Человечество исследует свет как физическое явление уже более 2000 лет. Может показаться, что это явление тщательно изучено.
Но не все так просто.
На некоторые вопросы до сих пор нет четкого ответа.
Как это все началось
Вообще учёные всегда сталкивались с различными трудностями при изучении света.Для древних ученых проблемой было определение самой природы света.
Некоторые из них объясняли способность человека видеть лучами, исходящими из глаз.
А вот римский писатель Лукреций, напротив, был близок к истине.
В своих работах он писал, что свет и тепло состоят из мелких движущихся частиц, но, к сожалению, его идеи не завоевали популярности.
В результате точка зрения о бесконечной скорости света, сформировавшаяся в античности, была основной вплоть до 17 века.
17 век положил начало активному изучению природы света.
Изобретение телескопа, корпускулярная теория света Ньютона и Декарта, волновая теория Гука и Гюйгенса, а также первая оценка скорости света Олафом Ремером.
Изучая затмения спутников Юпитера, он заметил, что время затмений отклонялось от среднего графика в зависимости от расстояния между Землей и Юпитером.
Когда оно увеличивается, затмения отстают от графика, и наоборот. Ремер связал этот факт с тем, что свет проходит большее или меньшее расстояние в зависимости от положения планет. К сожалению, учёные 17 века, в том числе Ремер, не имели возможности достаточно точно измерять время и расстояния.
Поэтому, используя доступные ему средства, он вычислил скорость света и получил 220 000 км/с.
Рисунок из статьи Ремера.
Ремер наблюдал затмения в точках E.K.L.H, G, F.
Как дела сегодня
Если 17 век можно охарактеризовать отсутствием необходимых технологий, то в наше время с этим проблем нет. Высокочастотные лазеры, невероятно точные часы.Но возникает другая проблема – практическая реализация измерения скорости.
Давайте представим, что измеряем скорость света.
Возьмем точные часы, источник света, например лазер, и зеркало.
Давайте включим лазер и измерим, сколько времени потребуется лучу, чтобы пройти путь от лазера до зеркала и обратно.
Разделим два расстояния от лазера до зеркала на время и получим скорость света.
В ходе такого эксперимента мы получим двустороннюю скорость света.
Двусторонний, поскольку во время измерения свет дважды проходит один и тот же путь (от лазера к зеркалу и обратно).
В чем может быть проблема? Возможно, скорость света — явление анизотропное, то есть в разных направлениях она имеет разные значения.
Например.
луч движется в одном направлении со скоростью с/2 и мгновенно возвращается обратно.
Различия могут быть менее существенными, например, в несколько процентов.
Но чтобы подтвердить или опровергнуть эту теорию, необходимо измерить одностороннюю скорость света.
Схема для измерения скорости света
Одновременность и синхронизация Эйнштейна
Для измерения односторонней скорости света одними часами не обойтись, как в случае измерения двусторонней скорости (т.е.по замкнутой траектории).
Само понятие «скорость в одном направлении» не существует, пока мы не определим, что такое «одно и то же время» в двух разных местах.
Следовательно, для измерения времени начала и окончания в одном масштабе времени потребуется пара часов.
Для этого вам необходимо синхронизировать часы.
Измерение величины односторонней скорости зависит от того, как мы это сделаем.
Таким образом, одновременность двух событий в одной и той же системе отсчета, разделенных расстоянием, определяется соглашением о том, как синхронизировать часы в этих двух точках.
В своей работе «К электродинамике движущихся тел» Эйнштейн предложил схему, получившую название «синхронизация Эйнштейна».
Согласно ему, односторонняя скорость света равна двусторонней независимо от направления.
В той же работе Эйнштейн писал: «.
это не предпосылка и не гипотеза о физической природе света, а требование, которое я предъявляю на основе свободного выбора, чтобы получить понятие одновременности».
Синхронизация Эйнштейна.
Время t’ вторых часов определяется так, что оно равно половине времени, за которое свет проходит расстояние 2*AB.
База, который час?
Как изменится понимание процессов во Вселенной, если окажется, что односторонняя скорость света в разных направлениях неодинакова? Давайте представим следующее: офис НАСА на Земле хочет синхронизировать свои часы с космической станцией.Предположим, что свет проходит путь от Земли до станции и обратно за 20 минут. Офис отправляет сообщение в 12:00. Если скорость света в одну сторону равна c, то сигнал достигнет станции за 10 минут. Экипаж устанавливает часы на 12:10 и отправляет на Землю ответ, который прибудет в 12:20. Теперь представим, что скорость света в одном направлении до станции равна с/2, и свет мгновенно возвращается обратно.
Офис также отправляет сообщение в 12:00. Сигнал достигает станции в 12:20, но экипаж считает, что скорость света в одну сторону равна c, поэтому выставляют часы на 12:10 и отправляют в офис ответ, который приходит мгновенно.
Земля получает сообщение о том, что время станции установлено на 12:10, а сигнал получен Землей в 12:20. Для наблюдателя ничего не изменилось, но в обоих случаях часы синхронизированы по-разному.
Диаграмма пространства-времени.
Для наблюдателей эти два случая идентичны, но часы синхронизированы по-разному.
Современные исследования
Время от времени возникают исследования, утверждающие, что определена односторонняя скорость света.В октябрьском выпуске Американского журнала физики за 2009 год была опубликована статья о том, как группа учёных нашла способ определить одностороннюю скорость света.
Но через определенное время различные учёные опровергли представленный метод и показали, что в ходе исследования измерялась двусторонняя скорость.
С текстом статьи можно ознакомиться на сайте журнала.
Сегодня мы не знаем величину односторонней скорости света.
Зачем вообще об этом говорить, если общепринятые физические модели работают. Если скорость света в одном направлении не может быть определена, то имеет ли понятие одновременности смысл для двух объектов, разделенных расстоянием? Возможно, это просто случайная причуда Вселенной, а может быть, это ключ к следующему сдвигу парадигмы в физике.
Дата-центр ИТСОФТ – услуги по хостингу и аренде серверов и стоек в двух дата-центрах в Москве.
В последние годы UPTIME 100%.
Размещение GPU-ферм и ASIC-майнеров, аренда GPU-серверов, лицензии на связь, SSL-сертификаты, администрирование серверов и поддержка сайтов.
Теги: #Популярная наука #физика #Эксперименты #скорость света #Эйнштейн
-
Урожай
19 Oct, 24 -
Ремонт Компьютеров В Графстве Сазерленд
19 Oct, 24 -
Семье Windows Исполняется 27 Лет
19 Oct, 24 -
Как Настроить Китайский Левитрон
19 Oct, 24 -
Apple Против Samsung
19 Oct, 24 -
Проект Seamonkey Официально Просит Поддержки
19 Oct, 24 -
Клиент Всегда Прав! Или Может Не Всегда?
19 Oct, 24
