Скорость света

Edit links
Страница полузащищена
«Скорость света» перенаправляется сюда. Чтобы узнать о других значениях, см. Скорость света (значения) и Скорость света (значения) .

Скорость света
Расстояние от Солнца до Земли показано как 150 миллионов километров, что является приблизительным средним значением. Размеры в масштабе.
В среднем солнечному свету требуется 8   минут 17   секунд, чтобы добраться от Солнца до Земли .
Точное значение
метры в секунду 299 792 458
Приблизительные значения (до трёх значащих цифр)
километры в час 1 080 000 000
миль в секунду 186 000
миль в час [1] 671 000 000
астрономические единицы в сутки 173 [Примечание 1]
парсек в год 0.307 [Примечание 2]
Примерное время прохождения светового сигнала
Расстояние Время
одна нога 1,0 нс
один метр 3,3 нс
с геостационарной орбиты на Землю 119 мс
длина экватора Земли 134 мс
от Луны до Земли 1,3 с
от Солнца до Земли (1 а.е. ) 8,3 мин.
один световой год 1,0 год
один парсек 3,26 года
от ближайшей к Солнцу звезды ( 1,3 шт .) 4,2 года
от галактики ближайшей к Земле 70 000 лет
через Млечный Путь 87 400 лет
из галактики Андромеды на Землю 2,5 миллиона лет
Специальная теория относительности
Мировая линия: схематическое изображение пространства-времени.
Фонды
Последствия
Пространство-время
Динамика
Люди

Скорость света в вакууме , обычно обозначаемая c , является универсальной физической константой , которая в точности равна 299 792 458 метров в секунду (приблизительно 300 000 километров в секунду; 186 000 миль в секунду; 671 миллион миль в час). [Примечание 3] Согласно специальной теории относительности , c — это верхний предел скорости, с которой обычная материя или энергия (и, следовательно, любой сигнал, несущий информацию ) может перемещаться в пространстве . [4] [5] [6]

Все формы электромагнитного излучения , включая видимый свет , распространяются со скоростью света. Для многих практических целей свет и другие электромагнитные волны распространяются мгновенно, но для больших расстояний и очень чувствительных измерений их конечная скорость имеет заметные последствия. Любой звездный свет, видимый на Земле, исходит из далекого прошлого, что позволяет людям изучать историю Вселенной, наблюдая за далекими объектами. При общении с далекими космическими зондами передача сигнала может занять от нескольких минут до нескольких часов. В вычислениях скорость света определяет максимальную минимальную задержку связи . Скорость света можно использовать во время полета для измерения больших расстояний с чрезвычайно высокой точностью.

Оле Рёмер впервые продемонстрировал в 1676 году , что свет не распространяется мгновенно, изучая видимое движение Юпитера спутника Ио . В последующие столетия стали появляться все более точные измерения его скорости. В статье, опубликованной в 1865 году, Джеймс Клерк Максвелл предположил, что свет представляет собой электромагнитную волну и, следовательно, распространяется со скоростью c . [7] В 1905 году Альберт Эйнштейн постулировал, что скорость света c относительно любой инерциальной системы отсчета является постоянной и не зависит от движения источника света. [8] Он исследовал последствия этого постулата, выведя теорию относительности , и тем самым показал, что параметр c имеет значение вне контекста света и электромагнетизма.

Безмассовые частицы и возмущения поля , такие как гравитационные волны , также движутся со скоростью c в вакууме. Такие частицы и волны движутся в точке c независимо от движения источника или инерциальной системы отсчета наблюдателя . Частицы с ненулевой массой покоя можно ускорить до достижения значения c , но никогда не достичь его, независимо от системы отсчета, в которой измеряется их скорость. В относительности теории c связывает пространство и время и появляется в знаменитой энергии эквивалентности массы и E = mc. 2 . [9]

В некоторых случаях может показаться, что объекты или волны движутся быстрее света (например, фазовые скорости волн, появление некоторых высокоскоростных астрономических объектов и особые квантовые эффекты ). Под расширением Вселенной понимается превышение скорости света за определенной границей .

Скорость, с которой свет распространяется через прозрачные материалы , такие как стекло или воздух, меньше c ; аналогично скорость электромагнитных волн в проводных кабелях меньше, чем c . Отношение между c и скоростью v, с которой свет распространяется в материале, называется показателем преломления n материала ( n = резюме ​ ) . Например, для видимого света показатель преломления стекла обычно составляет около 1,5, что означает, что свет в стекле распространяется со скоростью c / 1,5 ≈ 200 000 км/с ( 124 000 миль/с) ; показатель преломления воздуха для видимого света составляет около 1,0003, поэтому скорость света в воздухе примерно на 90 км/с (56 миль/с) медленнее, чем c .

Числовое значение, обозначения и единицы измерения

Скорость света в вакууме обычно обозначается строчной буквой c , что означает «постоянная», или латинским celeritas (что означает «быстрота, стремительность»). В 1856 году Вильгельм Эдуард Вебер и Рудольф Кольрауш использовали c в качестве другой константы, которая, как позже было показано, равна √ 2 -кратной скорости света в вакууме. Исторически символ V использовался как альтернативный символ скорости света, введенный Джеймсом Клерком Максвеллом в 1865 году. В 1894 году Пол Друде дал новое определение c, придав ему современное значение. Эйнштейн использовал V в своих оригинальных статьях по специальной теории относительности на немецком языке в 1905 году, но в 1907 году он переключился на c , которое к тому времени стало стандартным символом скорости света. [10] [11]

Иногда с используется для скорости волн в любой материальной среде, а с 0 — для скорости света в вакууме. [12] Это индексное обозначение, одобренное в официальной литературе по СИ. [13] имеет ту же форму, что и соответствующие электромагнитные константы: а именно, µ 0 для проницаемости вакуума или магнитной постоянной, ε 0 для диэлектрической проницаемости вакуума или электрической постоянной и Z 0 для импеданса свободного пространства . используется В этой статье c исключительно для обозначения скорости света в вакууме.

Использование в системах единиц

Дополнительная информация: Метр § Определение скорости света.

С 1983 года константа c определяется в Международной системе единиц (СИ) как ровно 299 792 458 м/с ; это соотношение используется для определения метра как расстояния, которое проходит свет в вакууме. 1/299 ​ ​ 792 458 секунды ​ . Используя значение c , а также точное измерение секунды , можно таким образом установить стандарт метра. [14] Как размерная физическая константа , числовое значение c различно для разных систем единиц. Например, в имперских единицах скорость света составляет примерно 186 282 мили в секунду, [Примечание 4] или примерно 1 фут в наносекунду. [Примечание 5] [15] [16]

В разделах физики, в которых c часто встречается, например, в теории относительности, обычно используются системы натуральных единиц измерения или геометризованная система единиц , где c = 1 . [17] [18] При использовании этих единиц c не появляется явно, поскольку умножение или деление на   1 не влияет на результат. Единица световой секунды в секунду по-прежнему актуальна, даже если ее опустить.

Фундаментальная роль в физике

См. Также: Специальная теория относительности и односторонняя скорость света.

Скорость распространения световых волн в вакууме не зависит как от движения источника волны, так и от инерциальной системы отсчета наблюдателя. [Примечание 6] Эта неизменность скорости света была постулирована Эйнштейном в 1905 году. [8] после того, как его мотивировала теория электромагнетизма Максвелла и отсутствие доказательств движения против светоносного эфира . [19] С тех пор это неоднократно подтверждалось множеством экспериментов. [Примечание 7] Проверить, что двусторонняя скорость света (например, от источника к зеркалу и обратно) не зависит от системы отсчёта, можно лишь экспериментально, поскольку невозможно измерить одностороннюю скорость света (например, , от источника к удаленному детектору) без каких-либо соглашений относительно того, как должны быть синхронизированы часы источника и детектора. [20] [21]

Приняв синхронизацию Эйнштейна для часов, односторонняя скорость света становится равной двусторонней скорости света по определению. [20] [21] Специальная теория относительности исследует последствия этой инвариантности c, исходя из предположения, что законы физики одинаковы во всех инерциальных системах отсчета. [22] [23] Одним из следствий является то, что c — это скорость, с которой все безмассовые частицы и волны, включая свет, должны двигаться в вакууме. [24] [Примечание 8]

γ начинается с 1, когда v равно нулю, и остается почти постоянным для малых v, затем он резко изгибается вверх и имеет вертикальную асимптоту, расходящуюся к положительной бесконечности по мере приближения v к c.
Фактор Лоренца γ как функция скорости. Он начинается с   1 и приближается к бесконечности по мере того, как v приближается к c .

Специальная теория относительности имеет множество противоречивых и экспериментально подтвержденных последствий. [26] К ним относятся эквивалентность массы и энергии ( E = mc 2 ) , сокращение длины (движущиеся объекты укорачиваются), [Примечание 9] и замедление времени (движущиеся часы идут медленнее). Коэффициент γ, на который сокращаются длины и расширяются времена, известен как фактор Лоренца и определяется как γ = (1 − v 2 / с 2 ) −1/2 , где v — скорость объекта. Разница γ от   1 незначительна для скоростей, намного более медленных, чем c , таких как большинство повседневных скоростей (в этом случае специальная теория относительности близко приближается к теории относительности Галилея ), но она увеличивается на релятивистских скоростях и расходится к бесконечности по мере v приближения к c . Например, коэффициент замедления времени γ = 2 возникает при относительной скорости 86,6% скорости света ( v = 0,866 c ). Аналогично, коэффициент замедления времени γ = 10 возникает при скорости 99,5% скорости света ( v = 0,995 c ).

Результаты специальной теории относительности можно обобщить, рассматривая пространство и время как единую структуру, известную как пространство-время (с единицами пространства и времени с, связывая их), и требуя, чтобы физические теории удовлетворяли специальной симметрии, называемой лоренц-инвариантностью , математическая формулировка которой содержит параметр с . [29] Лоренц-инвариантность — почти универсальное предположение для современных физических теорий, таких как квантовая электродинамика , квантовая хромодинамика , Стандартная модель физики элементарных частиц и общая теория относительности . Таким образом, параметр c повсеместно встречается в современной физике, появляясь во многих контекстах, не связанных со светом. Например, общая теория относительности предсказывает, что c также является скоростью гравитации и гравитационных волн . [30] и наблюдения гравитационных волн подтвердили это предсказание. [31] В неинерциальных системах отсчета (гравитационно искривленном пространстве-времени или ускоренных системах отсчета ) локальная скорость света постоянна и равна c , но скорость света может отличаться от c при измерении из удаленной системы отсчета, в зависимости от того, как измерения экстраполируются на регион. [32]

Обычно предполагается, что фундаментальные константы, такие как c, имеют одно и то же значение во всем пространстве-времени, а это означает, что они не зависят от местоположения и не меняются со временем. Однако в различных теориях высказывалось предположение, что скорость света могла меняться с течением времени . [33] [34] Никаких убедительных доказательств таких изменений обнаружено не было, но они остаются предметом продолжающихся исследований. [35] [36]

Обычно предполагается, что двусторонняя скорость света изотропна , что означает, что она имеет одно и то же значение независимо от направления, в котором она измеряется. Наблюдения за излучением уровней ядерной энергии в зависимости от ориентации излучающих ядер в магнитном поле (см. Эксперимент Хьюза-Древера ) и вращающихся оптических резонаторов (см. Эксперименты с резонаторами ) наложили строгие ограничения на возможную двустороннюю связь. анизотропия . [37] [38]

Верхний предел скорости

Согласно специальной теории относительности, энергия объекта с массой покоя m и скоростью v определяется выражением γmc. 2 , где γ — фактор Лоренца, определенный выше. Когда v равно нулю, γ равен единице, что приводит к знаменитому E = mc 2 формула эквивалентности массы и энергии. Фактор γ приближается к бесконечности по мере того, как v приближается к c , и для ускорения объекта с массой до скорости света потребуется бесконечное количество энергии. Скорость света является верхним пределом скорости объектов с положительной массой покоя, и отдельные фотоны не могут двигаться быстрее скорости света. [39] Это экспериментально установлено во многих тестах релятивистской энергии и импульса . [40]

Три пары координатных осей изображены с одним и тем же началом А; в зеленой рамке ось x горизонтальна, а ось ct вертикальна; в красной рамке ось x' слегка перекошена вверх, а ось ct' слегка перекошена вправо относительно зеленых осей; в синей рамке ось x несколько смещена вниз, а ось ct несколько смещена влево относительно зеленых осей. Точка B на зеленой оси x слева от A имеет нулевое ct, положительное ct' и отрицательное ct''.
Событие A предшествует B в красной рамке, происходит одновременно с B в зеленой рамке и следует за B в синей рамке.

В более общем смысле, сигналы или энергия не могут перемещаться быстрее, чем c . Один из аргументов в пользу этого вытекает из противоречивого вывода специальной теории относительности, известного как относительность одновременности . Если пространственное расстояние между двумя событиями A и B больше, чем временной интервал между ними, умноженный на c, то существуют системы отсчета, в которых A предшествует B, другие, в которых B предшествует A, и другие, в которых они одновременны. В результате, если бы что-то двигалось быстрее, чем c относительно инерциальной системы отсчета, оно двигалось бы назад во времени относительно другой системы отсчета, и причинность была бы нарушена. [Примечание 10] [43] В такой системе отсчета «следствие» можно было наблюдать раньше, чем его «причина». Подобного нарушения причинности никогда не было зафиксировано. [21] и привело бы к парадоксам, таким как тахионный антителефон . [44]

Наблюдения и эксперименты со скоростью, превышающей скорость света

См. Также: Движение быстрее света и сверхсветовое движение.

Бывают ситуации, когда может показаться, что материя, энергия или сигнал, несущий информацию, движутся со скоростью, большей, чем c , но это не так. Например, как обсуждается ниже в разделе о распространении света в секции среды, многие скорости волн могут превышать c . Фазовая скорость рентгеновских лучей через большинство стекол обычно может превышать c , [45] но фазовая скорость не определяет скорость, с которой волны передают информацию. [46]

Если лазерный луч быстро проходит по удаленному объекту, световое пятно может двигаться быстрее, чем c , хотя первоначальное движение пятна задерживается из-за времени, которое требуется свету, чтобы добраться до удаленного объекта со скоростью c . Однако единственными физическими объектами, которые движутся, являются лазер и излучаемый им свет, который движется со скоростью c от лазера к различным положениям пятна. Аналогично, тень, проецируемую на удаленный объект, можно заставить двигаться быстрее, чем c , после задержки во времени. [47] Ни в одном случае никакая материя, энергия или информация не движутся быстрее света. [48]

Скорость изменения расстояния между двумя объектами в системе отсчета, относительно которой оба движутся ( скорость их сближения ) может иметь значение, превышающее c . Однако это не отражает скорость какого-либо отдельного объекта, измеренную в одной инерциальной системе отсчета. [48]

Некоторые квантовые эффекты, по-видимому, передаются мгновенно и, следовательно, быстрее, чем c , как в парадоксе ЭПР . Пример касается квантовых состояний двух частиц, которые могут быть запутаны . Пока какая-либо из частиц не будет обнаружена, они существуют в суперпозиции двух квантовых состояний. Если частицы разделены и наблюдается квантовое состояние одной частицы, квантовое состояние другой частицы определяется мгновенно. Однако невозможно контролировать, какое квантовое состояние примет первая частица при наблюдении, поэтому информация не может передаваться таким способом. [48] [49]

Другой квантовый эффект, который предсказывает появление скоростей, превышающих скорость света, называется эффектом Хартмана : при определенных условиях время, необходимое виртуальной частице для туннелирования через барьер, является постоянным, независимо от толщины барьера. [50] [51] Это может привести к тому, что виртуальная частица пересечет большой зазор быстрее света. Однако с помощью этого эффекта нельзя отправить никакую информацию. [52]

Так называемое сверхсветовое движение наблюдается у некоторых астрономических объектов. [53] такие как струи радиогалактик . и квазаров релятивистские Однако эти струи не движутся со скоростью, превышающей скорость света: кажущееся сверхсветовое движение представляет собой эффект проекции , вызванный объектами, движущимися со скоростью, близкой к скорости света, и приближающимися к Земле под небольшим углом к ​​лучу зрения: поскольку свет который был испущен, когда струя находилась дальше, и потребовалось больше времени, чтобы достичь Земли, время между двумя последовательными наблюдениями соответствует более длительному времени между моментами испускания световых лучей. [54]

Эксперимент 2011 года, в котором было обнаружено, что нейтрино движутся быстрее света, оказался результатом экспериментальной ошибки. [55] [56]

В моделях расширяющейся Вселенной чем дальше галактики находятся друг от друга, тем быстрее они расходятся. Например, предполагается, что галактики, находящиеся далеко от Земли, удаляются от Земли со скоростями, пропорциональными их расстояниям. За границей, называемой сферой Хаббла , скорость увеличения расстояния от Земли становится больше скорости света. [57] Эти темпы рецессии, определяемые как увеличение собственного расстояния за космологическое время , не являются скоростями в релятивистском смысле. Скорость космологического спада, превышающая скорость света, является лишь координатным артефактом.

Распространение света

В классической физике свет описывается как разновидность электромагнитной волны . Классическое поведение электромагнитного поля описывается уравнениями Максвелла , которые предсказывают, что скорость c , с которой электромагнитные волны (например, свет) распространяются в вакууме, связана с распределенной емкостью и индуктивностью вакуума, иначе известными как электрическая постоянная ε. 0 и магнитная постоянная µ 0 по уравнению [58]

В современной квантовой физике электромагнитное поле описывается теорией квантовой электродинамики (КЭД). В этой теории свет описывается фундаментальными возбуждениями (или квантами) электромагнитного поля, называемыми фотонами . В КЭД фотоны являются безмассовыми частицами и поэтому, согласно специальной теории относительности, они движутся со скоростью света в вакууме. [24]

Рассмотрены расширения КЭД, в которых фотон имеет массу. В такой теории его скорость будет зависеть от его частоты, и инвариантная скорость c специальной теории относительности будет тогда верхним пределом скорости света в вакууме. [32] В ходе строгих испытаний не наблюдалось изменения скорости света в зависимости от частоты, что накладывает строгие ограничения на массу фотона. [59] Полученный предел зависит от используемой модели: если массивный фотон описывается теорией Прока , [60] экспериментальная верхняя граница его массы составляет около 10 −57 граммы ; [61] если масса фотона генерируется по механизму Хиггса , экспериментальный верхний предел менее резкий, m ≤ 10 −14  эВ/ c 2 (примерно 2 × 10 −47 г). [60]

Другой причиной изменения скорости света в зависимости от его частоты может быть невозможность применения специальной теории относительности к сколь угодно малым масштабам, как предсказывают некоторые предложенные теории квантовой гравитации . В 2009 году наблюдение гамма-всплеска GRB 090510 не обнаружило никаких доказательств зависимости скорости фотонов от энергии, что подтверждает жесткие ограничения в конкретных моделях квантования пространства-времени того, как на эту скорость влияет энергия фотонов для энергий, приближающихся к масштабу Планка . [62]

В среде

Смотрите также: Показатель преломления

В среде свет обычно не распространяется со скоростью, равной с ; кроме того, разные типы световых волн будут распространяться с разной скоростью. Скорость, с которой распространяются отдельные гребни и впадины плоской волны (волны, заполняющей все пространство и имеющей только одну ) , называется фазовой скоростью   vp частоту . Физический сигнал конечной протяженности (импульс света) распространяется с другой скоростью. Общая огибающая импульса движется с групповой скоростью   v g , а его самая ранняя часть движется со скоростью фронта   v f . [63]

Модулированная волна движется слева направо. Есть три точки, отмеченные точкой: синяя точка в узле несущей волны, зеленая точка в максимуме огибающей и красная точка в передней части огибающей.
Синяя точка движется со скоростью ряби, фазовой скоростью; зеленая точка движется со скоростью оболочки, групповой скоростью; а красная точка движется со скоростью передней части импульса, скоростью фронта.

Фазовая скорость важна для определения того, как световая волна проходит через материал или от одного материала к другому. Его часто представляют в терминах показателя преломления . Показатель преломления материала определяется как отношение c к фазовой скорости v p в материале: большие показатели преломления указывают на более низкие скорости. Показатель преломления материала может зависеть от частоты, интенсивности, поляризации или направления распространения света; однако во многих случаях ее можно рассматривать как константу, зависящую от материала. Показатель преломления воздуха составляет примерно 1,0003. [64] Более плотные среды, такие как вода , [65] стекло , [66] и бриллиант , [67] имеют показатели преломления около 1,3, 1,5 и 2,4 соответственно для видимого света.

В экзотических материалах, таких как конденсаты Бозе-Эйнштейна, близкие к абсолютному нулю, эффективная скорость света может составлять всего несколько метров в секунду. Однако это представляет собой задержку поглощения и повторного излучения между атомами, как и все , меньшие, чем c, скорости в материальных веществах. В качестве крайнего примера «замедления» света в материи две независимые группы физиков заявили, что довели свет до «полной остановки», пропустив его через бозе-эйнштейновский конденсат элемента рубидия . Популярное описание «остановки» света в этих экспериментах относится только к свету, который сохраняется в возбужденных состояниях атомов, а затем повторно излучается в произвольно более позднее время, стимулируемый вторым лазерным импульсом. За то время, пока оно «остановилось», оно перестало быть светлым. Такое поведение обычно микроскопически справедливо для всех прозрачных сред, которые «замедляют» скорость света. [68]

В прозрачных материалах показатель преломления обычно больше 1, что означает, что фазовая скорость меньше c . В других материалах показатель преломления может стать меньше   1 для некоторых частот; в некоторых экзотических материалах показатель преломления может даже стать отрицательным. [69] Требование ненарушения причинности подразумевает, что действительная и мнимая части диэлектрической проницаемости любого материала, соответствующие соответственно показателю преломления и коэффициенту затухания , связаны соотношениями Крамерса-Кронига . [70] [71] На практике это означает, что в материале с показателем преломления менее 1 волна будет быстро поглощаться. [72]

Импульс с различной групповой и фазовой скоростью (что происходит, если фазовая скорость не одинакова для всех частот импульса) со временем размывается — процесс, известный как дисперсия . Некоторые материалы имеют исключительно низкую (или даже нулевую) групповую скорость световых волн — явление, называемое медленным светом . [73] Противоположное — групповые скорости, превышающие c , — было предложено теоретически в 1993 году и достигнуто экспериментально в 2000 году. [74] Возможно даже, что групповая скорость станет бесконечной или отрицательной, при этом импульсы будут распространяться мгновенно или назад во времени. [63]

Ни один из этих вариантов не позволяет передавать информацию быстрее, чем c . Невозможно передать информацию световым импульсом быстрее, чем скорость самой ранней части импульса (скорость фронта). Можно показать, что оно (при определенных предположениях) всегда равно c . [63]

Частица может двигаться через среду быстрее, чем фазовая скорость света в этой среде (но все же медленнее, чем c ). Когда заряженная частица делает это в диэлектрическом электромагнитный эквивалент ударной волны , известный как черенковское излучение . материале, испускается [75]

Практические последствия конечности

Скорость света имеет значение для связи : время задержки в одну сторону и туда-обратно больше нуля. Это применимо от малых до астрономических масштабов. С другой стороны, некоторые методы зависят от конечной скорости света, например, при измерении расстояний.

Малые весы

В компьютерах скорость света накладывает ограничение на скорость передачи данных между процессорами . Если процессор работает на частоте 1   гигагерц , сигнал может пройти максимум около 30 сантиметров (1 фут) за один такт — на практике это расстояние еще короче, поскольку печатная плата преломляет и замедляет сигналы. Поэтому процессоры, а также микросхемы памяти необходимо размещать близко друг к другу , чтобы минимизировать задержки связи, и необходимо проявлять осторожность при прокладке проводов между ними, чтобы обеспечить целостность сигнала . Если тактовые частоты продолжат увеличиваться, скорость света в конечном итоге может стать ограничивающим фактором для внутренней конструкции одиночных чипов . [76] [77]

Большие расстояния на Земле

Акустическое представление скорости света: при каждом звуковом сигнале свет совершает полный круг вокруг экватора.

Учитывая, что экваториальная окружность Земли составляет около 40 075 км , а скорость c составляет около 300 000 км/с , теоретическое кратчайшее время, за которое часть информации может пройти половину земного шара по поверхности, составляет около 67 миллисекунд. Когда свет распространяется по оптическому волокну ( прозрачному материалу ), фактическое время прохождения больше, отчасти потому, что скорость света в оптическом волокне примерно на 35% медленнее, в зависимости от его показателя преломления n . [Примечание 11] Прямые линии редки в глобальных коммуникациях, и время в пути увеличивается, когда сигналы проходят через электронные переключатели или регенераторы сигналов. [79]

Хотя это расстояние в значительной степени не имеет значения для большинства приложений, задержка становится важной в таких областях, как высокочастотная торговля , где трейдеры стремятся получить минутные преимущества, доставляя свои сделки на биржи на доли секунды раньше других трейдеров. Например, торговцы переходят на микроволновую связь между торговыми центрами из-за преимущества, которое имеют радиоволны, распространяющиеся со скоростью, близкой к скорости света в воздухе, по сравнению со сравнительно более медленными оптоволоконными сигналами. [80] [81]

Космический полет и астрономия

Диаметр Луны составляет около четверти диаметра Земли, а расстояние до них примерно в тридцать раз больше диаметра Земли. Луч света стартует с Земли и достигает Луны примерно за секунду с четвертью.
Изображен луч света, путешествующий между Землей и Луной за время, необходимое световому импульсу, чтобы пройти между ними: 1,255 секунды на их среднем орбитальном расстоянии (поверхность-поверхность). Относительные размеры и разделение системы Земля – Луна показаны в масштабе.

Точно так же связь между Землей и космическим кораблем не происходит мгновенно. Между источником и приемником существует небольшая задержка, которая становится более заметной по мере увеличения расстояния. Эта задержка была значительной для связи между наземным управлением и Аполлоном-8 , когда он стал первым пилотируемым космическим кораблем, вышедшим на орбиту Луны : на каждый вопрос наземной станции управления приходилось ждать не менее трех секунд, чтобы получить ответ. [82]

Задержка связи между Землей и Марсом может варьироваться от пяти до двадцати минут в зависимости от относительного положения двух планет. Как следствие этого, если бы робот на поверхности Марса столкнулся с проблемой, его люди-контролеры узнали бы об этом только через 5–20 минут . Тогда командам потребуется еще 5–20 минут , чтобы добраться с Земли на Марс. [83]

Прием света и других сигналов от удаленных астрономических источников занимает гораздо больше времени. Например, потребуется 13 миллиардов (13 × 10 9 ) лет, чтобы свет добрался до Земли из далеких галактик, видимых на изображениях Хаббла в сверхглубоком поле . [84] [85] На этих фотографиях, сделанных сегодня, запечатлены изображения галактик такими, какими они были 13 миллиардов лет назад, когда Вселенной было меньше миллиарда лет. [84] Тот факт, что более удаленные объекты кажутся более молодыми из-за конечной скорости света, позволяет астрономам делать выводы об эволюции звезд , галактик и самой Вселенной . [86]

Астрономические расстояния иногда выражаются в световых годах , особенно в научно-популярных публикациях и средствах массовой информации. [87] Световой год — это расстояние, которое свет проходит за один юлианский год , около 9461 миллиарда километров, 5879 миллиардов миль, или 0,3066 парсека . В круглых цифрах световой год составляет почти 10 триллионов километров или почти 6 триллионов миль. Проксима Центавра , ближайшая к Земле звезда после Солнца, находится на расстоянии около 4,2 световых лет. [88]

Измерение расстояния

Основная статья: Измерение расстояния

Радарные системы измеряют расстояние до цели по времени, которое требуется импульсу радиоволны, чтобы вернуться к антенне радара после отражения от цели: расстояние до цели составляет половину времени прохождения туда и обратно, умноженного на скорость света. . Приемник системы глобального позиционирования (GPS) измеряет расстояние до спутников GPS на основе того, сколько времени требуется радиосигналу для прибытия от каждого спутника, и на основе этих расстояний рассчитывает положение приемника. Поскольку свет проходит около 300 000 километров ( 186 000 миль ) за одну секунду, эти измерения малых долей секунды должны быть очень точными. Эксперимент по лунной лазерной локации , радиолокационная астрономия и сеть дальнего космоса определяют расстояния до Луны. [89] планеты [90] и космический корабль, [91] соответственно, путем измерения времени транзита туда и обратно.

Измерение

Существуют разные способы определения значения c . Один из способов — измерить фактическую скорость распространения световых волн, что можно сделать с помощью различных астрономических и наземных установок. можно и Определить c из других физических законов, где оно появляется, например, определив значения электромагнитных констант ε 0 и µ 0 и воспользовавшись их связью с c . Исторически наиболее точные результаты были получены при раздельном определении частоты и длины волны светового луча, произведение которых равнялось с . Более подробно это описано в разделе «Интерферометрия» ниже.

В 1983 году метр был определен как «длина пути, пройденного светом в вакууме за интервал времени 1 ⁄ 299 792 458 секунды", [92] фиксируя значение скорости света в 299 792 458 м/с по определению, как описано ниже . Следовательно, точные измерения скорости света дают точную реализацию метра, а не точное значение c .

Астрономические измерения

Измерение скорости света с момента обращения Ио вокруг Юпитера с использованием затмений Ио тенью Юпитера для точного измерения его орбиты.

Космическое пространство является удобным местом для измерения скорости света из-за его больших масштабов и почти идеального вакуума . Обычно измеряют время, необходимое свету для прохождения некоторого эталонного расстояния в Солнечной системе , например радиуса орбиты Земли. Исторически такие измерения можно было производить довольно точно по сравнению с тем, насколько точно длина эталонного расстояния известна в наземных единицах.

Оле Кристенсен Рёмер использовал астрономические измерения, чтобы сделать первую количественную оценку скорости света в 1676 году. [93] [94] При измерении с Земли периоды обращения лун вокруг далекой планеты короче, когда Земля приближается к планете, чем когда Земля удаляется от нее. Разница невелика, но совокупное время становится значительным, если измерять его в течение нескольких месяцев. Расстояние, проходимое светом от планеты (или ее луны) до Земли, короче, когда Земля находится в точке своей орбиты, ближайшей к ее планете, чем когда Земля находится в самой дальней точке своей орбиты, разница в расстоянии диаметр . орбиты Земли вокруг Солнца Наблюдаемое изменение орбитального периода Луны вызвано разницей во времени, за которое свет проходит более короткое или большее расстояние. Рёмер наблюдал этот эффект на Ио самом внутреннем спутнике Юпитера и пришел к выводу, что свету требуется 22 минуты, чтобы пересечь диаметр орбиты Земли. [93]

Звезда испускает луч света, который попадает в объектив телескопа. Пока свет проходит по телескопу к окуляру, телескоп движется вправо. Чтобы свет оставался внутри телескопа, телескоп должен быть наклонен вправо, в результате чего удаленный источник появится в другом месте справа.
Аберрация света: свет от удаленного источника кажется движущемуся телескопу из другого места из-за конечной скорости света.

Другой метод — использовать аберрацию света , открытую и объясненную Джеймсом Брэдли в 18 веке. [95] Этот эффект возникает в результате векторного сложения скорости света, приходящего от удаленного источника (например, звезды), и скорости его наблюдателя (см. диаграмму справа). Таким образом, движущийся наблюдатель видит свет, идущий с несколько иного направления, и, следовательно, видит источник в положении, смещенном от его исходного положения. Поскольку направление скорости Земли постоянно меняется по мере обращения Земли вокруг Солнца, этот эффект заставляет видимое положение звезд перемещаться. От угловой разницы положения звезд (максимум 20,5 угловых секунд ) [96] скорость света можно выразить через скорость вращения Земли вокруг Солнца, которую при известной длине года можно преобразовать во время, необходимое для путешествия от Солнца до Земли. В 1729 году Брэдли использовал этот метод, чтобы вывести, что свет движется в 10 210 раз быстрее, чем Земля на ее орбите (современная цифра в 10 066 раз быстрее) или, что то же самое, что свету потребуется 8 минут 12 секунд, чтобы пройти путь от Солнца. на Землю. [95]

Астрономическая единица

( Астрономическая единица АЕ) — это примерно среднее расстояние между Землей и Солнцем. В 2012 году она была переопределена как ровно 149 597 870 700 м . [97] [98] Ранее АС основывалась не на Международной системе единиц , а на основе гравитационной силы Солнца в рамках классической механики. [Примечание 12] В текущем определении используется рекомендуемое значение в метрах для предыдущего определения астрономической единицы, которая определялась путем измерения. [97] Это переопределение аналогично определению метра и также приводит к фиксации точного значения скорости света в астрономических единицах в секунду (через точную скорость света в метрах в секунду). [100]

Ранее обратная величина c, выраженная в секундах на астрономическую единицу, измерялась путем сравнения времени, в течение которого радиосигналы достигают различных космических кораблей в Солнечной системе, с их положением, рассчитанным на основе гравитационного воздействия Солнца и различных планет. Объединив множество таких измерений, можно было получить наиболее подходящее значение времени освещения на единицу расстояния. Например, в 2009 году наилучшая оценка, одобренная Международным астрономическим союзом (МАС), была: [101] [102]

световое время на единицу расстояния: t au = 499,004 783 836 (10) с ,
c = 0,002 003 988 804 10 (4) ЕД/с = 173,144 632 674 (3) ЕД/д .

Относительная неопределенность этих измерений составляет 0,02 частей на миллиард ( 2 × 10 −11 ), что эквивалентно неопределенности наземных измерений длины с помощью интерферометрии. [103] Поскольку метр определяется как длина, пройденная светом за определенный интервал времени, измерение светового времени в терминах предыдущего определения астрономической единицы также можно интерпретировать как измерение длины астрономической единицы (старое определение) в метры. [Примечание 13]

Техника времени полета

В одном из последних и наиболее точных измерений времени полета эксперимент Майкельсона, Пиза и Пирсона 1930–1935 годов использовал вращающееся зеркало и вакуумную камеру длиной в одну милю (1,6 км), которую световой луч пересекал 10 раз. Была достигнута точность ±11 км/с.
Луч света проходит горизонтально через полузеркало и вращающееся зубчатое колесо, отражается зеркалом обратно, проходит через зубчатое колесо и отражается полузеркалом в монокуляр.
Схема аппарата Физо :
  1. Источник света
  2. Светоделительное полупрозрачное зеркало
  3. Зубчатое колесо-отбойник светового луча
  4. Удаленное зеркало
  5. Телескопическая трубка

Метод измерения скорости света заключается в измерении времени, необходимого свету для прохождения до зеркала на известное расстояние и обратно. Это рабочий принцип, лежащий в основе экспериментов Ипполита Физо и Леона Фуко .

Установка , использованная Физо, состоит из луча света, направленного на зеркало на расстоянии 8 километров (5 миль). На пути от источника к зеркалу луч проходит через вращающееся зубчатое колесо. При определенной скорости вращения луч проходит через один зазор на выходе и другой на обратном пути, но при несколько более высоких или меньших скоростях луч ударяется о зуб и не проходит через колесо. Зная расстояние между колесом и зеркалом, количество зубьев колеса и скорость вращения, можно вычислить скорость света. [104]

Метод Фуко заменяет зубчатое колесо вращающимся зеркалом. Поскольку зеркало продолжает вращаться, пока свет достигает дальнего зеркала и обратно, свет отражается от вращающегося зеркала на выходе под другим углом, чем на обратном пути. По этой разнице углов, известной скорости вращения и расстоянию до дальнего зеркала можно вычислить скорость света. [105] Фуко использовал этот прибор для измерения скорости света в воздухе по сравнению с водой, основываясь на предложении Франсуа Араго . [106]

Сегодня, используя осциллографы с временным разрешением менее одной наносекунды, скорость света можно измерить напрямую, измеряя задержку светового импульса лазера или светодиода, отраженного от зеркала. Этот метод менее точен (с ошибками порядка 1%), чем другие современные методы, но иногда используется в качестве лабораторного эксперимента на уроках физики в колледже. [107]

Электромагнитные константы

Вариантом получения c , не зависящим напрямую от измерения распространения электромагнитных волн, является использование связи между c и диэлектрической проницаемостью вакуума ε 0 и вакуумной проницаемостью μ 0, установленной теорией Максвелла: c 2 знак равно 1/( ε 0 μ 0 ). Вакуумная диэлектрическая проницаемость может быть определена путем измерения емкости и размеров конденсатора , тогда как значение вакуумной проницаемости исторически фиксировалось ровно на уровне 4π × 10. −7  H⋅m −1 через определение ампера . Роза и Дорси использовали этот метод в 1907 году, чтобы найти значение 299 710 ± 22 км/с . Их метод зависел от наличия стандартной единицы электрического сопротивления, «международного ома », и поэтому его точность была ограничена тем, как был определен этот стандарт. [108] [109]

Резонанс полости

Коробка с тремя волнами; имеется полторы длины волны верхней волны, одна — средней и полторы — нижней.
Электромагнитные стоячие волны в полости

Другой способ измерения скорости света — независимое измерение частоты f и длины волны λ электромагнитной волны в вакууме. Затем значение c можно найти, используя соотношение c = fλ . Одним из вариантов является измерение резонансной частоты полого резонатора . Если также известны размеры резонансной полости, их можно использовать для определения длины волны. В 1946 году Луи Эссен и А.С. Гордон-Смит установили частоту для множества нормальных мод микроволн в микроволновом резонаторе точно известных размеров. Размеры устанавливались с точностью около ±0,8 мкм с помощью датчиков, калиброванных методом интерферометрии. [108] Поскольку длина волны мод была известна из геометрии полости и из теории электромагнетизма , знание соответствующих частот позволило вычислить скорость света. [108] [110]

Результат Эссена-Гордона-Смита, 299 792 ± 9 км/с , был существенно точнее результатов, полученных оптическими методами. [108] году повторные измерения Эссена установили результат 299 792,5 К 1950 ± 3,0 км/с . [111]

Возможна домашняя демонстрация этой техники с использованием микроволновой печи и таких продуктов, как зефир или маргарин: если убрать поворотный стол так, чтобы еда не двигалась, она будет готовиться быстрее всего в пучностях (точках, в которых амплитуда волны самый большой), где он начнет таять. Расстояние между двумя такими пятнами составляет половину длины волны микроволн; измеряя это расстояние и умножая длину волны на микроволновую частоту (обычно отображаемую на задней панели печи, обычно 2450 МГц), можно вычислить значение c «часто с ошибкой менее 5%». [112] [113]

Интерферометрия

Схема работы интерферометра Майкельсона.
Интерферометрическое определение длины. Слева: конструктивное вмешательство ; Справа: деструктивное вмешательство .

Интерферометрия — еще один метод определения длины волны электромагнитного излучения для определения скорости света. [Примечание 14] Когерентный . луч света (например, от лазера ) с известной частотой ( f ) разделяется на два пути, а затем рекомбинируется Регулируя длину пути, наблюдая за интерференционной картиной длину волны света ( λ и тщательно измеряя изменение длины пути, можно определить ). Скорость света затем рассчитывается по уравнению c = λf .

До появления лазерных технологий когерентные радиоисточники использовались для интерферометрических измерений скорости света. [115] Интерферометрическое определение длины волны становится менее точным с увеличением длины волны, и, таким образом, точность экспериментов была ограничена длинной волны (~ 4 мм (0,16 дюйма)) радиоволн. Точность можно повысить, используя свет с более короткой длиной волны, но тогда становится трудно напрямую измерить частоту света. [116]

Один из способов решения этой проблемы — начать с низкочастотного сигнала, частоту которого можно точно измерить, и на основе этого сигнала постепенно синтезировать более высокочастотные сигналы, частоту которых затем можно связать с исходным сигналом. Затем лазер можно синхронизировать по частоте, а его длину волны можно определить с помощью интерферометрии. [116] Этот метод был разработан группой Национального бюро стандартов (которое позже стало Национальным институтом стандартов и технологий ). Они использовали его в 1972 году для измерения скорости света в вакууме с погрешностью дробной 3,5 × 10. −9 . [116] [117]

История

До начала Нового времени не было известно, распространяется ли свет мгновенно или с очень большой конечной скоростью. Первое дошедшее до нас письменное исследование этого предмета было проведено в Древней Греции . Древние греки, арабские учёные и классические европейские учёные долго спорили об этом, пока Рёмер не впервые рассчитал скорость света. Специальная теория относительности Эйнштейна постулирует, что скорость света постоянна независимо от системы отсчета. С тех пор ученые проводят все более точные измерения.

История измерений c (в м/с)
<1638 Галилей , крытые фонари неубедительный [118] [119] [120] : 1252  [Примечание 15]
<1667 Accademia del Cimento , крытые фонари неубедительный [120] : 1253  [121]
1675 Рёмер и Гюйгенс — спутники Юпитера. 220 000 000 [94] [122] −27%
1729 Джеймс Брэдли , аберрация света 301 000 000 [104] +0.40%
1849 Ипполит Физо , зубчатое колесо 315 000 000 [104] +5.1%
1862 Леон Фуко , вращающееся зеркало 298 000 000 ± 500 000 [104] −0.60%
1875 Вернер Сименс 260 000 000 [123]
1893 Генрих Герц 200 000 000 [124]
1907 Роза и Дорси, ЭМ константы 299 710 000 ± 30 000 [108] [109] −280 частей на миллион
1926 Альберт А. Майкельсон , вращающееся зеркало 299 796 000 ± 4000 [125] +12 частей на миллион
1950 Эссен и Гордон-Смит , полостной резонатор 299 792 500 ± 3000 [111] +0,14 частей на миллион
1958 К.Д. Фрум, радиоинтерферометрия 299 792 500 ± 100 [115] +0,14 частей на миллион
1972 Эвенсон и др. , лазерная интерферометрия 299 792 456 .2 ± 1.1 [117] −0,006 частей на миллион
1983 17-я ГКМВ, определение метра 299 792 458 (точно) [92]

Ранняя история

Эмпедокл (ок. 490–430 до н. э.) был первым, кто предложил теорию света. [126] и утверждал, что свет имеет конечную скорость. [127] Он утверждал, что свет — это нечто движущееся, и поэтому ему требуется некоторое время, чтобы путешествовать. Аристотель , напротив, утверждал, что «свет возникает из-за присутствия чего-то, но не является движением». [128] Евклид и Птолемей зрения Эмпедокла выдвинули эмиссионную теорию , согласно которой свет испускается из глаза, что обеспечивает зрение. Основываясь на этой теории, Герон Александрийский утверждал, что скорость света должна быть бесконечной, поскольку далекие объекты, такие как звезды, появляются сразу после открытия глаз. [129]

Ранние исламские философы первоначально согласились с аристотелевской точкой зрения о том, что свет не имеет скорости движения. В 1021 году Альхазен (Ибн аль-Хайсам) опубликовал « Книгу оптики» , в которой представил ряд аргументов, отвергающих эмиссионную теорию зрения в пользу принятой ныне теории интромиссии, в которой свет движется от предмета в глаз. [130] Это привело Альхазена к предположению, что свет должен иметь конечную скорость. [128] [131] [132] и что скорость света непостоянна и уменьшается в более плотных телах. [132] [133] Он утверждал, что свет — это субстанциальная материя, для распространения которой требуется время, даже если это скрыто от чувств. [134] Также в 11 веке Абу Райхан аль-Бируни согласился с тем, что свет имеет конечную скорость, и заметил, что скорость света намного превышает скорость звука. [135]

В 13 веке Роджер Бэкон утверждал, что скорость света в воздухе не бесконечна, используя философские аргументы, подкрепленные работами Альхазена и Аристотеля. [136] [137] В 1270-х годах Витело рассматривал возможность движения света с бесконечной скоростью в вакууме, но замедления в более плотных телах. [138]

В начале 17 века Иоганн Кеплер считал, что скорость света бесконечна, поскольку пустое пространство не представляет для нее препятствий. Рене Декарт утверждал, что если бы скорость света была конечной, Солнце, Земля и Луна были бы заметно смещены во время лунного затмения . Хотя этот аргумент терпит неудачу, если принять во внимание аберрацию света , последняя не была признана до следующего столетия. [139] Поскольку такого несовпадения не наблюдалось, Декарт пришел к выводу, что скорость света бесконечна. Декарт предположил, что если скорость света окажется конечной, вся его система философии может быть разрушена. [128] Несмотря на это, при выводе закона Снеллиуса Декарт предположил, что некий вид движения, связанный со светом, происходит быстрее в более плотных средах. [140] [141] Пьер де Ферма вывел закон Снелла, используя противоположное предположение: чем плотнее среда, тем медленнее распространяется свет. Ферма также выступал в поддержку конечной скорости света. [142]

Первые попытки измерений

В 1629 году Исаак Бекман предложил эксперимент, в котором человек наблюдает вспышку пушки, отражающуюся от зеркала на расстоянии примерно одной мили (1,6 км). В 1638 году Галилео Галилей предложил эксперимент (очевидно, утверждая, что он был проведен несколькими годами ранее) по измерению скорости света путем наблюдения за задержкой между раскрытием фонаря и его восприятием на некотором расстоянии. Он не смог определить, было ли путешествие света мгновенным или нет, но пришел к выводу, что если это не так, то оно, тем не менее, должно быть чрезвычайно быстрым. [118] [119] В 1667 году Академия дель Чименто во Флоренции сообщила, что она провела эксперимент Галилея с фонарями, разделенными примерно на одну милю, но никакой задержки не наблюдалось. [143] Фактическая задержка в этом эксперименте составила бы около 11 микросекунд .

Схема орбиты планеты вокруг Солнца и орбиты луны вокруг другой планеты. Тень последней планеты заштрихована.
Наблюдения Рёмера затмений Ио с Земли

Первую количественную оценку скорости света сделал в 1676 году Оле Рёмер. [93] [94] На основании наблюдения, что периоды обращения самой внутренней луны Юпитера Ио кажутся короче, когда Земля приближается к Юпитеру, чем когда она удаляется от него, он пришел к выводу, что свет распространяется с конечной скоростью, и подсчитал, что свету требуется 22 минуты, чтобы пересечь диаметр спутника Юпитера. Орбита Земли. Христиан Гюйгенс объединил эту оценку с оценкой диаметра орбиты Земли, чтобы получить оценку скорости света в 220 000 км/с , что на 27% ниже фактического значения. [122]

В своей книге «Оптика » 1704 года Исаак Ньютон сообщил о расчетах Рёмера конечной скорости света и дал значение «семь или восемь минут» для времени, необходимого свету для путешествия от Солнца до Земли (современное значение составляет 8 минут 19). секунды). [144] Ньютон задался вопросом, были ли тени Рёмера цветными. Услышав, что это не так, он пришел к выводу, что разные цвета движутся с одинаковой скоростью. В 1729 году Джеймс Брэдли обнаружил звездную аберрацию . [95] На основе этого эффекта он определил, что свет должен двигаться в 10 210 раз быстрее, чем Земля на ее орбите (современная цифра в 10 066 раз быстрее) или, что то же самое, что свету потребуется 8 минут 12 секунд, чтобы пройти путь от Солнца до Земли. [95]

Связи с электромагнетизмом

Смотрите также: История электромагнитной теории и История специальной теории относительности.

В 19 веке Ипполит Физо разработал метод определения скорости света на основе измерений времени полета на Земле и сообщил о значении 315 000 км/с . [145] Его метод был усовершенствован Леоном Фуко , который в 1862 году получил значение 298 000 км/с . [104] В 1856 году Вильгельм Эдуард Вебер и Рудольф Кольрауш измерили соотношение электромагнитных и электростатических единиц заряда, 1/ √ ε 0 μ 0 , разрядив лейденскую банку , и обнаружили, что его численное значение очень близко к скорости свет, измеренный непосредственно Физо. В следующем году Густав Кирхгоф подсчитал, что электрический сигнал в проводе без сопротивления распространяется по проводу с такой скоростью. [146]

В начале 1860-х годов Максвелл показал, что согласно теории электромагнетизма, над которой он работал, электромагнитные волны распространяются в пустом пространстве. [147] со скоростью, равной указанному выше соотношению Вебера/Кольрауша, и обратив внимание на числовую близость этого значения к скорости света, измеренной Физо, он предположил, что свет на самом деле является электромагнитной волной. [148] Максвелл подкрепил свое утверждение собственным экспериментом, опубликованным в «Философских трудах» 1868 года, который определил соотношение электростатических и электромагнитных единиц электричества. [149]

«Светоносный эфир»

Основная статья: Светоносный эфир

Волновые свойства света были хорошо известны со времен Томаса Янга . В 19 веке физики считали, что свет распространяется в среде, называемой эфиром (или эфиром). Но электрическая сила больше похожа на силу гравитации в законе Ньютона. Передающая среда не требовалась. После того, как теория Максвелла объединила свет, электрические и магнитные волны, стало предпочтительным, чтобы и световые, и электрические магнитные волны распространялись в одной и той же эфирной среде (или называемой светоносным эфиром ). [150]

Хендрик Лоренц (справа) с Альбертом Эйнштейном (1921 г.)

В то время считалось, что пустое пространство заполнено фоновой средой, называемой светоносным эфиром , в которой существует электромагнитное поле. Некоторые физики думали, что этот эфир действует как предпочтительная система отсчета для распространения света и, следовательно, должно быть возможно измерить движение Земли относительно этой среды, измеряя изотропию скорости света. Начиная с 1880-х годов было проведено несколько экспериментов с целью обнаружить это движение, самым известным из которых является эксперимент, проведенный Альбертом А. Майкельсоном и Эдвардом В. Морли в 1887 году. [151] [152] Обнаруженное движение всегда оказывалось нулевым (в пределах ошибки наблюдения). Современные эксперименты показывают, что двусторонняя скорость света изотропна ( одинакова во всех направлениях) с точностью до 6 нанометров в секунду. [153]

Благодаря этому эксперименту Хендрик Лоренц предположил, что движение аппарата через эфир может привести к сжатию аппарата по его длине в направлении движения, и далее он предположил, что переменная времени для движущихся систем также должна быть изменена соответствующим образом («локальное время»), что привело к формулировке преобразования Лоренца . Основываясь на теории эфира Лоренца , Анри Пуанкаре (1900) показал, что это локальное время (в первом порядке по v / c ) обозначается часами, движущимися в эфире, которые синхронизированы в предположении постоянной скорости света. В 1904 году он предположил, что скорость света может быть предельной скоростью в динамике при условии, что все предположения теории Лоренца подтвердятся. В 1905 году Пуанкаре привел теорию эфира Лоренца в полное наблюдательное согласие с принципом относительности . [154] [155]

Специальная теория относительности

В 1905 году Эйнштейн с самого начала постулировал, что скорость света в вакууме, измеренная неускоряющимся наблюдателем, не зависит от движения источника или наблюдателя. Используя это и принцип относительности в качестве основы, он вывел специальную теорию относительности , в которой скорость света в вакууме c фигурирует как фундаментальная константа, также появляющаяся в контекстах, не связанных со светом. Это сделало концепцию стационарного эфира (которой все еще придерживались Лоренц и Пуанкаре) бесполезной и произвело революцию в концепциях пространства и времени. [156] [157]

Повышенная точность c и новое определение метра и секунды.

Смотрите также: История счетчика.

Во второй половине 20 века был достигнут большой прогресс в повышении точности измерений скорости света сначала с помощью методов резонаторного резонанса, а затем с помощью методов лазерного интерферометра. Этому способствовали новые, более точные определения метра и секунды. В 1950 году Эссен определил скорость как 299 792,5 Луи ± 3,0 км/с , используя резонанс полости. [111] Это значение было принято 12-й Генеральной ассамблеей Радионаучного союза в 1957 году. В 1960 году метр был переопределен в терминах длины волны конкретной спектральной линии криптона-86 , а в 1967 году вторая была переопределена в термины частоты сверхтонкого перехода основного состояния цезия-133 . [158]

В 1972 году, используя метод лазерного интерферометра и новые определения, группа Национального бюро стандартов США в Боулдере, штат Колорадо, определила скорость света в вакууме как c = 299 792 456,2 1,1 м ± /с . Это было в 100 раз менее неопределенным, чем ранее принятое значение. Оставшаяся неопределенность была в основном связана с определением метра. [Примечание 16] [117] Поскольку аналогичные эксперименты показали сопоставимые результаты для c , 15-я Генеральная конференция по мерам и весам в 1975 году рекомендовала использовать значение 299 792 458 м/с для скорости света. [161]

Определяется как явная константа

В 1983 году 17-е заседание Генеральной конференции по мерам и весам (CGPM) установило, что длины волн, полученные из измерений частоты, и заданное значение скорости света более воспроизводимы , чем предыдущий стандарт. Они сохранили определение секунды 1967 года, поэтому цезия частота сверхтонкой теперь будет определять как секунду, так и метр. Для этого они переопределили метр как «длину пути, пройденного светом в вакууме за интервал времени 1/299 792 458 секунды ». [92]

В результате этого определения значение скорости света в вакууме составляет ровно 299 792 458 м/с. [162] [163] и стал определенной константой в системе единиц СИ. [14] Усовершенствованные экспериментальные методы, которые до 1983 года позволяли измерять скорость света, больше не влияют на известное значение скорости света в единицах СИ, а вместо этого позволяют более точно реализовать измеритель за счет более точного измерения длины волны криптона. 86 и другие источники света. [164] [165]

В 2011 году CGPM заявила о своем намерении переопределить все семь базовых единиц СИ, используя то, что она называет «формулировкой явной константы», где каждая «единица определяется косвенно путем явного указания точного значения общепризнанной фундаментальной константы», как было сделано для скорости света. Он предложил новую, но полностью эквивалентную формулировку определения метра: «Метр, обозначение м, является единицей длины; его величина устанавливается путем фиксации числового значения скорости света в вакууме, равного ровно 299». 792 458, если оно выражено в единицах СИ мс −1 ." [166] Это было одно из изменений, которые были включены в переопределение базовых единиц СИ в 2019 году , также называемое Новой СИ . [167]

См. также

Примечания

  1. ^ Точное значение: ( 299 792 458 × 60 × 60 × 24 / 149 597 870 700 ) а.е./день .
  2. ^ Точное значение: ( 999 992 651 π / 10 246 429 500 ) шт/год .
  3. ^ Это точно, потому что в соответствии с международным соглашением 1983 года метр определяется как длина пути, пройденного светом в вакууме за интервал времени 1/299 ​ ​ 792 458 секунды . Это конкретное значение было выбрано, чтобы обеспечить более точное определение счетчика, которое по-прежнему максимально соответствовало определению, использованному ранее. См., например, NIST. сайт [2] или объяснение Пенроуза . [3] Второе, в свою очередь, определяется как продолжительность времени, занимаемого 9 192 631 770 циклами излучения, испускаемого цезия -133 атомом при переходе между двумя заданными энергетическими состояниями . [2]
  4. ^ Скорость света в британских и обычных единицах измерения США основана на дюйме , равном ровно 2,54 см , и составляет ровно
    299 792 458 м/с × 100 см / м × 1 / 2.54  в / см ,
    что составляет ровно 186 282   мили, 698   ярдов, 2   фута и 5  21/127 в дюймов   секунду.
  5. ^ Точное значение 149 896 229 / 152 400 000 фут / нс ≈ 0,98 фут / нс .
  6. ^ Однако частота света может зависеть от движения источника относительно наблюдателя из-за эффекта Доплера .
  7. ^ См эксперимент Майкельсона-Морли и эксперимент Кеннеди-Торндайка . ., например,
  8. ^ Поскольку нейтрино имеют небольшую, но ненулевую массу, они движутся в пустом пространстве немного медленнее, чем свет . Однако, поскольку они проходят сквозь материю гораздо легче, чем свет, теоретически бывают случаи, когда нейтринный сигнал астрономического события может достичь Земли раньше, чем оптический сигнал, как в случае со сверхновыми . [25]
  9. ^ Хотя движущиеся объекты считаются короче по линии относительного движения, они также считаются вращающимися. Этот эффект, известный как вращение Террелла , обусловлен разным временем, которое требуется свету от разных частей объекта, чтобы достичь наблюдателя. [27] [28]
  10. ^ Было высказано предположение, что эффект Шарнхорста действительно позволяет сигналам распространяться немного быстрее, чем c , но достоверность этих расчетов была поставлена ​​​​под сомнение. [41] и похоже, что особые условия, в которых может возникнуть этот эффект, не позволяют использовать его для нарушения причинности. [42]
  11. ^ Типичное значение показателя преломления оптического волокна составляет от 1,518 до 1,538. [78]
  12. ^ Астрономическая единица определялась как радиус невозмущенной круговой ньютоновской орбиты вокруг Солнца частицы бесконечно малой массы, движущейся с угловой частотой 0,017 202 098 95 радиан ( приблизительно 1 ⁄ 365,256 898 оборота) в день. [99]
  13. ^ эффекты общей теории относительности Тем не менее, при такой степени точности при интерпретации длины необходимо учитывать . Метр считается единицей собственной длины , тогда как АС обычно используется как единица наблюдаемой длины в данной системе отсчета. Приведенные здесь значения соответствуют последнему соглашению и совместимы с TDB . [102]
  14. ^ Подробное обсуждение интерферометра и его использования для определения скорости света можно найти у Воана (1989). [114]
  15. ↑ По словам Галилея, фонари, которые он использовал, находились «на небольшом расстоянии, менее мили». Предполагая, что расстояние было не намного короче мили и что «около тридцатой секунды — это минимальный интервал времени, различимый невооруженным глазом», Бойер отмечает, что в лучшем случае можно сказать, что эксперимент Галилея установил нижний предел около 60 миль в секунду для скорости света. [119]
  16. ^ Между 1960 и 1983 годами метр определялся как «длина, равная 650 763,73 длины 1 волны в вакууме излучения, соответствующего переходу между уровнями 2p». 10 и 5д 5 атома криптона-86». [159] В 1970-х годах было обнаружено, что эта спектральная линия не симметрична, что ограничивает точность, с которой определение может быть реализовано в экспериментах по интерферометрии. [160]

Ссылки

  1. ^ Ларсон, Рон; Хостетлер, Роберт П. (2007). Алгебра элементарного и среднего уровня: комбинированный курс, издание для поддержки студентов (4-е иллюстрированное изд.). Cengage Обучение. п. 197. ИСБН  978-0-618-75354-3 .
  2. ^ Перейти обратно: а б «Определения основных единиц СИ» . физика.nist.gov . 29 мая 2019 года . Проверено 8 февраля 2022 г.
  3. ^ Пенроуз, Р. (2004). Дорога к реальности: Полное руководство по законам Вселенной . Винтажные книги. стр. 410–411 . ISBN  978-0-679-77631-4 . ...   наиболее точный эталон метра удобно определить так, что на расстояние, проходимое светом за стандартную секунду, приходится ровно 299 792 458 , что дает значение метра, которое очень точно соответствует ныне недостаточно точному эталонному метру. правило в Париже.
  4. ^ Моисей Файнгольд (2008). Специальная теория относительности и как она работает (иллюстрированное издание). Джон Уайли и сыновья. п. 497. ИСБН  978-3-527-40607-4 . Выдержка из страницы 497 .
  5. ^ Альберт Шэдоуиц (1988). Специальная теория относительности (переработанная ред.). Курьерская корпорация. п. 79. ИСБН  978-0-486-65743-1 . Выдержка со страницы 79 .
  6. ^ Перес, Ашер ; Терно, Дэниел Р. (6 января 2004 г.). «Квантовая информация и теория относительности» . Обзоры современной физики . 76 (1): 93–123. arXiv : Quant-ph/0212023 . Бибкод : 2004РвМП...76...93П . дои : 10.1103/RevModPhys.76.93 . ISSN   0034-6861 . S2CID   7481797 .
  7. ^ Гиббс, Филип (1997). «Как измеряется скорость света?» . Часто задаваемые вопросы по физике и теории относительности . Архивировано из оригинала 21 августа 2015 года.
  8. ^ Перейти обратно: а б Стэйчел, Джей-Джей (2002). Эйнштейн от «Б» до «Я» - Том 9 исследований Эйнштейна . Спрингер. п. 226. ИСБН  978-0-8176-4143-6 .
  9. ^ См., например:
  10. ^ Гиббс, П. (2004) [1997]. «Почему c является символом скорости света?» . Usenet Часто задаваемые вопросы по физике . Калифорнийский университет, Риверсайд . Архивировано из оригинала 25 марта 2010 года . Проверено 16 ноября 2009 г. «Происхождение буквы c, используемой для обозначения скорости света, можно проследить до статьи Вебера и Кольрауша 1856 года [...] Вебер, очевидно, имел в виду, что c означает «постоянную» в своем законе силы, но есть Это свидетельство того, что такие физики, как Лоренц и Эйнштейн, привыкли к общепринятому соглашению о том, что c можно использовать в качестве переменной скорости. Это использование можно проследить до классических латинских текстов, в которых c означало «celeritas», что означает «скорость». "
  11. ^ Мендельсон, Канзас (2006). «История ц ». Американский журнал физики . 74 (11): 995–997. Бибкод : 2006AmJPh..74..995M . дои : 10.1119/1.2238887 .
  12. ^ См., например:
  13. ^ Международное бюро мер и весов (2006), Международная система единиц (СИ) (PDF) (8-е изд.), стр. 112, ISBN  92-822-2213-6 , заархивировано (PDF) из оригинала 4 июня 2021 г. , получено 16 декабря 2021 г.
  14. ^ Перейти обратно: а б См., например:
  15. ^ Мермин, Н. Дэвид (2005). Пришло время: понимание теории относительности Эйнштейна . Принстон: Издательство Принстонского университета. п. 22. ISBN  0-691-12201-6 . OCLC   57283944 .
  16. ^ «Наносекунды, связанные с Грейс Хоппер» . Национальный музей американской истории . Проверено 1 марта 2022 г. Грейс Мюррей Хоппер (1906–1992), математик, ставший военно-морским офицером и ученым-компьютерщиком во время Второй мировой войны, начала распространять эти проводные «наносекунды» в конце 1960-х годов, чтобы продемонстрировать, как проектирование меньших компонентов позволит создавать более быстрые компьютеры.
  17. ^ Лори, ID (2002). «Приложение C: Натуральные единицы» . Единый Гранд-тур по теоретической физике (2-е изд.). ЦРК Пресс. п. 540. ИСБН  978-0-7503-0604-1 .
  18. ^ Сюй, Л. (2006). «Приложение А: Системы единиц и развитие теории относительности» . Более широкий взгляд на теорию относительности: общие последствия инвариантности Лоренца и Пуанкаре (2-е изд.). Всемирная научная . стр. 427–428. ISBN  978-981-256-651-5 .
  19. ^ Эйнштейн, А. (1905). «К электродинамике движущихся тел» . Анналы физики (представлена ​​рукопись) (на немецком языке). 17 (10): 890–921. Бибкод : 1905АнП...322..891Е . дои : 10.1002/andp.19053221004 . Английский перевод: Перретт, В. Уокер, Дж (ред.). «К электродинамике движущихся тел» . Фурмилаб . Перевод Джеффри, Дж. Б. Проверено 27 ноября 2009 г.
  20. ^ Перейти обратно: а б Сюй, Ж.-П.; Чжан, Ю.З. (2001). Лоренц и инвариантность Пуанкаре . Расширенная серия по теоретической физике. Том. 8. Всемирная научная . стр. 543 и далее. ISBN  978-981-02-4721-8 .
  21. ^ Перейти обратно: а б с Чжан, Ю.З. (1997). Специальная теория относительности и ее экспериментальные основы . Расширенная серия по теоретической физике. Том. 4. Всемирная научная . стр. 172–173 . ISBN  978-981-02-2749-4 . Проверено 23 июля 2009 г.
  22. ^ д'Инверно, Р. (1992). Знакомство с теорией относительности Эйнштейна . Издательство Оксфордского университета. стр. 19–20 . ISBN  978-0-19-859686-8 .
  23. ^ Шриранджан, Б. (2004). «Постулаты специальной теории относительности и их следствия» . Специальная теория относительности . PHI Learning Pvt. ООО стр. 20 и след. ISBN  978-81-203-1963-9 .
  24. ^ Перейти обратно: а б Эллис, Джордж Франция ; Уильямс, Рут М. (2000). Плоское и искривленное пространство-время (2-е изд.). Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. п. 12. ISBN  0-19-850657-0 . OCLC   44694623 .
  25. ^ Антониоли, Пьетро; Файнберг, Ричард Треш; Флеро, Фабрис; Фукуда, Ёсиюки; Фульдионе, Уолтер; Хабиг, Алек; Хейзе, Джарет; Макдональд, Артур Б.; Миллс, Корринн; Намба, Тосио; Робинсон, Лейф Дж. (2 сентября 2004 г.). «SNEWS: Система раннего предупреждения SuperNova» . Новый журнал физики . 6 : 114. arXiv : astro-ph/0406214 . Бибкод : 2004NJPh....6..114A . дои : 10.1088/1367-2630/6/1/114 . ISSN   1367-2630 . S2CID   119431247 .
  26. ^ Робертс, Т.; Шляйф, С. (2007). Длугош, Дж. М. (ред.). «Какова экспериментальная основа специальной теории относительности?» . Usenet Часто задаваемые вопросы по физике . Калифорнийский университет, Риверсайд . Архивировано из оригинала 15 октября 2009 года . Проверено 27 ноября 2009 г.
  27. ^ Террелл, Дж. (1959). «Невидимость лоренцева сокращения». Физический обзор . 116 (4): 1041–1045. Бибкод : 1959PhRv..116.1041T . дои : 10.1103/PhysRev.116.1041 .
  28. ^ Пенроуз, Р. (1959). «Видимая форма релятивистски движущейся сферы». Труды Кембриджского философского общества . 55 (1): 137–139. Бибкод : 1959PCPS...55..137P . дои : 10.1017/S0305004100033776 . S2CID   123023118 .
  29. ^ Хартл, Дж. Б. (2003). Гравитация: введение в общую теорию относительности Эйнштейна . Аддисон-Уэсли . стр. 52–59 . ISBN  978-981-02-2749-4 .
  30. ^ Хартл, Дж. Б. (2003). Гравитация: введение в общую теорию относительности Эйнштейна . Аддисон-Уэсли . п. 332. ИСБН  978-981-02-2749-4 .
  31. ^ См., например:
  32. ^ Перейти обратно: а б Гиббс, П. (1997) [1996]. Карлип, С. (ред.). «Постояна ли скорость света?» . Usenet Часто задаваемые вопросы по физике . Калифорнийский университет, Риверсайд . Архивировано из оригинала 2 апреля 2010 года . Проверено 26 ноября 2009 г.
  33. ^ Эллис, СКФ; Узан, Ж.-П. (2005). « С» — это скорость света, не так ли?». Американский журнал физики . 73 (3): 240–227. arXiv : gr-qc/0305099 . Бибкод : 2005AmJPh..73..240E . дои : 10.1119/1.1819929 . S2CID   119530637 . Возможность того, что фундаментальные константы могут меняться в ходе эволюции Вселенной, открывает исключительный путь к теориям более высоких измерений и, вероятно, связана с природой темной энергии, которая сегодня заставляет Вселенную ускоряться.
  34. ^ Мота, Д.Ф. (2006). Вариации постоянной тонкой структуры в пространстве и времени (доктор философии). arXiv : astro-ph/0401631 . Бибкод : 2004astro.ph..1631M .
  35. ^ Узан, Ж.-П. (2003). «Фундаментальные константы и их вариации: статус наблюдений и теоретические мотивы». Обзоры современной физики . 75 (2): 403. arXiv : hep-ph/0205340 . Бибкод : 2003РвМП...75..403У . дои : 10.1103/RevModPhys.75.403 . S2CID   118684485 .
  36. ^ Амелино-Камелия, Г. (2013). «Феноменология квантовой гравитации» . Живые обзоры в теории относительности . 16 (1): 5. arXiv : 0806.0339 . Бибкод : 2013LRR....16....5A . дои : 10.12942/lrr-2013-5 . ПМЦ   5255913 . ПМИД   28179844 .
  37. ^ Херрманн, С.; Сенгер, А.; Мёле, К.; Нагель, М.; Ковальчук Е.В.; Питерс, А. (2009). «Эксперимент с вращающимся оптическим резонатором, проверяющий лоренц-инвариантность на 10 углах. −17 Физический обзор D. 80 ( 100): 105011. arXiv : 1002.1284 . Bibcode : 2009PhRvD..80j5011H . doi : 10.1103/PhysRevD.80.105011 . S2CID   118346408 .
  38. ^ Ланг, КР (1999). Астрофизические формулы (3-е изд.). Биркхойзер. п. 152. ИСБН  978-3-540-29692-8 .
  39. ^ См., например:
  40. ^ Фаулер, М. (март 2008 г.). «Заметки по специальной теории относительности» (PDF) . Университет Вирджинии. п. 56 . Проверено 7 мая 2010 г.
  41. ^ См., например:
  42. ^ Либерати, С.; Сонего, С.; Виссер, М. (2002). «Сигналы быстрее, чем c , специальная теория относительности и причинность». Анналы физики . 298 (1): 167–185. arXiv : gr-qc/0107091 . Бибкод : 2002АнФиз.298..167Л . дои : 10.1006/aphy.2002.6233 . S2CID   48166 .
  43. ^ Тейлор, EF ; Уиллер, Дж. А. (1992). Физика пространства-времени . У. Х. Фриман. стр. 74–75 . ISBN  978-0-7167-2327-1 .
  44. ^ Толман, Р.К. (2009) [1917]. «Скорость больше скорости света». Теория относительности движения (Переиздание). БиблиоЛайф . п. 54. ИСБН  978-1-103-17233-7 .
  45. ^ Хехт, Э. (1987). Оптика (2-е изд.). Аддисон-Уэсли. п. 62. ИСБН  978-0-201-11609-0 .
  46. ^ Куимби, RS (2006). Фотоника и лазеры: введение . Джон Уайли и сыновья. п. 9. ISBN  978-0-471-71974-8 .
  47. ^ Вертхайм, М. (20 июня 2007 г.). «Тень идет» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 21 августа 2009 г.
  48. ^ Перейти обратно: а б с Гиббс, П. (1997). «Возможны ли путешествия или связь со скоростью, превышающей скорость света?» . Usenet Часто задаваемые вопросы по физике . Калифорнийский университет, Риверсайд . Архивировано из оригинала 10 марта 2010 года . Проверено 20 августа 2008 г.
  49. ^ См., например:
  50. ^ Муга, Дж.Г.; Маято, РС; Эгускиса, Иллинойс, ред. (2007). Время в квантовой механике . Спрингер. п. 48. ИСБН  978-3-540-73472-7 .
  51. ^ Эрнандес-Фигероа, HE; Замбони-Рачед, М.; Реками, Э. (2007). Локализованные волны . Уайли Интерсайенс . п. 26. ISBN  978-0-470-10885-7 .
  52. ^ Винн, К. (2002). «Причинность и природа информации» (PDF) . Оптические коммуникации . 209 (1–3): 84–100. Бибкод : 2002OptCo.209...85W . дои : 10.1016/S0030-4018(02)01638-3 . Архивировано из оригинала (PDF) 25 марта 2009 года.
  53. ^ Рис, М. (1966). «Появление релятивистски расширяющихся радиоисточников». Природа . 211 (5048): 468. Бибкод : 1966Natur.211..468R . дои : 10.1038/211468a0 . S2CID   41065207 .
  54. ^ Чейз, И.П. «Кажущаяся сверхсветовая скорость галактик» . Usenet Часто задаваемые вопросы по физике . Калифорнийский университет, Риверсайд . Проверено 26 ноября 2009 г.
  55. ^ Райх, Евгения Самуэль (2 апреля 2012 г.). «Лидеры нейтринного проекта, находящиеся в боевой готовности, уходят в отставку» . Новости природы . дои : 10.1038/nature.2012.10371 . S2CID   211730430 . Проверено 11 февраля 2022 г.
  56. ^ Коллаборация OPERA (12 июля 2012 г.). «Измерение скорости нейтрино детектором ОПЕРА в пучке CNGS». Журнал физики высоких энергий . 2012 (10): 93. arXiv : 1109.4897 . Бибкод : 2012JHEP...10..093A . дои : 10.1007/JHEP10(2012)093 . S2CID   17652398 .
  57. ^ Харрисон, скорая помощь (2003). Маски Вселенной . Издательство Кембриджского университета. п. 206. ИСБН  978-0-521-77351-5 .
  58. ^ Панофски, WKH; Филлипс, М. (1962). Классическое электричество и магнетизм . Аддисон-Уэсли. п. 182 . ISBN  978-0-201-05702-7 .
  59. ^ См., например:
  60. ^ Перейти обратно: а б Адельбергер, Э.; Двали, Г.; Грузинов, А. (2007). «Связанная масса фотона разрушается вихрями». Письма о физических отзывах . 98 (1): 010402. arXiv : hep-ph/0306245 . Бибкод : 2007PhRvL..98a0402A . doi : 10.1103/PhysRevLett.98.010402 . ПМИД   17358459 . S2CID   31249827 .
  61. ^ Сидхарт, Б.Г. (2008). Термодинамическая Вселенная . Всемирная научная . п. 134. ИСБН  978-981-281-234-6 .
  62. ^ Амелино-Камелия, Г. (2009). «Астрофизика: всплеск поддержки теории относительности» . Природа . 462 (7271): 291–292. Бибкод : 2009Natur.462..291A . дои : 10.1038/462291a . ПМИД   19924200 . S2CID   205051022 .
  63. ^ Перейти обратно: а б с Милонни, Питер В. (2004). Быстрый свет, медленный свет и левый свет . ЦРК Пресс. стр. 25 и далее . ISBN  978-0-7503-0926-4 .
  64. ^ де Подеста, М. (2002). Понимание свойств материи . ЦРК Пресс. п. 131. ИСБН  978-0-415-25788-6 .
  65. ^ «Оптические константы H 2 O, D 2 O (Вода, тяжелая вода, лед)» . refractiveindex.info . Михаил Полянский . Проверено 7 ноября 2017 г.
  66. ^ «Оптические константы натриево-известкового стекла» . refractiveindex.info . Михаил Полянский . Проверено 7 ноября 2017 г.
  67. ^ «Оптические константы С (Углерод, алмаз, графит)» . refractiveindex.info . Михаил Полянский . Проверено 7 ноября 2017 г.
  68. ^ Кроми, Уильям Дж. (24 января 2001 г.). «Исследователи теперь могут останавливать и перезапускать свет» . Вестник Гарвардского университета . Архивировано из оригинала 28 октября 2011 года . Проверено 8 ноября 2011 г.
  69. ^ Милонни, PW (2004). Быстрый свет, медленный свет и левый свет . ЦРК Пресс. п. 25. ISBN  978-0-7503-0926-4 .
  70. ^ Толл, Дж. С. (1956). «Причинность и дисперсионное соотношение: логические основы». Физический обзор . 104 (6): 1760–1770. Бибкод : 1956PhRv..104.1760T . дои : 10.1103/PhysRev.104.1760 .
  71. ^ Вольф, Эмиль (2001). «Аналитика, причинность и дисперсионные отношения». Избранные произведения Эмиля Вольфа: с комментариями . Ривер Эдж, Нью-Джерси: World Scientific. стр. 577–584. ISBN  978-981-281-187-5 . OCLC   261134839 .
  72. ^ Либбрехт, КГ; Либбрехт, М.В. (декабрь 2006 г.). «Интерферометрическое измерение резонансного поглощения и показателя преломления в газообразном рубидии» (PDF) . Американский журнал физики . 74 (12): 1055–1060. Бибкод : 2006AmJPh..74.1055L . дои : 10.1119/1.2335476 . ISSN   0002-9505 .
  73. ^ См., например:
  74. ^ См., например:
  75. ^ Cherenkov, Pavel A. (1934). "Видимое свечение чистых жидкостей под действием γ-радиации" [Visible emission of pure liquids by action of γ radiation]. Doklady Akademii Nauk SSSR . 2 : 451. Reprinted: Cherenkov, P. A. (1967). "Видимое свечение чистых жидкостей под действием γ-радиации" [Visible emission of pure liquids by action of γ radiation]. Usp. Fiz. Nauk . 93 (10): 385. doi : 10.3367/ufnr.0093.196710n.0385 . , and in A. N. Gorbunov; E. P. Čerenkova, eds. (1999). Pavel Alekseyevich Čerenkov: Chelovek i Otkrytie [ Pavel Alekseyevich Čerenkov: Man and Discovery ]. Moscow: Nauka. pp. 149–153.
  76. ^ Пархами, Б. (1999). Введение в параллельную обработку: алгоритмы и архитектуры . Пленум Пресс . п. 5. ISBN  978-0-306-45970-2 .
  77. ^ Имбс, Д.; Рейналь, Мишель (2009). Малышкин В. (ред.). Программная транзакционная память: подход к многоядерному программированию . 10-я Международная конференция PaCT 2009, Новосибирск, Россия, 31 августа – 4 сентября 2009 г. Springer. п. 26. ISBN  978-3-642-03274-5 .
  78. ^ Середина зимы, JE (1991). Оптические волокна для передачи (2-е изд.). Издательство Кригер. ISBN  978-0-89464-595-2 .
  79. ^ «Теоретическое и реальное ограничение скорости Ping» . Пингдом . Июнь 2007 г. Архивировано из оригинала 2 сентября 2010 г. Проверено 5 мая 2010 г.
  80. ^ Бьюкенен, Марк (11 февраля 2015 г.). «Физика в финансах: Торговля со скоростью света» . Природа . 518 (7538): 161–163. Бибкод : 2015Natur.518..161B . дои : 10.1038/518161a . ПМИД   25673397 .
  81. ^ «Время — деньги, когда дело касается микроволновых печей» . Файнэншл Таймс . 10 мая 2013 г. Архивировано из оригинала 10 декабря 2022 г. . Проверено 25 апреля 2014 г.
  82. ^ «День 4: Лунные орбиты 7, 8 и 9» . Журнал полетов Аполлона-8 . НАСА. Архивировано из оригинала 4 января 2011 года . Проверено 16 декабря 2010 г.
  83. ^ «Коммуникации» . Марсоход «Настойчивость» миссии «Марс 2020» . НАСА . Проверено 14 марта 2020 г.
  84. ^ Перейти обратно: а б «Хаббл достигает «неоткрытой страны» первобытных галактик» (пресс-релиз). Научный институт космического телескопа . 5 января 2010 г.
  85. ^ «Литография Хаббла в сверхглубоком поле» (PDF) . НАСА . Проверено 4 февраля 2010 г.
  86. ^ Мак, Кэти (2021). Конец всего (астрофизически говоря) . Лондон: Книги Пингвина. стр. 18–19. ISBN  978-0-141-98958-7 . OCLC   1180972461 .
  87. ^ «МАУ и астрономические единицы» . Международный астрономический союз . Проверено 11 октября 2010 г.
  88. ^ Дальнейшее обсуждение можно найти на сайте «Вопрос месяца StarChild за март 2000 г.» . СтарЧилд . НАСА. 2000 . Проверено 22 августа 2009 г.
  89. ^ Дики, Джо; и др. (июль 1994 г.). «Лазерная локация Луны: продолжающееся наследие программы Аполлон» (PDF) . Наука . 265 (5171): 482–490. Бибкод : 1994Sci...265..482D . дои : 10.1126/science.265.5171.482 . ПМИД   17781305 . S2CID   10157934 .
  90. ^ Стэндиш, Э.М. (февраль 1982 г.). «Планетарные эфемериды Лаборатории реактивного движения». Небесная механика . 26 (2): 181–186. Бибкод : 1982CeMec..26..181S . дои : 10.1007/BF01230883 . S2CID   121966516 .
  91. ^ Бернер, Дж.Б.; Брайант, Ш.; Кинман, PW (ноябрь 2007 г.). «Измерение дальности, практикуемое в сети дальнего космоса» (PDF) . Труды IEEE . 95 (11): 2202–2214. дои : 10.1109/JPROC.2007.905128 . S2CID   12149700 .
  92. ^ Перейти обратно: а б с «Резолюция 1 17-го ГКМВ» . МБМВ. 1983 год . Проверено 23 августа 2009 г.
  93. ^ Перейти обратно: а б с Коэн, И.Б. (1940). «Ремер и первое определение скорости света (1676 г.)» . Исида . 31 (2): 327–379. дои : 10.1086/347594 . hdl : 2027/uc1.b4375710 . S2CID   145428377 .
  94. ^ Перейти обратно: а б с «Демонстрация движения света, найденная г-ном Рёмером из Королевской академии наук» ( PDF) . Journal des sçavans (на французском языке): 233–236. 1676.
    Переведено на «Демонстрация движения света, переданная из Парижа в «Журнале де Саванс» и переведенная здесь на английский язык» . Философские труды Королевского общества . 12 (136): 893–895. 1677. Бибкод : 1677RSPT...12..893. . дои : 10.1098/rstl.1677.0024 .
    Воспроизведено в Хаттон, К.; Шоу, Г.; Пирсон Р., ред. (1809). «О движении света М. Ромера» . Философские труды Лондонского королевского общества с момента их начала в 1665 году в 1800 году: в сокращении . Том. II. С 1673 по 1682 год. Лондон: К. и Р. Болдуин. стр. 397–398.
    Отчет, опубликованный в Journal des sçavans, был основан на отчете, который Рёмер прочитал Французской академии наук в ноябре 1676 года (Коэн, 1940, стр. 346) .
  95. ^ Перейти обратно: а б с д Брэдли, Дж. (1729). «Отчет о новом обнаруженном движении неподвижных звезд» . Философские труды . 35 : 637–660.
  96. ^ Даффет-Смит, П. (1988). Практическая астрономия с вашим калькулятором . Издательство Кембриджского университета. п. 62 . ISBN  978-0-521-35699-2 . Выдержка со страницы 62 .
  97. ^ Перейти обратно: а б «Резолюция B2 о новом определении астрономической единицы длины» (PDF) . Международный астрономический союз. 2012.
  98. ^ «Дополнение 2014 г.: Обновления к 8-му изданию (2006 г.) брошюры SI» (PDF) . Международная система единиц . Международное бюро мер и весов: 14. 2014.
  99. ^ Международное бюро мер и весов (2006), Международная система единиц (СИ) (PDF) (8-е изд.), стр. 126, ISBN  92-822-2213-6 , заархивировано (PDF) из оригинала 4 июня 2021 г. , получено 16 декабря 2021 г.
  100. ^ Брамфил, Джефф (14 сентября 2012 г.). «Астрономическая единица фиксируется» . Природа . дои : 10.1038/nature.2012.11416 . ISSN   1476-4687 . S2CID   123424704 .
  101. ^ См. следующее:
  102. ^ Перейти обратно: а б Рабочая группа МАС по числовым стандартам фундаментальной астрономии. «РГ IAU по текущим лучшим оценкам NSFA» . Военно-морская обсерватория США . Архивировано из оригинала 8 декабря 2009 года . Проверено 25 сентября 2009 г.
  103. ^ «Руководство по длине для новичков NPL» . Национальная физическая лаборатория Великобритании . Архивировано из оригинала 31 августа 2010 года . Проверено 28 октября 2009 г.
  104. ^ Перейти обратно: а б с д и Гиббс, П. (1997). «Как измеряется скорость света?» . Usenet Часто задаваемые вопросы по физике . Калифорнийский университет, Риверсайд. Архивировано из оригинала 21 августа 2015 года . Проверено 13 января 2010 г.
  105. ^ Фаулер М. «Скорость света» . Университет Вирджинии . Проверено 21 апреля 2010 г.
  106. ^ Хьюз, Стефан (2012). Ловцы света: забытые жизни мужчин и женщин, которые первыми сфотографировали небеса . Издательство АртДеСиэль. п. 210. ИСБН  978-1-62050-961-6 .
  107. ^ См., например:
  108. ^ Перейти обратно: а б с д и Эссен, Л.; Гордон-Смит, AC (1948). «Скорость распространения электромагнитных волн, определяемая на основе резонансных частот резонатора с цилиндрической полостью» . Труды Лондонского королевского общества А. 194 (1038): 348–361. Бибкод : 1948RSPSA.194..348E . дои : 10.1098/rspa.1948.0085 . JSTOR   98293 .
  109. ^ Перейти обратно: а б Роза, EB ; Дорси, штат Невада (1907). «Новое определение соотношения электромагнитной и электростатической единиц электричества» . Бюллетень Бюро стандартов . 3 (6): 433. doi : 10.6028/bulletin.070 .
  110. ^ Эссен, Л. (1947). «Скорость электромагнитных волн». Природа . 159 (4044): 611–612. Бибкод : 1947Natur.159..611E . дои : 10.1038/159611a0 . S2CID   4101717 .
  111. ^ Перейти обратно: а б с Эссен, Л. (1950). «Скорость распространения электромагнитных волн, определяемая на основе резонансных частот резонатора с цилиндрической полостью». Труды Лондонского королевского общества А. 204 (1077): 260–277. Бибкод : 1950RSPSA.204..260E . дои : 10.1098/rspa.1950.0172 . JSTOR   98433 . S2CID   121261770 .
  112. ^ Стауффер, Р.Х. (апрель 1997 г.). «Определение скорости света с помощью зефира» . Учитель физики . 35 (4): 231. Бибкод : 1997PhTea..35..231S . дои : 10.1119/1.2344657 . Проверено 15 февраля 2010 г.
  113. ^ «BBC Посмотрите на Восток со скоростью света» . Сайт BBC в Норфолке . Проверено 15 февраля 2010 г.
  114. ^ Воган, Дж. М. (1989). Интерферометр Фабри-Перо . ЦРК Пресс. стр. 47, 384–391. ISBN  978-0-85274-138-2 .
  115. ^ Перейти обратно: а б Фрум, К.Д. (1958). «Новое определение скорости электромагнитных волн в свободном пространстве». Труды Лондонского королевского общества. Серия А, Математические и физические науки . 247 (1248): 109–122. Бибкод : 1958RSPSA.247..109F . дои : 10.1098/rspa.1958.0172 . JSTOR   100591 . S2CID   121444888 .
  116. ^ Перейти обратно: а б с Салливан, Д.Б. (2001). «Скорость света по прямым измерениям частоты и длины волны». В Лиде, ДР (ред.). Век совершенства в области измерений, стандартов и технологий (PDF) . ЦРК Пресс. стр. 191–193. ISBN  978-0-8493-1247-2 . Архивировано из оригинала (PDF) 13 августа 2009 года.
  117. ^ Перейти обратно: а б с Эвенсон, КМ; и др. (1972). «Скорость света по результатам прямых измерений частоты и длины волны лазера, стабилизированного метаном». Письма о физических отзывах . 29 (19): 1346–1349. Бибкод : 1972PhRvL..29.1346E . дои : 10.1103/PhysRevLett.29.1346 . S2CID   120300510 .
  118. ^ Перейти обратно: а б Галилей, Г. (1954) [1638]. Диалоги о двух новых науках . Крю, Х.; де Сальвио А. (пер.). Дуврские публикации . п. 43. ИСБН  978-0-486-60099-4 . Архивировано из оригинала 30 января 2019 года . Проверено 29 января 2019 г.
  119. ^ Перейти обратно: а б с Бойер, CB (1941). «Ранние оценки скорости света». Исида . 33 (1): 24. дои : 10.1086/358523 . S2CID   145400212 .
  120. ^ Перейти обратно: а б Фоски, Ренато; Леоне, Маттео (2009), «Галилей, измерение скорости света и время реакции», Perception , 38 (8): 1251–1259, doi : 10.1068/p6263 , hdl : 2318/132957 , PMID   19817156 , S2CID   11747908
  121. ^ Магалотти, Лоренцо (2001) [1667], Очерки естественного опыта, сделанные в Академии дель Чименто (цифровое, онлайн-издание), Флоренция: Институт и музей истории наук, стр. 265–266 , 2015 дата обращения 25 сентября г.
  122. ^ Перейти обратно: а б Гюйгенс, К. (1690). Трактат о свете (на французском языке). Пьер ван дер Аа. стр. 8–9 .
  123. ^ Бухвальд, Джед; Йанг, Чен-Пан; Стемеров, Ной; Бартон, Дженифер; Харрингтон, Куинн (1 марта 2021 г.). «Что Генрих Герц открыл об электрических волнах в 1887–1888 годах» . Архив истории точных наук . 75 (2): 125–171. дои : 10.1007/s00407-020-00260-1 . ISSN   1432-0657 . S2CID   253895826 .
  124. ^ Герц, Генрих (1893). Электрические волны . Лондон: Макмиллан и Ко.
  125. ^ Майкельсон, А.А. (1927). «Измерение скорости света между горой Вильсон и горой Сан-Антонио». Астрофизический журнал . 65 : 1. Бибкод : 1927ApJ....65....1M . дои : 10.1086/143021 .
  126. ^ Вайнер, Джон; Нуньес, Фредерико (2013). Взаимодействие света и материи: физика и инженерия в наномасштабе (иллюстрированное издание). ОУП Оксфорд. п. 1. ISBN  978-0-19-856766-0 . Выдержка из страницы 1 .
  127. ^ Сартон, Г. (1993). Древняя наука в золотой век Греции . Курьер Дувр . п. 248. ИСБН  978-0-486-27495-9 .
  128. ^ Перейти обратно: а б с Маккей, Р.Х.; Олдфорд, RW (2000). «Научный метод, статистический метод и скорость света» . Статистическая наука . 15 (3): 254–278. дои : 10.1214/ss/1009212817 . (нажмите «Историческая справка» в оглавлении)
  129. ^ Ахмед, Шериф Сайед (2014). Электронная микроволновая визуализация с помощью планарных мультистатических матриц . Логотипы Верлаг Берлин. п. 1. ISBN  978-3-8325-3621-3 . Выдержка из страницы 1
  130. ^ Гросс, К.Г. (1999). «Огонь, исходящий из глаз». Нейробиолог . 5 : 58–64. дои : 10.1177/107385849900500108 . S2CID   84148912 .
  131. ^ Хамарне, С. (1972). «Обзор: Хаким Мухаммед Саид, Ибн аль-Хайсам ». Исида . 63 (1): 119. дои : 10.1086/350861 .
  132. ^ Перейти обратно: а б Лестер, премьер-министр (2005). Визуальная коммуникация: изображения с сообщениями . Томсон Уодсворт . стр. 10–11. ISBN  978-0-534-63720-0 .
  133. ^ О'Коннор, Джей Джей ; Робертсон, EF «Абу Али аль-Хасан ибн аль-Хайсам» . MacTutor Архив истории математики . Университет Сент-Эндрюс . Проверено 12 января 2010 г.
  134. ^ Логини, П. (2004). Измерение скорости света: зачем? Скорость чего? (PDF) . Пятая Международная конференция по истории науки в естественнонаучном образовании. Кестхей, Венгрия. стр. 75–84. Архивировано из оригинала (PDF) 4 июля 2015 года . Проверено 12 августа 2017 г.
  135. ^ О'Коннор, Джей-Джей; Робертсон, Э.Ф. «Абу хан Мухаммад ибн Ахмад аль-Бируни» . MacTutor Архив истории математики . Университет Сент-Эндрюс . Проверено 12 января 2010 г.
  136. ^ Линдберг, округ Колумбия (1996). Роджер Бэкон и истоки «Перспективы» в средние века: критическое издание и английский перевод «Перспективы» Бэкона с введением и примечаниями . Издательство Оксфордского университета. п. 143. ИСБН  978-0-19-823992-5 .
  137. ^ Линдберг, округ Колумбия (1974). «Синтез конца тринадцатого века в оптике» . В Эдварде Гранте (ред.). Справочник по средневековой науке . Издательство Гарвардского университета. п. 396. ИСБН  978-0-674-82360-0 .
  138. ^ Маршалл, П. (1981). «Николь Орем о природе, отражении и скорости света». Исида . 72 (3): 357–374 [367–374]. дои : 10.1086/352787 . S2CID   144035661 .
  139. ^ Сакеллариадис, Спирос (1982). «Экспериментальное доказательство Декартом бесконечной скорости света и возражение Гюйгенса» . Архив истории точных наук . 26 (1): 1–12. дои : 10.1007/BF00348308 . ISSN   0003-9519 . JSTOR   41133639 . S2CID   118187860 .
  140. ^ Каджори, Флориан (1922). История физики в ее элементарных разделах: включая эволюцию физических лабораторий . Макмиллан. п. 76.
  141. ^ Смит, А. Марк (1987). «Теория света и преломления Декарта: беседа о методе» . Труды Американского философского общества . 77 (3): я – 92. дои : 10.2307/1006537 . ISSN   0065-9746 . JSTOR   1006537 .
  142. ^ Бойер, Карл Бенджамин (1959). Радуга: от мифа к математике . Томас Йоселофф. стр. 205–206. OCLC   763848561 .
  143. ^ Фоски, Ренато; Леоне, Маттео (август 2009 г.). «Галилей, измерение скорости света и времени реакции» . Восприятие . 38 (8): 1251–1259. дои : 10.1068/p6263 . hdl : 2318/132957 . ISSN   0301-0066 . ПМИД   19817156 . S2CID   11747908 .
  144. ^ Ньютон, И. (1704 г.). «Предложение XI». Оптикс . Текст положения XI идентичен в первом (1704 г.) и втором (1719 г.) изданиях.
  145. ^ Гварниери, М. (2015). «Два тысячелетия света: долгий путь к волнам Максвелла». Журнал промышленной электроники IEEE . 9 (2): 54–56, 60. doi : 10.1109/MIE.2015.2421754 . S2CID   20759821 .
  146. ^ Кирхгоф, Г. (1857). «О движении электричества» . Энн. Физ. 178 (12): 529–244. Бибкод : 1857АнП...178..529К . дои : 10.1002/andp.18571781203 .
  147. ^ См., например:
  148. ^ О'Коннор, Джей-Джей; Робертсон, EF (ноябрь 1997 г.). «Джеймс Клерк Максвелл» . Школа математики и статистики Сент-Эндрюсского университета . Архивировано из оригинала 28 января 2011 года . Проверено 13 октября 2010 г.
  149. ^ Кэмпбелл, Льюис; Гарнетт, Уильям; Раутио, Джеймс К. «Жизнь Джеймса Клерка Максвелла», с. 544, ISBN   978-1773751399 .
  150. ^ Уотсон, ЕС (1 сентября 1957 г.). «О связи света и электричества» . Американский журнал физики . 25 (6): 335–343. Бибкод : 1957AmJPh..25..335W . дои : 10.1119/1.1934460 . ISSN   0002-9505 .
  151. ^ Консоли, Маурицио; Плучино, Алессандро (2018). Эксперименты Майкельсона-Морли: загадка физики и истории науки . Всемирная научная. стр. 118–119. ISBN  978-9-813-27818-9 . Проверено 4 мая 2020 г.
  152. ^ Майкельсон, А.А.; Морли, EW (1887). «Об относительном движении Земли и светоносном эфире» . Американский научный журнал . 34 (203): 333–345. дои : 10.1366/0003702874447824 . S2CID   98374065 .
  153. ^ Французский, AP (1983). Специальная теория относительности . Ван Ностранд Рейнхольд. стр. 51–57. ISBN  978-0-442-30782-0 .
  154. ^ Дарригол, О. (2000). Электродинамика от Ампера до Эйнштейна . Кларендон Пресс. ISBN  978-0-19-850594-5 .
  155. ^ Галисон, П. (2003). Часы Эйнштейна, Карты Пуанкаре: Империи времени . WW Нортон. ISBN  978-0-393-32604-8 .
  156. ^ Миллер, А.И. (1981). Специальная теория относительности Альберта Эйнштейна. Возникновение (1905 г.) и ранняя интерпретация (1905–1911 гг.) . Аддисон-Уэсли. ISBN  978-0-201-04679-3 .
  157. ^ Паис, А. (1982). Тонок Господь: наука и жизнь Альберта Эйнштейна . Издательство Оксфордского университета. ISBN  978-0-19-520438-4 .
  158. ^ «Резолюция 1 15-й ГКМВ» . БИПМ . 1967. Архивировано из оригинала 11 апреля 2021 года . Проверено 14 марта 2021 г.
  159. ^ «Резолюция 6 15-й ГКМВ» . БИПМ . 1967 год . Проверено 13 октября 2010 г.
  160. ^ Баргер, Р.; Холл, Дж. (1973). «Длина волны лазерно-насыщенной линии поглощения метана 3,39 мкм». Письма по прикладной физике . 22 (4): 196. Бибкод : 1973ApPhL..22..196B . дои : 10.1063/1.1654608 . S2CID   1841238 .
  161. ^ «Резолюция 2 15-й ГКМВ» . МБМВ. 1975 год . Проверено 9 сентября 2009 г.
  162. ^ Тейлор, EF ; Уиллер, Дж. А. (1992). Физика пространства-времени: Введение в специальную теорию относительности (2-е изд.). Макмиллан. п. 59. ИСБН  978-0-7167-2327-1 .
  163. ^ Пензес, ВБ (2009). «Временная шкала определения счетчика» (PDF) . НИСТ . Проверено 11 января 2010 г.
  164. ^ Адамс, С. (1997). Относительность: введение в физику пространства-времени . ЦРК Пресс. п. 140. ИСБН  978-0-7484-0621-0 . Одним из своеобразных последствий этой системы определений является то, что любое будущее усовершенствование нашей способности измерять с не изменит скорость света (которая является определенным числом), но изменит длину метра!
  165. ^ Риндлер, В. (2006). Относительность: специальная, общая и космологическая (2-е изд.). Издательство Оксфордского университета. п. 41. ИСБН  978-0-19-856731-8 . Обратите внимание, что [...] повышение точности эксперимента приведет к изменению счетчика относительно атомных длин волн, но не к значению скорости света!
  166. ^ «Формулировка «явно-константной»» . БИПМ . 2011. Архивировано из оригинала 11 августа 2014 года.
  167. ^ См., например:

Дальнейшее чтение

Исторические справки

Современные ссылки

Внешние ссылки

В Wikiquote есть цитаты, связанные со скоростью света .
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Speed_of_light&oldid=1227393818"