Lyuksony vid muta întotdeauna la viteza luminii, și includ fotoni. gluonii și gravitonii, ipotetice.

Într-o cultură [necesită citare]

Povestea fantastica „judecata de apoi“ Alexander Belyaev descrie o situație în care viteza luminii este redusă la câțiva metri pe secundă.

A se vedea, de asemenea. [Modifică]

1. ↑ În prezent, măsura cea mai exactă a vitezei luminii bazat pe o determinare independentă a valorilor lungimii de undă și frecvența luminii sau a altor radiație electromagnetică și calcularea ulterioară conform ecuației. [5]
2. ↑ Vezi. De exemplu, Oh-My-Particula lui Dumnezeu [en]
3. ↑ Cu toate acestea, frecvența luminii depinde de mișcarea sursei de lumină în raport cu observatorul, datorită efectului Doppler,
4. ↑ În timp ce se deplasează obiecte măsurate sunt mai scurte decât linia mișcării relative, ele apar, de asemenea rotit. Acest efect, cunoscut sub numele de rotația Terrell. asociată cu diferența de timp dintre semnalele au venit la observatorul din diferite părți ale obiectului. [17] [18]
5. ↑ se credea că efectul Scharnhorst permite semnale pentru a propaga chiar deasupra c. dar condițiile speciale în care se poate produce efectul, împiedicând utilizarea acestui efect pentru încălcarea principiului cauzalității [30]

Note [modifică]

Referințe [regulă]

Referințe [modifică]

A se vedea. De asemenea, viteza luminii (în wikiznanie)