Die Lichtgeschwindigkeit in verschiedenen Medien variiert erheblich. Die Schwierigkeit besteht darin, dass das menschliche Auge es nicht im gesamten Spektralbereich wahrnimmt. Die Natur des Ursprungs von Lichtstrahlen interessiert Wissenschaftler seit der Antike. Die ersten Versuche, die Lichtgeschwindigkeit zu berechnen, wurden bereits 300 v. Chr. unternommen. Damals stellten Wissenschaftler fest, dass sich die Welle geradlinig ausbreitete.
Schnelle Reaktion
Sie haben es geschafft zu beschreiben mathematische Formeln Eigenschaften des Lichts und die Flugbahn seiner Bewegung. wurde zweitausend Jahre nach der ersten Forschung bekannt.
Was ist Lichtstrom?
Ein Lichtstrahl ist eine elektromagnetische Welle kombiniert mit Photonen. Unter Photonen versteht man die einfachsten Elemente, die auch Quanten elektromagnetischer Strahlung genannt werden. Der Lichtstrom ist in allen Spektren unsichtbar. Es bewegt sich nicht im herkömmlichen Sinne des Wortes im Raum. Um den Zustand einer elektromagnetischen Welle mit Quantenteilchen zu beschreiben, wird das Konzept des Brechungsindex eines optischen Mediums eingeführt.
Der Lichtstrom wird in Form eines Strahls mit kleinem Querschnitt im Raum übertragen. Die Methode der Bewegung im Raum wird durch geometrische Methoden abgeleitet. Dies ist ein geradliniger Balken, der an der Grenze zu liegt verschiedene Umgebungen beginnt sich zu brechen und bildet eine krummlinige Flugbahn. Wissenschaftler haben bewiesen, dass die maximale Geschwindigkeit im Vakuum entsteht; in anderen Umgebungen kann die Bewegungsgeschwindigkeit erheblich variieren. Wissenschaftler haben ein System entwickelt, bei dem ein Lichtstrahl und ein abgeleiteter Wert die Grundlage für die Ableitung und Ablesung bestimmter SI-Einheiten bilden.
Einige historische Fakten
Vor etwa 900 Jahren schlug Avicena vor, dass die Lichtgeschwindigkeit unabhängig vom Nennwert einen endlichen Wert hat. Galileo Galilei versuchte, die Geschwindigkeit experimentell zu berechnen Lichtstrom. Mit zwei Taschenlampen versuchten die Experimentatoren, die Zeit zu messen, in der ein Lichtstrahl von einem Objekt für ein anderes sichtbar sein würde. Doch ein solches Experiment erwies sich als erfolglos. Die Geschwindigkeit war so hoch, dass die Verzögerungszeit nicht erkannt werden konnte.
Galileo Galilei bemerkte, dass Jupiter einen Abstand zwischen den Finsternissen seiner vier Satelliten von 1320 Sekunden hatte. Basierend auf diesen Entdeckungen berechnete der dänische Astronom Ole Roemer im Jahr 1676 die Ausbreitungsgeschwindigkeit eines Lichtstrahls mit 222.000 km/s. Diese Messung war damals die genaueste, konnte jedoch mit irdischen Maßstäben nicht überprüft werden.
Nach 200 Jahren gelang es Louise Fizeau, die Geschwindigkeit eines Lichtstrahls experimentell zu berechnen. Er schuf eine besondere Installation mit einem Spiegel und einem Getriebe, das sich mit hoher Geschwindigkeit drehte. Der Lichtstrom wurde vom Spiegel reflektiert und kehrte nach 8 km zurück. Als die Radgeschwindigkeit zunahm, kam es zu einem Moment, in dem das Getriebe den Strahl blockierte. Somit wurde die Geschwindigkeit des Strahls auf 312.000 Kilometer pro Sekunde eingestellt.
Foucault verbesserte diese Ausrüstung, indem er die Parameter durch Austausch reduzierte Getriebemechanismus flacher Spiegel. Es stellte sich heraus, dass seine Messgenauigkeit dem modernen Standard am nächsten kam und 288.000 Meter pro Sekunde betrug. Foucault unternahm Versuche, die Lichtgeschwindigkeit in einem fremden Medium auf der Grundlage von Wasser zu berechnen. Der Physiker konnte daraus schließen, dass dieser Wert nicht konstant ist und von den Brechungseigenschaften in einem bestimmten Medium abhängt.
Ein Vakuum ist ein Raum ohne Materie. Bezeichnet wird die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum im C-System Lateinischer Buchstabe C. Es ist unerreichbar. Kein Gegenstand kann auf einen solchen Wert übertaktet werden. Physiker können sich nur vorstellen, was mit Objekten passieren könnte, wenn sie so stark beschleunigt werden. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit eines Lichtstrahls hat konstante Eigenschaften, sie beträgt:
- konstant und endgültig;
- unerreichbar und unveränderlich.
Wenn Sie diese Konstante kennen, können Sie berechnen, womit maximale Geschwindigkeit Objekte können sich im Raum bewegen. Das Ausmaß der Ausbreitung eines Lichtstrahls wird als Grundkonstante angesehen. Es wird zur Charakterisierung der Raumzeit verwendet. Das ist extrem zulässiger Wert für bewegte Teilchen. Wie groß ist die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum? Der moderne Wert wurde durch erhalten Labormessungen und mathematische Berechnungen. Sie entspricht 299.792.458 Metern pro Sekunde mit einer Genauigkeit von ± 1,2 m/s. In vielen Disziplinen, auch in der Schule, werden Näherungsrechnungen zur Lösung von Problemen verwendet. Es wird ein Indikator von 3.108 m/s angenommen.
Lichtwellen für den Menschen sichtbar Spektrum und Röntgenwellen können auf Messwerte beschleunigt werden, die sich der Lichtgeschwindigkeit nähern. Sie können dieser Konstante weder entsprechen noch ihren Wert überschreiten. Die Konstante wurde basierend auf der Verfolgung des Verhaltens der kosmischen Strahlung zum Zeitpunkt ihrer Beschleunigung in speziellen Beschleunigern abgeleitet. Dies hängt vom Trägheitsmedium ab, in dem sich der Strahl ausbreitet. In Wasser ist die Lichtdurchlässigkeit um 25 % geringer und in Luft hängt sie von der Temperatur und dem Druck zum Zeitpunkt der Berechnungen ab.
Alle Berechnungen wurden unter Verwendung der Relativitätstheorie und des von Einstein abgeleiteten Kausalitätsgesetzes durchgeführt. Der Physiker geht davon aus, dass, wenn Objekte eine Geschwindigkeit von 1.079.252.848,8 Kilometern pro Stunde erreichen und diese überschreiten, es zu irreversiblen Veränderungen in der Struktur unserer Welt kommt und das System zusammenbricht. Die Zeit beginnt herunterzuzählen und stört die Reihenfolge der Ereignisse.
Die Definition von Meter leitet sich von der Geschwindigkeit eines Lichtstrahls ab. Darunter versteht man die Fläche, die ein Lichtstrahl in 1/299792458 Sekunde durchläuft. Dieses Konzept sollte nicht mit dem Standard verwechselt werden. Der Meterstandard ist ein spezielles technisches Gerät auf Cadmiumbasis mit Schattierung, das es Ihnen ermöglicht, eine bestimmte Entfernung physisch zu sehen.
Arzt technische Wissenschaften A. GOLUBEV.
Mitte letzten Jahres erschien in Zeitschriften eine aufsehenerregende Meldung. Eine Gruppe amerikanischer Forscher hat herausgefunden, dass sich ein sehr kurzer Laserpuls in einem speziell ausgewählten Medium hunderte Male schneller bewegt als im Vakuum. Dieses Phänomen erschien völlig unglaublich (die Lichtgeschwindigkeit in einem Medium ist immer geringer als im Vakuum) und ließ sogar Zweifel an der Gültigkeit aufkommen spezielle Theorie Relativität. Unterdessen wurde ein superluminales physikalisches Objekt – ein Laserpuls in einem Verstärkungsmedium – erstmals nicht im Jahr 2000, sondern 35 Jahre zuvor, im Jahr 1965, entdeckt, und die Möglichkeit einer superluminalen Bewegung wurde bis in die frühen 70er Jahre ausführlich diskutiert. Heute ist die Diskussion um dieses seltsame Phänomen mit neuer Kraft entbrannt.
Beispiele für „superluminale“ Bewegung.
In den frühen 60er Jahren begann man, kurze Hochleistungslichtimpulse zu erhalten, indem man einen Laserblitz durch einen Quantenverstärker (ein Medium mit invertierter Besetzung) leitete.
In einem verstärkenden Medium bewirkt der Anfangsbereich eines Lichtimpulses eine stimulierte Emission von Atomen im Verstärkermedium und sein Endbereich bewirkt deren Energieabsorption. Dadurch entsteht für den Beobachter der Eindruck, dass sich der Puls bewegt schneller als das Licht.
Lijun Wongs Experiment.
Ein Lichtstrahl, der durch ein Prisma aus einem transparenten Material (z. B. Glas) fällt, wird gebrochen, d. h. er erfährt eine Streuung.
Ein Lichtimpuls ist eine Reihe von Schwingungen unterschiedlicher Frequenz.
Wahrscheinlich weiß jeder – auch Leute, die weit von der Physik entfernt sind – das Maximum mögliche Geschwindigkeit Die Bewegung materieller Objekte oder die Ausbreitung jeglicher Signale entspricht der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum. Es wird mit dem Buchstaben bezeichnet Mit und beträgt fast 300.000 Kilometer pro Sekunde; genauer Wert Mit= 299.792.458 m/s. Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist eine der grundlegenden physikalischen Konstanten. Unfähigkeit, höhere Geschwindigkeiten zu erreichen Mit, folgt aus Einsteins spezieller Relativitätstheorie (STR). Wenn nachgewiesen werden könnte, dass die Übertragung von Signalen mit Überlichtgeschwindigkeit möglich ist, würde die Relativitätstheorie scheitern. Bisher ist dies trotz zahlreicher Versuche, das Verbot der Existenz von Geschwindigkeiten größer als zu widerlegen, nicht geschehen Mit. Allerdings in Experimentelle Studien Kürzlich wurden einige sehr interessante Phänomene entdeckt, die darauf hinweisen, dass unter speziell geschaffenen Bedingungen Überlichtgeschwindigkeiten beobachtet werden können und gleichzeitig die Prinzipien der Relativitätstheorie nicht verletzt werden.
Erinnern wir uns zunächst an die Hauptaspekte im Zusammenhang mit dem Problem der Lichtgeschwindigkeit. Zunächst einmal: Warum ist es (unter normalen Bedingungen) unmöglich, die Lichtgrenze zu überschreiten? Denn dann wird das Grundgesetz unserer Welt verletzt – das Gesetz der Kausalität, wonach die Wirkung der Ursache nicht vorausgehen kann. Niemand hat jemals beobachtet, dass zum Beispiel ein Bär zuerst tot umfiel und dann der Jäger erschoss. Bei Geschwindigkeiten über Mit, die Abfolge der Ereignisse wird umgekehrt, das Zeitband wird zurückgespult. Dies lässt sich leicht anhand der folgenden einfachen Überlegungen überprüfen.
Nehmen wir an, wir befinden uns auf einer Art Raumwunderschiff, das sich schneller als das Licht bewegt. Dann würden wir nach und nach das von der Quelle emittierte Licht zu immer früheren Zeiten einholen. Zuerst würden wir uns über die Photonen informieren, die beispielsweise gestern emittiert wurden, dann über die Photonen, die vorgestern emittiert wurden, dann über die Photonen, die vor einer Woche, einem Monat, einem Jahr usw. emittiert wurden. Wenn die Lichtquelle ein Spiegel wäre, der das Leben widerspiegelt, dann würden wir zuerst die Ereignisse von gestern sehen, dann die von vorgestern und so weiter. Wir könnten beispielsweise einen alten Mann sehen, der sich allmählich in einen Mann mittleren Alters verwandelt, dann in einen jungen Mann, in einen Jugendlichen, in ein Kind ... Das heißt, die Zeit würde sich zurückdrehen, wir würden von der Gegenwart in die Gegenwart übergehen die Vergangenheit. Ursachen und Wirkungen würden dann ihre Plätze tauschen.
Obwohl diese Diskussion die technischen Details des Prozesses der Lichtbeobachtung völlig außer Acht lässt, zeigt sie aus grundsätzlicher Sicht deutlich, dass Bewegung mit Überlichtgeschwindigkeit zu einer Situation führt, die in unserer Welt unmöglich ist. Die Natur hat jedoch noch strengere Bedingungen gestellt: Bewegung ist nicht nur mit Überlichtgeschwindigkeit, sondern auch mit einer Geschwindigkeit unerreichbar gleiche Geschwindigkeit Licht - man kann sich ihm nur nähern. Aus der Relativitätstheorie folgt, dass mit zunehmender Bewegungsgeschwindigkeit drei Umstände eintreten: Die Masse eines bewegten Objekts nimmt zu, seine Größe in Bewegungsrichtung nimmt ab und der Zeitfluss auf diesem Objekt verlangsamt sich (vom Punkt Sicht eines externen „ruhenden“ Beobachters). Bei normalen Geschwindigkeiten sind diese Änderungen vernachlässigbar, aber wenn sie sich der Lichtgeschwindigkeit nähern, werden sie immer deutlicher und im Grenzbereich – bei einer Geschwindigkeit gleich Mit, - Die Masse wird unendlich groß, das Objekt verliert in Bewegungsrichtung vollständig an Größe und die Zeit bleibt darauf stehen. Daher kann kein materieller Körper die Lichtgeschwindigkeit erreichen. Nur das Licht selbst hat eine solche Geschwindigkeit! (Und auch ein „alles durchdringendes“ Teilchen – ein Neutrino, das sich wie ein Photon nicht mit einer Geschwindigkeit von weniger als bewegen kann Mit.)
Nun zur Signalübertragungsgeschwindigkeit. Hier bietet sich die Darstellung von Licht in Form elektromagnetischer Wellen an. Was ist ein Signal? Dies sind einige Informationen, die übermittelt werden müssen. Perfekt Elektromagnetische Welle- Dies ist eine unendliche Sinuskurve mit genau einer Frequenz und kann keine Informationen übertragen, da jede Periode einer solchen Sinuskurve die vorherige genau wiederholt. Die Bewegungsgeschwindigkeit der Phase einer Sinuswelle – die sogenannte Phasengeschwindigkeit - kann in einem Medium unter bestimmten Bedingungen die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum überschreiten. Hier gibt es keine Einschränkungen, da die Phasengeschwindigkeit nicht die Geschwindigkeit des Signals ist – sie existiert noch nicht. Um ein Signal zu erzeugen, müssen Sie eine Art „Markierung“ auf der Welle machen. Eine solche Markierung kann beispielsweise eine Änderung eines beliebigen Wellenparameters sein – Amplitude, Frequenz oder Anfangsphase. Doch sobald die Markierung entsteht, verliert die Welle ihre Sinusförmigkeit. Es wird moduliert und besteht aus einer Reihe einfacher Sinuswellen mit unterschiedlichen Amplituden, Frequenzen und Anfangsphasen- Wellengruppen. Die Geschwindigkeit, mit der sich die Markierung in der modulierten Welle bewegt, ist die Geschwindigkeit des Signals. Bei der Ausbreitung in einem Medium stimmt diese Geschwindigkeit in der Regel mit der Gruppengeschwindigkeit überein, die die Ausbreitung der oben genannten Wellengruppe als Ganzes charakterisiert (siehe „Wissenschaft und Leben“ Nr. 2, 2000). Unter normalen Bedingungen ist die Gruppengeschwindigkeit und damit die Signalgeschwindigkeit geringer als die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum. Es ist kein Zufall, dass hier der Ausdruck „unter normalen Bedingungen“ verwendet wurde, denn in manchen Fällen kann die Gruppengeschwindigkeit größer sein Mit oder sogar seine Bedeutung verlieren, aber dann hat es nichts mit der Signalausbreitung zu tun. Die Tankstelle stellt fest, dass es unmöglich ist, ein Signal mit einer höheren Geschwindigkeit zu übertragen Mit.
Warum ist das so? Weil es ein Hindernis für die Übertragung eines Signals mit einer Geschwindigkeit von mehr als gibt Mit Es gilt das gleiche Gesetz der Kausalität. Stellen wir uns eine solche Situation vor. Irgendwann an Punkt A schaltet ein Lichtblitz (Ereignis 1) ein Gerät ein, das ein bestimmtes Funksignal sendet, und an einem entfernten Punkt B kommt es unter dem Einfluss dieses Funksignals zu einer Explosion (Ereignis 2). Es ist klar, dass Ereignis 1 (Flare) die Ursache und Ereignis 2 (Explosion) die Folge ist, die später als die Ursache auftritt. Wenn sich das Funksignal jedoch mit Überlichtgeschwindigkeit ausbreitete, würde ein Beobachter in der Nähe von Punkt B zuerst eine Explosion sehen und erst dann würde sie ihn mit dieser Geschwindigkeit erreichen Mit ein Lichtblitz, die Ursache der Explosion. Mit anderen Worten: Für diesen Beobachter wäre Ereignis 2 früher eingetreten als Ereignis 1, d. h. die Wirkung wäre der Ursache vorausgegangen.
Es ist angebracht zu betonen, dass das „Superluminal-Verbot“ der Relativitätstheorie nur die Bewegung betrifft Materielle Körper und Signalübertragung. In vielen Situationen ist eine Bewegung mit beliebiger Geschwindigkeit möglich, es handelt sich dabei jedoch nicht um die Bewegung materieller Objekte oder Signale. Stellen Sie sich zum Beispiel zwei ziemlich lange Lineale vor, die in derselben Ebene liegen, von denen eines horizontal liegt und das andere sie in einem kleinen Winkel schneidet. Wird das erste Lineal mit hoher Geschwindigkeit nach unten (in Pfeilrichtung) bewegt, lässt sich der Schnittpunkt der Lineale beliebig schnell laufen lassen, dieser Punkt ist jedoch kein materieller Körper. Ein weiteres Beispiel: Wenn Sie eine Taschenlampe (oder beispielsweise einen Laser, der einen schmalen Strahl erzeugt) nehmen und schnell einen Bogen in der Luft beschreiben, dann lineare Geschwindigkeit Der Lichtstrahl wird mit der Entfernung größer und bei ausreichend großer Entfernung größer Mit. Der Lichtfleck bewegt sich mit Überlichtgeschwindigkeit zwischen den Punkten A und B, es handelt sich jedoch nicht um eine Signalübertragung von A nach B, da ein solcher Lichtfleck keine Informationen über Punkt A trägt.
Es scheint, dass das Problem der Überlichtgeschwindigkeiten gelöst ist. Doch in den 60er Jahren des 20. Jahrhunderts stellten theoretische Physiker die Hypothese der Existenz überluminaler Teilchen namens Tachyonen auf. Das sind sehr seltsame Teilchen: Theoretisch sind sie möglich, aber um Widersprüche mit der Relativitätstheorie zu vermeiden, musste ihnen eine imaginäre Ruhemasse zugeordnet werden. Physikalisch gesehen existiert eine imaginäre Masse nicht; sie ist eine rein mathematische Abstraktion. Dies löste jedoch keine große Beunruhigung aus, da Tachyonen nicht in Ruhe sein können – sie existieren (falls sie existieren!) nur bei Geschwindigkeiten, die die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum überschreiten, und in diesem Fall stellt sich heraus, dass die Tachyonenmasse real ist. Hier gibt es eine gewisse Analogie zu Photonen: Ein Photon hat keine Ruhemasse, aber das bedeutet einfach, dass das Photon nicht ruhen kann – Licht kann nicht gestoppt werden.
Am schwierigsten stellte sich erwartungsgemäß heraus, die Tachyonenhypothese mit dem Kausalitätsgesetz in Einklang zu bringen. Die in diese Richtung unternommenen Versuche waren zwar recht genial, führten jedoch nicht zu offensichtlichem Erfolg. Es ist auch niemandem gelungen, Tachyonen experimentell zu registrieren. Infolgedessen Interesse an Tachyonen als Superluminal Elementarteilchen allmählich verblasst.
Doch in den 60er Jahren wurde experimentell ein Phänomen entdeckt, das die Physiker zunächst verwirrte. Dies wird im Artikel von A. N. Oraevsky „Superluminal Waves in Amplifying Media“ (UFN Nr. 12, 1998) ausführlich beschrieben. Hier fassen wir den Kern der Sache kurz zusammen und verweisen den an Details interessierten Leser auf den angegebenen Artikel.
Schon bald nach der Entdeckung des Lasers – in den frühen 60er Jahren – stellte sich das Problem, kurze (Dauer ca. 1 ns = 10 -9 s) Hochleistungslichtimpulse zu erhalten. Dazu wurde ein kurzer Laserpuls durch einen optischen Quantenverstärker geleitet. Der Puls wurde durch einen Strahlteilerspiegel in zwei Teile geteilt. Einer von ihnen, der stärker war, wurde an den Verstärker gesendet, der andere breitete sich in der Luft aus und diente als Referenzimpuls, mit dem der durch den Verstärker laufende Impuls verglichen werden konnte. Beide Impulse wurden Fotodetektoren zugeführt und ihre Ausgangssignale konnten visuell auf dem Oszilloskopbildschirm beobachtet werden. Es wurde erwartet, dass der durch den Verstärker laufende Lichtimpuls im Vergleich zum Referenzimpuls eine gewisse Verzögerung erfahren würde, d. h. die Lichtausbreitungsgeschwindigkeit im Verstärker wäre geringer als in Luft. Stellen Sie sich das Erstaunen der Forscher vor, als sie entdeckten, dass sich der Impuls nicht nur schneller durch den Verstärker ausbreitete als in Luft, sondern auch um ein Vielfaches höher als die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum!
Nachdem sich die Physiker vom ersten Schock erholt hatten, begannen sie, nach der Ursache für dieses unerwartete Ergebnis zu suchen. Niemand hatte auch nur den geringsten Zweifel an den Prinzipien der speziellen Relativitätstheorie, und dies half, die richtige Erklärung zu finden: Wenn die Prinzipien der SRT erhalten bleiben, sollte die Antwort in den Eigenschaften des verstärkenden Mediums gesucht werden.
Ohne hier auf Einzelheiten einzugehen, weisen wir nur darauf hin Detaillierte Analyse Der Wirkungsmechanismus des verstärkenden Mediums klärte die Situation vollständig. Der Punkt war eine Änderung der Photonenkonzentration während der Impulsausbreitung – eine Änderung, die durch eine Änderung der Verstärkung des Mediums verursacht wurde negativer Wert beim Durchlauf des hinteren Teils des Impulses, wenn das Medium bereits Energie aufnimmt, weil seine eigene Reserve durch die Übertragung auf den Lichtimpuls bereits aufgebraucht ist. Die Absorption bewirkt keine Steigerung, sondern eine Abschwächung des Impulses, und so wird der Impuls im vorderen Teil verstärkt und im hinteren Teil abgeschwächt. Stellen wir uns vor, wir beobachten einen Impuls mithilfe eines Geräts, das sich mit Lichtgeschwindigkeit im Verstärkermedium bewegt. Wenn das Medium transparent wäre, würden wir den Impuls in der Bewegungslosigkeit eingefroren sehen. In der Umgebung, in der der oben genannte Prozess stattfindet, werden die Verstärkung der Vorderflanke und die Abschwächung der Hinterflanke des Impulses für den Beobachter so erscheinen, als hätte das Medium den Impuls vorwärts bewegt. Da sich das Gerät (Beobachter) jedoch mit Lichtgeschwindigkeit bewegt und der Impuls es überholt, übersteigt die Impulsgeschwindigkeit die Lichtgeschwindigkeit! Es ist dieser Effekt, der von Experimentatoren aufgezeichnet wurde. Und hier besteht tatsächlich kein Widerspruch zur Relativitätstheorie: Der Verstärkungsprozess ist einfach so, dass die Konzentration früher austretender Photonen größer ausfällt als die später austretenden. Es sind nicht die Photonen, die sich mit Überlichtgeschwindigkeit bewegen, sondern die Pulshüllkurve, insbesondere ihr Maximum, das auf einem Oszilloskop beobachtet wird.
Während es also in gewöhnlichen Medien immer zu einer Schwächung des Lichts und einer Abnahme seiner Geschwindigkeit kommt, die durch den Brechungsindex bestimmt wird, kommt es in aktiven Lasermedien nicht nur zu einer Lichtverstärkung, sondern auch zur Ausbreitung eines Impulses mit Überlichtgeschwindigkeit.
Einige Physiker versuchten experimentell das Vorhandensein einer überluminalen Bewegung während des Tunneleffekts nachzuweisen – einem der häufigsten erstaunliche Phänomene V Quantenmechanik. Dieser Effekt besteht darin, dass ein Mikropartikel (genauer gesagt ein Mikroobjekt, das unter verschiedenen Bedingungen sowohl die Eigenschaften eines Partikels als auch die Eigenschaften einer Welle aufweist) in der Lage ist, die sogenannte Potentialbarriere zu durchdringen – ein Phänomen, das vollständig ist in der klassischen Mechanik unmöglich (wobei eine solche Situation ein Analogon wäre: Ein gegen eine Wand geworfener Ball würde auf der anderen Seite der Wand landen, oder die wellenartige Bewegung, die einem an der Wand befestigten Seil verliehen wird, würde auf die andere Seite der Wand übertragen ein Seil, das auf der anderen Seite an der Wand befestigt ist). Das Wesen des Tunneleffekts in der Quantenmechanik ist wie folgt. Wenn ein Mikroobjekt mit einer bestimmten Energie auf einen Bereich mit trifft potenzielle Energie, die Energie des Mikroobjekts überschreitend, stellt dieser Bereich eine Barriere dafür dar, deren Höhe durch die Energiedifferenz bestimmt wird. Aber das Mikroobjekt „leckt“ durch die Barriere! Diese Möglichkeit bietet ihm die bekannte Heisenbergsche Unschärferelation, geschrieben für die Energie und Zeit der Wechselwirkung. Erfolgt die Wechselwirkung eines Mikroobjekts mit einer Barriere über einen ziemlich bestimmten Zeitraum, dann ist die Energie des Mikroobjekts im Gegenteil durch Unsicherheit gekennzeichnet, und wenn diese Unsicherheit in der Größenordnung der Höhe der Barriere liegt, dann ist die Letzteres ist für das Mikroobjekt kein unüberwindbares Hindernis mehr. Die Durchdringungsgeschwindigkeit einer potenziellen Barriere ist zum Forschungsgegenstand einer Reihe von Physikern geworden, die glauben, dass sie diese überschreiten kann Mit.
Im Juni 1998 fand in Köln ein internationales Symposium zu den Problemen der Superluminalbewegung statt, bei dem die in vier Labors erzielten Ergebnisse diskutiert wurden – in Berkeley, Wien, Köln und Florenz.
Und schließlich erschienen im Jahr 2000 Berichte über zwei neue Experimente, bei denen die Auswirkungen der überluminalen Ausbreitung auftraten. Eine davon wurde von Lijun Wong und seinen Kollegen am Princeton Research Institute (USA) durchgeführt. Das Ergebnis ist, dass ein Lichtimpuls, der in eine mit Cäsiumdampf gefüllte Kammer eintritt, seine Geschwindigkeit um das 300-fache erhöht. Es stellte sich heraus, dass der Hauptteil des Impulses die hintere Wand der Kammer noch früher verließ, als der Impuls durch die Vorderwand in die Kammer eintrat. Diese Situation widerspricht nicht nur gesunder Menschenverstand, sondern im Wesentlichen die Relativitätstheorie.
Die Botschaft von L. Wong löste heftige Diskussionen unter Physikern aus, von denen die meisten nicht geneigt waren, in den erzielten Ergebnissen einen Verstoß gegen die Relativitätsprinzipien zu sehen. Sie glauben, dass die Herausforderung darin besteht, dieses Experiment richtig zu erklären.
Im Experiment von L. Wong hatte der Lichtimpuls, der mit Cäsiumdampf in die Kammer eindrang, eine Dauer von etwa 3 μs. Cäsiumatome können in sechzehn möglichen quantenmechanischen Zuständen existieren, die als „hyperfeine magnetische Unterebenen des Grundzustands“ bezeichnet werden. Durch optisches Laserpumpen wurden fast alle Atome in nur einen dieser sechzehn Zustände gebracht, was einer nahezu absoluten Nulltemperatur auf der Kelvin-Skala (-273,15 °C) entspricht. Die Länge der Cäsiumkammer betrug 6 Zentimeter. Im Vakuum legt Licht in 0,2 ns 6 Zentimeter zurück. Wie die Messungen ergaben, durchlief der Lichtpuls die Kammer mit Cäsium in einer um 62 ns kürzeren Zeit als im Vakuum. Mit anderen Worten: Die Zeit, die ein Impuls benötigt, um ein Cäsiummedium zu durchlaufen, hat ein Minuszeichen! Wenn wir von 0,2 ns 62 ns abziehen, erhalten wir tatsächlich eine „negative“ Zeit. Diese „negative Verzögerung“ im Medium – ein unverständlicher Zeitsprung – entspricht der Zeit, in der der Impuls 310 Durchgänge durch die Kammer im Vakuum machen würde. Die Folge dieser „zeitlichen Umkehrung“ war, dass es dem Impuls, der die Kammer verließ, gelang, sich 19 Meter von ihr zu entfernen, bevor der eintreffende Impuls die nahe Wand der Kammer erreichte. Wie kann eine so unglaubliche Situation erklärt werden (es sei denn, wir zweifeln natürlich an der Reinheit des Experiments)?
Eine genaue Erklärung konnte der aktuellen Diskussion zufolge noch nicht gefunden werden, es besteht jedoch kein Zweifel daran, dass die ungewöhnlichen Dispersionseigenschaften des Mediums dabei eine Rolle spielen: Cäsiumdampf, bestehend aus durch Laserlicht angeregten Atomen, ist ein Medium mit anomaler Dispersion . Erinnern wir uns kurz daran, was es ist.
Die Dispersion eines Stoffes ist die Abhängigkeit des Phasenbrechungsindex (ordinär). N auf der Lichtwellenlänge l. Bei normaler Dispersion nimmt der Brechungsindex mit abnehmender Wellenlänge zu, und dies ist bei Glas, Wasser, Luft und allen anderen lichtdurchlässigen Stoffen der Fall. Bei Stoffen, die Licht stark absorbieren, ist der Verlauf des Brechungsindex bei Änderung der Wellenlänge umgekehrt und wird deutlich steiler: Mit abnehmendem l (zunehmende Frequenz w) nimmt der Brechungsindex stark ab und wird in einem bestimmten Wellenlängenbereich kleiner als Eins (Phasengeschwindigkeit V f > Mit). Hierbei handelt es sich um eine anomale Streuung, bei der sich das Muster der Lichtausbreitung in einer Substanz radikal ändert. Gruppengeschwindigkeit V gr wird größer als die Phasengeschwindigkeit der Wellen und kann im Vakuum die Lichtgeschwindigkeit überschreiten (und auch negativ werden). L. Wong weist auf diesen Umstand als Grund für die Erklärungsmöglichkeit der Ergebnisse seines Experiments hin. Es ist jedoch zu beachten, dass die Bedingung V gr > Mit ist rein formal, da das Konzept der Gruppengeschwindigkeit für den Fall kleiner (normaler) Dispersion für transparente Medien eingeführt wurde, wenn eine Wellengruppe ihre Form während der Ausbreitung nahezu nicht ändert. In Regionen mit anomaler Streuung wird der Lichtimpuls schnell deformiert und das Konzept der Gruppengeschwindigkeit verliert seine Bedeutung; In diesem Fall werden die Konzepte der Signalgeschwindigkeit und der Eneingeführt, die in transparenten Medien mit der Gruppengeschwindigkeit übereinstimmen und in Medien mit Absorption kleiner als die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum bleiben. Aber das Interessante an Wongs Experiment ist: Ein Lichtimpuls, der ein Medium mit anomaler Dispersion durchquert, wird nicht deformiert – er behält genau seine Form! Und dies entspricht der Annahme, dass sich der Impuls mit Gruppengeschwindigkeit ausbreitet. Aber wenn ja, dann stellt sich heraus, dass es keine Absorption im Medium gibt, obwohl die anomale Dispersion des Mediums genau auf die Absorption zurückzuführen ist! Wong selbst räumt zwar ein, dass vieles noch unklar ist, glaubt jedoch, dass das, was in seinem Versuchsaufbau geschieht, in erster Näherung wie folgt klar erklärt werden kann.
Ein Lichtimpuls besteht aus vielen Komponenten mit unterschiedlichen Wellenlängen (Frequenzen). Die Abbildung zeigt drei dieser Komponenten (Wellen 1-3). Irgendwann sind alle drei Wellen in Phase (ihre Maxima fallen zusammen); hier verstärken sie sich gegenseitig und bilden einen Impuls. Bei ihrer weiteren Ausbreitung im Raum werden die Wellen außer Phase gebracht und „heben“ sich dadurch gegenseitig auf.
Im Bereich der anomalen Dispersion (innerhalb der Cäsiumzelle) wird die Welle, die kürzer war (Welle 1), länger. Umgekehrt wird die Welle, die die längste der drei war (Welle 3), zur kürzesten.
Folglich ändern sich die Phasen der Wellen entsprechend. Sobald die Wellen die Cäsiumzelle passiert haben, werden ihre Wellenfronten wiederhergestellt. Nach einer ungewöhnlichen Phasenmodulation in einer Substanz mit anomaler Dispersion befinden sich die drei fraglichen Wellen irgendwann wieder in Phase. Hier addieren sie sich wieder und bilden einen Puls, der genau die gleiche Form hat wie der, der in das Cäsiummedium eintritt.
Typischerweise kann ein Lichtimpuls in Luft und tatsächlich in jedem transparenten Medium mit normaler Streuung seine Form nicht genau beibehalten, wenn er sich über eine entfernte Entfernung ausbreitet, das heißt, alle seine Komponenten können an keinem entfernten Punkt entlang des Ausbreitungspfads in Phase gebracht werden. Und unter normalen Bedingungen erscheint an einem so weit entfernten Punkt nach einiger Zeit ein Lichtimpuls. Aufgrund der anomalen Eigenschaften des im Experiment verwendeten Mediums stellte sich jedoch heraus, dass der Impuls an einem entfernten Punkt genauso phasenverschoben war wie beim Eintritt in dieses Medium. Der Lichtimpuls verhält sich also so, als ob er auf dem Weg zu einem entfernten Punkt eine negative Zeitverzögerung hätte, das heißt, er würde dort nicht später, sondern früher ankommen, als er das Medium durchlaufen hat!
Die meisten Physiker neigen dazu, dieses Ergebnis mit dem Auftreten eines Vorläufers geringer Intensität im Dispersionsmedium der Kammer in Verbindung zu bringen. Tatsache ist, dass bei der spektralen Zerlegung eines Pulses im Spektrum Komponenten beliebig hoher Frequenz mit vernachlässigbar kleiner Amplitude, die sogenannten Vorläufer, enthalten sind, die dem „Hauptteil“ des Pulses vorausgehen. Die Art der Etablierung und die Form des Vorläufers hängen vom Dispersionsgesetz im Medium ab. Vor diesem Hintergrund wird vorgeschlagen, die Abfolge der Ereignisse in Wongs Experiment wie folgt zu interpretieren. Die ankommende Welle „streckt“ den Vorboten vor sich her und nähert sich der Kamera. Bevor der Höhepunkt der einfallenden Welle auf die nahe Wand der Kammer trifft, löst der Vorläufer das Auftreten eines Impulses in der Kammer aus, der die gegenüberliegende Wand erreicht und von dieser reflektiert wird und eine „Rückwärtswelle“ bildet. Diese Welle breitet sich 300-mal schneller aus Mit, erreicht die nahegelegene Wand und trifft auf die ankommende Welle. Die Spitzen einer Welle treffen auf die Täler einer anderen, so dass sie sich gegenseitig zerstören und als Ergebnis nichts mehr übrig bleibt. Es stellt sich heraus, dass die einfallende Welle den Cäsiumatomen „die Schuld zurückzahlt“, die ihr am anderen Ende der Kammer Energie „verliehen“. Jeder, der nur den Anfang und das Ende des Experiments beobachtete, sah nur einen Lichtimpuls, der zeitlich vorwärts „sprang“ und sich schneller bewegte Mit.
L. Wong glaubt, dass sein Experiment nicht mit der Relativitätstheorie vereinbar ist. Die Aussage über die Unerreichbarkeit der Überlichtgeschwindigkeit gilt seiner Ansicht nach nur für Objekte mit Ruhemasse. Licht kann entweder in Form von Wellen dargestellt werden, auf die der Massenbegriff im Allgemeinen nicht anwendbar ist, oder in Form von Photonen, deren Ruhemasse bekanntlich gleich Null ist. Daher ist die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum laut Wong nicht die Grenze. Allerdings gibt Wong zu, dass der von ihm entdeckte Effekt es nicht ermöglicht, Informationen schneller zu übertragen Mit.
„Die Informationen sind hier bereits in der Vorderkante des Pulses enthalten“, sagt P. Milonni, ein Physiker am Los Alamos National Laboratory in den Vereinigten Staaten. „Und es kann der Eindruck entstehen, dass Informationen schneller als Licht gesendet werden, selbst wenn Sie.“ senden es nicht.“
Die meisten Physiker glauben das neue Arbeit stellt keinen vernichtenden Schlag gegen Grundprinzipien dar. Aber nicht alle Physiker glauben, dass das Problem gelöst ist. Professor A. Ranfagni aus Italien Forschungsgruppe, der im Jahr 2000 ein weiteres interessantes Experiment durchführte, glaubt, dass die Frage noch offen bleibt. Dieses von Daniel Mugnai, Anedio Ranfagni und Rocco Ruggeri durchgeführte Experiment entdeckte, dass Zentimeterwellen-Radiowellen im normalen Flugverkehr mit Geschwindigkeiten von mehr als Mit um 25 %.
Zusammenfassend können wir Folgendes sagen. Funktioniert den letzten Jahren zeigen, dass unter bestimmten Bedingungen tatsächlich Überlichtgeschwindigkeit auftreten kann. Aber was genau bewegt sich mit Überlichtgeschwindigkeit? Die Relativitätstheorie verbietet, wie bereits erwähnt, eine solche Geschwindigkeit für materielle Körper und für informationstragende Signale. Dennoch versuchen einige Forscher sehr beharrlich, die Überwindung der Lichtschranke speziell für Signale nachzuweisen. Der Grund dafür liegt in der Tatsache, dass die spezielle Relativitätstheorie keine strenge mathematische Begründung hat (basierend etwa auf Maxwells Gleichungen für). elektromagnetisches Feld) Unmöglichkeit, Signale mit einer Geschwindigkeit von mehr als zu übertragen Mit. Man könnte sagen, eine solche Unmöglichkeit in STR wird rein rechnerisch auf der Grundlage von Einsteins Formel zur Addition von Geschwindigkeiten festgestellt, was jedoch grundsätzlich durch das Kausalitätsprinzip bestätigt wird. Einstein selbst schrieb in Bezug auf die Frage der überlichtmäßigen Signalübertragung: „... wir sind gezwungen, einen Signalübertragungsmechanismus für möglich zu halten, bei dem die erzielte Wirkung der Ursache vorausgeht, obwohl dies aus einem rein logischen Gesichtspunkt resultiert.“ Die Sichtweise enthält meiner Meinung nach keine Widersprüche; sie widerspricht dennoch so sehr der Natur unserer gesamten Erfahrung, dass es unmöglich ist, sie anzunehmen V > s scheint hinreichend bewiesen zu sein.“ Das Kausalitätsprinzip ist der Grundstein, der der Unmöglichkeit der Übertragung von überluminalen Signalen zugrunde liegt. Und offenbar wird ausnahmslos jede Suche nach überluminalen Signalen über diesen Stein stolpern, egal wie sehr Experimentatoren solche entdecken möchten Signale, denn das ist die Natur unserer Welt.
Abschließend sollte betont werden, dass all dies speziell für unsere Welt, für unser Universum gilt. Diese Klausel wurde erstellt, weil In letzter Zeit In der Astrophysik und Kosmologie tauchen neue Hypothesen auf, die die Existenz vieler vor uns verborgener Universen ermöglichen, die durch topologische Tunnel – Jumper – verbunden sind. Diesen Standpunkt teilt beispielsweise der berühmte Astrophysiker N.S. Für einen externen Beobachter werden die Eingänge dieser Tunnel durch anomale Gravitationsfelder angezeigt, wie bei Schwarzen Löchern. Bewegungen in solchen Tunneln werden es, wie die Autoren der Hypothesen vorschlagen, ermöglichen, die im gewöhnlichen Raum durch die Lichtgeschwindigkeit auferlegte Begrenzung der Bewegungsgeschwindigkeit zu umgehen und so die Idee des Schaffens zu verwirklichen eine Zeitmaschine... Es ist möglich, dass in solchen Universen tatsächlich etwas Ungewöhnliches für uns passieren kann. Und obwohl solche Hypothesen vorerst zu sehr an Science-Fiction-Geschichten erinnern, sollte man die grundsätzliche Möglichkeit eines Multi-Elemente-Modells der Struktur der materiellen Welt kaum kategorisch ablehnen. Eine andere Sache ist, dass all diese anderen Universen höchstwahrscheinlich rein bleiben werden Mathematische Konstruktionen theoretische Physiker, die in unserem Universum leben und mit der Kraft ihrer Gedanken versuchen, uns verschlossene Welten zu finden ...
Siehe die Ausgabe zum gleichen Thema
Die Lichtgeschwindigkeit ist die ungewöhnlichste bisher bekannte Messgröße. Der erste Mensch, der versuchte, das Phänomen der Lichtausbreitung zu erklären, war Albert Einstein. Er war es, der die bekannte Formel erfunden hat E = mc² , Wo E ist die Gesamtenergie des Körpers, M- Masse und C— Lichtgeschwindigkeit im Vakuum.
Die Formel wurde erstmals 1905 in der Zeitschrift Annalen der Physik veröffentlicht. Etwa zur gleichen Zeit stellte Einstein eine Theorie darüber auf, was mit einem Körper geschehen würde, der sich mit absoluter Geschwindigkeit bewegt. Aufgrund der Tatsache, dass die Lichtgeschwindigkeit eine konstante Größe ist, kam er zu dem Schluss, dass sich Raum und Zeit ändern müssen.
Bei Lichtgeschwindigkeit schrumpft ein Objekt also endlos, seine Masse nimmt endlos zu und die Zeit bleibt praktisch stehen.
Im Jahr 1977 konnte die Lichtgeschwindigkeit mit 299.792.458 ± 1,2 Metern pro Sekunde berechnet werden. Für grobere Berechnungen wird immer von einem Wert von 300.000 km/s ausgegangen. Auf diesem Wert basieren alle anderen kosmischen Dimensionen. So lautet das Konzept „ Lichtjahre" und "parsec" (3,26 Lichtjahre).
Es ist unmöglich, sich mit Lichtgeschwindigkeit fortzubewegen, geschweige denn, sie zu überwinden. Zumindest in diesem Stadium der menschlichen Entwicklung. Andererseits versuchen Science-Fiction-Autoren seit etwa 100 Jahren, dieses Problem auf den Seiten ihrer Romane zu lösen. Vielleicht wird Science-Fiction eines Tages Realität, denn im 19. Jahrhundert sagte Jules Verne das Erscheinen eines Hubschraubers, eines Flugzeugs und des elektrischen Stuhls voraus, und dann war es reine Science-Fiction!
Lange bevor Wissenschaftler die Lichtgeschwindigkeit maßen, mussten sie hart daran arbeiten, den eigentlichen Begriff „Licht“ zu definieren. Einer der ersten, der darüber nachdachte, war Aristoteles, der Licht als eine Art bewegliche Substanz betrachtete, die sich im Raum ausbreitet. Sein altrömischer Kollege und Anhänger Lucretius Carus bestand auf der atomaren Struktur des Lichts.
ZU XVII Jahrhundert Es wurden zwei Haupttheorien über die Natur des Lichts aufgestellt – Korpuskular- und Wellentheorie. Newton war einer der Anhänger des ersten. Seiner Meinung nach emittieren alle Lichtquellen winzige Partikel. Während des „Fluges“ bilden sie leuchtende Linien – Strahlen. Sein Gegner, der niederländische Wissenschaftler Christiaan Huygens, bestand darauf, dass Licht eine Art Wellenbewegung sei.
Als Ergebnis jahrhundertealter Streitigkeiten sind sich Wissenschaftler einig: Beide Theorien haben das Recht auf Leben, Licht auch für das Auge sichtbar Spektrum elektromagnetischer Wellen.
Eine kleine Geschichte. Wie wurde die Lichtgeschwindigkeit gemessen?
Die meisten alten Wissenschaftler waren davon überzeugt, dass die Lichtgeschwindigkeit unendlich ist. Allerdings ließen die Forschungsergebnisse von Galileo und Hooke seinen extremen Charakter zu, was im 17. Jahrhundert vom herausragenden dänischen Astronomen und Mathematiker Olaf Roemer eindeutig bestätigt wurde.
Seine ersten Messungen machte er, indem er die Finsternisse von Io, dem Satelliten des Jupiter, beobachtete, zu einer Zeit, als sich Jupiter und die Erde relativ zur Sonne auf gegenüberliegenden Seiten befanden. Roemer zeichnete auf, dass sich die Verzögerungszeit änderte, wenn sich die Erde um eine Distanz vom Durchmesser der Erdumlaufbahn vom Jupiter entfernte. Der Maximalwert lag bei 22 Minuten. Als Ergebnis der Berechnungen erhielt er eine Geschwindigkeit von 220.000 km/s.
50 Jahre später, im Jahr 1728, „verfeinerte“ der englische Astronom J. Bradley diese Zahl dank der Entdeckung der Aberration auf 308.000 km/s. Später wurde die Lichtgeschwindigkeit von den französischen Astrophysikern François Argot und Leon Foucault gemessen und ergab eine Leistung von 298.000 km/s. Eine noch genauere Messtechnik wurde vom Erfinder des Interferometers, dem berühmten amerikanischen Physiker Albert Michelson, vorgeschlagen.
Michelsons Experiment zur Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit
Die Experimente dauerten von 1924 bis 1927 und bestanden aus fünf Beobachtungsreihen. Der Kern des Experiments war wie folgt. Auf dem Mount Wilson in der Nähe von Los Angeles wurden eine Lichtquelle, ein Spiegel und ein rotierendes achteckiges Prisma installiert, und 35 km später wurde auf dem Mount San Antonio ein reflektierender Spiegel installiert. Zunächst trifft Licht durch eine Linse und einen Spalt auf ein Prisma, das mit einem Hochgeschwindigkeitsrotor (mit einer Geschwindigkeit von 528 U/s) rotiert.
Die Versuchsteilnehmer konnten die Rotationsgeschwindigkeit so einstellen, dass das Bild der Lichtquelle im Okular deutlich sichtbar war. Da der Abstand zwischen den Scheitelpunkten und die Rotationsfrequenz bekannt waren, bestimmte Michelson die Lichtgeschwindigkeit – 299.796 km/s.
In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts entschieden sich Wissenschaftler schließlich für die Lichtgeschwindigkeit, als Maser und Laser geschaffen wurden, die sich durch die höchste Stabilität der Strahlungsfrequenz auszeichneten. Zu Beginn der 70er Jahre war der Messfehler auf 1 km/s gesunken. Infolgedessen wurde auf Empfehlung der XV. Generalkonferenz für Maß und Gewicht von 1975 beschlossen, anzunehmen, dass die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum nun 299792,458 km/s beträgt.
Ist die Lichtgeschwindigkeit für uns erreichbar?
Offensichtlich ist die Erforschung der entlegensten Winkel des Universums ohne Raumschiffe, die mit enormer Geschwindigkeit fliegen, undenkbar. Am besten mit Lichtgeschwindigkeit. Aber ist das möglich?
Die Geschwindigkeit der Lichtschranke ist eine der Konsequenzen der Relativitätstheorie. Wie Sie wissen, erfordert eine zunehmende Geschwindigkeit eine zunehmende Energie. Die Lichtgeschwindigkeit würde praktisch unendlich viel Energie erfordern.
Leider sind die Gesetze der Physik kategorisch dagegen. Bei Geschwindigkeit Raumschiff Mit einer Geschwindigkeit von 300.000 km/s verwandeln sich auf ihn zufliegende Teilchen, zum Beispiel Wasserstoffatome, in eine tödliche Quelle starker Strahlung von 10.000 Sievert/s. Dies entspricht in etwa dem Aufenthalt im Large Hadron Collider.
Laut Wissenschaftlern der Johns Hopkins University gibt es in der Natur keinen ausreichenden Schutz vor solch monströser kosmischer Strahlung. Die Zerstörung des Schiffes wird durch Erosion durch die Auswirkungen von interstellarem Staub vervollständigt.
Ein weiteres Problem der Lichtgeschwindigkeit ist die Zeitdilatation. Das Alter wird deutlich länger. Auch das Sichtfeld wird verzerrt, wodurch die Flugbahn des Schiffes wie in einem Tunnel verläuft, an dessen Ende die Besatzung einen leuchtenden Blitz sieht. Hinter dem Schiff herrscht völlige Dunkelheit.
In naher Zukunft muss die Menschheit also ihren Geschwindigkeitshunger auf 10 % der Lichtgeschwindigkeit beschränken. Das bedeutet, dass der Flug zum erdnächsten Stern Proxima Centauri (4,22 Lichtjahre) etwa 40 Jahre dauern wird.
(einschließlich Licht); einer der Fonds körperlich dauerhaft; stellt die maximale Ausbreitungsgeschwindigkeit eines physikalischen Phänomens dar. Einflüsse (vgl Relativitätstheorie) und ist beim Übergang von einem Referenzsystem zum anderen invariant.
S. s. in der Umwelt Mit" hängt vom Brechungsindex n des Mediums ab, der für verschiedene Frequenzen v unterschiedlich ist ( Lichtstreuung):. Diese Abhängigkeit führt zum Unterschied Gruppengeschwindigkeit aus Phasengeschwindigkeit Licht in der Umgebung, wenn es sich nicht um monochromatisches handelt. Licht (für Sonnenstrahlung im Vakuum fallen diese beiden Größen zusammen). Durch experimentelle Bestimmung Mit", messen Sie immer Gruppe S. s. oder sog Signalgeschwindigkeit oder Energieübertragungsrate, nur in bestimmten Sonderfällen. Fälle, die nicht der Gruppe eins entsprechen.
Zum ersten Mal S. s. 1676 von O. Ch. Roemer aus der Änderung der Zeitintervalle zwischen den Mondfinsternissen der Jupitermonde bestimmt. Es wurde 1728 von J. Bradley auf der Grundlage seiner Beobachtungen der Aberration des Sternenlichts gegründet. Im Jahr 1849 war A.I.L. Fizeau der erste, der S. s. bis zu der Zeit, die das Licht benötigt, um eine genau bekannte Distanz (Basis) zurückzulegen; Da der Brechungsindex der Luft nur sehr wenig von 1 abweicht, ergeben bodengestützte Messungen einen Wert, der sehr nahe bei c liegt. In Fizeaus Experiment ein Lichtstrahl von einer Quelle S(Abb. 1), reflektiert von einem durchscheinenden Spiegel N, periodisch unterbrochen durch eine rotierende Zahnscheibe W, passierte die Basis MN(ca. 8 km) n, reflektiert vom Spiegel M, auf die Festplatte zurückgegeben. Wenn das Licht auf den Zahn traf, erreichte es den Betrachter nicht und das Licht, das zwischen die Zähne fiel, konnte durch das Okular beobachtet werden E. Basierend auf den bekannten Rotationsgeschwindigkeiten der Scheibe wurde die Zeit bestimmt, die das Licht benötigte, um durch die Basis zu wandern. Fizeau erhielt den Wert c = 313300 km/s. Im Jahr 1862 setzte J. B. L. Foucault die 1838 von D. Arago geäußerte Idee um, indem er einen schnell rotierenden (512 U/min) Spiegel verwendete. Der vom Spiegel reflektierte Lichtstrahl wurde auf die Basis gerichtet und fiel beim erneuten Zurückkehren auf denselben Spiegel, der Zeit hatte, sich um einen bestimmten kleinen Winkel zu drehen (Abb. 2). Bei einer Basis von nur 20 m stellte Foucault fest, dass S. s. gleich 298000 500 km/s. Schemata und Grundlagen Die Ideen der Experimente von Fizeau und Foucault wurden in nachfolgenden Arbeiten zur Definition von S. s. wiederholt verwendet. Erhalten von A. Michelson (siehe. Michelson-Erfahrung) im Jahr 1926 war der Wert km/s damals der genaueste und wurde in die Internationale aufgenommen. physische Tische Mengen 
Reis. 1. Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit nach der Fizeau-Methode.
Reis. 2. Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit nach der Drehspiegelmethode (Foucault-Methode): S - Lichtquelle; R – schnell rotierender Spiegel; C ist ein fester Hohlspiegel, dessen Mittelpunkt mit der Rotationsachse R zusammenfällt (daher fällt das von C reflektierte Licht immer auf R zurück); M-lichtdurchlässiger Spiegel; L - Linse; E - Okular; RC – genau gemessene Distanz (Basis). Die gestrichelte Linie zeigt die Position R, die sich während der Zeit verändert hat, in der das Licht den Weg RC und zurück zurücklegt, sowie den umgekehrten Weg des Strahlenbündels durch die Linse L, die das reflektierte Strahlenbündel am Punkt S" sammelt und nicht noch einmal am Punkt S, wie es bei einem stationären Spiegel L der Fall wäre. Geschwindigkeitslichter werden durch Messung der Verschiebung SS eingestellt..
Messungen von S. s. im 19. Jahrhundert spielte eine große Rolle bei der weiteren Bestätigung der Wellentheorie des Lichts. Ein Vergleich von S. s. von Foucault aus dem Jahr 1850. Die gleiche Frequenz v in Luft und Wasser zeigte, dass die Geschwindigkeit im Wasser mit der Vorhersage übereinstimmt Wellentheorie. Auch ein Zusammenhang zwischen Optik und der Theorie des Elektromagnetismus wurde hergestellt: gemessene S. s. fiel mit der Geschwindigkeit des El-Magn zusammen. Wellen berechnet aus dem elektromagnetischen Verhältnis. und elektrostatisch. Einheiten der Elektrizität Ladung [Experimente von W. Weber und F. Kohlrausch im Jahr 1856 und spätere genauere Messungen von J. C. Maxwell]. Dieser Zufall war einer der Ausgangspunkte für Maxwells Erfindung des Elektromagneten in den Jahren 1864–73. Theorien des Lichts.
Im modernen Messungen von S. s. modernisiert verwendet wird. Fizeau-Methode (Modulationsverfahren) mit dem Ersatz eines Zahnrads durch ein el-optisches, ., Interferenz- oder anderes. ein weiterer Lichtmodulator, der den Lichtstrahl vollständig unterbricht oder abschwächt (vgl Lichtmodulation Der Strahlungsempfänger ist eine Fotozelle bzw Photomultiplier-Röhre.Anwendung Laser als Lichtquelle Ultraschallmodulator mit Stabilisator. Frequenz und die Erhöhung der Genauigkeit der Messung der Basislänge ermöglichten es, Messfehler zu reduzieren und einen Wert von km/s zu erhalten. Zusätzlich zu den direkten Messungen von S. s. Basierend auf der Zeit des Durchgangs einer bekannten Base werden häufig indirekte Methoden verwendet, die eine höhere Genauigkeit bieten. Verwenden Sie also Mikrowellenstaubsauger. [ZU. Froome (K. Froome), 1958] bei einer Strahlungswellenlänge = 4 cm wurde der Wert km/s erhalten. S. s. wird mit einem noch kleineren Fehler bestimmt. als Quotient aus der Division von unabhängig gefundenem und v atomarem oder molekularem Spektrallinien. K. Evenson und seine Mitarbeiter im Jahr 1972 über den Cäsium-Frequenzstandard (siehe Quantenfrequenzstandards) ermittelten die Strahlungsfrequenz des CH 4 -Lasers mit einer Genauigkeit von bis zu 11 Stellen und unter Verwendung des Krypton-Frequenznormals seine Wellenlänge (ca. 3,39 μm) und erhielten ± 0,8 m/s. Durch die Entscheidung der Generalversammlung des Internationalen Komitees für numerische Daten für Wissenschaft und Technologie – KODATA (1973), die alle verfügbaren Daten, ihre Zuverlässigkeit und Fehler analysierte, S. p. im Vakuum wird mit 299792458 ±1,2 m/s angenommen.
Die möglichst genaue Messung von c ist nicht nur in allgemeinen theoretischen Fragen äußerst wichtig. zu planen und den Wert anderer physischer Gegenstände zu bestimmen. Mengen, sondern auch für praktische Zwecke. Ziele. Dazu gehört insbesondere die Bestimmung von Entfernungen anhand der Laufzeit von Funk- oder Lichtsignalen in Radar, optische Entfernungsmessung, leichte Entfernungsmessung, in Satellitenortungssystemen usw.
Zündete.: Vafiadi V. G., Popov Yu. Lichtgeschwindigkeit und seine Bedeutung in Wissenschaft und Technologie, Minsk, 1970; Taylor W., Parker W., Langenberg D., Fundamental Constants and Quantum, trans. aus Englisch, M., 1972. A. M. Bonch-Bruevich.
