Este viteza luminii este constantă?
Această întrebare poate fi înțeleasă în moduri diferite, respectiv, în moduri diferite și trebuie să răspundă:
• Este viteza luminii se schimbă atunci când este eliberat în aer sau apă?
• Do continuu c. adică, viteza luminii?
• Ce se consideră teoria specială a relativității?
• ceea ce este considerat teoria generală a relativității?
Este viteza de lumina se schimbă atunci când acesta devine în aer sau apă?
Da. Lumina incetineste in astfel de medii transparente, cum ar fi aerul, apa sau sticla. Raportul în care există o încetinire, numit indicele de refracție al mediului, și este întotdeauna mai mare decât unul. * Acesta a deschis Jean Fokol în 1850
* Strict vorbind, indicele de refracție nu este întotdeauna mai mare decât unul. De exemplu, este aproape întotdeauna mai mică decât unitatea de raze X. Acest lucru se datorează faptului că așa-numita viteza de fază a razelor X în mediul mai mult decât viteza luminii și indicele de refracție este raportul dintre viteza de fază. Viteza fotonii ei înșiși - viteza de grup așa-numita, care este întotdeauna mai mică decât c (desigur, cu excepția cazurilor în care nu este :-). Pentru simplificare, în acest răspuns, noi nu considerăm această subtilitate.
Cel mai adesea, când oamenii spun, în general, „viteza luminii“, ei înseamnă „viteza luminii în vid.“ Această cantitate este notată cu litera c.
Este C continuu. adică, viteza luminii?
În 1983, la Conferința Generală de Măsuri și Greutăți a adoptat următoarea definiție a contorului în unități SI (Sistem International):
M este distanța parcursă de lumină în vid în timpul în 1/299 792 458 secunde.
Acest lucru a condus la faptul că viteza luminii a devenit egală cu exact 299,792,458 de metri pe secundă. Și astfel, răspunsul la întrebarea dacă c este constantă. devine simplu în extremă: da, constanta c prin definiție!
Cu toate acestea, acest lucru nu este tot. Sistemul SI se bazează pe considerații foarte practice. Definiția sa sunt luate în conformitate cu măsurarea cât mai exactă a tehnicilor cunoscute și sunt revizuite în mod constant. Astăzi, există modalități de a măsura distanțele macroscopice prin emisia unui puls laser și măsurarea timpului pe care îl petrece pentru a trece această distanță. Timpul se măsoară cu ajutorul unui ceas atomic foarte precise (precise pentru cele mai bune ceasuri atomice ajunge la o cotă de 10 clorhidric ~ 13!). Prin urmare, este rezonabil să se definească unitatea de metri în acest mod, în scopul de a minimiza erorile.
În cazul în care SI a fost făcut câteva presupuneri despre ceea ce este, legile fizicii. De exemplu, sa presupus că particulele de lumină - un foton - nici o masă. Dacă fotonul a avut o mulțime de odihnă, definiția contorului în SI-ar pierde sensul, ca viteza luminii ar fi dependentă de lungimea de unda. Apoi, ar fi imposibil să se decidă că este constantă. Apoi, în definiția contorului ar fi fost chiar și specificați trebuie să fie utilizat culoarea luminii. Experiența arată că, în cazul în care un foton și există nici o masă de repaus, atunci este foarte mic. A se vedea. Întrebarea dacă există o masă în lume. Oricum, este atât de mic încât în viitorul apropiat nu va juca un rol important în definirea contorului, dar toate la fel, în ciuda faptului că teoriile în prezent dominanți bazată pe faptul că masa fotonului este zero, doar pentru a dovedi că noi nu se poate. Dacă masa foton nu ar fi egal cu zero, aceasta nu este viteza ar fi constantă, ci dintr-un punct de vedere teoretic, ar fi numărul c. care ar fi viteza maximă posibilă a luminii, și încă ar putea fi întrebați dacă c este constantă.
Anterior, a fost că al doilea contor și au fost determinate în mai multe moduri diferite, altele decât curentul, în conformitate cu metodele de măsurare care existau la acel moment. În viitor, metodele pot schimba din nou. Revenind la 1939, vedem că cea de a doua a fost definită ca 1/84 din media 600 Naya prodolzhietlnosti zi însorită, iar contorul a fost definit ca lungimea dintre cele două riscuri în tija de platină-iridiu stocate în Franța. Acum știm că durata medie a zilei solare variază, așa cum se măsoară cu o precizie de ceasuri atomice. Ora standard este uneori alimentat la a doua înainte sau înapoi pentru a reflecta acest fapt. În plus, rotația Pământului încetinește treptat, aproximativ 1/100 000 fracțiune de secundă clorhidric într-un an, datorită acțiunii inhibitoare a forțelor de atracție între pământ, luna și soarele. O lungime a barei metalice în schimbări mai mari sunt posibile datorită expansiunii materialului. Toate acestea au condus la faptul că viteza luminii, măsurată în m / s, cu timpul se schimbă încet. În mod evident, o astfel de schimbare de viteză mai natural considerată o manifestare a unităților de schimbare decât viteza luminii în sine, dar la fel de proști să spun că acum viteza luminii rămâne neschimbată, deoarece sistemul SI de unități, astfel determinate, încât a devenit o constantă.
definiție SI de doar ne arată cât de important este în primul rând în mod clar să înțeleagă ce înțelegem prin constanța viteza luminii înainte de a va fi posibil să se răspundă la această întrebare. În primul rând trebuie să fie de acord, atunci când măsurăm viteza luminii, care este folosit ca un conducător standard si ore standard. În principiu, putem confrunta cu discrepanțe semnificative între rezultatele măsurătorilor efectuate în laborator, cu rezultatele observațiilor astronomice (una dintre primele măsurători ale vitezei luminii a fost făcută de Ole Kristensenom Römer în 1676 sub supravegherea unei diferențe vizibile în durata eclipsele satelitii lui Jupiter).
Dacă, de exemplu, să adopte o definiție a unităților așa cum au fost între anii 1967 și 1983. Apoi metru a fost definit ca 1 650 763.73 lungimi de undă de lumină roșie-portocalie emise de atomul kripton-86, iar al doilea a fost identificat ca fiind în prezent ca tranziție 9192631770 oscilații radiație sootvetsvuschego între atom și cele două niveluri svehtonkimi cesiu-133. Spre deosebire de definiția menționată anterior, acestea sunt construite pe cantități fizice absolute care fac sens, întotdeauna și peste tot. Putem spune dacă viteza luminii este constantă în aceste unități?
Din teoria cuantică, știm că aceste frecvențe și lungimi de undă depinde în mare măsură de valorile constantei Planck, masa electronilor și nucleonii și, prin urmare, acești parametri afectează viteza luminii. Eliminarea parametrilor dimensionali ai unității, putem ajunge la un număr de cantități adimensionali, cum ar fi, de exemplu, constanta structurii fine sau raportul dintre masa protonului electron în masă. Ele nu depind de unitate și, prin urmare, mult mai înțelept să te întreb dacă se schimbă. În cazul în care s-au schimbat, care ar schimba nu numai viteza luminii. Întreaga chimie depinde de valorile acestor constante și deoarece produs schimbări semnificative în proprietățile chimice și mecanice ale tuturor substanțelor. În plus, viteza luminii ar schimba în mod diferit zavisimoti asupra a ceea ce definiția unităților ne-ar fi ales! În acest caz, de asemenea, rezonabil să se presupună că motivul pentru schimbare nu se schimba din viteza luminii, iar schimbarea taxei de electroni sau a particulelor de masă.
În orice caz, experiența este destul de bun ne convinge că aceste valori nu s-au schimbat pentru o mai bună parte a universului.
[De altfel, structura fină variază în funcție de reducerea de energie, dar a existat o chestiune de limita de energie scăzută]
Consideră că teoria specială a relativității?
O altă ipoteză, luată în sistemul SI - este că teoria relativității este corectă. Postulatul de bază al relativității este că viteza luminii este constantă. Această afirmație este împărțit în două părți:
• Viteza luminii este independentă de mișcarea observatorului.
• Viteza luminii nu se modifică în funcție de locație sau de timp.
Ideea că viteza luminii nu depinde de viteza observatorului este foarte contrar intuițiile noastre. Unii oameni refuză să accepte că este posibil din punct de vedere al logicii, dar în 1905 Einstein a fost în măsură să demonstreze că toate perfect logic, să fie gata să renunțe la prejudecata de natura absolută a spațiului și a timpului.
Fitzgerald apoi a sugerat că motivul pentru aceasta este reducerea setului experimental în mișcare prin eter, compensează exact pentru schimbări în viteza luminii. Lorenz a dezvoltat în continuare această ipoteză, adăugând o oră cursă de decelerare, astfel încât mișcarea aerului este complet neobservabil. Apoi, Einstein a demonstrat că aceste denaturări pot fi atribuite la o denaturare a spațiului și a timpului ei înșiși, mai degrabă decât obiecte fizice și, prin urmare, spațiul absolut și timpul lui Newton, trebuie să fie respins. Imediat după aceea matematician Minkowski a arătat că teoria relativității a lui Einstein poate fi înțeleasă ca o geometrie non-euclidiană într-un 4-dimensional spațiu-timp.
Cu ajutorul echipamentelor moderne ar putea fi detectată cu ușurință mișcarea eterului, în cazul în care a existat. Pământul se mișcă în jurul Soarelui, la o viteză de 30 km / s, astfel încât, dacă adăugarea adevărat vector de viteze, așa cum prevede mecanicii newtoniene, definiția contorului în sistemul SI, ultimele 5 cifre ale vitezei luminii ar fi fost lipsită de sens. Astăzi, fizica de mare energie de la CERN și Fermilab accelera zilnic particule la viteze într-un inch diferit de viteza luminii. În cazul în care viteza luminii ar depinde de rata de cadre de referință, ar fi mult timp în urmă descoperit, cu excepția cazului în această relație nu este de fapt neglijabil.
Consideră că teoria generală a relativității?
Problema aici este că rata - este cantitatea de care depinde coordonatele, adică, este într-un anumit sens este ambiguu. Pentru a determina viteza (distanța împărțită la timp), mai întâi trebuie să alegeți anumite standarde de măsurare a distanțelor și ori. Diferite standarde vor duce la rezultate diferite. Este deja în teoria specială: dacă măsura viteza luminii într-un cadru de referință accelerat, vom obține o valoare diferită de c.
În teoria specială a vitezei constantă a luminii este aprobată numai în ceea ce privește sistemele de referință inerțiale. În teoria generală a acestui aprobare se extinde la aprobarea constanța vitezei luminii într-un cadru de referință în cădere liberă (într-o zonă suficient de mic pentru a fi forțe mareelor neglijabile). În pasajul de mai sus, Einstein nu este vorba despre sistemul de cădere liberă, ci un sistem, fix în raport cu sursa de greutate. Într-un astfel de sistem, viteza luminii c poate diferi de la, în principal datorită influenței gravitației (curbura spațiu-timp) la linia de ceas.
În cazul în care teoria relativității generale este corectă, constanța vitezei luminii în sistemele de referință inerțiale devine sinonimă cu proprietățile geometrice ale spațiului-timp. Structura cauzala determinată de geometria universului zero, vectori. Mișcarea la o mișcare de viteză înseamnă c linii mondiale Tangent vectori de zero. C Aplicare pentru a converti între metri și secunde, la fel ca în definiția contorului în sistemul SI, este justificată atât din punct practic și teoretic de vedere, deoarece c nu este atât de mult viteza luminii, ca o caracteristică fundamentală a geometriei spațiu-timp.
În ceea ce privește teoria specială, predicțiile relativității generale au fost confirmate într-un număr de diferite experimente.
Ca rezultat, putem spune că viteza luminii nu este doar constantă. Mai mult decât atât, se pare, în lumina teoriilor bine testate, că presupunerea că se poate schimba - pur și simplu lipsit de sens!