На скорости света время останавливается: Будут ли светить фары автомобиля на скорости света: теоретические рассуждения

Содержание

Будут ли светить фары автомобиля на скорости света: теоретические рассуждения

Что произойдет, если вы путешествуете со скоростью света и включаете фары?

Один из самых популярных вопросов в физике, которые задают обычные люди, звучит так: «Что произойдет, если вы едете со скоростью света и включаете фары?». Казалось бы, об этом уже сказано все, что только можно. Но физика – удивительная штука. Объяснений никогда не бывает много. Многие вещи о нашей Вселенной можно рассказывать вечно. Итак, давайте представим, что произойдет с автомобилем, если разогнать его до скорости света и включить передние фары. Увидим ли мы свет перед машиной? Загорятся ли вообще фары? Включите свое воображение, будет интересно. 

Тех, кто не любит мысленные эксперименты и хочет сразу получить простой ответ, сразу разочаруем: даже теоретически разогнать автомобиль до скорости света не получится. Почему? Все дело в том, что наш вопрос противоречит специальной теории относительности Эйнштейна, в которой говорится, что ни один объект с массой не может двигаться со скоростью света или выше.

 

 

К сожалению, физика учит, что мы всегда ограничены сверхсветовыми скоростями. Кстати, долгое время после открытия Эйнштейна в мире были критики его теории, утверждая, что уравнение  E = mc2 неверно.  Но это нормально. В мире всегда были люди, которые скептически относятся к уравнениям, несмотря на доказательства. И даже сегодня, после того как в мире появилось ядерное оружие и теорию Эйнштейна подтвердили не один раз, в мире находятся чудаки, которые утверждают, что великий физик-мыслитель был не прав. Но это нормально. Так устроен мир. Ведь находится сегодня немало людей, которые верят, что Земля плоская. Хотя, заметьте, на дворе 21 век, а не Средневековье. 

Специальная теория относительности предсказывает, что если вы берете массивную частицу и продолжаете прикладывать к ней силы, она движется все быстрее и быстрее, медленно приближаясь к скорости света, но никогда не достигая ее. Прямо сейчас, например, в Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе, находящемся около Женевы, протоны летают с колоссальной энергией 3,5 ТэВ. Это означает, что протоны движутся на скорости 99.999994% скорости света. Но даже если удвоить энергию, протоны все равно не достигнут скорости света. Да, эта скорость будет выше 99.999994% скорости света, но все равно не 100%. 

 

Конечно, нам всегда нужно помнить, что мы можем и ошибаться. В том числе и самые умные физики на планете. В том числе есть доля вероятности, что теория Эйнштейна также неверна. Но эта вероятность ничтожна. Дело в том, что тому, что Эйнштейн прав, есть много доказательств. Для примера: если бы теория относительности была неправильная, человечество не смогло бы запустить Коллайдер. Также если бы не теория относительности, человечество не изобрело бы спутниковые GPS/Глонасс-устройства. 

 

Майкельсон и Морли обнаружили в 1887 году, что свет распространяется с одинаковой скоростью, а также, что свет распространяется в вакууме, а не в эфире, который не существует, как полагали ученые до 1887 года. Кстати, результат эксперимента Майкельсона и Морли не имеет смысла без специальной теории относительности.

 

Вся современная физика (и технологии) построена на основе специальной теории относительности, которая уже долгое время не раз доказала свою точность. Так что если вы хотите доказать, что Эйнштейн ошибался и что, например, можно разогнаться до скорости света, тогда для начала вам придется пробить большой бетонный барьер из огромного числа доказательств, выведенных экспериментальным путем. 

 

Одна из причин, почему многие люди до сих пор смущены теорией относительности, заключается в том, что она бросает вызов повседневному опыту. Например, если я нахожусь в ж/д вагоне, который движется со скоростью 60 км в час, и бросаю быстро мяч со скоростью 90 км в час, кто-то, стоящий на перроне вокзала, увидит, как мяч движется со скоростью 150 км в час. Кажется, та же логика должна работать и со светом. Но это не так. 

Странные вещи случаются, когда вы приближаетесь к скорости света, и они становятся еще более странными, когда вы понимаете, что ваши учителя физики в старшей школе (возможно, случайно) солгали вам. Многие из вас, мы надеемся, помнят школьную физику. В таком случае вы должны помнить уравнение Ньютона: F = ma.

 

Расшифровывая эти символы в уравнении, вы должны вспомнить, что если вы прикладываете постоянную силу к частице, она должна испытывать постоянное ускорение. Если исходить из этого, то получается, что если мы применяем силу к частице достаточно долго, то она продолжает ускоряться и в конечном итоге она должна превысить скорость света. Вуаля! Уравнение Ньютона (по крайней мере, для света) неверно.

Но что происходит, когда вы приближаетесь к скорости света и включаете в транспортном средстве фары? С вашей точки зрения, ничего или, по крайней мере, ничего особенного. Если бы вы держали перед собой зеркало, вы бы выглядели так, как всегда. На самом деле одна из удивительных вещей в специальной теории относительности заключается в том, что, если вы не будете смотреть на все окружающее вас пространство за бортом транспортного средства, вы не сможете сказать, движетесь ли вы вообще.

 

 

Но с точки зрения людей, стоящих в стороне, все выглядит действительно круто. Стационарные наблюдатели заметят, что ваш космический корабль (или гоночный автомобиль, способный разогнаться до 99% скорости света) сжимается вдоль направления движения. Вас же наблюдатели увидят сплющенным, как будто ваше тело попало под гигантский камень. 

 

Также наблюдатели смогут видеть ваши часы – ваше сердцебиение, вашу речь, ваш компьютер, но все циклы внутри автомобиля будут работать медленно. Это правда, но совершенно незаметно для вас, когда вы находитесь внутри транспортного средства, движущегося на околосветовой скорости. Для вас внутри машины будет все как в повседневной жизни. 

То есть время в вашей машине, которая мчится по просторам Вселенной на скорости, близкой к скорости света, замедлится. Для вас в автомобиле одна секунда будет также равна одной секунде. Но ваши часы не будут синхронизироваться с теми, которые вы оставили дома. В итоге ваши часы будут отставать.

Частоты света, попадающие на вас, также начнут сдвигаться. Красный спектр света сместится к синему. Если вы зажжете ваши фары на скорости, близкой к скорости света, то спектр света их сместится к ультрафиолету.

 

Еще более странным является тот случай, когда два космических корабля движутся навстречу друг другу на 99% скорости света. Здравый смысл подсказывает, что капитан каждого корабля должен видеть другого, летящего к нему быстрее скорости света. Но это не так. Одним из результатов постоянной скорости света, согласно теории относительности, является то, что все относительные скорости будут меньше, чем вы думаете. В нашем примере каждый капитан будет видеть, как другой приближается к нему на 99,995% скорости света. 

Возвращаясь к первоначальному вопросу (который, кстати, задавал себе и молодой Эйнштейн, благодаря чему на свет и появилась теория относительности), что произойдет с фарами автомобиля или космического корабля, если их включить, разогнавшись до скорости света, вот какой вывод можно сделать.

 

По мере того, как вы приближаетесь к скорости света, время становится все медленнее и медленнее по сравнению со временем стационарных наблюдателей. Поэтому если вы действительно хотите знать, что же все-таки произойдет с фарами на скорости света, вы должны знать, что ничего не произойдет, поскольку на этой скорости время остановится! А это означает, что когда время останавливается, ничего не может произойти. Но это нормально, потому что ничто не может двигаться быстрее света, что имеет вес. 

Ускорение времени: научные факты

Понятие времени одно из самых загадочных в современной науке. До Большого взрыва 13,7 млрд лет назад, последствием которого, согласно современным научным теориям, стало возникновение Вселенной, его не было. Но без времени невозможно существование пространства и, как следствие, движения. В результате Большого взрыва и произошел запуск вселенских часов, спровоцировавших движение всей материи во Вселенной.

Первые наблюдения

В последние годы все чаще и чаще на форумах стали появляться темы об ускорении течения времени. Однако официальных заявлений по этому поводу от научных представителей не поступало. В особенности сокращение времени в сутках стало проявлять себя на границе между 20 и 21 веком.

Некоторые пользователи находят информацию от ученых, которые доказали, что Земля имеет нечто вроде «пульса». В течение тысячи лет он был устойчивым и составлял примерно 7,8 тактов в секунду, однако где-то с 1980 года начал расти. На данный момент это земное сердцебиение достигает 12 тактов в секунду, что в теории может влиять на человеческое ощущение ускорения времени. То, что раньше мы воспринимали как 24 часа, сейчас ощущается всего в 16 часов.

Возможные доказательства

Известным московским священнослужителем и публицистом Александром Шумским было упомянуто, что даже у детей сменилось чувство времени. Если в прежние годы маленьким казалось, что его течение крайне медленное, то сейчас они говорят, что происходит ускорение времени. По мнению священника, причиной этому может быть как реальное изменение его субстанции, так и простая информационная перегруженность. Ведь не стоит забывать, что с каждым годом человек перерабатывает все больше данных, из-за чего может появиться чувство нехватки часов в сутках.

На священном Афоне многие молитвы возносятся ночью во время сна простых людей. Монахи за долгие годы выработали собственное молитвенное правило, согласно которому за определенный промежуток времени следует произнести установленное количество молитв. И это происходит каждые сутки, строго по расписанию. Раньше монахи могли за ночь без проблем выполнить эту процедуру и оставить время до утренней службы, чтобы немного отдохнуть. Однако сейчас при том же количестве произносимых молитв им не хватает ночи, чтобы закончить службу.

Подобный феномен встречался и у иерусалимских монахов. Лампады, установленные у гроба Господня, горят дольше, чем прежде. Если ранее долив масла в большие лампады происходил в одно и то же время — накануне Пасхи, и за год оно полностью выгорало, то теперь — уже который раз за последние годы — в лампаде остается достаточно масла накануне праздника.

Непостоянство времени

О свойстве непостоянства было сказано одним великим русским мыслителем Алексеем Федоровичем Лосевым. По его мнению, время неустойчиво, неоднородно, может сжиматься и расширяться совершенно условно и относительно. Начиная с 1914 года произошло его уплотнение, и оно стало течь быстрее.

В середине 1930-х годов профессором Козыревым была выдвинута теория о превращении времени в энергию. По его словам, из-за того, что Солнечная система меняет скорость вращения, одновременно изменяется и время. Людям, не верящим в эту теорию, был продемонстрирован один простой, но крайне убедительный опыт. Брались рычажные весы, к одному коромыслу крепился волчок, к другому чаша с гирьками. Чтобы снизить трение, подключали электровибратор, закрепленный у основания весов.

Когда волчок начинал крутиться по часовой стрелке, сами весы сохраняли равновесие. Когда же волчок крутился в другом направлении, стрелка весов изменяла положение и указывала на снижение веса волчка. Причиной этого, по мнению ученого, стал поток времени. В его представлении, это не просто длительность от одного события до другого, а что-то материальное, что дает ему возможность участвовать во всех процессах природы.

Научные опыты

Смена времени была зафиксирована в эксперименте с часами, который поставили американские физики Хейфель и Китинг. Для проведения опыта использовались два согласованных цезиевых хронометра с малой долей погрешности. Один расположили в военно-морской обсерватории Вашингтона, а второй — на реактивном самолете. Последний отправили в кругосветный полет. Сначала в направлении восток-запад, а затем — наоборот. В обоих случаях была зафиксирована четкая и хорошо различимая разница в показаниях часов, находившихся на месте, и часов, расположенных на борту воздушного судна. Она полностью совпала с теоретическими выводами.

По подсчетам ученых, при запуске в космос корабля со скоростью, равной 99,99 % скорости света, корабль вернется на планету через 14 лет. На Земле же за этот период пройдет одно тысячелетие. Связано это с тем, что при увеличении скорости объекта происходит замедление течения времени.

17 июля 1962 года известный спелеолог Мишель Сифорд самостоятельно и в одиночку спустился в пещеру Скарасон. Покинул он ее через два месяца и был уверен в том, что на календаре только 20 августа. Однако прожил он в ней до 14 сентября. Таким образом, под землей время для экспериментатора замедлилось на 25 дней.

Гипотезы

Интересное объяснение этому дал ученый-физик Альберт Виктор Вейник. Им была высказана гипотеза, по которой время как физическое явление может иметь материальный носитель. Это своеобразное вещество, которое было названо «хрональным полем». По его утверждению, Земля стареет, и интенсивность процессов на ней замедляется, из-за чего реальное течение времени начало ускоряться. Однако на планете также могут быть зоны, где этот процесс происходит медленнее, например, на Сахалине. Так, растения, которые пытались пересадить с острова в другое место, вырождались.

В 1990 году при помощи «зеркал времени» Козырева проводились опыты по сверхчувствительному восприятию. По мнению ученого, внутри зеркального помещения могла меняться плотность временного потока. И действительно, испытуемые, находящиеся внутри камеры из металлических искривленных зеркал, ощущали нечто вроде «выхода из своего тела». Пребывая в камере в течение нескольких часов, они чувствовали, будто были участниками давно прошедших событий или увидели будущее.

Исследования получили продолжение в конце того же десятилетия после экспедиции врача Эрнста Мулдашева в Тибет. Здесь исследователи встретили огромные конструкции из камня, имеющие сложную форму, подобную вогнутым зеркалам. По мнению ученого, древние жители понимали свойства этих предметов.

Увеличение скорости ускорения времени

Хотя сейчас многим не хватает в сутках и 24 часов, во времена динозавров не было даже этого времени. В начале зарождения планеты вращение Земли происходило гораздо быстрее. Так, во время образования Луны одни земные сутки продолжались всего два-три часа, а сам спутник, который находился куда ближе к Земле, мог облететь планету за пять часов. Однако со временем гравитация Луны начала тормозить вращение Земли, что обусловлено появлением приливных волн, и не только в воде, но и в земной коре и мантии, что влияет на скорость ускорения времени.

При этом происходило увеличение орбитального момента Луны, из-за чего наш спутник все больше отдалялся от планеты. И чем больше становилось это расстояние, тем сильнее падала скорость. Так что ускорение времени зависит от гравитации. Процесс длится и сейчас: за век сутки увеличиваются на 1/500 секунды. Причем в разгар эпохи динозавров, то есть 100 млн лет назад, продолжительность дня была около 23 часов.

Древние календари

Разработка календарей в разных древних цивилизациях велась не ради практических нужд, а в связи с религиозно-мифологическими взглядами тех веков, и зафиксировать состояние ускорения времени явно было невозможно. По этой причине календарные системы прошлого имели временные единицы, превышавшие продолжительность жизни человека и самой цивилизации. Так, в календаре майя есть единица времени под название бактун, составляющая 409 лет, и эпохи из 13 бактунов, что равняется 5125 годам.

Однако еще большие величины фигурируют у древних индусов. В священных текстах этого народа имеет место Маха Манватара, длящийся 311,04 трлн лет. При том что настоящий возраст Вселенной по современным расчетам составляет около 13,8 млрд лет. Из-за этого определить ускорение в данный момент времени невозможно.

Часовые пояса

Создание унифицированных систем времени произошло в индустриальную эпоху. Раньше же, в аграрные времена, счет происходил по наблюдаемым астрономическим явлениям. Однако следы этих пережитков прошлого наблюдаются по сей день на горе Афон. Полночь здесь наступает в момент захода солнца, и каждый раз часы выставляются в соответствии с этим моментом. С учетом того, что одни монастыри стоят в горах выше, чем другие, полночь наступает в них не в одно время.

Гравитационное действие

Сила гравитации также может влиять на ощущение и ускорение течения времени. Так, на глубине шахты, где сила притяжения сильнее, время проходит медленнее, чем на поверхности Земли. Для вершины горы Эверест, наоборот, оно ускоряется. Так называемый эффект гравитационного замедления был предсказан Эйнштейном в 1907 году во время построения общей теории относительности. Для подтверждения экспериментом высказанной теории пришлось выждать больше полувека, пока не были созданы аппараты для фиксации сверхмалых изменений в течении времени. В настоящее время точнейшие атомные часы могут зафиксировать эффект гравитационного замедления при смене высоты всего на десяток сантиметров.

Феномен хроностазиса

Довольно давно отмечается следующий эффект: стоит человеку бросить взгляд на циферблат часов, секундная стрелка будто замирает на одном месте, а последующий «тик» оказывается длительнее всех остальных. Данный феномен был назван «хроностазисом» и восходит к временам, когда наши дикие предки имели жизненную необходимость в быстром реагировании на любое зафиксированное движение. В результате стоит взгляду упасть на стрелку и зафиксировать движение, мозг делает что-то вроде стоп-кадра, а затем быстро возвращает наше чувство времени к начальному состоянию. Однако о том, как найти время ускорения своими силами, без физических расчетов, сказать невозможно.

Для жителей России привычное дело, что время в наших часовых поясах различается, причем довольно серьезно. Однако вне границ страны можно найти территории, где различие с Гринвичем составляет целые сутки плюс полчаса. К примеру, время в Индии отличается на 5,5 часа, что создало своеобразную шутку: если ты сейчас в Лондоне и хочешь узнать время в Дели, то достаточно перевернуть часы. Если из той же Индии поехать в Непал, то необходимо перевести стрелки на 15 минут назад. Для Китая же, который также недалеко, — на 3,5 часов назад. В данном случае определить ускорение в момент времени не так важно.

Международная линия смены дат находится в Тихом океане, где также имеется множество островов, обитатели которых буквально живут «между датами», что нередко провоцирует курьезные ситуации. Так, в 1892 году торговцы из Америки убедили короля местного островного королевства перейти «из Азии в Америку», сместившись к востоку от линии смены дат, из-за чего жители дважды пережили один и тот же день — 4 июля. Спустя более чем целый век жители решили вернуть все обратно, из-за чего в 2011 году 30 декабря был отменен.

Особенности восприятия времени

Для современных людей привычно делить время на прошедшее, настоящее и будущее, однако в физическом смысле так называемое «настоящее» время — большая условность. Что происходит в этом настоящем? Так, человек видит свет звезд, однако от каждой из них световая волна летит разное время: от пары световых лет до миллионов (туманность Андромеды). Солнце для нас такое же, как восемь минут назад.

Но даже если вести речь об ощущениях от ближайших объектов, вроде лампочки или теплой печки, которую можно тронуть рукой, следует учесть время, которое пройдет от момента, когда свет попадет на сетчатку глаза или когда информация об ощущении передастся от нервных окончаний к мозгу. Все воспринимаемое человеком в настоящем нечто вроде «сборной солянки» из явлений прошлого.

Информатизация и чувство времени

Говорить о том, что изменения во времени действительно происходят и это научный факт, не стоит, потому что никаких прямых доказательств этому нет. Причина того, что это явление стало фиксироваться в конце 20 века, может быть объяснена и другими факторами. В первую очередь стоит вспомнить о том, что начался переход в информационное общество, и количество ежедневно получаемых новостей увеличилось. Раньше человек мог услышать одну новость в день или, учась в школе, иметь строго определенное количество доступных знаний, из-за чего информация запоминалась быстрее и проще, а также надолго сохранялась в сознании.

В настоящее же время он с самого утра получает сотню новостей со всего света за чтением утренней колонки в газете. Не стоит забывать о работе и о том, сколько сведений будет получено за весь день. В результате мозгу не хватает времени запомнить все действительно важные вещи и отсортировать ненужное. Из-за этого создается ощущение, будто оно убыстряется, и человек не может за ним поспеть.

Можно обратиться и к физическим законам, упомянутым ранее. Живя на планете с огромным количеством поясов, человек не всегда способен подстроиться к своему: ведь в одном городе в 11 вечера уже темно, а в другом небо еще светлое, однако жители в обоих городах уже должны лечь спать. Это приводит к нарушению биологических ритмов, что в дальнейшем ухудшает восприятие реального хода вещей. Также стоит помнить, что есть связующая формула для ускорения, скорости и времени.

Также Солнце постепенно «поглощает» планету. Так, с каждым годом Земля понемногу изменяет свою орбиту и приближается к светилу. Чем сильнее уменьшается это расстояние, тем медленнее вращается Земля вокруг Солнца Происходит это из-за сильного гравитационного поля последнего, способного затормозить движение нашей планеты. Чем сильнее замедляется скорость вращения, тем заметнее происходит ускорение времени. В сутках будут все те же 24 часа, так как малая траектория орбиты будет компенсироваться за счет снижения скорости вращения на этой орбите, однако это будут не те же самые часы, что ощущал человек раньше.

Заметить процесс стандартными методами для человека невозможно, потому что это выходит за границы органов чувств, так же как и определить ускорение времени на Земле. Однако наши биологические часы вполне могут это воспринимать. Скорость планеты никогда не была постоянной величиной и регулярно снижалась. Каждый следующий год по ощущениям будет быстрее предыдущего. Если же скорость планеты не будет дальше уменьшаться и станет стационарной величиной, то Земля приобретет определенную орбиту, и ускорение остановится. Время начнет течь в привычном режиме. Сама равномерность хода будет зависеть от постоянства величины скорости и ускорения в начальный момент времени. По этой зависимости можно определить, что время может не только стать быстрее, но и замедлиться, если планета начнет вращаться с другой скоростью.

Из всех названных выше научных фактов об ускорении времени можно сделать вывод, что этот процесс на Земле действительно заметен для некоторых людей. Однако это не значит, что в сутках вдруг станет меньше часов. Для человека изменится лишь его ощущение течения времени.

Возможна ли сверхсветовая скорость?

Наверное, всем – даже людям, далеким от физики, – известно, что предельно возможной скоростью движения материальных объектов или распространения любых сигналов является скорость света в вакууме.

Она обозначается буквой c и составляет почти 300 тысяч километров в секунду; точная величина с = 299 792 458 м/с.

Скорость света в вакууме – одна из фундаментальных физических констант.

Невозможность достижения скоростей, превышающих с, вытекает из специальной теории относительности (СТО) Эйнштейна.

Если бы удалось доказать, что возможна передача сигналов со сверхсветовой скоростью, теория относительности пала бы. Пока что этого не случилось, несмотря на многочисленные попытки опровергнуть запрет на существование скоростей, больших с.

Однако в экспериментальных исследованиях последнего времени обнаружились некоторые весьма интересные явления, свидетельствующие о том, что при специально созданных условиях можно наблюдать сверхсветовые скорости и при этом принципы теории относительности не нарушаются.

Для начала напомним основные аспекты, относящиеся к проблеме скорости света. Прежде всего: почему нельзя (при обычных условиях) превысить световой предел?

Потому, что тогда нарушается фундаментальный закон нашего мира – закон причинности, в соответствии с которым следствие не может опережать причину.

Никто никогда не наблюдал, чтобы, например, сначала замертво упал медведь, а потом выстрелил охотник. При скоростях же, превышающих с, последовательность событий становится обратной, лента времени отматывается назад. В этом легко убедиться из следующего простого рассуждения.

Предположим, что мы находимся на неком космическом чудо-корабле, движущемся быстрее света. Тогда мы постепенно догоняли бы свет, испущенный источником во все более и более ранние моменты времени.

Сначала мы догнали бы фотоны, испущенные, скажем, вчера, затем – испущенные позавчера, потом – неделю, месяц, год назад и так далее. Если бы источником света было зеркало, отражающее жизнь, то мы сначала увидели бы события вчерашнего дня, затем позавчерашнего и так далее. Мы могли бы увидеть, скажем, старика, который постепенно превращается в человека средних лет, затем в молодого, в юношу, в ребенка…

То есть время повернуло бы вспять, мы двигались бы из настоящего в прошлое. Причины и следствия при этом поменялись бы местами.

Хотя в этом рассуждении полностью игнорируются технические детали процесса наблюдения за светом, с принципиальной точки зрения оно наглядно демонстрирует, что движение со сверхсветовой скоростью приводит к невозможной в нашем мире ситуации.

Однако природа поставила еще более жесткие условия: недостижимо движение не только со сверхсветовой скоростью, но и со скоростью, равной скорости света, – к ней можно только приближаться.

Из теории относительности следует, что при увеличении скорости движения возникают три обстоятельства: возрастает масса движущегося объекта, уменьшается его размер в направлении движения и замедляется течение времени на этом объекте (с точки зрения внешнего «покоящегося» наблюдателя).

При обычных скоростях эти изменения ничтожно малы, но по мере приближения к скорости света они становятся все ощутимее, а в пределе – при скорости, равной с, – масса становится бесконечно большой, объект полностью теряет размер в направлении движения и время на нем останавливается.

Поэтому никакое материальное тело не может достичь скорости света. Такой скоростью обладает только сам свет! (А также «всепроникающая» частица – нейтрино, которая, как и фотон, не может двигаться со скоростью, меньшей с.)

Теперь о скорости передачи сигнала. Здесь уместно воспользоваться представлением света в виде электромагнитных волн.

Что такое сигнал? Это некая информация, подлежащая передаче.

Идеальная электромагнитная волна – это бесконечная синусоида строго одной частоты, и она не может нести никакой информации, ибо каждый период такой синусоиды в точности повторяет предыдущий.

Скорость перемещения фазы cинусоидальной волны – так называемая фазовая скорость – может в среде при определенных условиях превышать скорость света в вакууме.

Здесь ограничения отсутствуют, так как фазовая скорость не является скоростью сигнала – его еще нет. Чтобы создать сигнал, надо сделать какую-то «отметку» на волне. Такой отметкой может быть, например, изменение любого из параметров волны – амплитуды, частоты или начальной фазы. Но как только отметка сделана, волна теряет синусоидальность. Она становится модулированной, состоящей из набора простых синусоидальных волн с различными амплитудами, частотами и начальными фазами – группы волн.

Скорость перемещения отметки в модулированной волне и является скоростью сигнала. При распространении в среде эта скорость обычно совпадает с групповой скоростью, характеризующей распространение вышеупомянутой группы волн как целого (см. «Наука и жизнь» № 2, 2000 г.). При обычных условиях групповая скорость, а следовательно, и скорость сигнала меньше скорости света в вакууме. Здесь не случайно употреблено выражение «при обычных условиях», ибо в некоторых случаях и групповая скорость может превышать с или вообще терять смысл, но тогда она не относится к распространению сигнала. В СТО устанавливается, что невозможна передача сигнала со скоростью, большей с.

Почему это так? Потому, что препятствием для передачи любого сигнала со скоростью больше с служит все тот же закон причинности.

Представим себе такую ситуацию. В некоторой точке А световая вспышка (событие 1) включает устройство, посылающее некий радиосигнал, а в удаленной точке В под действием этого радиосигнала происходит взрыв (событие 2). Понятно, что событие 1 (вспышка) – причина, а событие 2 (взрыв) – следствие, наступающее позже причины. Но если бы радиосигнал распространялся со сверхсветовой скоростью, наблюдатель вблизи точки В увидел бы сначала взрыв, а уже потом – дошедшую до него со скоростью с световую вспышку, причину взрыва. Другими словами, для этого наблюдателя событие 2 совершилось бы раньше, чем событие 1, то есть следствие опередило бы причину.

Уместно подчеркнуть, что «сверхсветовой запрет» теории относительности накладывается только на движение материальных тел и передачу сигналов.

Во многих ситуациях возможно движение с любой скоростью, но это будет движение не материальных объектов и не сигналов. Например, если взять фонарик (или, скажем, лазер, дающий узкий луч) и быстро описать им в воздухе дугу, то линейная скорость светового зайчика будет увеличиваться с расстоянием и на достаточно большом удалении превысит с. Световое пятно переместится между точками А и В со сверхсветовой скоростью, но это не будет передачей сигнала из А в В, так как такой световой зайчик не несет никакой информации о точке А.

Казалось бы, вопрос о сверхсветовых скоростях решен. Но в 60-х годах двадцатого столетия физиками-теоретиками была выдвинута гипотеза существования сверхсветовых частиц, названных тахионами. Это очень странные частицы: теоретически они возможны, но во избежание противоречий с теорией относительности им пришлось приписать мнимую массу покоя. Физически мнимая масса не существует, это чисто математическая абстракция. Однако это не вызвало особой тревоги, поскольку тахионы не могут находиться в покое – они существуют (если существуют!) только при скоростях, превышающих скорость света в вакууме, а в этом случае масса тахиона оказывается вещественной. Здесь есть некоторая аналогия с фотонами: у фотона масса покоя равна нулю, но это просто означает, что фотон не может находиться в покое – свет нельзя остановить.

Наиболее сложным оказалось, как и следовало ожидать, примирить тахионную гипотезу с законом причинности. Попытки, предпринимавшиеся в этом направлении, хотя и были достаточно остроумными, не привели к явному успеху. Экспериментально зарегистрировать тахионы также никому не удалось. В итоге интерес к тахионам как к сверхсветовым элементарным частицам постепенно сошел на нет.

Работы последних лет показывают, что при определенных условиях сверхсветовая скорость действительно может иметь место. Но что именно движется со сверхсветовой скоростью? Теория относительности, как уже упоминалось, запрещает такую скорость для материальных тел и для сигналов, несущих информацию. Тем не менее некоторые исследователи весьма настойчиво пытаются продемонстрировать преодоление светового барьера именно для сигналов.

Причина этого кроется в том, что в специальной теории относительности нет строгого математического обоснования (базирующегося, скажем, на уравнениях Максвелла для электромагнитного поля) невозможности передачи сигналов со скоростью больше с. Такая невозможность в СТО устанавливается, можно сказать, чисто арифметически, исходя из эйнштейновской формулы сложения скоростей, но фундаментальным образом это подтверждается принципом причинности.

Сам Эйнштейн, рассматривая вопрос о сверхсветовой передаче сигналов, писал, что в этом случае «…мы вынуждены считать возможным механизм передачи сигнала, при использовании которого достигаемое действие предшествует причине. Но, хотя этот результат с чисто логической точки зрения и не содержит в себе, по-моему, никаких противоречий, он все же настолько противоречит характеру всего нашего опыта, что невозможность предположения V > с представляется в достаточной степени доказанной».

Принцип причинности – вот тот краеугольный камень, который лежит в основе невозможности сверхсветовой передачи сигналов.

И об этот камень, по-видимому, будут спотыкаться все без исключения поиски сверхсветовых сигналов, как бы экспериментаторам не хотелось такие сигналы обнаружить, ибо такова природа нашего мира.

Приведено с сокращениями – источник

ЕЩЁ МАТЕРИАЛЫ ПО ТЕМЕ:

1. Размеры Вселенной

2. Представление о Времени

3. Вселенная – справочные величины

«Как время останавливается?» | Planetarium


«Я слышал, что теория относительности Эйнштейна утверждает, что время можно остановить. Верно ли это, и если это так, то как вы это делаете и что вы испытываете, когда время останавливается?»

Простой ответ: «Да, время можно остановить. Все, что вам нужно сделать, это путешествовать со скоростью света».

Правда, практика немного сложнее.

Решение этого вопроса требует более тщательного изложения специальной теории относительности, первой из двух теорий относительности Эйнштейна.(Особый — 1905; Общий — 1916). Специальная теория относительности относится именно к свету. Фундаментальный принцип заключается в том, что скорость света постоянна во всех инерциальных системах отсчета, отсюда и обозначение «c» применительно к свету. Если сформулировать этот принцип более дружелюбно, это означает, что скорость светового луча остается неизменной, даже если наблюдатель движется относительно нее. Эта последовательность совершенно чужда нам, обитателям макроскопического мира, потому что кажется, что скорость автомобиля увеличивается, если кто-то движется к нему, и кажется, уменьшается, если человек удаляется от него.У Света другое поведение.

Мы знаем, что скорость объекта или светового луча измеряет расстояние, пройденное с течением времени. Как мы можем согласовать эту взаимосвязь с тем фактом, что измеренная скорость светового луча остается постоянной для всех наблюдателей, движущихся или неподвижных? Замедление времени влияет на это согласование.

Время на движущихся сосудах замедляется: чем больше скорость, тем больше замедление времени. Только когда такие скорости * приближаются к скорости света, такие эффекты становятся значительными.Если бы — и это одна из тех экстремальных ИФ — судно могло достичь скорости света, время на борту корабля вообще прекратилось бы. Любой человек на этом судне вообще ничего не испытает. Хотя Спок и Кирк могут обмениваться колкостями и остротами в процессе деформации, в реальном мире у них совсем нет времени. Скажем, немного поиграем с этим фантастическим миром, что судно движется со скоростью света с настоящего момента (2014) до 2214 года. Для нас прошло бы две сотни лет. На судне совсем не будет времени. То, что было бы двумя веками на Земле, на корабле было бы мгновенным.

Крайне странно, но теоретически верно.

Теперь нам испортился момент неким прагматизмом: разогнать корабль до такой скорости невозможно, по крайней мере, с нашей технологией. Проблема в том, что масса судна также увеличивается с увеличением скорости. Судно на скорости света будет иметь бесконечную массу! Специальная теория относительности показывает, что масса судна увеличивается, длина сокращается с увеличением скорости. Замедление времени — не единственный эффект.

Самые быстрые искусственные корабли, Helios Probes I и II, установили гелиоцентрические орбиты, которые были ближе к Солнцу, чем Меркурий. Следовательно, они развивали скорость более 170 000 миль в час. Здесь мы отдаем должное Sun и инженерам за эти впечатляющие скорости. Однако даже зонды Helios двигались со скоростью менее 1/3600 световой: это не особо впечатляюще по стандартам Звездного Флота.

Сможем ли мы когда-нибудь построить звездолеты, способные развивать скорость света? (Поступая таким образом, мы могли бы отправлять людей в отдаленные места, не беспокоясь о том, что они стареют в пыль и не действуют друг другу на нервы.) Сегодня мы не можем, но кто знает, чего люди в конечном итоге достигнут? Мы очень на это надеемся.

* Использование терминов «скорость» и «скорость» как синонимы не является нарушением отлучения от церкви, но его следует избегать. Скорость — это скалярная величина: 100 миль в час или 90 километров в секунду — обе скорости: значения без указания направления. В то время как 100 миль в час к востоку от полицейских казарм — это мера скорости, так как она включает направление. Мы используем их как синонимы из чистой лени.

3 способа перемещения фундаментальных частиц со скоростью (почти) света

Путешествие со световой скоростью — один из основных элементов научной фантастики в космосе.Ни один фильм «Звездные войны» не кажется законченным, пока «Тысячелетний сокол» (или корабль-соперник) не использует свой гипердвигатель. И многим поклонникам «Звездного пути» нравится говорить об относительной скорости прыжка по звездной системе USS Enterprise по сравнению со скоростями других кораблей Федерации.

Но в реальной жизни физика мешает. Специальная теория относительности Эйнштейна по существу устанавливает ограничение скорости космических путешествий; насколько мы можем судить, ничто не движется быстрее скорости света. Хуже того, любой объект, обладающий массой, имеет тенденцию становиться все более и более массивным — замедляя скорость объекта — по мере приближения к скорости света.Итак, насколько нам известно, только маленькие частицы могут достигать скорости, близкой к скорости света.

Сто лет назад, 29 мая 1919 года, ученые провели измерения солнечного затмения , которые подтвердили работу Эйнштейна. Чтобы отметить это событие, НАСА предложило три способа ускорения частиц до невероятной скорости в новом заявлении .

Связано: Почему у нас еще нет гипердвигателя «Звездных войн»?

Электромагнитные поля

Солнце — дурацкая среда для изучения физики, потому что она настолько экстремальна по сравнению с Землей.Это также настоящая лаборатория, показывающая, как происходят ядерные реакции. Это также пример среды с электромагнитными полями, которые, как указывает НАСА, представляют собой ту же силу, которая не дает магнитам упасть с вашего холодильника.

Магнитные поля и электрические поля работают вместе для ускорения частиц с помощью электрического заряда. Этот заряд позволяет электромагнитным полям толкать частицы — иногда со скоростью, приближающейся к скорости света.

Мы можем даже смоделировать этот процесс на Земле.Огромные ускорители частиц (например, в Национальной ускорительной лаборатории Ферми Министерства энергетики или в Большом адронном коллайдере Европейской организации ядерных исследований ) создают импульсные электромагнитные поля. Эти поля ускоряют заряженные частицы со скоростью, близкой к скорости света. Затем ученые часто сталкивают эти частицы вместе, чтобы увидеть, какие частицы и энергия выделяются.

Через доли секунды после этих столкновений мы можем быстро наблюдать элементарные частицы, которые были вокруг в первые несколько секунд после образования Вселенной.(Это событие, , названное Большим взрывом , произошло около 13,8 миллиарда лет назад.)

Магнитные взрывы

Солнце также является местом явления, называемого солнечными вспышками . Танцы над солнечной поверхностью — это клубок магнитных полей. Иногда эти поля пересекаются и ломаются, отправляя с поверхности шлейфы солнечного материала, а иногда и заряженные частицы.

«Когда напряжение между пересеченными линиями становится слишком большим, линии резко ломаются и перестраиваются в процессе, известном как магнитное пересоединение», — говорится в заявлении представителей НАСА.«Быстрое изменение магнитного поля региона создает электрические поля, которые заставляют все сопутствующие заряженные частицы отлетать с высокой скоростью».

Частицы, стекающие с Солнца, могут ускоряться со скоростью, близкой к скорости света, выбрасываемые Солнцем благодаря магнитному пересоединению. Одним из примеров таких объектов является солнечный ветер , постоянный поток заряженных частиц, которые солнце испускает в солнечную систему. (Могут быть и другие факторы, ускоряющие эти частицы, например, взаимодействие волны с частицами, что объясняется в следующем разделе этой статьи.)

Магнитное пересоединение, вероятно, также происходит на больших планетах, таких как Юпитер и Сатурн. Ближе к дому НАСА изучает пересоединение магнитного поля у Земли с помощью программы Magnetospheres Multiscale , которая измеряет магнитное поле нашей планеты с помощью четырех космических аппаратов. По словам представителей НАСА, результаты могут быть полезны для лучшего понимания того, как частицы ускоряются во Вселенной.

Взаимодействия волна-частица

Частицы также могут лететь с высокой скоростью при столкновении электромагнитных волн; это явление более технически называется взаимодействием волна-частица.

«Когда электромагнитные волны сталкиваются, их поля могут сжиматься. Заряженные частицы, подпрыгивая между волнами, могут набирать энергию, подобно мячу, прыгающему между двумя сливающимися стенами», — заявили представители НАСА.

Эти взаимодействия происходят по всей вселенной. Вблизи Земли миссии НАСА, такие как зонд Ван Аллена , наблюдают за взаимодействием волны с частицами, чтобы лучше прогнозировать движение частиц и защищать электронику на спутниках. Это потому, что высокоскоростные частицы могут повредить эти хрупкие детали космического корабля.

Сверхновые звезды или взрывы звезд также могут играть роль в более далеких взаимодействиях. Исследователи предположили, что после взрыва звезды она создает взрывную волну — оболочку из горячего и плотного сжатого газа — которая с большой скоростью удаляется от ядра звезды. Эти пузыри наполнены заряженными частицами и магнитными полями, что создает вероятную среду для взаимодействий волна-частица. Этот процесс может испускать космических лучей высокой энергии, состоящих из частиц, со скоростями, близкими к скорости света.

Следуйте за Элизабет Хауэлл в Twitter @howellspace . Следуйте за нами в Twitter @Spacedotcom и на Facebook .

Скорость света — RationalWiki

«» Куберт Фарнсворт : Это невозможно. Вы не можете двигаться быстрее скорости света.

Профессор Фарнсворт : Конечно, нет. Вот почему в 2208 году ученые увеличили скорость света.

—Futurama — «Мой собственный клон»


Скорость света (т.е. неструктурированный свет [1] в идеальном вакууме) — это числовая константа в физике, обычно обозначаемая буквой c . Это 299 792 458 м / с, , ровно , поскольку метр определяется как расстояние, которое свет проходит через вакуум за 1/299 792 458 секунды. [2] [3]

Скорость света считается «предельным космическим пределом скорости».Это потому, что массивные («массивные», как «имеющие массу», а не в просторечии «чертовски большие») частицы и объекты могут достигать скоростей, приближающихся к скорости света, но на самом деле никогда не достигают ее. Поскольку фотоны, составляющие свет, не обладают массой покоя, они не только могут перемещаться с этой скоростью, но и должны перемещаться с этой скоростью, — отсюда и название «скорость света» для обозначения c . Согласно специальной теории относительности и подтверждающим ее экспериментам, скорость света одинакова для всех инерциальных наблюдателей.

Когда свет проходит через материалы, такие как вода, воздух или стекло, фотоны (кванты света) действительно движутся медленнее, а в некоторых материалах их можно даже снизить до скорости простой ходьбы. Однако следует подчеркнуть, что это не имеет ничего общего с изменением самого c . При путешествии через вещество фотоны поглощаются промежуточными атомами, поднимая атомы до более высокого энергетического состояния, и эта энергия быстро высвобождается снова в виде фотонов (и некоторого количества тепла). Замедление эффективной скорости света вызвано задержкой между этими процессами поглощения и повторного излучения.

Современная наука [править]

Определение [править]

В 1983 году Генеральная конференция мер и весов (Генеральная конференция мер и весов, или CGPM) определила измеритель следующим образом: [4]

«» Метр — это длина пути, пройденного светом в вакууме за промежуток времени 1/299 792 458 секунды.

Поскольку метр определяется в терминах скорости света, это определение фиксирует скорость света на уровне 299 792 458 метров в секунду (м / с). [5]

Конечно, поскольку эти люди были европейцами, они настояли на правильном написании слова как «метр», но с этого момента мы бесцеремонно вернемся к «метру» Ноя Вебстера [6] .

Постоянство скорости света [править]

Возникает естественный вопрос: «Что дает CGPM право определять скорость света и единицу длины таким образом?» Ответ состоит в том, что скорость света в вакууме — универсальная постоянная; у него есть особенное свойство: все наблюдатели измеряют скорость света как c .Это свойство сильно отличает свет от, например, бейсбольного мяча. Предположим, бейсбольный питчер стоит в поезде, движущемся со скоростью 90 миль в час относительно земли. Питчер бросает фастбол со скоростью 90 миль в час в заднюю часть поезда. В то время как питчер и кто-либо еще в поезде будет измерять скорость бейсбольного мяча как 90 миль в час, наблюдатель на земле будет измерять скорость бейсбольного мяча как 0 миль в час — движение мяча по поезду компенсируется. что касается наблюдателей на местах.То есть казалось бы, что бейсбольный мяч висит в воздухе, пока его не догонит задняя стенка поезда. Точно так же, если питчер бросит мяч в другом направлении с той же скоростью, люди на земле увидят, что мяч движется со впечатляющей скоростью 180 миль в час, так как мяч будет набирать обороты от поезда, и скорости складываются. . Однако, если кувшин направит фонарик на заднюю часть поезда, он измерил бы скорость света как c … и наблюдатель на земле тоже.Та же аналогия работает и с боулерами в крикет.

Это постоянство скорости любого светового луча, измеренное любым наблюдателем, имеет чрезвычайно важное значение, и в результате физическая теория, описывающая это, является относительностью.

Некоторые из самых ранних экспериментальных подсказок о том, что c должен быть постоянным для всех наблюдателей, были получены из уравнений Максвелла. Эти математические формулы, объединяющие электричество и магнетизм, предсказывают существование электромагнитных волн, которые распространяются с определенной скоростью.Эту скорость можно вывести из уравнений путем измерения определенных физических констант, и в отличие от классической механики и примера с бейсбольным питчером, описанного выше, уравнение ничего не говорит, относительно того, относительно чего измеряется эта скорость. Свет может перемещаться в вакууме, и уравнения Максвелла просто говорят, какова его скорость, и ничего не говорят о «среде», относительно которой он измеряется, хотя некоторые действительно думали, что это будет легендарный эфир. Электромагнитные волны, предсказанные уравнениями Максвелла, оказались легкими, и эти уравнения считаются одним из величайших достижений математической физики.

Попытки разгадать тайну, содержащуюся в уравнениях Максвелла, путем экспериментальных измерений скорости света в разных направлениях, были отрицательными. Эксперимент Майкельсона-Морли стал первым подтверждением этого. Очевидный парадокс универсальной постоянной скорости оказался верным.

Максимальное ограничение скорости [править]

Скорость света считается пределом скорости — массивные объекты могут достигать скорости, сколь угодно близкой к скорости света, но никогда не могут ее достичь.Теория относительности предсказывает, что для ускорения объекта любой массы до скорости света потребуется бесконечное количество энергии — частицы без массы, однако, могут перемещаться со скоростью и только скорости света.

Было высказано предположение о существовании некоторых частиц быстрее скорости света, таких как тахионы . Тахионы, если бы они существовали, были бы ограничены «другой стороной» светового барьера; они будут ограничены скоростями быстрее , чем скорость света [7] [8] и потребуют бесконечного количества энергии, чтобы замедлить их до скорости света.

Световой год [править]

световых года — это расстояние, которое свет проходит за один юлианский [9] год в вакууме. Используя тот факт, что скорость света () = 299 792 458 м / с (это точно, поскольку метр определяется в терминах скорости света), световой год можно рассчитать с помощью анализа размеров (причудливый термин для «решить для x») равным (299 792 458 м / с × 3600 с / ч x 24 ч / сут × 365,25 д / г) = 9 460 миллиардов километров (9,46 × 10 15 метра).Эти фиксированные единицы были официально определены с 1984 года на основе единиц СИ (секунды для времени и скорости света), полученных из физических констант — общая и специальная теория относительности показывают необходимость в этом. До этого определения Международного астрономического союза (МАС) использовались солнечный год и измеренная скорость света, что давало немного другое значение.

Световой год обычно используется непрофессионалами, астрономами-любителями и авторами научной фантастики (которые также могут ссылаться на «световую минуту» или «световую секунду» для сравнительно меньших расстояний), в то время как профессиональные астрономы предпочитают использовать парсек. (~ 3.26 световых лет), так как он основан на движении параллакса в 1 угловую секунду, и поэтому его легче всего преобразовать в данные наблюдений.

Наносекунда иногда неофициально упоминается как «легкий фут», потому что расстояние, которое свет проходит за миллиардную долю секунды, составляет примерно 11,8 дюйма (299 792 458 метров, разделенные на 1 000 000 000, это почти 30 сантиметров).

Преодоление скорости света [править]

Это общепризнанный факт, что ничто не может двигаться быстрее света, поэтому его нельзя нарушить как ограничение скорости.Но это утверждение требует дальнейшего уточнения; материя, энергия и информация не могут двигаться быстрее света. Это означает, что есть случаи, когда скорость света может быть нарушена, но мы не можем обязательно что-либо с этим поделать. Эти исключения связаны с использованием свойств волн и являются как теоретическими, так и наблюдаемыми. Чтобы понять, как волны допускают это очевидное нарушение законов физики, представьте себе аналогию с волной цунами, проходящей через океан. Энергетическая волна, создаваемая цунами, может перемещаться по глубоким океанам со скоростью около 600 миль в час (970 км / ч), но сами молекулы воды имеют гораздо более низкие скорости — это не движение воды на самом деле, это движение энергетической волны. .То же самое наблюдается с электрическим током, где «электричество» может двигаться со скоростью света, но можно показать, что отдельные электроны представляют собой простой ходячий шаг.

Чтобы изменить скорость света, можно использовать свойства таких волн. [10] [11] Представьте себе ряд светодиодных индикаторов, мигающих последовательно от конца до конца, причем каждый из них мигает в течение короткого периода времени, когда через него проходит электрический ток. Как и в случае с цунами, отдельные огни не движутся, но создается волна «включенных» огней, которая движется со скоростью электрического тока, и эта волна движется со скоростью света.Но представьте, что вместо того, чтобы мигать сразу, каждый светодиод мигает с задержкой, которая уменьшается вдоль линии (представьте миллионы из них подряд). Первый светодиод имеет длительную задержку, и каждый из них впоследствии уменьшается, пока последний не мигает в момент достижения тока. Если задержки были установлены таким образом, что первый светодиод загорался, когда ток был наполовину, для волны потребуется столько же времени, чтобы пройти всю цепь, сколько требуется для тока, чтобы пройти только половину ее. Тогда движущаяся волна включенных огней превысила бы скорость света в два раза. [12]

Энергия, материя и информация не преодолели световой барьер в этом случае (информация о волне уже была передана на субсветовых скоростях), но движущаяся волна прошла быстрее, чем свет . Когда чудаки, занимающиеся анти-относительностью, пытаются опровергнуть Эйнштейна, говоря, что что-то превышает скорость света, они неизменно говорят об этом явлении. До сих пор так и было, но нам еще предстоит увидеть.

наблюдений нейтрино в 2011 г. [править]

Согласно непроверенным отчетам проекта Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus (OPERA) в Италии, объявленного в 2011 году, нейтрино могут путешествовать лишь на немного быстрее света.Конечно, как и вся наука, это нужно было сначала рецензировать, опубликовать в признанном журнале, а затем подтвердить с помощью воспроизводимых экспериментов. До тех пор, пока этот процесс не будет завершен, не будет никаких причин для слишком большого внимания к опубликованным результатам, поскольку «публикация на пресс-конференции» на самом деле не имеет хорошей истории; подумайте о провале холодного синтеза. Кроме того, для доказательства путешествия со скоростью, превышающей скорость света, потребуются доказательства, которых пока нет. Вероятно, этого не произошло. [13]

Реакция [править]

Со стороны более научно настроенного сообщества общая реакция была такова: «Время покажет». [14] [15] [16] Другие реакции на эту новость варьировались от приглушенного скептицизма до веселой острой реакции. Брайан Кокс, как постоянный научный руководитель BBC, высказался, чтобы призвать к осторожности и научить людей, как в первую очередь проверять результат. [17] Другой профессор и защитник поп-науки, Джим Аль-Халили, зашел так далеко, что сказал следующее (см. 2:46):

Конечно, хотя всем хотелось бы, чтобы это случилось, это маловероятно.Сам Кокс процитировал несколько возможностей, которые могли бы означать, что нейтрино «сокращают путь» через дополнительные измерения, так что не действительно преодолевает световой барьер, точно.

Тем временем сообщество вуа полностью приняло его. Защитники гомеопатии использовали ее как пример того, насколько наука «ошибочна» и, следовательно, , почему гомеопатия не может быть истинной . [18] Естественно, они, кажется, проигнорировали отсутствие доказательств гомеопатии, в то время как у нас есть предварительные доказательства того, что нейтрино движутся быстрее света.Подобные вещи, кажется, случаются всякий раз, когда наука оказывается «неправой». И все участники блога Islamic Awakening, казалось, путали это с опровержением атеизма и Большого взрыва. [19] Кто-то требует подтверждения. [20] Другие спрашивали, может ли такое общение на сверхсветовой скорости быть основой для психических явлений [21]

Возможности [править]

Наблюдалось несколько нейтрино от сверхновой SN 1987A, приходящих одновременно с фотонами света, [22] хотя, если нейтрино движутся быстрее света, они должны были прибыть раньше.Если другие нейтрино прибыли раньше, ученые могли не заметить их, потому что ученые не знали о сверхновой до того, как фотонов достигли Земли.

Могут ли ученые что-то упустить? Эти вещи, безусловно, возможны, вот почему наука подчиняется изучению сотен людей; в конечном итоге кто-то заметит очевидный изъян. Они из той же организации, которая год назад сообщала нам, что бозон Хиггса путешествует назад во времени и действует намеренно, чтобы саботировать собственное открытие.Другая простая возможность — это ошибка калибровки, связанная с релятивистскими поправками, необходимыми из-за вращения Земли. Это аналогично поправкам, примененным к спутникам GPS, но не было учтено, поскольку детекторы находились на земле, а не на орбите. Из-за этого поправка была бы намного меньше, порядка наносекунд, а не миллисекунд, но потенциально значительна. На arXiv были отправлены десятки статей, посвященных теме нейтрино, многие из которых постулируют эти простые решения, которые упустили из виду команда OPERA, но «правильный» ответ еще не был окончательно определен.

Заключение? [Править]

В феврале 2012 года выяснилось, что неисправное кабельное соединение могло быть причиной 60-наносекундного несоответствия между скоростью света и наблюдаемой скоростью нейтрино. В то же время были обнаружены и другие потенциальные трудности со сроками. [23] Затем, в марте, появилась статья (также на arXiv) о том, что долгожданная попытка репликации из эксперимента ICARUS (расположенного всего в нескольких метрах) дала отрицательный результат. [24] Они обнаружили, что их «результат [был] совместим с одновременным прибытием всех событий [как света, так и нейтрино] с одинаковой скоростью, как и световых.»

Реакция здесь тоже была неоднозначной, некоторые говорили, что это «дело закрыто». Другие, в том числе лауреат Нобелевской премии по физике Карло Руббиа (представитель проекта ICARUS), хотели дождаться дальнейшего подтверждения и открытия того, что именно пошло не так в эксперименте OPERA. BBC сообщила, что очень маловероятно, что нейтрино движутся быстрее света, и Джиму аль-Халили удалось спокойно уснуть. [25]

Досовременные представления о скорости света [править]

Древние греки [править]

Гипотезы о свете и его скорости восходят к Древней Греции.Одной из самых известных идей, пришедших из Греции в то время, была теория эмиссии, которая утверждала, что видение создается лучами света, исходящими из глаз человека. Эмпедокл Акраганский (492–432 до н.э.), по-видимому, считал, что скорость света конечна; однако Аристотель (384-322 до н.э.) не был убежден и приводил доводы в пользу бесконечной скорости, [26] , потому что, конечно, он это делал. Как и большинство греческих идей того времени, оба аргумента основывались только на чистом разуме, а не на эмпирической науке, но позиция Аристотеля — как и его позиция почти во всем — стала общепринятой точкой зрения и не подвергалась сомнению в течение почти 2000 лет.Это отстой, потому что Аристотель редко был прав в важных вещах.

Попытки измерений [править]

Иллюстрация Майкельсона к эксперименту Фуко: линза L формирует изображение щели S на сферическом зеркале M. Если зеркало R неподвижно, отраженное изображение щели преобразуется в исходное положение щели S, независимо от того, как наклоняется R, как показано на нижнем аннотированном рисунке. Однако, если R вращается быстро, временная задержка из-за конечной скорости света, движущегося от R к M и обратно к R, приводит к тому, что изображение щели S смещается.

В 1626 году Галилей попытался измерить скорость света с помощью двух наблюдателей с расположенными далеко друг от друга фонарями.К сожалению, скорость света слишком велика, чтобы ее можно было измерить с помощью этого метода, и лучшее, что мог сделать Галилей, заключалось в том, что свет движется как минимум в 10 раз быстрее звука.

Пятьдесят лет спустя, в 1676 году, Оле Рёмер использовал астрономические наблюдения лун Юпитера, чтобы определить, что скорость света конечна. Он рассчитал скорость 214 000 км / с, что составляет около 70 процентов от текущего принятого значения. Расхождение связано с неопределенностью Ремера в отношении расстояния от Земли до Солнца. [27]

Несколько других измерений были выполнены с использованием все более совершенных и точных методов (см. Таблицу). Примечательное измерение было выполнено Альбертом Майкельсоном в 1877 году, когда он измерил скорость, которая составила 299 910 ± 50 км / с. Это значение было стандартом около 40 лет. [27] Современные методы используют лазеры и прецизионное электронное оборудование, но поскольку скорость света теперь определена точно, и это измерение пространства относительно нее, поэтому попытка измерить скорость света стала довольно спорный вопрос.

Известные измерения скорости света [28]
Дата Следователь Метод Результат (км / с) Неопределенность
1626 Галилео Фонари открывающиеся> 10 × скорость звука
1676 Оле Рёмер Спутники Юпитера 214 000
1726 Джеймс Брэдли Звездная аберрация 301 000
1849 Арман Физо Зубчатое колесо 315 000
1862 Леон Фуко Вращающееся зеркало 298 000 ± 500
1877 Альберт Михельсон Вращающееся зеркало 299 910 ± 50
1926 Альберт Михельсон Вращающееся зеркало 299 796 ± 4
1973 Эвансон и др. Лазеры 299 792.4574 ± 0,001
1983 CGPM Определение [29] 299 792,458 0

Жестокое обращение со стороны фундаменталистов, реакционеров и лунатиков [править]

Многим современным фундаменталистам очень трудно признать, что скорость света настолько велика или постоянна, и они придумывают тщательно продуманные теорий, гипотез, противоречащих науке, ради своего библейского буквализма.

У них также есть проблема с тем, что мы можем видеть свет от звезд, находящихся на расстоянии миллиардов световых лет.

Проблема звездного света [править]

«Проблема звездного света» может быть кратко сформулирована следующим образом: есть видимые звезды, которые, как известно, находятся на расстоянии более 6000 световых лет, на основании метода переменных цефеид. [30] Поскольку скорость света постоянна, свет от этих звезд должен был достичь Земли более 6000 лет. Следовательно, Вселенной более 6000 лет.

Поскольку одна из главных целей креационизма — распространить его как науку, этот научный парадокс должен разрешить креационизм, чтобы даже заигрывать с идеей быть «научным». Хотя креационисты прилагают усилия для решения проблемы звездного света, это во многих смыслах «серебряная пуля» креационизма: в попытках решить неразрешимую проблему звездного света креационисты часто наталкиваются и приводят некоторые из своих наиболее явно ложных аргументов — даже Джейсона Лайла. , настоящий эксперт по астрофизике , настоящий , нанятый Answers in Genesis, не может сделать достойный удар в ее решении.Используя проблему звездного света, чтобы подтолкнуть креационистов к устойчивым, не вызывающим споров основаниям астрономии, стали очевидны некоторые из наиболее серьезных основных недостатков креационизма.

Тем не менее, как и любой отрицатель, хороший креационист никогда не признает поражения, даже перед лицом подавляющей логики об обратном. Поэтому креационисты придумали несколько способов преодолеть свой когнитивный диссонанс, пытаясь решить проблему звездного света. [31]

Их усилия обсуждаются и опровергаются ниже:

  1. Космология белой дыры: Бог поместил Землю в поле замедления времени во время шестидневного творения, что означает, что время для Земли замедлилось до шести дней, в то время как во внешней вселенной прошли миллионы лет.Таким образом, из миллиардов вселенских лет прошло шесть земных дней. Идиотизм этого аргумента очевиден: астрономия — это не Star Trek . Более того, этот аргумент неопровержим.
  2. Теория c-распада: раньше скорость света была выше. Эта «теория» неверна по нескольким причинам:
    • Лазерные дальномеры и цифровые часы, используемые с 1960-х годов, достаточно точны, чтобы обнаруживать даже небольшие скорости остаточного затухания, но их не наблюдается.
    • Основные физические константы не изменились сколько-нибудь заметно. [32]
    • Скорость света c — не просто изолированное значение; оно тесно связано с самой структурой пространства-времени, а также является решающим фактором в эквивалентности массы / энергии, заданной знаменитым уравнением Эйнштейна E = mc 2 . Более высокое значение c привело бы к гораздо большему выходу энергии от ядерных процессов (где масса преобразуется в энергию), делая невозможным существование тех самых звезд, свет которых креационисты пытаются объяснить.Поскольку мы действительно можем видеть эти звезды, мы также можем видеть, что ядерные процессы, подпитывающие эти звезды, одинаковы для всех звезд, независимо от расстояния.
    • «Ученый», стоящий за теорией c-распада, Барри Сеттерфилд, использует плохую математику и худшую научную методологию. [33]
    • Триангуляция опровергает это
  3. Гипотеза омфалоса: Бог создал звездный свет уже на пути к Земле, чтобы он выглядел так, как будто он исходит от звезд, находящихся гораздо дальше.Эта «гипотеза» неопровержима именно потому, что она ненаучна — невозможно разработать эксперимент, который может отличить настоящий звездный свет от идеальной имитации звездного света. И, как и другие доказательства существования старой Земли и старой вселенной, он не рисует очень дружелюбную картину Бога.

Хардкорные креационисты, кажется, не слишком останавливаются на самом очевидном решении этой проблемы: что Бог создал вселенную до того, как создал Землю. Это мнение часто встречается с вариантами креационизма Старой Земли, но оно не слишком привлекательно для более упорных фундаменталистов, возможно, потому, что это подразумевает, что люди — не самая важная вещь во всей вселенной, даже если вы всегда строите аквариум. перед тем, как добавить рыбу.

См. Также [править]

Ссылки [править]

  1. ↑ Скорость света в конце концов не такая постоянная: структура импульса может замедлять фотоны даже в вакууме Эндрю Грант (17:00, 17 января 2015 г.) Science News .
  2. Справочник по химии и физике 72-е изд. CRC Press: Бока-Ратон, 1991.
  3. ↑ Это кажется немного круглым? На самом деле, нет. Важная часть наших единиц измерения, будь то расстояние или электрический ток, заключается в том, что они сначала должны быть сопоставлены с чем-то.Наиболее объективный способ сделать это — определить эти измерения относительно различных физических констант, которые являются неизменными значениями, связанными со Вселенной.
  4. ↑ Так говорят эти французы.
  5. ↑ Для интересующихся секунда — это «длительность 9 192 631 770 периодов излучения, соответствующая переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия 133». Отсюда.
  6. ↑ Использование слова «метр » за пределами США относится исключительно к измерительным приборам (например,г. термометр), однако.
  7. ↑ Википедия на тахионах
  8. ↑ [1]
  9. ↑ Определяется как 365,25 дня, где 1 день определяется длиной 86400 секунд СИ.
  10. ↑ См. Статью в Википедии о фазовой скорости.
  11. ↑ См. Статью в Википедии о сверхсветовой скорости.
  12. ↑ Minute Physics — Как сломать скорость света
  13. ↑ ГЛАВНЫЕ НОВОСТИ: Ошибка отменяет результаты нейтрино быстрее света
  14. ↑ http://www.ft.com/cms/s/0/62ca7488-e5f4-11e0-b196-00144feabdc0.html? ftcamp = rss # axzz1Yqenkmpz
  15. ↑ http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-15017484
  16. ↑ http://www.waterstechnology.com/sell-side-technology/opinion/2111804/step-closer-messaging-faster-light-speed
  17. ↑ BBC News — Брайан Кокс об удивительной находке Церна со скоростью света
  18. ↑ Gaia-Health.com — Субъядерные частицы могут двигаться быстрее света. Кто сказал, что гомеопатия не работает?
  19. ↑ Islamic Awakening — Ученые «сломали» скорость света
  20. ↑ Можно ли обратить вспять время?
  21. ↑ Быстрее легких нейтрино? Комментарии
  22. ↑ http: // наследие.stsci.edu/1999/04/sn1987anino.html
  23. ↑ Сбои времени собачьего нейтрино
  24. ↑ Измерение скорости нейтрино детектором ICARUS на пучке CNGS
  25. ↑ Нейтрино со скоростью света в новом тесте Икара
  26. ↑ http://njsas.org/projects/speed_of_light/empedocles/index.html
  27. 27.0 27.1 http://galileo.phys.virginia.edu/classes/109N/lectures/spedlite.html
  28. ↑ http://njsas.org/projects/speed_of_light/index.html
  29. ↑ Нет, это не обман
  30. ↑ Star Distances, christiananswers.net
  31. ↑ http://www.conservapedia.com/Young_Earth_Creationism#Starlight_and_the_Age_of_the_Universe
  32. ↑ См., Например, это. статья об исторических свидетельствах истинно-постоянных констант.
  33. ↑ В этом эссе можно найти удобный отчет о провале теории c-распада.

Почему скорость света имеет значение

Когда на прошлой неделе физики объявили, что они обнаружили субатомные частицы, называемые нейтрино, которые, казалось, движутся быстрее скорости света, это казалось исключением из ограничения космической скорости, установленного специальной теорией относительности Альберта Эйнштейна.

Теория Эйнштейна, которую он предложил в 1905 году, описывает относительность движения, особенно движения всего, что движется со скоростью света или близкой к ней. В то время люди считали, что световые волны, так же как звуковые волны, океанские волны или ударные волны, должны проходить через среду. Но они считали, что световые волны проходят не через воздух, воду или землю, а через вещество под названием эфир, менее ощутимое, чем воздух, которое пронизывает Вселенную.

Ученые предположили, что законы физики будут отличаться для объекта, находящегося в состоянии покоя, по сравнению с эфиром, и, по словам Питера Галисона, профессора физики, с помощью соответствующих экспериментов можно будет выяснить, что действительно находится в состоянии покоя. и история науки в Гарвардском университете.[Искаженная физика: 7 поразительных открытий]

«Эйнштейн избавился от этого», — сказал Галисон. «Нет никаких физических свойств, которые соответствовали бы утверждению« Я действительно отдыхаю ». В этом и заключается суть специальной теории относительности «.

Другими словами, свойства физики для меня одинаковы, езжу я на велосипеде или сижу на скамейке в парке. Однако специальная теория относительности неприменима к ускорению. Эйнштейн займется этим позже в своей общей теории относительности.

Специальная теория относительности также основана на втором предположении, которое придает скорости света — 186 000 миль в секунду (300 миллионов метров в секунду) — в вакууме особый статус.Эйнштейн постулировал, что свет всегда движется с одинаковой скоростью для каждого наблюдателя, независимо от скорости этого наблюдателя, объяснил Галисон.

Итак, если у вас достаточно быстрая машина, теоретически вы можете догнать пулю. Но вы никогда не сможете догнать или даже уменьшить видимую скорость светового импульса, независимо от того, двигались вы к нему или от него.

Предельное ограничение скорости

Согласно теории Эйнштейна, скорость света становится своего рода предельным ограничением скорости.Фактически, объекты с массой, будь то автомобили или нейтрино, не могут достичь скорости света, потому что, согласно теории, им для этого потребуется бесконечная энергия.

Некоторые эксперименты, казалось, играли со скоростью света, но, по словам Галисона, эти эффекты иллюзорны. Свет, проходящий через различные среды, такие как охлажденный газ натрия, существенно замедляется, но это происходит потому, что свет отражается между атомами в среде. Но между взаимодействиями с атомами он все еще движется со скоростью 186 000 миль в секунду (300 миллионов метров в секунду), сказал он.

Утверждения о том, что можно продвигать свет со скоростью более 186 000 миль в секунду (300 миллионов метров в секунду), столь же иллюзорны, сказал Галисон.

Галисон использует гипотезу, чтобы объяснить почему. Если вы направите лазерную указку на поверхность Луны и проведете рукой по ней, разве это не будет означать, что яркая точка пересекает поверхность Луны со скоростью, превышающей скорость света? Нет, потому что на самом деле ничто не пересекает поверхность Луны — точка — это не настоящий объект, это просто серия фотонов в лазерном луче, падающих на поверхность.

«В течение 100 лет люди использовали эти и более изощренные парадоксы, чтобы попытаться сказать:« Ну разве нет способа превысить скорость света? »- сказал Галисон. «Обычно оказывается, что они связаны с ускоряющимся движением, которое на самом деле не является объектом» — например, яркое пятно лазерной указки — «или бесконечной энергией». Другими словами, читы.

В лаборатории исследователи могут создать впечатление, будто посылают свет со скоростью, превышающей установленную, путем настройки скорости, с которой гребни волны света распространяются в пространстве.Это, однако, не увеличивает скорость, с которой распространяется реальная электромагнитная информация — это выражается общей формой амплитуды волны.

Теория в железных оболочках?

С тех пор, как Эйнштейн ввел специальную теорию относительности, теория и особый статус, который она придает скорости света, казались железными.

До сих пор то есть. Ученые, работающие над экспериментом OPERA в лаборатории CERN в Швейцарии, излучали нейтрино в 454 милях (730 км) под землей в Италию и подсчитали, насколько быстро они совершили путешествие.Поразительно, но нейтрино, казалось, превышали скорость света на 60 миллиардных долей секунды. Открытие, кажется, противоречит последним 106 годам физики.

«Наше понимание совсем не изменилось, мы проводим чрезвычайно точные тесты специальной теории относительности с самых первых дней», — сказал Бен Монреаль, доцент физики Калифорнийского университета в Санта-Барбаре. «Специальная теория относительности успешно проходит испытания уже более 100 лет. Вот почему этот результат так удивителен и неожидан.»

Если результаты эксперимента OPERA окажутся удачными, последствия будут гораздо более умопомрачительными. Согласно специальной теории относительности, если что-то движется быстрее скорости света, оно движется назад во времени. Такое предположение может помешать Основное правило, по которому причина предшествует следствию, называемое причинностью.

«Причина, по которой многие физики очень равнодушны к этим утверждениям, заключается в том, что они могут сделать саму причинность очень проблематичной», — сказал Галисон. Другими словами, это поднимает перспективу путешествий во времени. .2. [Искаженная физика: 10 эффектов открытия, превышающего скорость света]

«По всем этим причинам людям понадобятся дополнительные доказательства, чтобы сделать вывод о том, что они сохранятся», — сказал Галисон.

Вы можете следить за LiveScience писателем Винн Парри в Twitter @Wynne_Parry . Следите за последними научными новостями и открытиями LiveScience в Twitter @livescience и на Facebook .

Ограничение космической скорости: почему мы не можем путешествовать со скоростью света?

Скорость света в вакууме — это абсолютный космический предел скорости. Ничто не может двигаться быстрее, чем 3,0 x 10 8 метра в секунду (это 300000000 м / с или 1080000000 км / ч!). Согласно законам физики, когда мы приближаемся к скорости света, мы должны выделять все больше и больше энергии, чтобы заставить объект двигаться. Чтобы достичь скорости света, вам понадобится бесконечное количество энергии, а это невозможно!

Вы когда-нибудь были в скором поезде или в самолете? Вы заметили, что во время поездки вы стали больше?

Возможно, вы слышали, что объект, движущийся со скоростью света, приобретает бесконечную массу.Но это не совсем так. На самом деле объект не набирает физическую массу, но ведет себя так же, как и. Например, если человек весом 65 кг путешествует со скоростью 50% скорости света, он будет вести себя так, как если бы его масса составляла 87 кг. На 90% они будут вести себя так, как если бы они весили 172 кг.

Итак, если масса не может двигаться со скоростью света, как же может свет? Свет состоит из фотонов, которые представляют собой безмассовых частиц, и поэтому им не требуется энергия для движения.

Если для перемещения световых частиц не требуется никаких усилий, почему фотоны не могут двигаться быстрее скорости света?

Замедление времени.Время замедляется, когда вы приближаетесь к скорости света, а когда вы ее достигаете, время останавливается. Для фотона нет времени, все происходит мгновенно. Пытаться заставить фотон двигаться быстрее скорости света — все равно что остановить машину и попытаться ехать медленнее. Это невозможно!

Замедление времени постоянно влияет на нас в повседневной жизни, но его влияние настолько незначительно, что мы не можем его увидеть. Согласно теории относительности, «движущиеся часы идут медленно». Это означает, что если вы сбросите часы со скалы, время, которое они покажут, будет немного отстать от часов, которые не были сброшены со скалы.Так обстоит дело со всеми часами, механическими и биологическими. На самом деле вы стареете медленнее на таких высоких скоростях, но вам придется ехать довольно быстро, чтобы заметить большую разницу. Например, тот, кто был на международной космической станции в течение 6 месяцев, будет старше на 0,005 секунды, чем кто-то здесь, на Земле. МКС облетает Землю каждые 90 минут, но это всего лишь 0,003% скорости света. Если бы вы путешествовали на космическом корабле со скоростью 98% от скорости света всего несколько минут, для ваших друзей на Земле прошли бы десятилетия.

Если бы мы могли видеть, что происходит, человек, движущийся к вам со скоростью света, казался бы синим, поскольку световые волны, которые отражаются от него и попадают в ваш глаз, сжимались бы и уплотнялись вместе, делая длину волны короче. Мы называем это синим смещением. Точно так же, если бы человек удалялся от вас, световые волны растягивались бы, увеличивая длину волны, и они казались бы красными, и мы называем это красным смещением. Для человека, путешествующего со скоростью света, все перед ним будет сплющено в нечто похожее на размытый туннель, внешнее кольцо туннеля будет красным, а внутреннее — синим.

Если вы хотите глубже погрузиться в науку о свете, загляните в нашу Эврику! Галерея и попробуйте наш цифровой световой сенсорный стол.

со скоростью света — Dimrain47 от Valhalla

Мне потребовалось 4 с четвертью года, чтобы победить жажду крови, черт побери, это дерьмо было сумасшедшим

booblast

кровожадность быть похожей: ха-ха автокликер идти BRRRRRRRRRRRRRRRR

Лол, я победил, но это практически невозможно без мыши

2 на кровавой бане les goo

смерть в 1 🙁

Я очень доволен своим 1% на BloodLust, так что близко 🙁

материал кошмаров

100%

Можжевельник победил кровавую баню: D

Комментарий Майка

К 2020 году привет 2021

@ indigomer-gd lmfaooo

Комментарий negan

@ user-268780408: лол ты все еще играешь в это дерьмо XD

Музыка босса конца 2020 года

Кто еще не может пройти 92% в режиме практики?

Комментарий Майка

Конец на уровне гео… У меня 14%

Комментарий Майка

Я создаю своего экстремистского демона очень сложно. Конечное имя — неееет музыка env-anubis

Комментарий Майка

На уровне демона экстремизма у меня 14%

Комментарий Майка

Охохохох

Комментарий от S

это кошмары

Это нормально ig

Комментарий от JEFM

трещина

Комментарий от JEFM

etzer

Комментарий от JEFM

Мичигун

Комментарий от JEFM

лучшая часть

Комментарий от JEFM

@ adam3752yt gg

Комментарий от JEFM

@ привет-тек-9412186 мне

Уровень дерьмо

@ andre-price-168210045: я тоже

моя любимая часть

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *