Ознакомьтесь с Условиями пребывания на сайте Форнит Игнорирование означет безусловное согласие. СОГЛАСЕН
 
 
Если в статье оказались ошибки...
 

О скорости света

Относится к   «Теории мироздания»

О скорости света

В инете есть множество статей об экспериментах, в которых нечто превышает скорость света. Это часто подается как сенсация: Скорость света в вакууме перестала быть рекордом
Американским ученым удалось остановить фотон
Луч света удалось остановить российским ученым
Ученым удалось остановить луч света.
Вокруг этих вопросов ведутся дискуссии, часто непримиримые. Поэтому стоит разобраться и понять, о чем же в самом деле говорят эксперименты.
Вот несколько иное изложение приведенной выше сенсационной статьи, где уже все подается гораздо более разумно и взвешено: Групповая скорость звуковых волн может быть больше скорости света. Оказывается, речь идет о какой-то особенной скорости, и это понятие отличается от того, что обычно понимается под скоростью.
Вот как формулируются разные понятия скорости в Фазовая скорость, групповая скорость и скорость переноса энергии:
Фазовая скорость - есть скорость перемещения силовой характеристики поля (например, напряженности электрического поля).
Групповая скорость есть скорость перемещения интерференционной картины, образованной группой волн различных частот, распространяющихся в одном направлении. Групповая скорость не имеет никакого отношения к переносу энергии этими волнами.
А вот "обычная" скорость:
Скорость переноса энергии монохроматической волной всегда совпадает по направлению с фазовой скоростью. В однородной безграничной среде она всегда равна по величине фазовой скорости. Показано, что при наличии граничных условий (например, в диэлектрическом или металлическом волноводах, в замедляющих структурах и т.д.) скорость переноса энергии имеет простую связь с фазовой скоростью, но никогда не может превышать скорость света.
Движение электромагнитного поля, созданного системой зарядов или электромагнитной волной, связано с переносом электромагнитной энергии и с перемещением вектора напряженности этого поля. Как известно, напряженность электрического поля числено равна силе, которая действует на единичный положительный точечный заряд, покоящийся в системе отсчета наблюдателя. Напряженность электрического поля перемещается с фазовой скоростью. Поэтому фазовую скорость мы можем назвать скоростью перемещения силовой характеристики этого поля.
Скорость переноса энергии характеризует движение энергии электрического или магнитного полей. Необходимость введения этого понятия возникла из-за широкого использования в радиоэлектронике линий передач энергии и информации с дисперсионными свойствами. Это волноводы, замедляющие структуры, которые используются в электронных приборах СВЧ, в антеннах поверхностных волн, ускорителях и т.д.
В физике используется понятие групповой скорости. Групповая скорость это скорость перемещения волнового пакета, т.е. пакета, образованного группой волн. Поскольку электромагнитная энергия сосредоточена в этом пакете, групповая скорость стала интерпретироваться как скорость переноса энергии и начала играть ее роль. Однако применение понятия групповой скорости к монохроматической волне приводит к парадоксам.
Кроме всего этого, не менее сенсационно выглядят статьи, в которых говорится о замедлении скорости света вплоть до нерелятивистских скоростей ( Бактериородопсин замедляет свет в триллионы раз:). При этом как бы не замечается тот факт, что свет в веществе распространяется не свободно, а переизлучаясь от электрона к электрону.
В статье Можно ли двигаться быстрее света? рассказывается о том, в каких случаях такое возможно и как все это происходит:
...можно придумать много совсем простых случаев, когда в некотором смысле что-нибудь движется быстрее света (сверх света, СС) и некоторое количество случаев посложнее. С другой стороны, есть веские причины считать, что настоящее СС путешествие и передача сигналов останутся невозможными всегда.
... Подумайте, с какой скоростью может двигаться тень? Если Вы создадите на далекой стене тень от своего пальца от близкой лампы, а потом пальцем пошевелите, то тень задвигается гораздо быстрее пальца. Если палец будет смещаться параллельно стене, то скорость тени будет в D/d раз больше скорости пальца, где d - расстояние от пальца до лампы, а D - расстояние от лампы до стены. А может получиться и еще большая скорость, если стена будет расположена под углом. Если стена расположена очень далеко, то движение тени будет отставать от движения пальца, так как свет должен будет еще долететь от пальца до стены, но все равно скорость движения тени будет во столько же раз больше. То есть, скорость движения тени не ограничена скоростью света.
Кроме теней быстрее света могут двигаться и зайчики, например, пятнышко от лазерного луча, направленного на Луну. Зная, что расстояние до Луны 385 000 км., попробуйте рассчитать скорость движения зайчика если слегка поводить лазером. Еще можете подумать о морской волне, косо ударяющей о берег. С какой скоростью может двигаться точка, в которй волна разбивается?
Подобные вещи могут происходить и в природе. Например, световой луч от пульсара может прочесывать облако пыли. Яркая вспышка порождает расширяющееся оболочку из света или другого излучения. Когда она пересекает поверхность, то создается световое кольцо, увеличивающееся быстрее скорости света. В природе такое встречается, когда электромагнитный импульс от молнии достигает верхних слоев атмосферы.
Один способ двигаться быстрее света состоит в том, чтобы сперва замедлить сам свет! :-) В вакууме свет летит со скоростью c, и эта величина является мировой постоянной (см. вопрос Постоянна ли скорость света), а в более плотной среде вроде воды или стекла - замедляется до скорости c/n, где n - это показатель преломления среды (1,0003 у воздуха; 1,4 у воды). Поэтому частицы могут двигаться в воде или воздухе быстрее, чем там движется свет. В результате возникает излучение Вавилова-Черенкова (см. вопрос Существует ли у света аналог ударной волны, существующей у звука).
Если ракета А летит от меня со скоростью 0,6c на запад, а другая Б - от меня со скоростью 0,6c на восток, то тогда общее расстояние между А и Б в моей системе отсчета увеличивается со скоростью 1,2c. Таким образом, видимая относительная скорость, большая c, может наблюдаться "с третьей стороны".
Однако такая скорость - это не то, что мы обычно понимаем под относительной скоростью. Настоящая скорость ракеты А относительно ракеты Б - это та скорость роста расстояния между ракетами, которую наблюдает наблюдатель в ракете Б. Две скорости надо сложить по релятивистской формуле сложения скоростей (см. вопрос Как надо складывать скорости в частной относительности). В данном случае относительная скорость получается примерно 0,88c, то есть, не является сверхсветовой.

Все это были примеры вещей, движущихся быстрее света, но которые не являлись физическими телами. При помощи тени или зайчика нельзя передать СС сообщение, так что и общение быстрее света не получается.
Если взять длинную твердую палку и толкнуть один ее конец, задвигается ли другой конец сразу же, или нет? Нельзя ли таким образом осуществить СС передачу сообщения?
Да, это было бы можно сделать, если бы такие твердые тела существовали. В реальности же влияние удара по концу палки распространяется по ней со скоростью звука в данном веществе, а скорость звука зависит от упругости и плотности материала. Относительность накладывает абсолютный предел возможной твердости любых тел так, что скорость звука в них не может превышать c.

Далее в статье более подробно рассматриваются эти и другие случаи, в том числе и сложные случаи сверхсветового движения. Рассказывается почему именно невозможно движение со скоростью, превышающей световую.
После этого приводятся несколько интригующих примеров когда такое, все же, кажется возможным :) хотя эти примеры признаются достаточно фантастическими.
Статья заканчивается так:
...теоретическая физика, как мы ее сейчас знаем, не закрывает дверь для СС движения насовсем. СС движение в стиле научно-фантастических романов, видимо, совершенно невозможно. Для физиков интересен вопрос: "а почему, собственно, это невозможно, и чему из этого можно научиться?"

Время относительно, а скорость света абсолютна. Это противоречит нашим интуитивным представлениям о мире, так как эффект этот на нас практически не сказывается, поскольку мы обычно путешествуем на скоростях, которые очень далеки от скорости света, а время измеряем не с абсолютной точностью. Однако в ускорителях элементарных частиц этот эффект наблюдается постоянно. При скоростях, близких к скорости света, частицы живут значительно дольше. Мы можем реально понимать лишь то, что вообще доступно объяснению современной теорией и все эксперименты, которые провоцируют сенсационные статьи, вполне в это ложе укладываются.


В статье академика Евгения Александрова Ещё раз о постоянстве скорости света рассказывается про эксперимент по непосредственному измерению скорости света, излученного движущимися со скоростью света электронами:
Такой опыт недавно осуществлён группой российских учёных в Курчатовском центре синхротронного излучения НИЦ КИ. В экспериментах в качестве импульсного источника света использовался источник синхротронного излучения (СИ) — накопитель электронов «Сибирь-1». СИ электронов, разогнанных до релятивистских скоростей (близких к скорости света), имеет широкий спектр от инфракрасного и видимого до рентгеновского диапазона. Излучение распространяется в узком конусе по касательной к траектории электронов по каналу отведения и выводится через сапфировое окно в атмосферу. Там свет собирается линзой на фотокатод быстрого фотоприёмника. Пучок света на пути в вакууме мог перекрываться стеклянной пластиной, вводимой с помощью магнитного привода. При этом по логике баллистической гипотезы свет, до того предположительно имевший удвоенную скорость 2с, после окна должен был обрести обычную скорость с.
Электронный сгусток имел длину около 30 см. Проходя мимо окна отведения, он порождал в канале импульс СИ длительностью около 1 нс. Частота обращения сгустка по кольцу синхротрона составляла ~34,5 МГц, так что на выходе фотоприёмника наблюдалась периодическая последовательность коротких импульсов, которую регистрировали с помощью скоростного осциллографа. Импульсы синхронизировались сигналом высокочастотного электрического поля той же частоты 34,5 МГц, компенсирующим потери энергии электронов на СИ. Сравнивая две осциллограммы, полученные при наличии в пучке СИ стеклянного окна и при его отсутствии, можно было измерить отставание одной последовательности импульсов от другой, вызванное гипотетическим снижением скорости. При длине 540 см участка канала отведения СИ от вводимого в пучок окна до выхода в атмосферу снижение скорости света от 2с до с должно было привести к временнoму сдвигу 9 нс. На опыте никакого сдвига не наблюдалось с точностью порядка 0,05 нс.
В дополнение к опыту провели и прямое измерение скорости света в канале отведения путём деления длины канала на время распространения импульса, что привело к значению всего на 0,5% ниже табличной скорости света.
Итак, результаты эксперимента оказались, разумеется, ожидаемыми: скорость света не зависит от скорости источника в полном соответствии со вторым постулатом Эйнштейна. Новым стало то, что впервые его подтвердили прямым измерением скорости света от релятивистского источника. Едва ли этот эксперимент прекратит наскоки на СТО со стороны ревнивцев славы Эйнштейна, однако он существенно ограничит поле новых претензий.
Детали эксперимента описаны в статье, которая будет опубликована в одном из ближайших номеров журнала «Успехи физических наук»

Смотрите так же Парадоксы теории относительности



Обсуждение Еще не было обсуждений.


Последнее редактирование: 2018-04-19

Оценить статью >> пока еще нет оценок, ваша может стать первой :)

Об авторе: Статьи на сайте Форнит активно защищаются от безусловной веры в их истинность, и авторитетность автора не должна оказывать влияния на понимание сути. Если читатель затрудняется сам с определением корректности приводимых доводов, то у него есть возможность задать вопросы в обсуждении или в теме на форуме. Про авторство статей >>.

Тест: А не зомбируют ли меня?     Тест: Определение веса ненаучности

Последняя из новостей: Трилогия: Основы фундаментальной теории сознания.

Обнаружен организм с крупнейшим геномом
Новокаледонский вид вилочного папоротника Tmesipteris oblanceolata, произрастающий в Новой Каледонии, имеет геном размером 160,45 гигапары, что более чем в 50 раз превышает размер генома человека.
Тематическая статья: Тема осмысления

Рецензия: Рецензия на книгу Дубынина В.А. Мозг и его потребности. От питания до признания

Топик ТК: Интервью с Константином Анохиным
 посетителейзаходов
сегодня:00
вчера:11
Всего:3630544955
Авторские права сайта Fornit