Pentru a determina viteza (distanta / timpul scurs) avem de a alege standardele de distanță și de timp. Standarde diferite pot da rezultate diferite de măsurare a vitezei.
Este viteza luminii este constantă?
Această întrebare poate fi înțeleasă în moduri diferite. Prin urmare, există răspunsuri diferite.
În aer sau apă, celălalt viteza luminii?
Da. Lumina este încetinită în materiale transparente, cum ar fi aerul, apa sau sticla. Cât de multe ori incetineste lumina este determinat de indicele de refracție (indice de refracție) al mediului. El este întotdeauna mai mare decât unul. Aceasta descoperire a făcut Leon Fuko în 1850.
Când oamenii vorbesc despre „viteza luminii“, ele înseamnă, de obicei, viteza luminii în vid. Că notat prin litera c.
Este constantă în cazul în care viteza luminii în vid?
În 1983 Conferința Generală de Măsuri și Greutăți (Conferința Generale des Poids et MESURES), a adoptat următoarea definiție a contorului în unități SI:
Meter - o lungime a căii luminii în vid, în timpul 1/299 792 458 secunde
Același lucru este determinat că viteza luminii în vid este exact egală cu 299792458 m / s. Răspunsul scurt la întrebarea „Este o constanta c“: Da, c constantă prin definiție!
Dar acest lucru nu este raspunsul intreg. sistemul SI este foarte practic. definițiile sale se bazează pe metodele cele mai cunoscute de măsurare, și în mod constant în curs de revizuire. În prezent, pentru măsurarea cât mai exactă a distanțelor macroscopice trimiterea puls lumină laser și se măsoară timpul în care lumina trece distanța necesară. Timpul este măsurat de ceasurile atomice. Precizia celor mai bune ceasuri atomice 1/10 13. Este definiția contorului prevede măsurarea distanța minimă de eroare.
Definiții ale sistemului SI se bazează pe câteva idei despre legile fizicii. De exemplu, se presupune că particulele de fotoni de lumină nu au nici o masă. Dacă fotonul a avut o masă mică de repaus, definiția contorului în sistemul SI nu ar fi corect, deoarece viteza luminii ar depinde de lungimea de undă. Din definiția nu ar rezulta că viteza luminii este constantă. Ar fi necesar să se clarifice definiția contorului, adăugând culoarea luminii care urmează să fie utilizate.
Din experimente se cunoaște că masa foton este foarte mică sau egală cu zero. Posibila masă foton non-zero, atât de mic că nu are nici o valoare pentru determinarea contorului în viitorul apropiat. Nu poți demonstra că este exact zero, dar în teoriile general acceptate de astăzi este zero. În cazul în care, cu toate acestea, nu este zero, iar viteza luminii nu este constantă, teoretic, ar trebui să fie valoarea c - limita superioară a vitezei luminii în vid, și putem pune întrebarea „este dacă valoarea constanta c?“
Anterior, metru și al doilea au fost definite în diferite moduri, bazate pe cele mai bune metode de măsurare. Definițiile pot varia în viitor. In 1939 a doua a fost definită ca 1/84600 din lungimea medie a zilei, iar contorul, distanța dintre riscurile care trebuie stocate în Franța provin dintr-un aliaj de platină și iridiu.
Acum, folosind ceasuri atomice a constatat că durata medie a zilei variază. Ora standard specifica, uneori, adăugarea sau scăderea din acesta un al doilea. Rata de rotație a Pământului este încetinirea de aproximativ 1/100000 unui al doilea într-un an din cauza forțelor mareice dintre Pământ și Lună. Lungimea contorului standard poate fi schimbări chiar mai mari datorită compresiei metalului.
Ca urmare, în acele vremuri viteza luminii, măsurată în unități de m / s, sa schimbat puțin timp. Este clar că schimbările în valoarea C a fost mai mult din cauza unități de măsură decât volatilitatea însăși viteza luminii, dar este greșit să se considere că viteza luminii a devenit acum permanent, pentru că este o constantă în sistemul SI.
Definiții SI a arătat că răspunsul la întrebarea noastră, trebuie să ne clarificăm ce ne referim când vorbim despre constanța vitezei luminii. Trebuie să cerem pentru a determina durata de timp și de unități pentru a măsura valoarea c. În principiu, este posibil de a primi răspunsuri diferite atunci când este măsurată în laborator și cu ajutorul observațiilor astronomice. (Unul dintre primele măsurători ale vitezei luminii făcute în 1676. Olaf Roemer pe baza schimbării observate în eclipselor perioada de sateliții lui Jupiter.)
De exemplu, am putea lua definiția stabilită între 1967 și 1983. Apoi metru a fost definit ca 1650763.73 lungime de undă de roșu-portocaliu sursă de lumină kripton-86, iar al doilea a fost determinată (ca și în prezent) ca o 9192631770 perioade ale radiației corespunzătoare tranziției între cele două niveluri hiperfine ale Cs-133. Spre deosebire de definițiile anterioare, acestea se bazează pe cantitățile fizice absolute, și se aplică oriunde, oricând. Putem spune că viteza luminii este constantă în aceste unități?
Din teoria cuantică a atomului, știm că frecvența și lungimea de undă sunt determinate în principal de constanta lui Planck, taxa de electroni, masele de electroni și nucleul, iar viteza luminii. Dintre acești parametri pot fi obținute cantități adimensionali, cum ar fi constanta structurii fine și raportul maselor de electroni și protoni. Valorile acestor mărimi adimensionale, nu depind de alegerea unităților. Prin urmare, este foarte importantă întrebare este dacă aceste valori sunt constante?
Dacă acestea sunt modificate, acest lucru ar afecta nu numai viteza luminii. Toate chimie se bazează pe aceste valori, ele depind de proprietățile chimice și mecanice ale tuturor substanțelor. Viteza luminii se va schimba în mod diferit atunci când aleg definiții diferite pentru unități de măsură. Într-un astfel de caz, ar fi mai logic să atribuie schimbarea ei de schimbare a masei de încărcare sau de electroni, decât schimba viteza luminii în sine.
Observațiile sunt suficient de fiabile arată că valorile mărimi adimensionale, nu se schimbă în cea mai mare a vieții universului. Consultați articolul Întrebări frecvente au constante fizice schimbate cu timpul?
[De fapt, constanta structurii fine depinde de scara de energie, dar aici ne referim la limita de consum redus de energie.]
Teoria specială a relativității
Definiția contorului în sistemul SI se bazează, de asemenea, pe ipoteza corectitudinii teoriei relativității. viteză constantă a luminii, în conformitate cu teoria relativității Intenția de bază. Acest postulat are două idei:
- Viteza luminii este independentă de mișcarea observatorului.
- Viteza luminii este independentă de coordonate timp și spațiu.
Ideea de viteza luminii, indiferent de viteza de contraintuitiv observator. Unii oameni nici măcar nu pot fi de acord că această idee este logic. În 1905, Einstein a arătat că această idee este corectă în mod logic, dacă vom renunța la presupunerea că natura absolută a spațiului și a timpului.
Fitzgerald a sugerat că acest lucru este rezultatul reducerii lungimii aparatului experimental în timpul mișcării sale în eter la o astfel de valoare din cauza care detectează variația vitezei de circulație nu este posibilă. Lorentz a extins această idee la ritmul de ceas, și a demonstrat că eterul nu poate fi detectat.
Einstein credea că schimbarea în lungime și ceasul pentru a înțelege mai bine modul în care schimbările în spațiu și timp, mai degrabă decât modificări ale obiectelor fizice. Din spațiul absolut și timpul lui Newton, trebuie aruncată. La scurt timp după aceea, matematicianul Minkowski a arătat că teoria relativității a lui Einstein poate fi interpretată în ceea ce privește geometria non-euclidiene patru dimensiuni, având în timp și spațiu ca o singură entitate - spațiu-timp.
În 1925, Dayton Miller a anunțat că a descoperit o schimbare în viteza luminii. El a primit chiar un premiu pentru această descoperire. În anii cincizeci, examinarea suplimentară a muncii sale a arătat că rezultatele par să fi fost asociate cu modificări zilnice și sezoniere ale temperaturii sale de configurare experimentală.
instrumente fizice moderne ar putea detecta cu ușurință mișcarea eterului, în cazul în care a existat. Pământul se mișcă în jurul Soarelui la o viteză de aproximativ 30 km / s. În cazul în care viteza de pliere, potrivit mecanicii newtoniene, ultimele 5 cifre din valoarea vitezei luminii, postulate în sistemul SI ar fi lipsită de sens. În Fizică Astăzi, CERN (Geneva) și Fermilab (Chicago) în fiecare zi pentru a dispersa viteza particulelor la punctul de viteza luminii. Orice dependență de viteza luminii din sistemul de referință ar fi văzut pentru o lungă perioadă de timp, dacă nu este imperceptibil mic.
Ce se întâmplă dacă, în loc de teorii despre spațiu și schimbarea de timp, ne-ar fi urmat teoria Lorentz-Fitzgerald, care a sugerat că există eterul, dar nu poate fi detectat din cauza modificărilor fizice în lungimea obiectelor materiale în ritmul de ceas?
Că teoria lor a fost în concordanță cu observațiile, eterul ar trebui să fie nedetectabile prin intermediul ore și linie. Totul, inclusiv observatorul, va fi redusă și încetinit exact la valoarea dorită. O astfel de teorie ar face aceeași predicție pentru toate experimentele, că teoria relativității. Apoi, aerul ar fi o entitate metafizică, cu excepția cazului în care găsesc o altă cale de a detecta - în acest fel nimeni nu a găsit încă. Din punctul de vedere al lui Einstein o astfel de entitate ar fi o complicație inutilă, cel mai bine este să-l scoate din teorie.
Teoria generală a relativității
Dificultatea constă în faptul că rata depinde de originea și posibilele interpretări diferite. Pentru a determina viteza (distanta / timpul petrecut), trebuie să selectați mai întâi câteva standarde de distanță și de timp. Standarde diferite pot da rezultate diferite. Acest lucru se aplică și în teoria specială a relativității: dacă măsura viteza luminii într-un cadru de accelerare de referință, în cazul general, este diferit de c.
În teoria relativității, viteza constanta luminii în orice sistem de referință inerțial. În relativitatea generală, generalizarea adecvată este că viteza luminii este constantă în orice cadru de cădere liberă de referință într-o zonă suficient de mică pentru a fi forte mareelor neglijabile. În citatul de mai sus, Einstein nu înseamnă un cadru de referință în cădere liberă. El vorbește despre sistemul de referință în raport cu repaus la sursa de greutate. Într-un astfel de sistem, lumina de referință a vitezei c poate varia datorită influenței gravitației (curbura postranstva-timp) la linia de ceas.
În cazul în care relativitatea generală este corectă, atunci constanța viteza luminii într-un cadru de referință inerțial - este o consecință tautologică a geometriei spațiu-timp. Călătorind la o viteză de c într-un cadru de referință inerțial - o călătorie de-a lungul liniei drepte mondială pe suprafața conului de lumină.
Utilizarea constantă SI c. ca un factor deplin justificată de metri și secunde de conectare, atât teoretic, cât și practic, deoarece nu numai viteza luminii c - este o proprietate fundamentală a geometriei spațiu-timp.
În ceea ce privește teoria specială a relativității, predicțiile relativității generale sunt confirmate de mai multe observații.
Ca urmare, putem concluziona că viteza luminii este constantă, nu numai în conformitate cu observațiile. Având în vedere teoriile fizice bine testate nu are nici un sens să vorbim despre efemeritatea ei.