Ποια είναι η ταχύτητα του φωτός στην ύλη; Ποια είναι η ταχύτητα του φωτός και πώς μετριέται;

Η ταχύτητα του φωτός είναι η απόλυτη τιμή της ταχύτητας διάδοσης των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στο κενό. Στη φυσική, παραδοσιακά υποδηλώνεται με το λατινικό γράμμα "c" (προφέρεται [tse]). Η ταχύτητα του φωτός στο κενό είναι μια θεμελιώδης σταθερά που δεν εξαρτάται από την επιλογή του αδρανειακού πλαισίου αναφοράς (IFR). Αναφέρεται στις θεμελιώδεις φυσικές σταθερές που χαρακτηρίζουν όχι μόνο μεμονωμένα σώματα, αλλά τις ιδιότητες του χωροχρόνου στο σύνολό του. Σύμφωνα με τις σύγχρονες αντιλήψεις, η ταχύτητα του φωτός στο κενό είναι η μέγιστη ταχύτητα κίνησης των σωματιδίων και η διάδοση των αλληλεπιδράσεων. Επίσης σημαντικό είναι το γεγονός ότι αυτή η τιμή είναι απόλυτη. Αυτό είναι ένα από τα αξιώματα του SRT.

Στο κενό (κενό)

Το 1977, ήταν δυνατό να υπολογιστεί η κατά προσέγγιση ταχύτητα του φωτός ίση με 299.792.458 ± 1,2 m/s, υπολογιζόμενη με βάση τον τυπικό μετρητή του 1960. Επί του παρόντος, πιστεύεται ότι η ταχύτητα του φωτός στο κενό είναι μια θεμελιώδης φυσική σταθερά, εξ ορισμού ακριβώς ίση με 299.792.458 m/s, ή περίπου 1.079.252.848,8 km/h. Η ακριβής τιμή οφείλεται στο γεγονός ότι από το 1983, ως τυπικός μετρητής θεωρείται η απόσταση που διανύει το φως στο κενό σε χρονικό διάστημα ίσο με 1/299.792.458 δευτερόλεπτα. Η ταχύτητα του φωτός συμβολίζεται με το γράμμα c.

Το πείραμα του Michelson, θεμελιώδες για το SRT, έδειξε ότι η ταχύτητα του φωτός στο κενό δεν εξαρτάται ούτε από την ταχύτητα της πηγής φωτός ούτε από την ταχύτητα του παρατηρητή. Στη φύση, τα ακόλουθα διαδίδονται με την ταχύτητα του φωτός:

πραγματικό ορατό φως

άλλα είδη ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας (ραδιοκύματα, ακτίνες Χ, κ.λπ.)

Από την ειδική θεωρία της σχετικότητας προκύπτει ότι η επιτάχυνση των σωματιδίων με μάζα ηρεμίας στην ταχύτητα του φωτός είναι αδύνατη, αφού αυτό το γεγονός θα παραβίαζε τη θεμελιώδη αρχή της αιτιότητας. Δηλαδή, αποκλείεται το σήμα να υπερβαίνει την ταχύτητα του φωτός, ή την κίνηση της μάζας με τέτοια ταχύτητα. Ωστόσο, η θεωρία δεν αποκλείει την κίνηση των σωματιδίων στο χωροχρόνο σε υπερφωτεινές ταχύτητες. Τα υποθετικά σωματίδια που κινούνται με υπέρφωτες ταχύτητες ονομάζονται ταχυόνια. Μαθηματικά, τα ταχυόνια ταιριάζουν εύκολα στον μετασχηματισμό Lorentz - είναι σωματίδια με φανταστική μάζα. Όσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητα αυτών των σωματιδίων, τόσο λιγότερη ενέργεια μεταφέρουν, και αντίστροφα, όσο πιο κοντά είναι η ταχύτητά τους στην ταχύτητα του φωτός, τόσο μεγαλύτερη είναι η ενέργειά τους - όπως και η ενέργεια των συνηθισμένων σωματιδίων, η ενέργεια των ταχυονίων τείνει στο άπειρο. πλησιάζουν την ταχύτητα του φωτός. Αυτή είναι η πιο προφανής συνέπεια του μετασχηματισμού Lorentz, που δεν επιτρέπει σε ένα σωματίδιο να επιταχύνει στην ταχύτητα του φωτός - είναι απλά αδύνατο να μεταδώσει μια άπειρη ποσότητα ενέργειας σε ένα σωματίδιο. Πρέπει να γίνει κατανοητό ότι, πρώτον, τα ταχυόνια είναι μια κατηγορία σωματιδίων, και όχι μόνο ένας τύπος σωματιδίου, και, δεύτερον, καμία φυσική αλληλεπίδραση δεν μπορεί να διαδοθεί ταχύτερα από την ταχύτητα του φωτός. Από αυτό προκύπτει ότι τα ταχυόνια δεν παραβιάζουν την αρχή της αιτιότητας - δεν αλληλεπιδρούν με κανένα τρόπο με συνηθισμένα σωματίδια και η διαφορά στις ταχύτητες μεταξύ τους δεν είναι επίσης ίση με την ταχύτητα του φωτός.

Τα συνηθισμένα σωματίδια που κινούνται πιο αργά από το φως ονομάζονται tardyons. Τα Tardions δεν μπορούν να φτάσουν την ταχύτητα του φωτός, παρά μόνο το πλησιάζουν αυθαίρετα κοντά, αφού σε αυτή την περίπτωση η ενέργειά τους γίνεται απεριόριστα μεγάλη. Όλα τα καθυστερημένα έχουν μάζα ηρεμίας, σε αντίθεση με τα φωτόνια χωρίς μάζα και τα γκραβιτόνια, που κινούνται πάντα με την ταχύτητα του φωτός.

Στις μονάδες Planck, η ταχύτητα του φωτός στο κενό είναι 1, δηλαδή το φως ταξιδεύει 1 μονάδα μήκους Planck ανά μονάδα χρόνου Planck.

Σε διαφανές περιβάλλον

Η ταχύτητα του φωτός σε ένα διαφανές μέσο είναι η ταχύτητα με την οποία το φως ταξιδεύει σε ένα μέσο διαφορετικό από το κενό. Σε ένα μέσο με διασπορά, διακρίνονται οι ταχύτητες φάσης και ομάδας.

Η ταχύτητα φάσης συσχετίζει τη συχνότητα και το μήκος κύματος του μονοχρωματικού φωτός σε ένα μέσο (λ=c/ν). Αυτή η ταχύτητα είναι συνήθως (αλλά όχι απαραίτητα) μικρότερη από c. Ο λόγος της ταχύτητας φάσης του φωτός στο κενό προς την ταχύτητα του φωτός σε ένα μέσο ονομάζεται δείκτης διάθλασης του μέσου. Η ομαδική ταχύτητα του φωτός σε ένα μέσο ισορροπίας είναι πάντα μικρότερη από c. Ωστόσο, σε μέσα μη ισορροπίας μπορεί να υπερβαίνει το c. Σε αυτή την περίπτωση, ωστόσο, το πρόσθιο άκρο του παλμού εξακολουθεί να κινείται με ταχύτητα που δεν υπερβαίνει την ταχύτητα του φωτός στο κενό.

Ο Armand Hippolyte Louis Fizeau απέδειξε πειραματικά ότι η κίνηση ενός μέσου σε σχέση με μια δέσμη φωτός είναι επίσης ικανή να επηρεάσει την ταχύτητα διάδοσης του φωτός σε αυτό το μέσο.

Άρνηση του αξιώματος για τη μέγιστη ταχύτητα του φωτός

Τα τελευταία χρόνια, έχουν εμφανιστεί συχνά αναφορές ότι στη λεγόμενη κβαντική τηλεμεταφορά, η αλληλεπίδραση διαδίδεται ταχύτερα από την ταχύτητα του φωτός. Για παράδειγμα, στις 15 Αυγούστου 2008, η ερευνητική ομάδα του Δρ. Nicolas Gisin από το Πανεπιστήμιο της Γενεύης, μελετώντας καταστάσεις δεσμευμένων φωτονίων που χωρίζονται από 18 km στο διάστημα, φέρεται να έδειξε ότι «οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των σωματιδίων συμβαίνουν με ταχύτητα περίπου εκατό χιλιάδες φορές μεγαλύτερη από την ταχύτητα της Σβέτα». Προηγουμένως, συζητήθηκε επίσης το λεγόμενο παράδοξο Hartmann - η υπερφωτεινή ταχύτητα με το φαινόμενο της σήραγγας.

Μια επιστημονική ανάλυση της σημασίας αυτών και παρόμοιων αποτελεσμάτων δείχνει ότι βασικά δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για υπερφωτεινή μετάδοση οποιουδήποτε σήματος ή κίνησης της ύλης.

Ιστορικό μετρήσεων ταχύτητας φωτός

Οι αρχαίοι επιστήμονες, με σπάνιες εξαιρέσεις, θεωρούσαν την ταχύτητα του φωτός άπειρη. Στη σύγχρονη εποχή αυτό το θέμα έγινε αντικείμενο συζήτησης. Ο Γαλιλαίος και ο Χουκ παραδέχτηκαν ότι ήταν πεπερασμένο, αν και πολύ μεγάλο, ενώ ο Κέπλερ, ο Ντεκάρτ και ο Φερμά εξακολουθούσαν να υπερασπίζονται το άπειρο της ταχύτητας του φωτός.

Η πρώτη εκτίμηση της ταχύτητας του φωτός δόθηκε από τον Olaf Roemer (1676). Παρατήρησε ότι όταν η Γη και ο Δίας βρίσκονται σε αντίθετες πλευρές του Ήλιου, οι εκλείψεις του δορυφόρου Ιο του Δία καθυστερούν κατά 22 λεπτά σε σύγκριση με τους υπολογισμούς. Από αυτό έλαβε μια τιμή για την ταχύτητα του φωτός περίπου 220.000 km/sec - ανακριβής, αλλά κοντά στην αληθινή. Μισό αιώνα αργότερα, η ανακάλυψη της εκτροπής κατέστησε δυνατή την επιβεβαίωση του πεπερασμένου της ταχύτητας του φωτός και τη βελτίωση της εκτίμησής της.

Το φως είναι μια από τις βασικές έννοιες της οπτικής φυσικής. Το φως είναι ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που είναι προσβάσιμη στο ανθρώπινο μάτι.

Για πολλές δεκαετίες, τα καλύτερα μυαλά πάλευαν με το πρόβλημα να καθορίσουν με ποια ταχύτητα κινείται το φως και με τι είναι ίσο, καθώς και με όλους τους υπολογισμούς που το συνοδεύουν. Το 1676, μια επανάσταση συνέβη μεταξύ των φυσικών. Ένας Δανός αστρονόμος ονόματι Ole Roemer διέψευσε τον ισχυρισμό ότι το φως ταξιδεύει μέσα στο σύμπαν με απεριόριστη ταχύτητα.

Το 1676, ο Ole Roemer προσδιόρισε ότι η ταχύτητα του φωτός στο κενό είναι 299792458 m/s.

Για ευκολία, αυτός ο αριθμός άρχισε να στρογγυλοποιείται. Η ονομαστική τιμή των 300.000 m/s χρησιμοποιείται ακόμα και σήμερα.

Υπό κανονικές συνθήκες για εμάς, αυτός ο κανόνας ισχύει για όλα τα αντικείμενα χωρίς εξαίρεση, συμπεριλαμβανομένων των ακτίνων Χ, του φωτός και των βαρυτικών κυμάτων του φάσματος που είναι απτό στα μάτια μας.

Οι σύγχρονοι φυσικοί που μελετούν την οπτική έχουν αποδείξει ότι η ταχύτητα του φωτός έχει πολλά χαρακτηριστικά:

• σταθερότητα;
• ανέφικτο?
• άκρο.

Ταχύτητα φωτός σε διαφορετικά μέσα

Θα πρέπει να θυμόμαστε ότι η φυσική σταθερά εξαρτάται άμεσα από το περιβάλλον της, ειδικά από τον δείκτη διάθλασης. Από αυτή την άποψη, η ακριβής τιμή μπορεί να αλλάξει, επειδή καθορίζεται από τις συχνότητες.

Ο τύπος για τον υπολογισμό της ταχύτητας του φωτός γράφεται ως s = 3 * 10^8 m/s.

Αναπαράσταση καλλιτέχνη ενός διαστημόπλοιου που κάνει το άλμα στην «ταχύτητα του φωτός». Πίστωση: NASA/Ερευνητικό Κέντρο Glenn.

Από την αρχαιότητα, οι φιλόσοφοι και οι επιστήμονες προσπαθούσαν να κατανοήσουν το φως. Εκτός από την προσπάθεια να προσδιορίσουν τις βασικές του ιδιότητες (δηλαδή αν είναι σωματίδιο ή κύμα κ.λπ.), προσπάθησαν επίσης να κάνουν πεπερασμένες μετρήσεις για το πόσο γρήγορα κινείται. Από τα τέλη του 17ου αιώνα, οι επιστήμονες κάνουν ακριβώς αυτό και με αυξανόμενη ακρίβεια.

Με αυτόν τον τρόπο, απέκτησαν καλύτερη κατανόηση της μηχανικής του φωτός και του πώς παίζει σημαντικό ρόλο στη φυσική, την αστρονομία και την κοσμολογία. Με απλά λόγια, το φως ταξιδεύει με απίστευτες ταχύτητες και είναι το πιο γρήγορα κινούμενο αντικείμενο στο σύμπαν. Η ταχύτητά του είναι ένα σταθερό και αδιαπέραστο φράγμα και χρησιμοποιείται ως μέτρο απόστασης. Αλλά πόσο γρήγορα κινείται;

Ταχύτητα φωτός (ες):

Το φως κινείται με σταθερή ταχύτητα 1.079.252.848,8 km/h (1,07 δισεκατομμύρια). Το οποίο αποδεικνύεται ότι είναι 299.792.458 m/s. Ας βάλουμε τα πάντα στη θέση τους. Αν μπορούσατε να ταξιδέψετε με την ταχύτητα του φωτός, θα μπορούσατε να κάνετε κύκλους γύρω από την υδρόγειο περίπου επτάμισι φορές το δευτερόλεπτο. Εν τω μεταξύ, θα χρειαζόταν ένα άτομο που πετάει με μέση ταχύτητα 800 km/h περισσότερες από 50 ώρες για να κάνει τον περίπλου του πλανήτη.

Μια απεικόνιση που δείχνει την απόσταση που διανύει το φως μεταξύ της Γης και του Ήλιου. Πίστωση: LucasVB/Δημόσιος Τομέας.

Ας το δούμε αυτό από αστρονομική άποψη, η μέση απόσταση από έως 384.398,25 km. Επομένως, το φως διανύει αυτήν την απόσταση σε περίπου ένα δευτερόλεπτο. Εν τω μεταξύ, ο μέσος όρος είναι 149.597.886 χλμ., πράγμα που σημαίνει ότι χρειάζονται μόνο περίπου 8 λεπτά για να πραγματοποιήσει το φως αυτό το ταξίδι.

Δεν είναι λοιπόν περίεργο γιατί η ταχύτητα του φωτός είναι η μέτρηση που χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό των αστρονομικών αποστάσεων. Όταν λέμε ότι ένα αστέρι όπως το , είναι 4,25 έτη φωτός μακριά, εννοούμε ότι το να ταξιδεύει με σταθερή ταχύτητα 1,07 δισεκατομμυρίων km/h θα χρειαζόταν περίπου 4 χρόνια και 3 μήνες για να φτάσει εκεί. Πώς φτάσαμε όμως σε αυτή την πολύ συγκεκριμένη τιμή για την ταχύτητα του φωτός;

Ιστορικό σπουδών:

Μέχρι τον 17ο αιώνα, οι επιστήμονες ήταν βέβαιοι ότι το φως ταξίδευε με πεπερασμένη ταχύτητα ή ακαριαία. Από την εποχή των αρχαίων Ελλήνων έως τους μεσαιωνικούς Ισλαμικούς θεολόγους και τους σύγχρονους μελετητές, υπήρξε συζήτηση. Αλλά μέχρι που εμφανίστηκε το έργο του Δανού αστρονόμου Ole Roemer (1644-1710), στο οποίο πραγματοποιήθηκαν οι πρώτες ποσοτικές μετρήσεις.

Το 1676, ο Römer παρατήρησε ότι οι περίοδοι του πιο εσώτερου φεγγαριού του Δία Io εμφανίζονταν μικρότερες όταν η Γη πλησίαζε προς τον Δία από ό,τι όταν απομακρυνόταν. Από αυτό κατέληξε στο συμπέρασμα ότι το φως ταξιδεύει με πεπερασμένη ταχύτητα και υπολογίζεται ότι χρειάζονται περίπου 22 λεπτά για να διασχίσει τη διάμετρο της τροχιάς της Γης.

Ο καθηγητής Άλμπερτ Αϊνστάιν στην 11η Διάλεξη του Josiah Willard Gibbs στο Carnegie Institute of Technology στις 28 Δεκεμβρίου 1934, όπου εξηγεί τη θεωρία του ότι η ύλη και η ενέργεια είναι το ίδιο πράγμα σε διαφορετικές μορφές. Πηγή: AP Photo

Ο Christiaan Huygens χρησιμοποίησε αυτή την εκτίμηση και τη συνδύασε με μια εκτίμηση της διαμέτρου της τροχιάς της Γης για να φτάσει σε εκτίμηση 220.000 km/s. Ο Ισαάκ Νεύτων ανέφερε επίσης τους υπολογισμούς του Roemer στο θεμελιώδες έργο του 1706 Optics. Προσαρμόζοντας την απόσταση μεταξύ της Γης και του Ήλιου, υπολόγισε ότι το φως θα χρειαζόταν επτά ή οκτώ λεπτά για να ταξιδέψει από το ένα στο άλλο. Και στις δύο περιπτώσεις υπήρξε ένα σχετικά μικρό σφάλμα.

Μεταγενέστερες μετρήσεις από τους Γάλλους φυσικούς Hippolyte Fizeau (1819-1896) και Léon Foucault (1819-1868) βελτίωσαν αυτά τα στοιχεία, οδηγώντας σε μια τιμή 315.000 km/s. Και από το δεύτερο μισό του 19ου αιώνα, οι επιστήμονες συνειδητοποίησαν τη σύνδεση μεταξύ φωτός και ηλεκτρομαγνητισμού.

Αυτό το πέτυχαν οι φυσικοί μετρώντας ηλεκτρομαγνητικά και ηλεκτροστατικά φορτία. Στη συνέχεια ανακάλυψαν ότι η αριθμητική τιμή ήταν πολύ κοντά στην ταχύτητα του φωτός (όπως μετρήθηκε από τον Fizeau). Με βάση τη δική του εργασία, η οποία έδειξε ότι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα διαδίδονται στον κενό χώρο, ο Γερμανός φυσικός Wilhelm Eduard Weber πρότεινε ότι το φως ήταν ηλεκτρομαγνητικό κύμα.

Η επόμενη μεγάλη ανακάλυψη ήρθε στις αρχές του 20ου αιώνα. Στην εργασία του με τίτλο «On the Electrodynamics of Moving Bodies», ο Albert Einstein δηλώνει ότι η ταχύτητα του φωτός στο κενό, που μετράται από έναν παρατηρητή που έχει σταθερή ταχύτητα, είναι ίδια σε όλα τα αδρανειακά συστήματα αναφοράς και είναι ανεξάρτητη από την κίνηση του πηγή ή τον παρατηρητή.

Μια ακτίνα λέιζερ που λάμπει μέσα από ένα ποτήρι νερό δείχνει πόσες αλλαγές υφίσταται καθώς περνά από αέρα σε ποτήρι σε νερό και πίσω στον αέρα. Πίστωση: Bob King.

Χρησιμοποιώντας αυτή τη δήλωση και ως βάση την αρχή της σχετικότητας του Γαλιλαίου, ο Αϊνστάιν εξήγαγε την ειδική θεωρία της σχετικότητας, στην οποία η ταχύτητα του φωτός στο κενό (c) είναι μια θεμελιώδης σταθερά. Πριν από αυτό, η συμφωνία μεταξύ των επιστημόνων ήταν ότι ο χώρος ήταν γεμάτος με έναν «φωτεινό αιθέρα», ο οποίος ήταν υπεύθυνος για τη διάδοσή του - δηλ. το φως που κινείται μέσα από ένα κινούμενο μέσο θα ακολουθήσει στην ουρά του μέσου.

Αυτό με τη σειρά του σημαίνει ότι η μετρούμενη ταχύτητα του φωτός θα είναι το απλό άθροισμα της ταχύτητάς του μέσω ενός μέσου συν την ταχύτητα αυτού του μέσου. Ωστόσο, η θεωρία του Αϊνστάιν κατέστησε άχρηστη την έννοια του ακίνητου αιθέρα και άλλαξε την έννοια του χώρου και του χρόνου.

Όχι μόνο προώθησε την ιδέα ότι η ταχύτητα του φωτός είναι ίδια σε όλα τα αδρανειακά πλαίσια, αλλά πρότεινε επίσης ότι συμβαίνουν σημαντικές αλλαγές όταν τα πράγματα κινούνται κοντά στην ταχύτητα του φωτός. Αυτά περιλαμβάνουν το χωροχρονικό πλαίσιο ενός κινούμενου σώματος που φαίνεται να επιβραδύνεται και την κατεύθυνση της κίνησης όταν η μέτρηση είναι από την οπτική γωνία του παρατηρητή (δηλαδή, σχετικιστική χρονική διαστολή, όπου ο χρόνος επιβραδύνεται καθώς πλησιάζει την ταχύτητα του φωτός) .

Οι παρατηρήσεις του συμφωνούν επίσης με τις εξισώσεις του Maxwell για τον ηλεκτρισμό και τον μαγνητισμό με τους νόμους της μηχανικής, απλοποιούν τους μαθηματικούς υπολογισμούς αποφεύγοντας τα άσχετα επιχειρήματα άλλων επιστημόνων και συνάδουν με την άμεση παρατήρηση της ταχύτητας του φωτός.

Πόσο μοιάζουν η ύλη και η ενέργεια;

Στο δεύτερο μισό του 20ου αιώνα, οι ολοένα και πιο ακριβείς μετρήσεις που χρησιμοποιούν συμβολόμετρα λέιζερ και κοιλότητες συντονισμού βελτίωσαν περαιτέρω τις εκτιμήσεις της ταχύτητας του φωτός. Μέχρι το 1972, μια ομάδα στο Εθνικό Γραφείο Προτύπων των ΗΠΑ στο Boulder του Κολοράντο, χρησιμοποίησε συμβολομετρία λέιζερ για να φτάσει στην αποδεκτή τιμή των 299.792.458 m/s.

Ρόλος στη σύγχρονη αστροφυσική:

Η θεωρία του Αϊνστάιν ότι η ταχύτητα του φωτός στο κενό δεν εξαρτάται από την κίνηση της πηγής και το αδρανειακό πλαίσιο αναφοράς του παρατηρητή έχει επιβεβαιωθεί από τότε σταθερά από πολλά πειράματα. Θέτει επίσης ένα ανώτατο όριο στην ταχύτητα με την οποία όλα τα σωματίδια χωρίς μάζα και τα κύματα (συμπεριλαμβανομένου του φωτός) μπορούν να ταξιδέψουν στο κενό.

Ένα αποτέλεσμα αυτού είναι ότι οι κοσμολογίες βλέπουν τώρα τον χώρο και τον χρόνο ως μια ενιαία δομή γνωστή ως χωροχρόνος, στην οποία η ταχύτητα του φωτός μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό της τιμής και των δύο (δηλ. έτη φωτός, λεπτά φωτός και δευτερόλεπτα φωτός). Η μέτρηση της ταχύτητας του φωτός μπορεί επίσης να είναι ένας σημαντικός παράγοντας για τον προσδιορισμό της επιτάχυνσης της διαστολής του Σύμπαντος.

Στις αρχές της δεκαετίας του 1920, με τις παρατηρήσεις του Lemaître και του Hubble, οι επιστήμονες και οι αστρονόμοι συνειδητοποίησαν ότι το Σύμπαν διαστέλλεται από το σημείο προέλευσής του. Το Hubble παρατήρησε επίσης ότι όσο πιο μακριά βρίσκεται ένας γαλαξίας, τόσο πιο γρήγορα κινείται. Αυτό που τώρα ονομάζεται σταθερά Hubble είναι η ταχύτητα με την οποία διαστέλλεται το Σύμπαν, είναι ίση με 68 km/s ανά megaparsec.

Πόσο γρήγορα διαστέλλεται το Σύμπαν;

Αυτό το φαινόμενο, που παρουσιάζεται ως θεωρία, σημαίνει ότι ορισμένοι γαλαξίες μπορεί στην πραγματικότητα να κινούνται ταχύτερα από την ταχύτητα του φωτός, γεγονός που θα μπορούσε να θέσει ένα όριο σε αυτό που παρατηρούμε στο σύμπαν μας. Ουσιαστικά, οι γαλαξίες που ταξιδεύουν ταχύτερα από την ταχύτητα του φωτός θα διέσχιζαν τον «κοσμολογικό ορίζοντα γεγονότων» όπου δεν είναι πλέον ορατοί σε εμάς.

Επιπλέον, μέχρι τη δεκαετία του 1990, οι μετρήσεις της μετατόπισης προς το κόκκινο των μακρινών γαλαξιών έδειξαν ότι η διαστολή του Σύμπαντος επιταχύνεται τα τελευταία δισεκατομμύρια χρόνια. Αυτό οδήγησε στη θεωρία της «Σκοτεινής Ενέργειας», όπου μια αόρατη δύναμη οδηγεί τη διαστολή του ίδιου του χώρου, αντί των αντικειμένων που κινούνται μέσα από αυτόν (χωρίς να τίθεται όριο στην ταχύτητα του φωτός ή να σπάει τη σχετικότητα).

Μαζί με την ειδική και τη γενική σχετικότητα, η σύγχρονη τιμή για την ταχύτητα του φωτός στο κενό έχει εξελιχθεί από την κοσμολογία, την κβαντομηχανική και το Καθιερωμένο μοντέλο της φυσικής των σωματιδίων. Παραμένει σταθερό όταν πρόκειται για το ανώτερο όριο στο οποίο μπορούν να κινηθούν τα σωματίδια χωρίς μάζα και παραμένει ένα ανέφικτο φράγμα για τα σωματίδια με μάζα.

Μάλλον κάποια μέρα θα βρούμε τρόπο να υπερβούμε την ταχύτητα του φωτός. Αν και δεν έχουμε πρακτικές ιδέες για το πώς μπορεί να συμβεί αυτό, φαίνεται ότι το «έξυπνο χρήμα» στην τεχνολογία θα μας επιτρέψει να παρακάμψουμε τους νόμους του χωροχρόνου, είτε δημιουργώντας φυσαλίδες στημονιού (γνωστός και ως Alcubierre warp drive) είτε περνώντας σήραγγα μέσω αυτού (γνωστός και ως. σκουληκότρυπες).

Τι είναι οι σκουληκότρυπες;

Μέχρι τότε, θα πρέπει απλώς να είμαστε ικανοποιημένοι με το Σύμπαν που βλέπουμε και να επιμείνουμε στην εξερεύνηση του τμήματος που μπορεί να φτάσει κανείς χρησιμοποιώντας συμβατικές μεθόδους.

Ο τίτλος του άρθρου που διαβάσατε «Πόση είναι η ταχύτητα του φωτός;».

Το θέμα του τρόπου μέτρησης, καθώς και της ταχύτητας του φωτός, ενδιαφέρει τους επιστήμονες από την αρχαιότητα. Αυτό είναι ένα πολύ συναρπαστικό θέμα, το οποίο από αμνημονεύτων χρόνων ήταν αντικείμενο επιστημονικής συζήτησης. Πιστεύεται ότι μια τέτοια ταχύτητα είναι πεπερασμένη, ανέφικτη και σταθερή. Είναι ανέφικτο και σταθερό, όπως το άπειρο. Ταυτόχρονα, είναι πεπερασμένο. Αποδεικνύεται ότι είναι ένα ενδιαφέρον φυσικό και μαθηματικό παζλ. Υπάρχει μία επιλογή για την επίλυση αυτού του προβλήματος. Εξάλλου, η ταχύτητα του φωτός εξακολουθούσε να μετράται.

Στην αρχαιότητα, οι στοχαστές πίστευαν ότι ταχύτητα του φωτός- αυτή είναι μια άπειρη ποσότητα. Η πρώτη εκτίμηση αυτού του δείκτη δόθηκε το 1676. Όλαφ Ρόμερ. Σύμφωνα με τους υπολογισμούς του, η ταχύτητα του φωτός ήταν περίπου 220 χιλιάδες km/s. Αυτή δεν ήταν μια απολύτως ακριβής τιμή, αλλά κοντά στην αληθινή.

Το πεπερασμένο και η εκτίμηση της ταχύτητας του φωτός επιβεβαιώθηκαν μισό αιώνα αργότερα.

Στο μέλλον, ο επιστήμονας FizeauΉταν δυνατός ο προσδιορισμός της ταχύτητας του φωτός από το χρόνο που χρειάστηκε η δέσμη για να διανύσει μια ακριβή απόσταση.

Διεξήγαγε ένα πείραμα (βλέπε σχήμα), κατά το οποίο μια δέσμη φωτός αναχώρησε από την πηγή S, ανακλήθηκε από τον καθρέφτη 3, διακόπηκε από τον οδοντωτό δίσκο 2 και πέρασε τη βάση (8 km). Στη συνέχεια αντανακλάται από τον καθρέφτη 1 και επέστρεψε στο δίσκο. Το φως έπεσε στο κενό μεταξύ των δοντιών και μπορούσε να παρατηρηθεί μέσω του προσοφθάλμιου φακού 4. Ο χρόνος που χρειαζόταν η δέσμη για να ταξιδέψει μέσα από τη βάση προσδιορίστηκε ανάλογα με την ταχύτητα περιστροφής του δίσκου. Η τιμή που λήφθηκε από το Fizeau ήταν: c = 313300 km/s.

Η ταχύτητα διάδοσης της δέσμης σε οποιοδήποτε συγκεκριμένο μέσο είναι μικρότερη από αυτή την ταχύτητα στο κενό. Επιπλέον, για διαφορετικές ουσίες αυτός ο δείκτης λαμβάνει διαφορετικές τιμές. Μετά από λίγα χρόνια Φουκώαντικατέστησε το δίσκο με έναν ταχέως περιστρεφόμενο καθρέφτη. Οι οπαδοί αυτών των επιστημόνων χρησιμοποίησαν επανειλημμένα τις μεθόδους και τα ερευνητικά τους σχέδια.

Οι φακοί είναι η βάση των οπτικών οργάνων. Ξέρετε πώς υπολογίζεται; Μπορείτε να το μάθετε διαβάζοντας ένα από τα άρθρα μας.

Μπορείτε να βρείτε πληροφορίες σχετικά με το πώς να ρυθμίσετε ένα οπτικό σκοπευτικό που αποτελείται από τέτοιους φακούς. Διαβάστε το υλικό μας και δεν θα έχετε ερωτήσεις σχετικά με το θέμα.

Ποια είναι η ταχύτητα του φωτός στο κενό;

Η πιο ακριβής μέτρηση της ταχύτητας του φωτός δείχνει το σχήμα 1.079.252.848,8 χιλιόμετρα την ώρα ή 299.792.458 m/s. Αυτός ο αριθμός ισχύει μόνο για συνθήκες που δημιουργούνται σε κενό.

Αλλά για την επίλυση προβλημάτων, συνήθως χρησιμοποιείται ο δείκτης 300.000.000 m/s. Στο κενό, η ταχύτητα του φωτός σε μονάδες Planck είναι 1. Έτσι, η φωτεινή ενέργεια ταξιδεύει 1 μονάδα μήκους Planck σε 1 μονάδα χρόνου Planck. Εάν δημιουργηθεί κενό σε φυσικές συνθήκες, τότε οι ακτίνες Χ, τα κύματα φωτός στο ορατό φάσμα και τα βαρυτικά κύματα μπορούν να ταξιδέψουν με τέτοιες ταχύτητες.

Υπάρχει ξεκάθαρη άποψη μεταξύ των επιστημόνων ότι τα σωματίδια με μάζα μπορούν να πάρουν ταχύτητα όσο το δυνατόν πιο κοντά στην ταχύτητα του φωτός. Αλλά δεν είναι σε θέση να επιτύχουν και να υπερβούν τον δείκτη. Η υψηλότερη ταχύτητα, κοντά στην ταχύτητα του φωτός, καταγράφηκε κατά τη μελέτη των κοσμικών ακτίνων και κατά την επιτάχυνση ορισμένων σωματιδίων σε επιταχυντές.

Η ταχύτητα του φωτός σε οποιοδήποτε μέσο εξαρτάται από τον δείκτη διάθλασης αυτού του μέσου.

Αυτός ο δείκτης μπορεί να είναι διαφορετικός για διαφορετικές συχνότητες. Η ακριβής μέτρηση της ποσότητας είναι σημαντική για τον υπολογισμό άλλων φυσικών παραμέτρων. Για παράδειγμα, για τον προσδιορισμό της απόστασης κατά τη διέλευση φωτεινών ή ραδιοφωνικών σημάτων σε οπτική εμβέλεια, ραντάρ, φωτεινή εμβέλεια και άλλες περιοχές.

Οι σύγχρονοι επιστήμονες χρησιμοποιούν διαφορετικές μεθόδους για να προσδιορίσουν την ταχύτητα του φωτός. Ορισμένοι ειδικοί χρησιμοποιούν αστρονομικές μεθόδους, καθώς και μεθόδους μέτρησης που χρησιμοποιούν πειραματική τεχνολογία. Η βελτιωμένη μέθοδος Fizeau χρησιμοποιείται πολύ συχνά. Σε αυτή την περίπτωση, ο γρανάζι αντικαθίσταται με διαμορφωτή φωτός, ο οποίος εξασθενεί ή διακόπτει τη δέσμη φωτός. Ο δέκτης εδώ είναι ένας φωτοηλεκτρικός πολλαπλασιαστής ή φωτοκύτταρο. Η πηγή φωτός μπορεί να είναι ένα λέιζερ, το οποίο βοηθά στη μείωση του σφάλματος μέτρησης. Προσδιορισμός της ταχύτητας του φωτόςΣύμφωνα με το χρόνο διέλευσης της βάσης, μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας άμεσες ή έμμεσες μεθόδους, οι οποίες επίσης επιτρέπουν σε κάποιον να αποκτήσει ακριβή αποτελέσματα.

Ποιοι τύποι χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό της ταχύτητας του φωτός;

1. Η ταχύτητα διάδοσης του φωτός στο κενό είναι απόλυτη τιμή. Οι φυσικοί το δηλώνουν με το γράμμα «γ». Αυτή είναι μια θεμελιώδης και σταθερή αξία που δεν εξαρτάται από την επιλογή του συστήματος αναφοράς και χαρακτηρίζει το χρόνο και τον χώρο στο σύνολό του. Οι επιστήμονες υποθέτουν ότι αυτή η ταχύτητα είναι η μέγιστη ταχύτητα κίνησης των σωματιδίων.

   Φόρμουλα ταχύτητας ελαφρούστο κενό:

   s = 3 * 10^8 = 299792458 m/s

   εδώ το c είναι ένας δείκτης της ταχύτητας του φωτός στο κενό.

2. Οι επιστήμονες το έχουν αποδείξει ταχύτητα φωτός στον αέρασχεδόν συμπίπτει με την ταχύτητα του φωτός στο κενό. Μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον τύπο:

επίγραφο
Ο δάσκαλος ρωτά: Παιδιά, ποιο είναι το πιο γρήγορο πράγμα στον κόσμο;
Ο Tanechka λέει: Η πιο γρήγορη λέξη. Απλώς είπα, δεν θα επιστρέψεις.
Ο Vanechka λέει: Όχι, το φως είναι το πιο γρήγορο.
Μόλις πάτησα τον διακόπτη, το δωμάτιο έγινε αμέσως φως.
Και ο Vovochka αντιτίθεται: Το πιο γρήγορο πράγμα στον κόσμο είναι η διάρροια.
Κάποτε ήμουν τόσο ανυπόμονος που δεν είπα λέξη
Δεν πρόλαβα να πω τίποτα ή να ανάψω το φως.

Έχετε αναρωτηθεί ποτέ γιατί η ταχύτητα του φωτός είναι μέγιστη, πεπερασμένη και σταθερή στο Σύμπαν μας; Αυτή είναι μια πολύ ενδιαφέρουσα ερώτηση, και αμέσως, ως spoiler, θα αποκαλύψω το τρομερό μυστικό της απάντησης σε αυτήν - κανείς δεν ξέρει ακριβώς γιατί. Λαμβάνεται η ταχύτητα του φωτός, δηλ. διανοητικά αποδεκτήγια μια σταθερά, και σε αυτό το αξίωμα, καθώς και στην ιδέα ότι όλα τα αδρανειακά συστήματα αναφοράς είναι ίσα, ο Άλμπερτ Αϊνστάιν έχτισε την ειδική θεωρία της σχετικότητας, η οποία εξοργίζει τους επιστήμονες εδώ και εκατό χρόνια, επιτρέποντας στον Αϊνστάιν να κολλήσει τη γλώσσα του έξω στον κόσμο με ατιμωρησία και χαμόγελο στον τάφο του για τις διαστάσεις του χοίρου που φύτεψε σε όλη την ανθρωπότητα.

Αλλά γιατί, στην πραγματικότητα, είναι τόσο σταθερό, τόσο μέγιστο και τόσο τελικό, δεν υπάρχει απάντηση, αυτό είναι απλώς ένα αξίωμα, δηλ. μια δήλωση που βασίζεται στην πίστη, επιβεβαιωμένη από παρατηρήσεις και κοινή λογική, αλλά δεν μπορεί να συναχθεί από πουθενά λογικά ή μαθηματικά. Και είναι πολύ πιθανό να μην είναι τόσο αληθινό, αλλά κανείς δεν έχει καταφέρει ακόμα να το διαψεύσει με οποιαδήποτε εμπειρία.

Έχω τις δικές μου σκέψεις για αυτό το θέμα, περισσότερα για αυτές αργότερα, αλλά προς το παρόν, ας το κρατήσουμε απλό, στα δάχτυλά σας™Θα προσπαθήσω να απαντήσω τουλάχιστον σε ένα μέρος - τι σημαίνει η ταχύτητα του φωτός "σταθερή".

Όχι, δεν θα σας κουράσω με πειράματα σκέψης για το τι θα γινόταν αν ανάψετε τους προβολείς σε έναν πύραυλο που πετά με την ταχύτητα του φωτός κ.λπ., αυτό είναι λίγο εκτός θέματος τώρα.

Αν κοιτάξετε σε ένα βιβλίο αναφοράς ή στη Wikipedia, η ταχύτητα του φωτός στο κενό ορίζεται ως μια θεμελιώδης φυσική σταθερά που ακριβώςίσο με 299.792.458 m/s. Λοιπόν, δηλαδή, χοντρικά, θα είναι περίπου 300.000 km/s, αλλά αν ακριβώς σωστό- 299.792.458 μέτρα ανά δευτερόλεπτο.

Φαίνεται, από πού προέρχεται αυτή η ακρίβεια; Οποιαδήποτε μαθηματική ή φυσική σταθερά, όποια κι αν είναι, ακόμα και το Pi, ακόμη και η βάση του φυσικού λογάριθμου μι, ακόμη και η σταθερά βαρύτητας G, ή η σταθερά του Planck η, περιέχει πάντα μερικά αριθμοί μετά την υποδιαστολή. Στο Pi, περίπου 5 τρισεκατομμύρια από αυτά τα δεκαδικά ψηφία είναι επί του παρόντος γνωστά (αν και μόνο τα πρώτα 39 ψηφία έχουν φυσική σημασία), η σταθερά βαρύτητας ορίζεται σήμερα ως G ~ 6,67384(80)x10 -11 και η σταθερή Plank η~ 6,62606957(29)x10 -34 .

Η ταχύτητα του φωτός στο κενό είναι λείος 299.792.458 m/s, ούτε ένα εκατοστό περισσότερο, ούτε ένα νανοδευτερόλεπτο λιγότερο. Θέλετε να μάθετε από πού προέρχεται αυτή η ακρίβεια;

Όλα ξεκίνησαν ως συνήθως με τους αρχαίους Έλληνες. Η επιστήμη, ως τέτοια, με τη σύγχρονη έννοια του όρου, δεν υπήρχε ανάμεσά τους. Οι φιλόσοφοι της αρχαίας Ελλάδας ονομάζονταν φιλόσοφοι επειδή πρώτα εφηύραν μερικές βλακείες στο κεφάλι τους και μετά, χρησιμοποιώντας λογικά συμπεράσματα (και μερικές φορές αληθινά φυσικά πειράματα), προσπάθησαν να το αποδείξουν ή να το διαψεύσουν. Ωστόσο, η χρήση πραγματικών φυσικών μετρήσεων και φαινομένων θεωρήθηκε από αυτούς ως αποδεικτικά στοιχεία «δεύτερης κατηγορίας», τα οποία δεν μπορούν να συγκριθούν με λογικά συμπεράσματα πρώτης κατηγορίας που λαμβάνονται απευθείας από το κεφάλι.

Ο πρώτος που σκέφτηκε την ύπαρξη της ίδιας της ταχύτητας του φωτός θεωρείται ο φιλόσοφος Εμπιδοκλής, ο οποίος δήλωσε ότι το φως είναι κίνηση και η κίνηση πρέπει να έχει ταχύτητα. Είχε αντιρρήσεις από τον Αριστοτέλη, ο οποίος υποστήριξε ότι το φως είναι απλώς η παρουσία κάτι στη φύση, και αυτό είναι όλο. Και τίποτα δεν κινείται πουθενά. Αλλά αυτό είναι κάτι άλλο! Ο Ευκλείδης και ο Πτολεμαίος πίστευαν γενικά ότι το φως εκπέμπεται από τα μάτια μας και στη συνέχεια πέφτει πάνω σε αντικείμενα και επομένως τα βλέπουμε. Με λίγα λόγια, οι αρχαίοι Έλληνες ήταν όσο ηλίθιοι μπορούσαν μέχρι να κατακτηθούν από τους ίδιους αρχαίους Ρωμαίους.

Στο Μεσαίωνα, οι περισσότεροι επιστήμονες συνέχισαν να πιστεύουν ότι η ταχύτητα διάδοσης του φωτός ήταν άπειρη, μεταξύ των οποίων ήταν, ας πούμε, ο Ντεκάρτ, ο Κέπλερ και ο Φερμά.

Αλλά κάποιοι, όπως ο Γαλιλαίος, πίστευαν ότι το φως είχε ταχύτητα και επομένως μπορούσε να μετρηθεί. Είναι ευρέως γνωστό το πείραμα του Galileo, ο οποίος άναψε μια λάμπα και έδωσε φως σε έναν βοηθό που βρισκόταν αρκετά χιλιόμετρα από το Galileo. Έχοντας δει το φως, ο βοηθός άναψε τη λάμπα του και ο Γαλιλαίος προσπάθησε να μετρήσει την καθυστέρηση μεταξύ αυτών των στιγμών. Φυσικά, δεν τα κατάφερε και στο τέλος αναγκάστηκε να γράψει στα γραπτά του ότι αν το φως έχει ταχύτητα, τότε είναι εξαιρετικά υψηλή και δεν μπορεί να μετρηθεί με την ανθρώπινη προσπάθεια, και επομένως μπορεί να θεωρηθεί άπειρο.

Η πρώτη τεκμηριωμένη μέτρηση της ταχύτητας του φωτός αποδίδεται στον Δανό αστρονόμο Olaf Roemer το 1676. Μέχρι αυτό το έτος, οι αστρονόμοι, οπλισμένοι με τα τηλεσκόπια του ίδιου Galileo, παρατηρούσαν ενεργά τους δορυφόρους του Δία και υπολόγιζαν ακόμη και τις περιόδους περιστροφής τους. Οι επιστήμονες έχουν καθορίσει ότι το πλησιέστερο φεγγάρι στον Δία, η Ιώ, έχει περίοδο περιστροφής περίπου 42 ωρών. Ωστόσο, ο Roemer παρατήρησε ότι μερικές φορές η Io εμφανίζεται πίσω από τον Δία 11 λεπτά νωρίτερα από το αναμενόμενο και μερικές φορές 11 λεπτά αργότερα. Όπως αποδείχθηκε, η Ιώ εμφανίζεται νωρίτερα σε εκείνες τις περιόδους που η Γη, περιστρέφοντας γύρω από τον Ήλιο, πλησιάζει τον Δία σε ελάχιστη απόσταση και υστερεί κατά 11 λεπτά όταν η Γη βρίσκεται στην αντίθετη θέση της τροχιάς, και επομένως είναι πιο μακριά από Ζεύς.

Διαιρώντας ανόητα τη διάμετρο της τροχιάς της γης (και ήταν ήδη λίγο-πολύ γνωστό εκείνες τις μέρες) με 22 λεπτά, ο Roemer έλαβε την ταχύτητα του φωτός 220.000 km/s, χάνοντας την πραγματική τιμή κατά περίπου το ένα τρίτο.

Το 1729, ο Άγγλος αστρονόμος Τζέιμς Μπράντλεϊ, παρατηρώντας παράλλαξη(με μια μικρή απόκλιση στη θέση) το αστέρι Etamin (Gamma Draconis) ανακάλυψε το φαινόμενο εκτροπές του φωτός, δηλ. μια αλλαγή στη θέση των αστεριών που βρίσκονται πιο κοντά μας στον ουρανό λόγω της κίνησης της Γης γύρω από τον Ήλιο.

Από το φαινόμενο της εκτροπής φωτός, που ανακαλύφθηκε από τον Bradley, μπορεί επίσης να συναχθεί το συμπέρασμα ότι το φως έχει μια πεπερασμένη ταχύτητα διάδοσης, την οποία ο Bradley χρησιμοποίησε, υπολογίζοντας ότι είναι περίπου 301.000 km/s, η οποία είναι ήδη με ακρίβεια 1% του η αξία που είναι γνωστή σήμερα.

Ακολούθησαν όλες οι διευκρινιστικές μετρήσεις από άλλους επιστήμονες, αλλά δεδομένου ότι πιστεύεται ότι το φως είναι ένα κύμα και ένα κύμα δεν μπορεί να διαδοθεί από μόνο του, κάτι πρέπει να «διεγερθεί», η ιδέα της ύπαρξης ενός « προέκυψε ο φωτεινός αιθέρας, στην ανακάλυψη του οποίου ο Αμερικανός απέτυχε παταγωδώς στον φυσικό Άλμπερτ Μίχελσον. Δεν ανακάλυψε κανέναν φωτεινό αιθέρα, αλλά το 1879 διευκρίνισε την ταχύτητα του φωτός στα 299.910±50 km/s.

Περίπου την ίδια εποχή, ο Μάξγουελ δημοσίευσε τη θεωρία του για τον ηλεκτρομαγνητισμό, που σημαίνει ότι η ταχύτητα του φωτός κατέστη δυνατή όχι μόνο να μετρηθεί άμεσα, αλλά και να προκύψει από τις τιμές της ηλεκτρικής και μαγνητικής διαπερατότητας, κάτι που έγινε διευκρινίζοντας την τιμή του η ταχύτητα του φωτός στα 299.788 km/s το 1907.

Τέλος, ο Αϊνστάιν δήλωσε ότι η ταχύτητα του φωτός στο κενό είναι σταθερή και δεν εξαρτάται από τίποτα απολύτως. Αντίθετα, όλα τα άλλα - η προσθήκη ταχυτήτων και η εύρεση των σωστών συστημάτων αναφοράς, τα αποτελέσματα της διαστολής του χρόνου και οι αλλαγές στις αποστάσεις κατά την κίνηση με υψηλές ταχύτητες και πολλά άλλα σχετικιστικά φαινόμενα εξαρτώνται από την ταχύτητα του φωτός (επειδή περιλαμβάνεται σε όλους τους τύπους όπως μια σταθερά). Εν ολίγοις, τα πάντα στον κόσμο είναι σχετικά, και η ταχύτητα του φωτός είναι η ποσότητα σε σχέση με την οποία όλα τα άλλα πράγματα στον κόσμο μας είναι σχετικά. Εδώ, ίσως, να δώσουμε την παλάμη στον Λόρεντς, αλλά ας μην είμαστε εμπορικοί, ο Αϊνστάιν είναι Αϊνστάιν.

Ο ακριβής προσδιορισμός της τιμής αυτής της σταθεράς συνεχίστηκε καθ' όλη τη διάρκεια του 20ου αιώνα, με κάθε δεκαετία οι επιστήμονες να ανακαλύπτουν όλο και περισσότερα αριθμοί μετά το δεκαδικό ψηφίομε την ταχύτητα του φωτός, μέχρι που άρχισαν να γεννιούνται αόριστες υποψίες στο κεφάλι τους.

Καθορίζοντας ολοένα και με μεγαλύτερη ακρίβεια πόσα μέτρα το φως ταξιδεύει στο κενό ανά δευτερόλεπτο, οι επιστήμονες άρχισαν να αναρωτιούνται τι είναι αυτό που μετράμε σε μέτρα; Άλλωστε, τελικά, ένα μέτρο είναι μόνο το μήκος ενός ραβδιού πλατίνας-ιριδίου που κάποιος ξέχασε σε κάποιο μουσείο κοντά στο Παρίσι!

Και στην αρχή η ιδέα της εισαγωγής ενός τυπικού μετρητή φαινόταν εξαιρετική. Για να μην υποφέρουν με γιάρδες, πόδια και άλλα λοξά σημεία, οι Γάλλοι το 1791 αποφάσισαν να πάρουν ως τυπικό μέτρο μήκους το ένα δέκα εκατομμυριοστό της απόστασης από τον Βόρειο Πόλο στον ισημερινό κατά μήκος του μεσημβρινού που περνούσε από το Παρίσι. Μέτρησαν αυτή την απόσταση με την ακρίβεια που ήταν διαθέσιμη εκείνη την εποχή, έριξαν ένα ραβδί από ένα κράμα πλατίνας-ιριδίου (πιο συγκεκριμένα, πρώτα ορείχαλκος, μετά πλατίνα και μετά πλατίνα-ιρίδιο) και το έβαλαν σε αυτόν τον πολύ παρισινό θάλαμο βαρών και μέτρων ως ένα δείγμα. Όσο προχωράμε, τόσο περισσότερο αποδεικνύεται ότι η επιφάνεια της γης αλλάζει, οι ήπειροι παραμορφώνονται, οι μεσημβρινοί μετατοπίζονται και κατά ένα δέκατο εκατομμυριοστό έχουν ξεχάσει και άρχισαν να μετρούν ως μέτρο το μήκος του ραβδιού που βρίσκεται στο κρυστάλλινο φέρετρο του παρισινού «μαυσωλείου».

Μια τέτοια ειδωλολατρία δεν ταιριάζει σε έναν πραγματικό επιστήμονα, αυτό δεν είναι η Κόκκινη Πλατεία (!), και το 1960 αποφασίστηκε να απλοποιηθεί η έννοια του μετρητή σε έναν εντελώς προφανή ορισμό - ο μετρητής είναι ακριβώς ίσος με 1.650.763,73 μήκη κύματος που εκπέμπονται από τη μετάβαση του ηλεκτρόνια μεταξύ των ενεργειακών επιπέδων 2p10 και 5d5 του μη διεγερμένου ισοτόπου του στοιχείου Krypton-86 στο κενό. Λοιπόν, πόσο πιο ξεκάθαρο;

Αυτό συνεχίστηκε για 23 χρόνια, ενώ η ταχύτητα του φωτός στο κενό μετρήθηκε με αυξανόμενη ακρίβεια, ώσπου το 1983, τελικά, ακόμη και οι πιο επίμονοι ανάδρομοι συνειδητοποίησαν ότι η ταχύτητα του φωτός είναι η πιο ακριβής και ιδανική σταθερά, και όχι κάποιου είδους του ισοτόπου του κρυπτονίου. Και αποφασίστηκε να γυρίσουν τα πάντα ανάποδα (ακριβέστερα, αν το καλοσκεφτείς, αποφασίστηκε να γυρίσουν τα πάντα ανάποδα), τώρα η ταχύτητα του φωτός Μεείναι μια πραγματική σταθερά, και ένα μέτρο είναι η απόσταση που διανύει το φως στο κενό σε (1/299.792.458) δευτερόλεπτα.

Η πραγματική τιμή της ταχύτητας του φωτός συνεχίζει να αποσαφηνίζεται σήμερα, αλλά αυτό που είναι ενδιαφέρον είναι ότι με κάθε νέο πείραμα, οι επιστήμονες δεν διευκρινίζουν την ταχύτητα του φωτός, αλλά το πραγματικό μήκος του μέτρου. Και όσο ακριβέστερα βρεθεί η ταχύτητα του φωτός τις επόμενες δεκαετίες, τόσο πιο ακριβής είναι ο μετρητής που θα έχουμε τελικά.

Και όχι το αντίστροφο.

Λοιπόν, τώρα ας επιστρέψουμε στα πρόβατά μας. Γιατί η ταχύτητα του φωτός στο κενό του Σύμπαντος μας είναι μέγιστη, πεπερασμένη και σταθερή; Έτσι το καταλαβαίνω.

Όλοι γνωρίζουν ότι η ταχύτητα του ήχου στο μέταλλο, και σχεδόν σε κάθε στερεό σώμα, είναι πολύ μεγαλύτερη από την ταχύτητα του ήχου στον αέρα. Αυτό είναι πολύ εύκολο να το ελέγξετε· απλώς βάλτε το αυτί σας στη ράγα και θα μπορείτε να ακούσετε τους ήχους ενός τρένου που πλησιάζει πολύ νωρίτερα από τον αέρα. Γιατί αυτό? Είναι προφανές ότι ο ήχος είναι ουσιαστικά ο ίδιος και η ταχύτητα διάδοσής του εξαρτάται από το μέσο, ​​από τη διαμόρφωση των μορίων από τα οποία αποτελείται αυτό το μέσο, ​​από την πυκνότητά του, από τις παραμέτρους του κρυσταλλικού πλέγματος του - με λίγα λόγια, από την τρέχουσα κατάσταση του μέσου μέσω του οποίου μεταδόθηκε ο ήχος.

Και παρόλο που η ιδέα του φωτεινού αιθέρα έχει εγκαταλειφθεί εδώ και καιρό, το κενό μέσω του οποίου διαδίδονται τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα δεν είναι απολύτως τίποτα, όσο κενό και αν μας φαίνεται.

Καταλαβαίνω ότι η αναλογία είναι κάπως τραβηγμένη, αλλά αυτό είναι αλήθεια στα δάχτυλά σας™ίδιο! Ακριβώς ως προσιτή αναλογία, και σε καμία περίπτωση ως άμεση μετάβαση από ένα σύνολο φυσικών νόμων σε άλλους, σας ζητώ μόνο να φανταστείτε ότι η ταχύτητα διάδοσης των ηλεκτρομαγνητικών (και γενικά, οποιωνδήποτε, συμπεριλαμβανομένων των γλουονίων και των βαρυτικών) δονήσεων, ακριβώς όπως η ταχύτητα του ήχου στο ατσάλι είναι «ραμμένη» στη ράγα. Από εδώ χορεύουμε.

UPD: Παρεμπιπτόντως, προσκαλώ τους «αναγνώστες με αστερίσκο» να φανταστούν αν η ταχύτητα του φωτός παραμένει σταθερή σε ένα «δύσκολο κενό». Για παράδειγμα, πιστεύεται ότι σε ενέργειες της τάξης της θερμοκρασίας 10–30 Κ, το κενό σταματά να βράζει απλώς με εικονικά σωματίδια και αρχίζει να «βράζει», δηλ. ο ιστός του χώρου πέφτει σε κομμάτια, οι ποσότητες Planck θολώνουν και χάνουν τη φυσική τους σημασία κ.λπ. Θα ήταν ακόμα ίση με την ταχύτητα του φωτός σε ένα τέτοιο κενό ντο, ή αυτό θα σηματοδοτήσει την αρχή μιας νέας θεωρίας του «σχετιστικού κενού» με διορθώσεις όπως οι συντελεστές Lorentz σε ακραίες ταχύτητες; Δεν ξέρω, δεν ξέρω, ο χρόνος θα δείξει...