Швидкість світла

Відео: ШВИДКІСТЬ СВІТЛА ЗМОЖЕМО МИ ЇЇ ДОСЯГТИ?

Швидкість світла - фізичний термін, який використовується в двох, пов`язаних між собою, але концептуально різних значеннях. Перш за все швидкість світла - фундаментальна фізична стала, швидкість поширення електромагнітної взаємодії у вакуумі. Інше значення - швидкість поширення електромагнітних хвиль, включаючи світлом, в певному середовищі.
Фундаментальна фізична стала швидкість світла позначається буквою c (Від лат. Celeritas) і в міжнародній системі одиниць СІ прирівняна резолюція 1 сімнадцятої Генеральної конференції мір і ваг до значення

c = 299 792 458 м / с.

Це єдина фізична стала в основних рівняннях електродинаміки. Вона не залежить від системи відліку, тобто однакова для будь-якого спостерігача незалежно від швидкості, з якою цей спостерігач рухається. Дане твердження є основним постулатом теорії відносності Ейнштейна.
За положенням теорії відносності будь-яка інформація не може бути передана зі швидкістю, що перевищує б швидкість світла. Інакше завжди можна було б знайти систему відліку, в якій інформація була б отримана раніше, ніж відправлена.
Оскільки швидкість світла - фундаментальна, незалежна від спостерігача величина, то її значення можна використовувати для побудови системи фізичних одиниць. Наприклад, можна вибрати систему одиниць так, щоб швидкість світла в ній дорівнювала одиниці. Такі системи одиниць називаються природними і використовуються в теоретичній фізиці. Однак природні системи дуже незручні на практиці. Тому, оскільки швидкість має розмірність довжини, розділеної на час, швидкість світла можна покласти рівною певному значенню, близькому до експериментально виміряної з використанням традиційних одиниць довжини і часу - метра і секунди, а потім зафіксувати це значення. Таким чином, швидкості світла присвоєно наведене вище значення. Надалі вона не буде визначатися з експерименту. Її фіксоване значення тепер служить для досвідченого визначення одиниць довжини.
У середовищі швидкість світла, тобто швидкість поширення електромагнітних хвиль, змінюється через процеси поляризації атомів і молекул речовини. Ставлення швидкості світла в середовищі і в вакуумі називають абсолютним показником заломлення n в цьому середовищі
заломлення світла



де c m - швидкість світла в середовищі.
Для електромагнітних хвиль з різною частотою показник заломлення різний. Це явище називається дисперсією світла. розрізняють фазову швидкість світла - показником заломлення, і групову швидкість.
Фазова швидкість світла характеризує зв`язок між довжиною хвилі і частотою. Вона визначається для безмежних в просторі плоских хвиль, які не можуть переносити інформацію. Фазова швидкість може перевищувати швидкість світла у вакуумі. При цьому принцип причинності не порушується.
Групова швидкість світла в середовищі характеризує процес поширення хвильового пакета, яким може передаватися інформація. Групова швидкість завжди менше швидкості світла у вакуумі, задовольняючи принцип причинності.
Методи визначення швидкості світла
Традиційні методи, використовувані для визначення значення швидкості світла, засновані на вимірі часу протягом якого світло проходить певний шлях, однак швидкість світла можна з більшою точністю визначити з інших вимірів: вимірювання співвідношення між величинами, зв`язок між якими визначається константою c. Прикладом таких вимірювань є незалежне визначення частоти і довжини хвилі певного випромінювання.
Досліди з визначення швидкості світла проводив ще Галілео Галілей. Піднявшись зі своїм учнем на вершини сусідніх гір, вони обмінювалися сигналами ліхтарів, визначаючи час затримки між посиланням і отриманням сигналу. Потім цей досвід повторювався для більшої відстані між горами, щоб відняти час, пов`язаний зі швидкістю реакції людини. Галілей прийшов до висновку, що швидкість світла набагато більше можливості такого методу вимірювання.
Історично перша оцінка швидкості світла було зроблено Ремер в 1675 році. Він отримав значення 214 тис. Км / с. Ремер спостерігав за затемненнями супутників Юпітера і помітив, що вони відбуваються не зовсім регулярно, за його спостереженнями відмінності становили 22 хвилини. Він припустив, що така нерегулярність зумовлена різною відстанню між Юпітером і Землею, а, отже, зміною проміжку часу, який необхідний світлу, щоб досягти Землі. Однак збої в ритмі затемнень відбувалися з певною закономірністю. У міру того як Земля, в її орбітальному положенні, наближалася до Юпітеру, затемнення Іо наступали все раніше і раніше очікуваного моменту, а в міру віддалення Землі, вони наступали все пізніше. Ремер прийшов до висновку, що 22 хвилини - це час, який потрібно світла, щоб подолати відстань, рівну діаметру орбіти Землі. З урахуванням оцінок орбіти Землі, що існували в той час, Ремер підрахував, що швидкість світла становить 214 тис. Км / с. Таким чином, вперше вдалося отримати значення швидкості світла з непоганою точністю, а розбіжність з сучасними даними виникла з похибка в обчисленні часу затемнень. Насправді затримка становить 17 хвилин. Принциповим для подальшого розвитку фізики виявилося не це значення, а експериментальне підтвердження того, що швидкість світла кінцева.

Ніяке тіло не може подолати бар`єр швидкості світла. Однак теоретично можливе існування частинок, що рухаються з надсвітовою швидкістю. Такі частинки не могли б зменшити свою швидкість до досвітловоі. З іншого боку, вони не можуть брати участь у передачі інформації, інакше порушився б принцип причинності. Ці гіпотетичні частинки отримали назву Тахіон.