Viteza luminii

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 4 aprilie 2022; verificările necesită 24 de modificări .

valori exacte
lumina solară necesară în medie [Ed. 1] 8 minute și 17 secunde pentru a ajunge pe Pământ
metri pe secundă	299 792 458
unități Planck	unu
valori aproximative
kilometri pe secundă	300 000
kilometri pe ora	1,08 miliarde
unități astronomice pe zi	173
timpul de parcurs aproximativ al luminii de semnalizare
distanţă	timp
un metru	3,3 ns
un kilometru	3,3 µs
de pe orbita geostaționară până la Pământ	119 ms
lungimea ecuatorului terestru	134 ms
de la lună la pământ	1.255 s
de la Soare la Pământ (1 UA )	8,3 min.
Voyager 1 spre Pământ	21 de ore și 49 de minute (din septembrie 2022) [1]
un an lumină	1 an
un parsec	3,26 ani
de la Proxima Centauri la Pământ	4,24 ani
de la Alpha Centauri la Pământ	4,37 ani
de la cea mai apropiată galaxie ( Galaxia Pitică în Canis Major ) până la Pământ	25.000 de ani
prin calea lactee	100.000 de ani
din galaxia Andromeda spre Pământ	2,5 Ma
de la cea mai îndepărtată galaxie cunoscută până la Pământ	13,4 Ga [2]

Viteza luminii în vid [Aprox. 2] este valoarea absolută a vitezei de propagare a undelor electromagnetice , exact egală cu 299.792.458 m/s (sau aproximativ 3×10 8 m/s). În fizică , este desemnat în mod tradițional prin litera latină „ ” $c$ (pronunțată „tse”), din lat. celeritas (viteză).

Viteza luminii în vid este o constantă fundamentală , independentă de alegerea sistemului de referință inerțial (ISO) . Se referă la constantele fizice fundamentale care caracterizează nu doar corpurile sau câmpurile individuale, ci și proprietățile geometriei spațiu-timp în ansamblu [3] . De la postulatul cauzalității (orice eveniment poate afecta doar evenimentele care au loc mai târziu decât acesta și nu poate afecta evenimentele care au avut loc înaintea lui [4] [5] [6] ) și postulatul teoriei relativității speciale despre independența viteza luminii în vid din alegerea cadrului de referință inerțial (viteza luminii în vid este aceeași în toate sistemele de coordonate care se deplasează rectiliniu și uniform unul față de celălalt [7] ) rezultă că viteza oricărui semnal și a unei particule elementare nu poate depăși viteza luminii [8] [9] [6] . Astfel, viteza luminii în vid este viteza limită a particulelor și propagarea interacțiunilor.

În vid

Cea mai precisă măsurătoare a vitezei luminii, 299.792.458 ± 1,2 m / s , pe baza unui metru de referință , a fost făcută în 1975 [Notă. 3] .

În prezent, se crede că viteza luminii în vid este o constantă fizică fundamentală , prin definiție, exact egală cu 299.792.458 m/s , sau 1.079.252.848,8 km/h . Precizia valorii se datorează faptului că din 1983, contorul în Sistemul Internațional de Unități (SI) a fost definit ca distanța pe care lumina o parcurge în vid într-un interval de timp egal cu 1/299.792.458 secunde [11] .

În sistemul Planck de unități , viteza luminii în vid este 1. Putem spune că lumina parcurge 1 lungime Planck în timpul Planck , dar în sistemul Planck de unități, viteza luminii este unitatea de bază, iar unitățile a timpului și a distanței sunt derivate (spre deosebire de SI , unde principalele sunt metrul și al doilea ). $c$

În natură, la viteza luminii, se propagă (în vid):

lumina efectiv vizibilă , precum și alte tipuri de radiații electromagnetice ( unde radio , raze X , raze gamma etc.). Legile lui Maxwell prezic propagarea undelor electromagnetice în vid la o viteză , unde și sunt constantele electrice și magnetice ; $c=1/{\sqrt {\epsilon _{0}\mu _{0)))$ $\epsilon_0$ $\mu_{0}$
probabil - unde gravitaționale (confirmate experimental cu o precizie de -3 × 10 -15 până la +0,7 × 10 -15 , adică compatibile cu zero în cadrul erorii [12] ).

Particulele masive pot avea o viteză apropiată de viteza luminii [Notă. 4] , dar tot nu ajungem exact la el. De exemplu, viteza aproape de lumină, cu doar 3 m/s mai mică decât viteza luminii, au particule masive ( protoni ) obținute la accelerator ( Large Hadron Collider ) sau incluse în razele cosmice .

În fizica modernă, afirmația că un efect cauzal nu poate fi transferat cu o viteză mai mare decât viteza luminii în vid (inclusiv prin transferul unui astfel de efect de către un corp fizic) este considerată întemeiată. Există, totuși, problema „ stărilor încurcate ” ale particulelor, care par să „cunosc” reciproc starea instantaneu . Totuși, în acest caz, transmisia superluminală a informațiilor nu are loc , deoarece pentru a transmite informații în acest mod, este necesar să se implice un canal de transmisie clasic suplimentar la viteza luminii [Notă. 5] .

Deși, în principiu, mișcarea unor obiecte cu o viteză mai mare decât viteza luminii în vid este destul de posibilă, totuși, din punct de vedere modern, acestea pot fi doar obiecte care nu pot fi folosite pentru a transfera informații cu mișcarea lor. (de exemplu, o rază de soare în principiu, se poate deplasa de-a lungul peretelui cu o viteză mai mare decât viteza luminii, dar nu poate fi folosită pentru a transfera informații cu o asemenea viteză dintr-un punct al peretelui în altul) [13] .

Într-un mediu transparent

Viteza luminii într-un mediu transparent este viteza cu care lumina se deplasează într-un mediu diferit de vid . Într-un mediu cu dispersie , se disting faza și viteza de grup .

Viteza de fază raportează frecvența și lungimea de undă a luminii monocromatice într-un mediu ( ). Această viteză este de obicei (dar nu neapărat) mai mică de . Raportul dintre viteza luminii în vid și viteza de fază a luminii într-un mediu se numește indicele de refracție al mediului. Dacă frecvența unghiulară a unei unde într-un mediu depinde de numărul de undă într -un mod neliniar, atunci viteza de grup este egală cu prima derivată , în contrast cu viteza de fază . [paisprezece] $\lambda ={\frac {c}{\nu }}$ $c$ $\omega$ $k$ ${\frac {\partial \omega {\partial k)}$ ${\frac {\omega {k)}$

Viteza de grup a luminii este definită ca viteza de propagare a bătăilor între două unde cu o frecvență similară și într-un mediu de echilibru este întotdeauna mai mică . Cu toate acestea, în mediile neechilibrate, de exemplu, mediile puternic absorbante, poate depăși . În acest caz, totuși, marginea anterioară a pulsului se mișcă în continuare cu o viteză care nu depășește viteza luminii în vid. Ca urmare, transmiterea superluminală a informațiilor rămâne imposibilă. $c$ $c$

Armand Hippolyte Louis Fizeau a demonstrat prin experiență că mișcarea unui mediu în raport cu un fascicul de lumină poate afecta și viteza de propagare a luminii în acest mediu.

Derivarea vitezei luminii din ecuațiile lui Maxwell

Ecuațiile lui Maxwell în formă diferențială:

$\operatorname {putrezire} \mathbf {E} =-{\frac {\partial \mathbf {B} }{\partial t))$

$\operatorname {putrecerea} \mathbf {H} =\mathbf {j} +{\frac {\partial \mathbf {D} }{\partial t))$

$\operatorname {div} \mathbf {B} =0$

$\operatorname {div} \mathbf {D} =\rho$

$\mathbf {B} =\mu \mu _{0}\mathbf {H}$

$\mathbf {D} =\varepsilon \varepsilon _{0}\mathbf {E}$

$\mathbf {E}$ - vectorul intensității câmpului electric

$\mathbf {H}$ - vectorul intensității câmpului magnetic

$\mathbf {B}$ - vector de inducție magnetică

$\mathbf {D}$ - inducție electrică vectorială

$\mu$ - permeabilitatea magnetică

$\mu_{0}$ - constantă magnetică

$\varepsilon$ - permeabilitatea electrică

$\varepsilon_{0}$ - constanta electrica

$\mathbf {j}$ - densitatea curentă

$\rho$ - densitatea de încărcare

$\operatorname{rot}$ - rotor , operator diferential, $\operatorname {putrecerea} \mathbf {E} =\mathbf {\nabla} \times \mathbf {E} ={\begin{vmatrix}\mathbf {i} și\mathbf {j} și\mathbf {k } \\{\frac {\partial }{\partial x))&{\frac {\partial }{\partial y))&{\frac {\partial }{\partial z))\\E_{x} &E_{y}&E_{z}\end{vmatrix}}=\left({\frac {\partial E_{z}}{\partial y}}-{\frac {\partial E_{y}}{\partial z}}\right)\mathbf {i} +\left({\frac {\partial E_{x}}{\partial z}}-{\frac {\partial E_{z}}{\partial x}} \right)\mathbf {j} +\left({\frac {\partial E_{y}}{\partial x}}-{\frac {\partial E_{x}}{\partial y}}\right) \mathbf {k}$

$\operatorname {div}$ - divergenta , operator diferential, $\operatorname {div} \mathbf {E} =\nabla \cdot \mathbf {E} ={\frac {\partial E_{x}}{\partial x}}+{\frac {\partial E_{ y}}{\partial y}}+{\frac {\partial E_{z}}{\partial z}}$

$\Delta$ este operatorul Laplace, , $\Delta ={\frac {\partial ^{2}}{\partial x^{2}}}+{\frac {\partial ^{2}}{\partial ^{2}}}+ {\frac {\partial ^{2}}{\partial z^{2}}}$ $\Delta \mathbf {E} =\Delta E_ {x}\mathbf {i} +\Delta E_{y}\mathbf {j} +\Delta E_{z}\mathbf {k}$

Pentru o undă electromagnetică , deci: $\mathbf {j} =0$ $\rho =0$

$\operatorname {putrezire} \mathbf {H} = {\frac {\partial \mathbf {D} }{\partial t))$

$\operatorname {div} \mathbf {D} =\varepsilon \varepsilon _{0}\operatorname {div} \mathbf {E} =0$

Conform proprietății câmpului vectorial curl . Înlocuind aici și , obținem: $\operatorname {putrecerea} \operatorname {putrecerea} \mathbf {E} =\mathbf {\operatorname {grad} } (\operatorname {div} \mathbf {E} )-\Delta E$ $\operatorname {putrezire} \mathbf {E} =-{\frac {\partial \mathbf {B} }{\partial t))$ $\operatorname {div} \mathbf {E} =0$

$\operatorname {putrezire} \left(-{\frac {\partial \mathbf {B} {\partial t))\right)=-\Delta \mathbf {E}$

$\Delta \mathbf {E} =\operatorname {putrezire} {\frac {\partial \mathbf {B} }{\partial t))$

$\Delta \mathbf {E} = {\frac {\partial }{\partial t)}\operatorname {putrezire} \mathbf {B}$

$\Delta \mathbf {E} =\mu \mu _{0}{\frac {\partial }{\partial t))\operatorname {putrece} \mathbf {H}$ înlocuim aici din ecuațiile lui Maxwell , obținem: $\operatorname {putrezire} \mathbf {H} = {\frac {\partial \mathbf {D} }{\partial t))$

$\Delta \mathbf {E} =\mu \mu _{0}{\frac {\partial }{\partial t))\left({\frac {\partial \mathbf {D} }{\partial t}}\dreapta)$

$\Delta \mathbf {E} =\mu \mu _{0}{\partial ^{2}\mathbf {D} \over \partial t^{2))$

$\Delta \mathbf {E} =\mu \mu _{0}\varepsilon \varepsilon _{0}{\partial ^{2}\mathbf {E} \over \partial t^{2))$ [3] (1)

Ecuația undei:

$\square \mathbf {E} =0$ , unde este operatorul d'Alembert , $\square$ $\square =\Delta -{\frac {1}{v^{2}}}{\frac {\partial ^{2}}{\partial t^{2}}}$

$\Delta \mathbf {E} -{\frac {1}{c^{2}}}{\frac {\partial ^{2}\mathbf {E} }{\partial t^{2}} }=0$

$\Delta \mathbf {E} ={\frac {1}{c^{2}}}{\frac {\partial ^{2}\mathbf {E} }{\partial t^{2}} }$ (2)

Inlocuim (1) in (2) , gasim viteza:

$c=1/{\sqrt {\mu \mu _{0}\epsilon \epsilon _{0)))$

$\epsilon _{0}=8{,}854\;187\;812\times 10^{-12}$ s A /m kg $^{4}$ $^{2}$ $^{3}$

$\mu _{0}=1{,}256\;637\;062\times 10^{-6}$ kg m/s A $^{2}$ $^{2}$

în vid , $\mu=1$ $\varepsilon =1$

$c=299\;792\;458$ Domnișoară

Rol fundamental în fizică

Viteza cu care undele luminoase se propagă în vid nu depinde de mișcarea sursei undelor și nici de cadrul de referință al observatorului [Notă. 6] . Einstein a postulat o astfel de invarianță a vitezei luminii în 1905 [15] . El a ajuns la această concluzie pe baza teoriei lui Maxwell a electromagnetismului și a dovezii absenței unui eter luminifer [16] .

Invarianța vitezei luminii este invariabil confirmată de multe experimente [17] . Este posibil doar să se verifice experimental că viteza luminii într-un experiment „cu două fețe” (de exemplu, de la o sursă la o oglindă și invers) nu depinde de cadrul de referință, deoarece este imposibil să se măsoare viteza luminii într-o singură direcție (de exemplu, de la o sursă la un receptor de la distanță) fără acorduri suplimentare privind modul de sincronizare a ceasurilor sursei și receptorului. Totuși, dacă folosim sincronizarea lui Einstein pentru aceasta, viteza unidirecțională a luminii devine egală cu viteza bidirecțională prin definiție [18] [19] .

Relativitatea specială explorează consecințele invarianței sub presupunerea că legile fizicii sunt aceleași în toate cadrele de referință inerțiale [20] [21] . Una dintre consecințe este că - aceasta este viteza cu care toate particulele și undele fără masă (în special lumina) trebuie să se miște în vid. $c$ $c$

Relativitatea specială are multe implicații verificate experimental care sunt contraintuitive [22] . Astfel de consecințe includ: echivalența masă-energie , contracția lungimii (micșurarea obiectelor pe măsură ce se mișcă) [Notă. 7] și dilatarea timpului (ceasurile în mișcare merg mai încet). Coeficientul care arată de câte ori se scurtează lungimea și timpul încetinește este cunoscut sub numele de factorul Lorentz ( factorul Lorentz) $(E_{0}=mc^{2})$ $\gamma$

\gamma ={\frac {1}{\sqrt {1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}},

unde este viteza obiectului. Pentru viteze mult mai mici decât (de exemplu, pentru vitezele cu care ne ocupăm în viața de zi cu zi), diferența dintre și 1 este atât de mică încât poate fi neglijată. În acest caz, relativitatea specială este bine aproximată de relativitatea galileană. Dar la viteze relativiste, diferența crește și tinde spre infinit când se apropie de . $v$ $c$ $\gamma$ $v$ $c$

Combinarea rezultatelor relativității speciale necesită îndeplinirea a două condiții: (1) spațiul și timpul sunt o singură structură cunoscută sub numele de spațiu-timp (unde leagă unitățile de spațiu și timp) și (2) legile fizice îndeplinesc cerințele unei structuri speciale. simetrie numită invarianță Lorentz (invarianță Lorentz), a cărei formulă conține parametrul [25] . Invarianța Lorentz este omniprezentă în teoriile fizice moderne, cum ar fi electrodinamica cuantică , cromodinamica cuantică , modelul standard al fizicii particulelor și relativitatea generală . Astfel, parametrul se găsește în fizica modernă și apare în multe feluri care nu au nimic de-a face cu lumina în sine. De exemplu, relativitatea generală sugerează că gravitația și undele gravitaționale se propagă la viteze [26] [27] . În cadrele de referință non-inerțiale (în spațiul curbat gravitațional sau în cadrele de referință care se mișcă cu accelerație), viteza locală a luminii este, de asemenea, constantă și egală cu , dar viteza luminii de-a lungul unei traiectorii de lungime finită poate diferi de modul în care spațiul iar timpul sunt definite [28 ] . $c$ $c$ $c$ $c$ $c$ $c$

Se consideră că constantele fundamentale, cum ar fi , au aceeași valoare în spațiu-timp, adică nu depind de loc și nu se modifică în timp. Cu toate acestea, unele teorii sugerează că viteza luminii se poate schimba în timp [29] [30] . Până în prezent, nu există dovezi concludente pentru astfel de modificări, dar ele rămân subiect de cercetare [31] [32] . $c$

În plus, se crede că viteza luminii este izotropă, adică nu depinde de direcția de propagare a acesteia. Observațiile emisiei de tranziții de energie nucleară în funcție de orientarea nucleelor într-un câmp magnetic (experimentul Googs-Drever), precum și a cavităților optice rotative ( experimentul Michelson-Morley și noile sale variații), au impus severe restricții privind posibilitatea anizotropiei cu două fețe [33] [34] .

Într-un număr de sisteme naturale de unități , viteza luminii este o unitate de măsură a vitezei [35] . În sistemul de unități Planck, legat și de sistemele naturale, servește ca unitate de viteză și este una dintre unitățile de bază ale sistemului.

Limită superioară de viteză

Conform teoriei relativității speciale, energia unui obiect cu masă și viteză în repaus este , unde este factorul Lorentz definit mai sus. Când este egal cu zero, este egal cu unu, ceea ce duce la formula binecunoscută pentru echivalența masei și energiei . Deoarece factorul se apropie de infinit pe măsură ce se apropie de , accelerarea unui obiect masiv la viteza luminii ar necesita energie infinită. Viteza luminii este limita superioară de viteză pentru obiectele cu masă de repaus diferită de zero. Acest lucru a fost stabilit experimental în multe teste relativiste de energie și impuls [36] . $m$ $v$ $\gamma mc^{2}$ $\gamma$ $v$ $\gamma$ $E=mc^{2}$ $\gamma$ $v$ $c$

În general, informațiile sau energia nu pot fi transmise prin spațiu mai repede decât viteza luminii. Un argument pentru aceasta rezultă din concluzia contraintuitivă a relativității speciale cunoscută sub numele de relativitatea simultaneității . Dacă distanța spațială dintre două evenimente A și B este mai mare decât intervalul de timp dintre ele, înmulțit cu , atunci există cadre de referință în care A îl precede pe B și altele în care B îl precede pe A și, de asemenea, acelea în care evenimentele A și B sunt simultane. Ca rezultat, dacă un obiect s-ar deplasa mai repede decât viteza luminii în raport cu un cadru de referință inerțial, atunci într-un cadru de referință diferit ar călători înapoi în timp și principiul cauzalității ar fi încălcat [Notă. 8] [38] . Într-un astfel de cadru de referință, „efectul” ar putea fi observat înainte de „cauza inițială”. O astfel de încălcare a cauzalității nu a fost niciodată observată [19] . De asemenea, poate duce la paradoxuri precum anticorpul tahionic [39] . $c$

Istoricul măsurătorilor vitezei luminii

Oamenii de știință antici, cu rare excepții, considerau viteza luminii ca fiind infinită [40] . În vremurile moderne, această problemă a devenit subiect de discuție. Galileo și Hooke au presupus că este finit, deși foarte mare, în timp ce Kepler , Descartes și Fermat încă susțineau infinitatea vitezei luminii.

Prima estimare a vitezei luminii a fost făcută de Olaf Römer ( 1676 ). El a observat că atunci când Pământul este mai departe de Jupiter pe orbita sa , eclipsele lui Jupiter ale lunii Io ale lui Jupiter sunt întârziate cu 22 de minute în comparație cu calculele . Din aceasta el a derivat o valoare pentru viteza luminii de aproximativ 220.000 km/s — o valoare inexactă, dar apropiată de valoarea adevărată. În 1676 a făcut un raport către Academia din Paris, dar nu și-a publicat rezultatele într-o lucrare științifică oficială. Prin urmare, comunitatea științifică a acceptat ideea vitezei finite a luminii abia o jumătate de secol mai târziu [41] , când în 1728 descoperirea aberației i-a permis lui J. Bradley să confirme caracterul finit al vitezei luminii și să-și rafinească estimarea. Valoarea obţinută de Bradley a fost de 308.000 km/s [42] [43] .

Pentru prima dată, măsurătorile vitezei luminii, bazate pe determinarea timpului necesar luminii pentru a parcurge o distanță măsurată cu precizie în condiții terestre, au fost efectuate în 1849 de către A. I. L. Fizeau . În experimentele sale, Fizeau a folosit „metoda întreruperii” dezvoltată de el, în timp ce distanța parcursă de lumină în experimentele lui Fizeau a fost de 8,63 km . Valoarea obținută în urma măsurătorilor efectuate s-a dovedit a fi de 313.300 km/s. Ulterior, metoda întreruperii a fost îmbunătățită semnificativ și a fost folosită pentru măsurători de către M. A. Cornu (1876), A. J. Perrotin (1902) și E. Bergstrand . Măsurătorile făcute de E. Bergstrand în 1950 au dat o valoare de 299.793,1 km/s pentru viteza luminii , în timp ce precizia măsurării a fost mărită la 0,25 km/s [42] .

O altă metodă de laborator („metoda oglinzii rotative”), a cărei idee a fost exprimată în 1838 de F. Arago , a fost realizată în 1862 de Leon Foucault . Măsurând intervale scurte de timp cu ajutorul unei oglinzi care se rotește cu viteză mare ( 512 rpm ), a obținut valoarea de 298.000 km/s pentru viteza luminii cu o eroare de 500 km/s. Lungimea bazei în experimentele lui Foucault a fost relativ mică - douăzeci de metri [43] [42] [44] [45] [46] . Ulterior, datorită îmbunătățirii tehnicii experimentale, creșterii bazei utilizate și determinării mai precise a lungimii acesteia, precizia măsurătorilor folosind metoda oglinzii rotative a fost semnificativ crescută. Așadar, S. Newcomb a obținut în 1891 valoarea 299.810 km/s cu o eroare de 50 km/s , iar A. A. Michelson în 1926 a reușit să reducă eroarea la 4 km/s și să obțină o valoare de 299.796 km/s pentru viteza. . În experimentele sale, Michelson a folosit o bază egală cu 35.373,21 m [42] .

Progrese suplimentare au fost asociate cu apariția maserelor și laserelor , care se disting printr-o stabilitate foarte mare a frecvenței radiațiilor, ceea ce a făcut posibilă determinarea vitezei luminii prin măsurarea simultană a lungimii de undă și a frecvenței radiației lor. La începutul anilor 1970, eroarea în măsurarea vitezei luminii se apropia de 1 m/s [47] . După verificarea și convenirea rezultatelor obținute în diferite laboratoare, a XV -a Conferință Generală de Greutăți și Măsuri din 1975 a recomandat utilizarea unei valori egale cu 299 792 458 m/s ca valoare a vitezei luminii în vid , cu o eroare relativă ( incertitudine) 4⋅10 - 9 [48] , care corespunde unei erori absolute de 1,2 m/s [49] .

Este semnificativ faptul că o creștere suplimentară a preciziei măsurătorilor a devenit imposibilă din cauza unor circumstanțe de natură fundamentală: factorul limitativ a fost magnitudinea incertitudinii în implementarea definiției unui contor care era în vigoare la acel moment. Mai simplu spus, principala contribuție la eroarea de măsurare a vitezei luminii a fost făcută de eroarea de „fabricare” a standardului contorului, a cărui valoare relativă a fost 4⋅10 -9 [49] . Pe baza acestui fapt, și ținând cont și de alte considerente, a XVII-a Conferință Generală pentru Greutăți și Măsuri din 1983 a adoptat o nouă definiție a metrului, bazată pe valoarea recomandată anterior a vitezei luminii și definind metrul ca distanța pe care luminează. se deplasează în vid într-o perioadă de timp egală cu 1/299 792 458 secunde [50] .

Mișcare superluminală

Din teoria relativității speciale rezultă că excesul de viteză a luminii de către particulele fizice (masive sau fără masă) ar încălca principiul cauzalității - în unele cadre de referință inerțiale, ar fi posibil să se transmită semnale din viitor către trecut. Totuși, teoria nu exclude pentru particulele ipotetice care nu interacționează cu particulele obișnuite [51] mișcarea în spațiu-timp cu viteză superluminală.

Particulele ipotetice care se deplasează la viteze superluminale se numesc tahioni . Matematic, mișcarea tahionilor este descrisă de transformările Lorentz ca mișcarea particulelor cu o masă imaginară. Cu cât viteza acestor particule este mai mare, cu atât transportă mai puțină energie și invers, cu atât viteza lor este mai aproape de viteza luminii, cu atât energia lor este mai mare - la fel ca energia particulelor obișnuite, energia tahionilor tinde spre infinit atunci când apropiindu-se de viteza luminii. Aceasta este consecința cea mai evidentă a transformării Lorentz, care nu permite unei particule masive (atât cu masă reală, cât și cu masă imaginară) să atingă viteza luminii - este pur și simplu imposibil să îi dai particulei o cantitate infinită de energie.

Trebuie înțeles că, în primul rând, tahionii sunt o clasă de particule, și nu doar un fel de particule, iar în al doilea rând, tahionii nu încalcă principiul cauzalității dacă nu interacționează în niciun fel cu particulele obișnuite [51] .

Particulele obișnuite care se mișcă mai încet decât lumina sunt numite tardyons . Tardioanele nu pot atinge viteza luminii, ci se pot apropia de ea doar cât de aproape doresc, deoarece în acest caz energia lor devine infinit de mare. Toate tardiunile au masă , spre deosebire de particulele fără masă numite luxoni . Luxonii în vid se mișcă întotdeauna cu viteza luminii, aceștia includ fotoni , gluoni și gravitoni ipotetici .

Din 2006, s-a demonstrat că în așa-numitul efect de teleportare cuantică , interacțiunea aparentă a particulelor se propagă mai repede decât viteza luminii. De exemplu, în 2008, echipa de cercetare a dr. Nicolas Gisin de la Universitatea din Geneva, care studiază stările de fotoni încâlciți separate de 18 km în spațiu, a arătat că această aparentă „interacțiune între particule se desfășoară la o viteză de aproximativ o sută de mii. ori mai mare decât viteza Sveta”. Anterior, a fost discutat și așa-numitul „ paradox Hartman ” - viteza aparentă superluminală în efectul de tunel [52] . O analiză a acestor rezultate și a rezultatelor similare arată că ele nu pot fi utilizate pentru transmiterea superluminală a oricărui mesaj purtător de informații sau pentru materie în mișcare [53] .

Ca urmare a prelucrării datelor experimentului OPERA [54] , colectat din 2008 până în 2011 la laboratorul Gran Sasso împreună cu CERN , a fost înregistrată o indicație semnificativă statistic a excesului de viteză a luminii de către neutrinii muoni [55] . Acest anunț a fost însoțit de publicarea în arhiva preprint [56] . Rezultatele obţinute au fost puse sub semnul întrebării de specialişti, întrucât nu sunt în concordanţă nu numai cu teoria relativităţii, ci şi cu alte experimente cu neutrini [57] . În martie 2012, au fost efectuate măsurători independente în același tunel și nu au găsit viteze superluminale ale neutrinilor [58] . În mai 2012, OPERA a efectuat o serie de experimente de control și a ajuns la concluzia finală că motivul presupunerii eronate despre viteza superluminală a fost un defect tehnic (conector de cablu optic introdus prost) [59] .

Vezi și

Note

Comentarii

↑ De la suprafața Soarelui - de la 8 min 8,3 s la periheliu la 8 min 25 s la afeliu .
↑ Viteza de propagare a unui impuls de lumină într-un mediu diferă de viteza de propagare a acestuia în vid (mai mică decât în vid) și poate fi diferită pentru diferite medii. Când se vorbește pur și simplu despre viteza luminii, de obicei se înțelege viteza luminii în vid; dacă se vorbește despre viteza luminii într-un mediu, acest lucru, de regulă, este declarat în mod explicit.
↑ În prezent, cele mai precise metode de măsurare a vitezei luminii se bazează pe determinarea independentă a lungimii de undă și a frecvenței luminii sau a altor radiații electromagnetice și calculul ulterioar în conformitate cu ecuația [10] . $\lambda$ $\nu$ $c=\lambda \nu$
↑ Vezi „ Oh-My-God Mote ” de exemplu.
↑ Un analog ar putea trimite la întâmplare două plicuri sigilate cu hârtie albă și neagră în locuri diferite. Deschiderea unui plic garantează că al doilea va conține oa doua foaie - dacă prima este neagră, atunci a doua este albă și invers. Această „informație” poate călători mai repede decât viteza luminii, deoarece puteți deschide oricând al doilea plic și va exista întotdeauna această a doua foaie. În același timp, diferența fundamentală cu cazul cuantic este doar că în cazul cuantic, înainte de măsurarea „deschiderii plicului”, starea foii din interior este fundamental incertă, ca în pisica lui Schrödinger , și orice foaie poate sa fii acolo.
↑ Cu toate acestea, frecvența luminii depinde de mișcarea sursei de lumină în raport cu observatorul, datorită efectului Doppler .
↑ Pe lângă faptul că obiectele în mișcare măsurate apar mai scurte de-a lungul liniei de mișcare relativă, ele apar și rotite. Acest efect, cunoscut sub numele de rotație Terrell , este asociat cu diferența de timp dintre semnalele care au ajuns la observator din diferite părți ale obiectului [23] [24] .
↑ Se crede că efectul Scharnhorst permite semnalelor să se propage puțin mai sus , dar condițiile speciale în care poate apărea efectul fac dificilă utilizarea acestui efect pentru a încălca principiul cauzalității [37] . $c$

Surse

↑ Unde sunt călătorii - NASA Voyager . Voyager - Misiunea Interstelară . Laboratorul de propulsie cu reacție, Institutul de Tehnologie din California. Preluat la 12 iulie 2011. Arhivat din original la 3 februarie 2012. (nedefinit)
↑ Amos, Jonathan . Hubble stabilește un nou record de distanță cosmică , BBC News (3 martie 2016). Arhivat din original pe 4 martie 2016. Preluat la 3 martie 2016.
↑ 1 2 Viteza luminii este aceeași peste tot? . Consultat la 10 septembrie 2015. Arhivat din original pe 8 septembrie 2015. (nedefinit)
↑ Începuturile fizicii teoretice, 2007 , p. 169.
↑ Nevanlinna, 1966 , p. 122.
↑ 1 2 Chudinov E.M. Teoria relativității și a filozofiei. - M . : Politizdat, 1974. - S. 222-227.
↑ Evoluția fizicii, 1948 , p. 167.
↑ Începuturile fizicii teoretice, 2007 , p. 170.
↑ Nevanlinna, 1966 , p. 184.
↑ Sazhin M.V. Viteza luminii // Fizica spațială: o mică enciclopedie / Cap. ed. R. A. Sunyaev . - Ed. al 2-lea, revizuit. si suplimentare - M .: Enciclopedia Sovietică , 1986. - S. 622. - 783 p. — 70.000 de exemplare.
↑ GOST 8.417-2002. Sistem de stat pentru asigurarea uniformității măsurătorilor. Unități de mărime. (link indisponibil) . Preluat la 14 august 2012. Arhivat din original la 10 noiembrie 2012. (nedefinit)
↑ Abbott BP și colab. (Colaborare științifică LIGO, colaborare Virgo, monitor Fermi Gamma-ray Burst și INTEGRAL). Unde gravitaționale și raze gamma dintr-o fuziune a stelei neutronice binare: GW170817 și GRB 170817A // The Astrophysical Journal. - 2017. - Vol. 848.-P. L13. doi : 10.3847 /2041-8213/aa920c .
↑ Bolotovsky B. M., Ginzburg V. L. Efectul Vavilov-Cherenkov și efectul Doppler atunci când sursele se mișcă cu o viteză mai mare decât viteza luminii în vid // Uspekhi fizicheskikh nauk . - Academia Rusă de Științe , 1972. - T. 106 , nr. 4 . - S. 577-592 . Arhivat din original pe 25 septembrie 2013. (Rusă)
↑ Miller M. A., Suvorov E. V. Viteza grupului // Enciclopedia fizică / Cap. ed. A. M. Prohorov . - M .: Enciclopedia Sovietică , 1988. - T. 1. - S. 544-545. - 704 p.
↑ Stachel, JJ Einstein de la „B” la „Z” – Volumul 9 din studiile Einstein (germană) . - Springer, 2002. - S. 226. - ISBN 0-8176-4143-2 . Arhivat pe 16 noiembrie 2016 la Wayback Machine
↑ Einstein, A. Zur Elektrodynamik bewegter Körper (germană) // Annalen der Physik . - 1905. - Bd. 17 . - S. 890-921 . - doi : 10.1002/andp.19053221004 . Traducere în engleză: Perrett, W; Jeffery, G. B. (tr.); Walker, J (ed.) Despre electrodinamica corpurilor în mișcare . Fourmilab . Consultat la 27 noiembrie 2009. Arhivat din original la 1 februarie 2013. (nedefinit)
↑ Alexandrov E. B. Teoria relativității: experiment direct cu un fascicul curbat // Chimie și viață. - 2012. - Nr. 3 . Arhivat din original pe 4 martie 2016.
↑ Hsu, JP; Zhang, YZ Lorentz și Poincare Invariance . - World Scientific , 2001. - T. 8. - S. 543 ff . - (Seria avansată despre știința fizică teoretică). — ISBN 981-02-4721-4 .
↑ 1 2 Zhang, YZ Relativitatea specială și fundamentele sale experimentale . - World Scientific , 1997. - Vol. 4. - P. 172-173. - (Seria avansată despre știința fizică teoretică). — ISBN 981-02-2749-3 . Arhivat 19 mai 2012 la Wayback Machine Copie arhivată (link indisponibil) . Data accesului: 24 ianuarie 2013. Arhivat din original la 19 mai 2012. (nedefinit)
↑ d'Inverno, R. Introducing Einstein's Relativity . - Oxford University Press , 1992. - P. 19-20 . — ISBN 0-19-859686-3 .
↑ Sriranjan, B. Postulatele teoriei speciale a relativității și consecințele lor // The Special Theory to Relativity. - PHI Learning , 2004. - S. 20 urm . — ISBN 81-203-1963-X .
↑ Roberts, T; Schleif, S; Dlugosz, JM (ed.) Care este baza experimentală a relativității speciale? . Întrebări frecvente privind fizica Usenet . Universitatea din California, Riverside (2007). Consultat la 27 noiembrie 2009. Arhivat din original la 1 februarie 2013. (nedefinit)
↑ Terrell, J. Invizibilitatea contracției Lorentz // Revista fizică : jurnal . - 1959. - Vol. 116 , nr. 4 . - P. 1041-1045 . - doi : 10.1103/PhysRev.116.1041 . - Cod .
↑ Penrose, R. The Apparent Shape of a Relativistic Moving Sphere // Proceedings of the Cambridge Philosophical Society : jurnal. - 1959. - Vol. 55 , nr. 01 . - P. 137-139 . - doi : 10.1017/S0305004100033776 . - Cod biblic .
↑ Hartle, JB Gravity: O introducere în relativitatea generală a lui Einstein . - Addison-Wesley , 2003. - P. 52-9 . — ISBN 981-02-2749-3 .
↑ Hartle, JB Gravity: O introducere în relativitatea generală a lui Einstein . - Addison-Wesley , 2003. - P. 332 . — ISBN 981-02-2749-3 .
↑ Interpretarea observațiilor asupra sistemelor binare utilizate pentru determinarea vitezei gravitației este considerată îndoielnică de unii autori, lăsând situația experimentală incertă; vezi Schäfer, G; Brügmann, MH Propagarea luminii în domeniul gravitațional al sistemelor binare la ordinea pătratică în constanta gravitațională a lui Newton: Partea 3: „Despre controversa vitezei gravitației” // Lasere, ceasuri și control fără frecare: Explorarea gravitației relativiste în space (engleză) / Dittus, H; Lammerzahl, C; Turyshev, S. G. - Springer, 2008. - ISBN 3-540-34376-8 .
↑ Gibbs, P Este constantă viteza luminii? . Întrebări frecvente privind fizica Usenet . Universitatea din California, Riverside (1997). Consultat la 26 noiembrie 2009. Arhivat din original pe 17 noiembrie 2009. (nedefinit)
↑ Ellis, GFR; Uzan, J.P. „c” este viteza luminii, nu-i așa? (engleză) // American Journal of Physics : jurnal. - 2005. - Vol. 73 , nr. 3 . - P. 240-247 . - doi : 10.1119/1.1819929 . - Cod . - arXiv : gr-qc/0305099 . . „Posibilitatea ca constantele fundamentale să varieze în timpul evoluției universului oferă o fereastră excepțională asupra teoriilor dimensionale superioare și este probabil legată de natura energiei întunecate care face ca universul să accelereze astăzi.”
↑ O prezentare generală poate fi găsită în disertația lui Mota, DF (2006), Variations of the fine structure constant in space and time, arΧiv : astro-ph/0401631 [astro-ph].
↑ Uzan, JP. Constantele fundamentale și variația lor: statut observațional și motivații teoretice (engleză) // Reviews of Modern Physics : journal. - 2003. - Vol. 75 , nr. 2 . — P. 403 . - doi : 10.1103/RevModPhys.75.403 . - Cod biblic . - arXiv : hep-ph/0205340 .
↑ Amelino-Camelia, G (2008), Quantum Gravity Phenomenology, arΧiv : 0806.0339 [gr-qc].
↑ Herrmann, S; Senger, A; Möhle, K; Nagel, M; Kovalchuk, E.V.; Peters, A. Experimentul cu cavitatea optică rotativă care testează invarianța Lorentz la nivelul 10 -17 ( engleză) // Physical Review D : jurnal. - 2009. - Vol. 80 , nr. 100 . — P. 105011 . - doi : 10.1103/PhysRevD.80.105011 . - Cod . - arXiv : 1002.1284 .
↑ Lang, KR Formule astrofizice . — al 3-lea. — Birkhauser, 1999. - P. 152. - ISBN 3-540-29692-1 .
↑ Tomilin KA Sisteme naturale de unități: la aniversarea centenarului sistemului Planck . Proc. al XXII-a Internat. Workshop despre fizica energiilor înalte și teoria câmpului (iunie 1999). Preluat la 22 decembrie 2016. Arhivat din original la 12 mai 2016.
↑ Fowler, M Notes on Special Relativity 56. Universitatea din Virginia (martie 2008). Consultat la 7 mai 2010. Arhivat din original la 1 februarie 2013. (nedefinit)
↑ Liberati, S; Sonego, S; Visser, M. Semnale faster-than-c, relativitate specială și cauzalitate // Annals of Physics : jurnal. - 2002. - Vol. 298 , nr. 1 . - P. 167-185 . - doi : 10.1006/aphy.2002.6233 . - Cod . - arXiv : gr-qc/0107091 .
↑ Taylor, E.F.; Wheeler, JA Fizica spațiu-timpului. — W. H. Freeman , 1992. - S. 74-5. — ISBN 0-7167-2327-1 .
↑ Tolman, RC Viteze mai mari decât cea a luminii // Theory of the Relativity of Motion. — Retipărire. — BiblioLife , 2009. - P. 54. - ISBN 978-1-103-17233-7 .
↑ Gindikin S. G. Povești despre fizicieni și matematicieni . - ediția a treia, extinsă. - M. : MTSNMO , 2001. - S. 105-108. — ISBN 5-900916-83-9 . Arhivat pe 11 iulie 2020 la Wayback Machine
↑ Stuart, 2018 , p. 178.
↑ 1 2 3 4 Optica Landsberg G.S. - M .: Fizmatlit , 2003. - S. 384 -389. — 848 p. — ISBN 5-9221-0314-8 .
↑ 1 2 Bonch-Bruevich A. M. Viteza luminii // Enciclopedia fizică / Cap. ed. A. M. Prohorov . - M . : Marea Enciclopedie Rusă , 1994. - T. 4. - S. 548-549. - 704 p. - 40.000 de exemplare. - ISBN 5-85270-087-8 .
↑ Leon Foucault. Determinare expérimentale de la viteză de lumină; description des appareils (franceză) // Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des Sciences. - Paris, 1862. - Vol. 55 . - P. 792-796 . Arhivat din original pe 24 septembrie 2015.
↑ Leon Foucault. Determinare expérimentale de la viteză de lumină; parallaxe du Soleil (franceză) // Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des Sciences. - Paris, 1862. - Vol. 55 . - P. 501-503 . Arhivat din original pe 24 septembrie 2015.
↑ Leon Foucault. Determinarea experimentală a vitezei luminii: descrierea aparatului // Revista filozofică . Seria a patra. - Londra, 1863. - Vol. 25 . - P. 76-79 .
↑ Evenson KM, Wells JS, Petersen FR, Danielson BL, Day GW Speed of Light from Direct Frequency and Wavelength Measurements of the Methane-Stabilized Laser // Phys . Rev. Let.. - 1972. - Vol. 29 , nr. 19 . - P. 1346-1349 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.29.1346 .
↑ Incertitudinea citată este de trei ori abaterea standard .
↑ 1 2 Valoarea recomandată pentru viteza luminii Arhivat la 7 octombrie 2008 la Wayback Machine Resolution 2 a XV-a Conferință Generală pentru Greutăți și Măsuri (1975 )
↑ Definiția metrului Arhivat la 26 iunie 2013 la Wayback Machine Resolution 1 a XVII-a Conferință Generală pentru Greutăți și Măsuri (1983 )
↑ 1 2 Introducerea în luarea în considerare a naturii cuantice de câmp a acestor particule superluminale, poate, ne permite să ocolim această limitare prin principiul reinterpretării observațiilor.
↑ Davidovich M. V. Despre paradoxul Hartman, tunelarea undelor electromagnetice și vitezele superluminale // Uspekhi fizicheskikh nauk . — M .: Academia Rusă de Științe , 2009 (aprilie). - Problemă. 179 . - S. 443 . Arhivat 24 octombrie 2020. (Rusă)
↑ I. Ivanov. Au fost efectuate noi experimente pentru a testa mecanismul întanglementării cuantice. Arhivat la 31 august 2008 pe Wayback Machine Elementy.ru.
↑ Proiect de oscilație cu aparat de urmărire a emulsiei . Preluat la 23 septembrie 2011. Arhivat din original la 11 octombrie 2012. (nedefinit)
↑ Experimentul OPERA raportează o anomalie în timpul de zbor al neutrinilor de la CERN la Gran Sasso . Preluat la 10 ianuarie 2016. Arhivat din original la 5 aprilie 2013. (nedefinit)
↑ OPERA Collaboration (Adam T. et al.) (2011), Measurement of the neutrino speedy with the OPERA detector in the CNGS beam, arΧiv : 1109.4897 . .
↑ I. Ivanov. Experimentul OPERA raportează observarea vitezei neutrinilor superluminali. Arhivat 25 septembrie 2012 pe Wayback Machine Elementy.ru, 23 septembrie 2011.
↑ Colaborarea ICARUS și colab. Măsurarea vitezei neutrinilor cu detectorul ICARUS la fasciculul CNGS // Physics Letters B. - 2012. - Vol. 713 (18 iulie). — P. 17–22. - arXiv : 1203.3433 . - doi : 10.1016/j.physletb.2012.05.033 .
↑ Experimentul OPERA a „închis” în sfârșit neutrinii superluminali Arhivat 7 iulie 2012 la Wayback Machine .

Literatură

Aleksandrov E. B., Aleksandrov P. A., Zapassky V. S., Korchuganov V. N., Stirin A. I. Experimente privind demonstrarea directă a independenței vitezei luminii față de viteza sursei // Uspekhi fizicheskikh nauk . - Academia Rusă de Științe , 2011. - Numărul. 12 . (Rusă)
Mărimi fizice: Manual./A. P. Babichev, N. A. Babushkina, A. M. Bratkovsky și alții; ed. I. S. Grigorieva, E. Z. Meilikhova M .: Energoatomizdat, 1991, - 1232 p. - ISBN 5-283-04013-5 .
Einstein A. , Infeld L. Evoluția fizicii. - M. : OGIZ, 1948. - 267 p.
Medvedev BV Începuturile fizicii teoretice. - M. : Fizmatlit, 2007. - 600 p.
Nevanlinna R. Spațiu, timp și relativitate. - M . : Mir, 1966. - 229 p.
Ian Stewart. Matematica spatiala. Cum descifrează știința modernă universul = Stewart Ian. Calcularea Cosmosului: Cum matematica dezvăluie universul. - Editura Alpina, 2018. - 542 p. - ISBN 978-5-91671-814-0 .
I.V. Savelyev „Cursul de fizică generală” Volumul II

Link -uri

Viteza luminii - un articol din Enciclopedia Fizicii
Viteza luminii pe astronet.ru
Rømer, O (1676). „Demonstration touchant le mouvement de la lumière trouvé par M. Römer de l'Academie Royale des Sciences” (PDF) . Journal des sçavans [ fr. ]: 223-36.
Halley, E (1694). „Domnul Cassini, Tabelele sale noi și exacte pentru eclipsele primului satelit al lui Jupiter, reduse la Julian Stile și Meridianul Londrei.” Tranzacțiile filosofice ale Societății Regale . 18 (214): 237-56. Cod biblic : 1694RSPT ...18..237C . DOI : 10.1098/rstl.1694.0048 .
Fizeau, H. L. (1849). „Sur une experience relative à la vitesse de propagare a luminii” (PDF) . Comptes rendus de l'Académie des sciences [ fr. ]. 29 :90-92, 132.
Foucault, JL (1862). „Determination expérimentale de la vitesse de la lumière: parallaxe du Soleil” . Comptes rendus de l'Académie des sciences [ fr. ]. 55 : 501-03, 792-96.

Dicționare și enciclopedii	mare chinezesc Rusă mare croat Britannica (online) Universalis
În cataloagele bibliografice	GND : 4167583-6 J9U : 987007529354105171 LCCN : sh85076878

unități Planck
Principal	viteza luminii Constanta gravitațională constanta lui Planck constanta Boltzmann
Unități derivate	timp Lungimi Masele curent electric Temperaturile Forțe impuls Energie Putere/luminozitate Densitate frecvența colțului Presiune Incarcare electrica tensiune electrică Impedanta pătrate volum
Folosit in	Particulă = gaură neagră = Maximon Stea Epocă constanta Dirac