zapogi.ru 1

Р Е Ф Е Р А Т

по теме: «Скорость света и ее определение»

Содержание





Введение

3

1.

Историческое возникновение и развитие скорости света

4

1.1

Первые попытки определения скорости света

4

1.2

Определение скорости света Рёмером

4

1.3

Определение скорости света по методу вращающегося зеркала методом Фуко

5

1.4

Определение скорости света Физо

7

2.

Скорость света и ее определение

8

3.

Теория относительности Эйнштейна

9

4.

Сверхзвуковая скорость

11




Заключение

13




Список литературы

15





Приложение 1 – Неудачные попытки определить скорость света

16




Приложение 2 – Определение скорости света по Рёмеру

17




Приложение 3 – Определение скорости света по методу вращающегося зеркала методом Фуко

18




Приложение 4 – Определение скорости света методом Физо


19



Введение
Галилей пытался измерить скорость света по времени прохождения светом известного расстояния между вершинами двух холмов. На вершине одного из холмов Галилей поставил своего ассистента, на вершине другого встал сам. Ассистенту было наказано снять крышку со своего фонаря в тот момент, когда он увидит вспышку света фонаря Галилея. Галилей измерил промежуток времени между вспышкой своего фонаря и моментом, когда он увидел вспышку фонаря ассистента. Этот промежуток оказался столь коротким, что Галилей счёл его характеризующим только быстроту реакции человека и заключил, что скорость света должна быть беспредельно велика.

Актуальность выбранной темы в том, что скорость света – скорость распространения любых электромагнитных волн (в т. ч. световых); одна из фундаментальных физических постоянных, огромная роль которой в современной физике определяется тем, что она представляет собой предельную скорость распространения любых физических воздействий и инвариантна (т. е. не меняется) при переходе от одной системы отсчёта к другой. Никакие сигналы не могут быть переданы со скоростью, большей скорости света, а со скоростью с их можно передать лишь в вакууме. Величина с связывает массу и полную энергию материального тела; через неё выражаются преобразования координат, скоростей и времени при изменении системы отсчёта; она входит во многие другие соотношения.


Античные учёные, за редким исключением, считали скорость света бесконечной. В новое время этот вопрос стал предметом дискуссий. Галилей и Гук допускали, что она конечна, хотя и очень велика, в то время как Кеплер, Декарт и Ферма по-прежнему отстаивали бесконечность скорости света.

Целью работы является изучение скорости света и ее определение. Достижение данной цели предполагает выполнение следующих задач:

– во-первых, изучить теоретические основы скорости света:

– во-вторых, изучить методы определения скорости света.

При написании работы использованы труды отечественных и зарубежных ученых и специалистов, нормативные материалы и учебная литература.



  1. Историческое возникновение и развитие скорости света


1.1 Первые попытки определения скорости света
Попытки ответить на этот вопрос предпринимались уже давно. Так, еще Г. Галилей (1607 г.) пытался определить скорость распространения света с помощью следующего простого опыта. Представим себе двух наблюдателей А и В, для представления приведено приложение 1 – Неудачные попытки определить скорость света, находящихся на расстоянии l друг от друга и снабженных одинаковыми хорошо выверенными часами. Если наблюдатель А в некоторый момент пошлет световой сигнал (например, быстро откроет заслонку фонаря), а наблюдатель В отметит по своим часам тот момент, когда он увидит этот сигнал, то можно будет определить время т, за которое свет прошел данный путь l, и, следовательно, определить скорость света с=l/t.

Опыт можно значительно усовершенствовать и упростить, если вместо второго наблюдателя поместить зеркало. Наблюдатель, открывающий фонарь, отметит также и момент, когда световой сигнал, отразившийся от зеркала, вернется к нему, т. е. пройдет путь 2l. Таким образом, удалось бы определить скорость света, располагая лишь одними часами. Однако опыт Галилея как в первом, так и: во втором вариантах не дал определенных результатов. Естественно, что регистрация момента выхода и прихода сигнала делается с некоторыми ошибками. Скорость же света оказалась настолько большой, что время прохождения светом сравнительно небольших расстояний, на которые можно было отдалить пункты А и В, было значительно меньше указанных ошибок. Поэтому принципиально правильный опыт не дал удовлетворительного результата.


Для улучшения дела надо было или весьма значительно увеличить расстояние l, или очень сильно повысить точность измерения небольших промежутков времени. Оба эти усовершенствования и были внесены впоследствии и привели к благоприятным результатам.

1.2 Определение скорости света Рёмером
Античные учёные, за редким исключением, считали скорость света бесконечной. В Новое время этот вопрос стал предметом дискуссий. Галилей и Гук допускали, что она конечна, хотя и очень велика, в то время как Кеплер, Декарт и Ферма по-прежнему отстаивали бесконечность скорости света.

В методе датского астронома Олафа Рёмера (1644—1710), предложенном в 1675 г., были использованы огромные расстояния, с которыми приходится иметь дело астроному. Световым сигналом, посылавшимся из пункта А, служили затмения спутника Юпитера (например, моменты выхода этого спутника из тени Юпитера); наблюдатель на Земле регистрировал момент затмения.

Обращение ближайшего к Юпитеру спутника происходит за 13,4 дня, т. е. затмения его следуют весьма часто одно за другим. Рёмер установил, что наблюдаются затмения не вполне регулярно. Если, например, начиная с положения Земли З1, предвычислить моменты ожидаемых затмений и произвести наблюдения при положении Земли примерно через 1/2 года, то момент затмения оказывается запоздавшим против вычисленного почти на 16 мин, рассмотрено в приложении 2 – Определение скорости света по Рёмеру: Ю1З1 — Земля З1 находится между Юпитером Ю1 и Солнцем С; Ю2З2 — Земля З2 и Юпитер Ю2 находятся по разные стороны Солнца; Ю3З3 — следующее взаимное расположение Земли З3 и Юпитера ЮЗ.

Однако те же вычисления дают правильный результат, если вновь провести наблюдения к моменту положения Земли ЗЗ, т. е. еще примерно через 1/2 года.

Рёмер дал простое объяснение этим явлениям: надо учитывать время, необходимое для того, чтобы свет прошел добавочное расстояние, равное поперечнику земной орбиты. Это добавочное расстояние по современным измерениям равно 2,99•10 км, добавочное время – 966,4 с, отсюда скорость света с приблизительно равна 300 000 км/с. Сам Рёмер нашел для скорости света с значение 215 000 км/с.


Спустя полвека открытие аберрации позволило подтвердить конечность скорости света и уточнить её оценку.

1.3 Определение скорости света по методу вращающегося зеркала методом Фуко
Французский физик Леон Фуко (1819—1868) применил в 1862 г. очень точный способ определения времени, прохождения света между двумя пунктами А и В, благодаря чему удалось надежно измерить скорость света, не прибегая к чрезмерно большим расстояниям между А и В. Световой сигнал, вышедший по направлению SA рассмотрен в приложении 3 – К определению скорости света по методу вращающегося зеркала методом Фуко, S - источник света; R - быстровращающееся зеркало; С - неподвижное вогнутое зеркало, центр которого совпадает с осью вращения Я (поэтому свет, отражённый С, всегда попадает обратно на R); М-полупрозрачное зеркало; L - объектив; Е - окуляр; RС - точно измеренное расстояние (база). Пунктиром показаны положение R, изменившееся за время прохождения светом пути RС и обратно, и обратный ход пучка лучей через объектив L, который собирает отражённый пучок в точке S', а не вновь в точке S, как это было бы при неподвижном зеркале Л. Скорость света устанавливают, измеряя смещение SS'., отражался вращающимся зеркалом А к неподвижному зеркалу В. Это последнее делалось сферическим с очень большим радиусом кривизны R, так что центр его совпадал с зеркалом A.

Благодаря такому устройству свет при любом положении зеркала А распространялся вдоль радиуса зеркала В, падал перпендикулярно на его поверхность и после отражения шел вновь по радиусу зеркала B, т. е. возвращался к зеркалу А. Однако за время т, в течение которого свет проходил путь от A до В и обратно (т. е. путь, равный 2R), зеркало А успевало повернуться на небольшой угол а, и свет отражался по направлению AS', составляющему угол 2a с направлением SA. Измерив угол 2a и зная угловую скорость вращения зеркала, можно определить время t, а следовательно, и скорость света с=2R/t.

В одном из опытов Фуко расстояние АВ=4м, частота вращения зеркала N=800 с-1, угол поворота зеркала a=27,3, следовательно, для этих данных, среднее значение скорости света, полученное Фуко, равнялось 298 000 км/с.


Вводя на пути света АВ трубу с водой, Фуко смог непосредственно измерить скорость распространения света в воде и получил значение, в 4/3 раза меньшее, чем в воздухе, в соответствии с представлениями Гюйгенса.

Введя ряд остроумных усовершенствований в метод вращающегося зеркала, американский физик Альберт Майкельсон (1852—1931) значительно повысил точность определения скорости света. По его определениям (1927 г.) с=299 796 км/с. Полученное А. Майкельсоном в 1926 году значение c = 299796 4 км/с было, тогда самым точным и вошло в интернациональные таблицы физических величин.

За последние годы лабораторные методы определения скорости света существенно усовершенствованы. В их основу положены независимые измерения длины световой волны и ее частоты. Это позволило К. Ивенсону с сотрудниками в 1972 г. определить скорость света с точностью 0,2 м/с: с = 299 792 456,2 ± 0,2 м/с. Однако эти результаты требуют дальнейшего подтверждения. В 1973 г. решением Генеральной ассамблеи Международного комитета по численным данным для науки и техники, обобщившим все известные экспериментальные данные, скорость света в вакууме принято считать равной

с = 299 792 458 ±1,2 м/с.

Для всех практических расчетов мы будем принимать скорость света в вакууме равной 300 000 км/с (3•108 м/с).

Колоссальная с точки зрения наших земных масштабов скорость света не так уж велика в масштабах астрономических. Здесь время распространения света измеряется значительными числами. Так, свет идет от Солнца до Земли около 8 мин, а от ближайшей звезды — около 4 лет. За год свет проходит путь примерно в 1013 км. Эта величина оказывается удобной в качестве единицы длины для огромных астрономических расстояний; она называется световым годом.

Наряду с этой единицей астрономы пользуются парсеком. Парсек (т. е. параллакс-секунда) – это расстояние, с которого радиус земной орбиты (150 млн. км) виден под углом 1". Нетрудно подсчитать, что парсек равен примерно 31/4 светового года.


В настоящее время имеется возможность независимо измерять частоту v и длину волны l монохроматического света, поэтому скорость его c=lv может быть найдена и без кинематических измерений, осуществляемых прежними способами.

1.4 Определение скорости света Физо
В 1849 А. И. Л. Физо (А. Н. L. Fizeau) первым измерил С. с. по времени прохождения светом точно известного расстояния (базы); т. к. показатель преломления воздуха очень мало отличается от 1, то наземные измерения дают величину, весьма близкую к с. В опыте Физо пучок света от источника S приведении в приложении 4 – Определение скорости света методом Физо, отражённый полупрозрачным зеркалом N, периодически прерывался вращающимся зубчатым диском W, проходил базу MN (ок. 8 км) н, отразившись от зеркала М, возвращался к диску. Попадая на зубец, свет не достигал наблюдателя, а попавший в промежуток между зубцами свет можно было наблюдать через окуляр Е. По известным скоростям вращения диска определялось время прохождения светом базы. Физо получил значение с = 313300 км/с.

В современных измерениях С. с. используется модернизированный метод Физо (модуляционный метод) с заменой зубчатого колеса на электрооптический, дифракционный, интерференционный или какой-либо иной модулятор света, полностью прерывающий или ослабляющий световой пучок. Приёмником излучения служит фотоэлемент или фотоэлектронный умножитель. Применение лазера в качестве источника света, ультразвукового модулятора со стабилизированной частотой и повышение точности измерения длины базы позволили снизить погрешности измерений и получить значение с = 299792,5 ± 0,15 км/сек. Помимо прямых измерений С. с. по времени прохождения известной базы широко применяются т. н. косвенные методы, дающие ещё большую точность. Так, методом микроволнового вакуумированного резонатора (английский физик К. Фрум, 1958) при длине волны излучения l = 4 см получено значение с = 299792,5 ± 0,1 км/сек. Погрешность определения С. с. как частного от деления независимо найденных l и n атомарных или молекулярных спектральных линий ещё меньше. Американский учёный К. Ивенсон и его сотрудники в 1972 по цезиевому стандарту частоты (см. Квантовые стандарты частоты) нашли с точностью до 11 знаков частоту излучения СН4-лазера, а по криптоновому стандарту частоты — его длину волны (около 3,39 мкм) и получили с = 299792456,2 ± 0,8 м/сек. К настоящему времени (1976) по решению XII Генеральной ассамблеи Международный союза по радиосвязи (1957) принято считать С. с. в вакууме равной 299792 ± 0,4 км/сек.


Знание точной величины С. с. имеет большое практическое значение, в частности в связи с определением расстояний по времени прохождения радио- или световых сигналов в радиолокации, оптической локации и дальнометрии. Особенно широко этот метод применяется в геодезии и в системах слежения за искусственными спутниками Земли; он использован для точного измерения расстояния между Землёй и Луной и для решения ряда других задач.

Скорость света в прозрачной среде — скорость, с которой свет распространяется в среде, отличной от вакуума. В среде, обладающей дисперсией, различают фазовую и групповую скорость.

Фазовая скорость связывает частоту и длину волны монохроматического света в среде (?=c/?). Эта скорость обычно (но не обязательно) меньше c. Отношение фазовой скорости света в вакууме к скорости света в среде называется показателем преломления среды.

Арман Ипполит Луи Физо на опыте доказал, что скорость света в среде зависит от скорости и направления движения самой среды.



  1. Скорость света и ее определение


Скорость света – абсолютная величина скорости распространения электромагнитных волн в вакууме. В физике традиционно обозначается латинской буквой «c» (произносится как [цэ]). Скорость света относится к фундаментальным физическим постоянным, которые характеризуют не просто отдельные тела, а свойства мира в целом. По современным представлениям скорость света в вакууме — предельная скорость движения частиц и распространения взаимодействий.

Значимость скорости света

Скорость света в вакууме - фундаментальная постоянная, не зависящая от выбора инерциальной системы отсчёта (ИСО). Это постоянная, по размерности и по величине совпадающая со скоростью света.

Также важен тот факт, что эта величина абсолютна. Это один из постулатов СТО.

В вакууме (пустоте)

Распространение светового луча в масштабной модели Земля-Луна


Скорость света в вакууме — фундаментальная физическая постоянная, по определению, точно равная 299 792 458 м/с, или же 1 079 252 848.8 км/ч. Точное значение связано с тем, что с 1983 года за эталон метра принято расстояние, которое проходит свет в вакууме за промежуток времени, равный 1 / 299 792 458 секунды. Скорость света обозначается буквой c.

Основополагающий для СТО опыт Майкельсона показал, что скорость света в вакууме не зависит ни от скорости движения источника света, ни от скорости движения наблюдателя. В природе со скоростью света распространяются:

– собственно видимый свет

– другие виды электромагнитного излучения (радиоволны, рентгеновские лучи и др.)

Из специальной теории относительности следует, что движение любых материальных объектов быстрее скорости света невозможно, поскольку наличие частиц, обладающих подобным свойством (называемых тахионами), привело бы к противоречию с принципом причинности.

Действительно, если начало и конец пути тахиона отстоят друг от друга на расстояние большее, чем мог пройти за время пути свет, то согласно преобразованиям Лоренца получается, что в некоторой системе отсчёта, процесс будет выглядеть так, что конец пути предшествует во времени его началу. Иными словами, наблюдатель этой системы отсчёта придёт к заключению, что источник тахионов влияет на прошлое, что является нарушением принципа причинности. Принцип причинности является несомненным опытным фактом, хотя и не является логически обязательным (ни одна теория не использует его в качестве постулата).

Частицы, движущиеся медленнее света, называются тардионами. Тардионы не могут достичь скорости света, а только лишь сколь угодно близко подойти к ней, так как при этом их энергия становится неограниченно большой. Все тардионы обладают массой покоя, в отличие от безмассовых фотонов и гравитонов, которые всегда движутся со скоростью света.

В планковских единицах скорость света в вакууме равна 1, то есть свет проходит 1 единицу планковской длины за единицу планковского времени.


Отрицание постулата о максимальности скорости света

В последние годы нередко появляются сообщения о том, что в так называемой квантовой телепортации взаимодействие распространяется быстрее скорости света. Например, 15 августа 2008 г. исследовательская группа доктора Николаса Гизена (Nicolas Gisin) из университета Женевы, исследуя разнесенные на 18 км в пространстве связанные фотонные состояния, якобы показала, что «взаимодействие между частицами осуществляется со скоростью, примерно в сто тысяч раз большей скорости света». Ранее также обсуждался так называемый парадокс Хартмана - сверхсветовая скорость при туннельном эффекте.

Научный анализ значимости этих и подобных результатов показывает, что они принципиально не могут быть использованы для сверхсветовой передачи какого-либо сигнала или перемещения вещества.


3. Теория относительности Эйнштейна
Общая теория относительности (ОТО; англ. general theory of relativity) – геометрическая теория, развивающая Специальную теорию относительности (СТО), опубликованная Альбертом Эйнштейном в 1915—1916 годах. В рамках этой теории, являющейся дальнейшим развитием специальной теории относительности, постулируется, что гравитационные эффекты обусловлены не силовым взаимодействием тел и полей, находящихся в пространстве-времени, а деформацией самого пространства-времени, которая связана, в частности, с присутствием массы-энергии. Таким образом, в ОТО, как и в других метрических теориях, гравитация не является силовым взаимодействием. Общая теория относительности отличается от других метрических теорий тяготения использованием уравнений Эйнштейна для связи кривизны пространства-времени с присутствующей в пространстве материей.

Уравнения Эйнштейна также именуемые уравнениями Эйнштейна-Гильберта (термин применяется также, а в современной физике и главным образом, в единственном числе: уравнение Эйнштейна , поскольку, как видно из записи ниже, это на самом деле одно тензорное уравнение, хотя в компонентах представляет собой систему уравнений) — основные уравнения общей теории относительности, связывающие между собой свойства материи, заполняющей искривлённое пространство-время, с его кривизной. Выглядят они следующим образом:


где Rab — тензор Риччи, получающийся из тензора кривизны пространства-времени Rabcd посредством свёртки его по паре индексов, R — скалярная кривизна, то есть свёрнутый тензор Риччи, gab — метрический тензор, ? — космологическая постоянная, а Tab представляет собой тензор энергии-импульса материи, (? — число пи, c — скорость света в вакууме, G — гравитационная постоянная Ньютона). Так как все входящие в уравнения тензоры симметричны, то в четырёхмерном пространстве-времени эти уравнения равносильны 4·(4+1)/2=10 скалярным уравнениям.

Одним из существенных свойств уравнений Эйнштейна является их нелинейность, приводящая к невозможности использования при их решении принципа суперпозиции.

Специальная теория относительности Эйнштейна:

– Постулат принципа относительности: никакие опыты, проведенные внутри данной ИСО, не дают возможности обнаружить покоится эта система, либо движется равномерно и прямолинейно;

– Принцип инвариантности: скорость света в вакууме не зависит от скорости движения источника света или наблюдателя и одинакова во всех ИСО.

Согласно второму постулату все ИСО равноправны, т.е. все явления (механические, оптические) во всех ИСО протекают одинаково.

Искривление пути света происходит в любой ускоренной системе отсчёта. Детальный вид наблюдаемой траектории и гравитационные эффекты линзирования зависят, тем не менее, от кривизны пространства-времени. Эйнштейн узнал об этом эффекте в 1911 году, и, когда он эвристическим путём вычислил величину кривизны траекторий, она оказалась такой же, какая предсказывалась классической механикой для частиц, движущихся со скоростью света. В 1916 году Эйнштейн обнаружил, что угловой сдвиг направления распространения света в ОТО в два раза больше, чем в ньютоновской теории. Таким образом, это предсказание стало ещё одним способом проверки ОТО.

Невозможность достижения скоростей, превышающих скорости света, вытекает из специальной теории относительности (СТО) Эйнштейна. Если бы удалось доказать, что возможна передача сигналов со сверхсветовой скоростью, теория относительности пала бы. Пока что этого не случилось, несмотря на многочисленные попытки опровергнуть запрет на существование скоростей, больших с. Однако в экспериментальных исследованиях последнего времени обнаружились некоторые весьма интересные явления, свидетельствующие о том, что при специально созданных условиях можно наблюдать сверхсветовые скорости и при этом принципы теории относительности не нарушаются.

4. Сверхзвуковая скорость
Сверхзвуковая скорость – скорость материального тела, превышающая скорость распространения звуковых волн в данной среде.

Сверхзвуковая скорость – скорость частиц вещества выше скорости звука для данного вещества или скорость тела, движущегося в веществе с более высокой скоростью, чем скорость звука для данной среды.

Скорость звука изменяется в зависимости от температуры, давления и химического состава. Так например, при температуре 0 градусов по Цельсию и давлении 1 Атм скорость звука в газообразном азоте М=334 м/с, в кислороде 316 м/с, водороде 1284 м/с, воздухе 331 м/с; в воде при температуре +20 по Цельсию 1490 м/с.

Принципиальной особенностью движения на около- и сверхзвуковых скоростях является необходимость учета сжатия среды, мало проявляющегося до этого. Сжатие радикально меняет всю картину обтекания, значительно увеличивая сопротивление движению. Так, изменение скорости и направления движения набегающего потока на сверхзвуковых скоростях приводит к образованию скачков уплотнения, в которых резко меняется плотность и температура среды. Еще одной особенностью движения со сверхзвуковыми скоростями является кинетический нагрев, вызываемый торможением набегающего потока на поверхности тела и в скачках уплотнения. При этом выделяется значительно больше тепла, чем от трения.


Форма тел, предназначенных для движения со сверхзвуковыми скоростями, имеет ряд особенностей - острые кромки, минимальная кривизна образующих и т.д. Большое значение для летательного аппарата имеет взаимное расположение его элементов - фюзеляжа, крыльев, мотогондол. При его оптимизации можно значительно увеличить подъемную силу ЛА.

В аэродинамике часто скорость характеризуют числом Маха, которое определяется следующим образом: , где u — скорость движения потока или тела, cs — скорость звука в среде. Звуковая скорость определяется как , где ? — показатель адиабаты среды (для идеального n-атомного газа, молекула которого обладает i степенями свободы он равен ). Здесь i = np + nr + 2nc – полное число степеней свободы молекулы. При этом, количество поступательных степеней свободы np = 3. Для линейной молекулы количество вращательных степеней свободы nr = 2, количество колебательных степеней свободы (если есть) nc = 3n ? 5. Для всех других молекул nr = 3, nc = 3n ? 6.

При движении в среде со сверхзвуковой скоростью тело обязательно создаёт за собой звуковую волну. При равномерном прямолинейном движении фронт звуковой волны имеет конусообразную форму, с вершиной в движущемся теле. Излучение звуковой волны обуславливает дополнительную потерю энергии движущимся телом (помимо потери энергии вследствие трения и прочих сил).

Аналогичные эффекты испускания волн движущимися телами характерны для всех физических явлений волновой природы, например: черенковское излучение, волна создаваемая судами на поверхности воды.

При обычных условиях в атмосфере скорость звука составляет примерно 331 м/сек. Более высокие скорости иногда выражаются в числах Маха и соответствуют сверхзвуковым скоростям, при этом гиперзвуковая скорость является частью этого диапазона. НАСА определяет "быстрый" гиперзвук в диапазоне скоростей 10-25 М, где верхний предел соответствует первой космической скорости. Скорости выше не считаются гиперзвуковой скоростью, а «скоростью возврата» космических аппаратов на Землю.


Гиперзвуковая скорость – («ГС») - скорости в аэродинамике, которые значительно превосходят скорость звука в атмосфере. Начиная с 1970х годов, термин обычно относится к сверхзвуковым скоростям выше 5 чисел Маха («М»). Гиперзвуковой режим является частью сверхзвукового режима полета. Сверхзвуковой поток воздуха коренным образом отличается от дозвукового и динамика полета самолета при скоростях выше скорости звука (выше 1.2 М) кардинально отличается от дозвукового полета (до 0.75 М). Определение нижней границы гиперзвуковой скорости обычно связано с началом процессов ионизации и диссоциаций молекул в приграничном слое около аппарата, который движется в атмосфере, что начинает происходить примерно при 5 М.

Заключение
Скорость света в прозрачной среде — скорость, с которой свет распространяется в среде, отличной от вакуума. В среде, обладающей дисперсией, различают фазовую и групповую скорость.

Фазовая скорость связывает частоту и длину волны монохроматического света в среде (?=c/?). Эта скорость обычно (но не обязательно) меньше c. Отношение фазовой скорости света в вакууме к скорости света в среде называется показателем преломления среды.

Античные учёные, за редким исключением, считали скорость света бесконечной. В Новое время этот вопрос стал предметом дискуссий. Галилей и Гук допускали, что она конечна, хотя и очень велика, в то время как Кеплер, Декарт и Ферма по-прежнему отстаивали бесконечность скорости света.

Первую оценку скорости света дал Олаф Рёмер (1676). Он заметил, что когда Земля и Юпитер находятся по разные стороны от Солнца, затмения спутника Юпитера запаздывают по сравнению с расчётами на 22 минуты. Отсюда он получил значение для скорости света около 220000 км/сек – неточное, но по порядку величины близкое к истинному. Спустя полвека открытие аберрации позволило подтвердить конечность скорости света и уточнить её оценку.

В 1862 году Ж. Б. Л. Фуко реализовал высказанную в 1838 году идею Д. Арго, применив вместо зубчатого диска быстровращающееся зеркало (512 оборотов в секунду). Отражаясь от зеркала пучок света, направлялся на базу и по возвращении вновь попадал на то же зеркало, успевшее повернуться на некоторый малый угол. При базе всего 20 м Фуко нашёл, что скорость света равна 298000 500 км/с. Схемы и основные идеи методов Физо и Фуко были многократно использованы в последующих работах по определению скорости света.


Арман Ипполит Луи Физо на опыте доказал, что скорость света в среде зависит от скорости и направления движения самой среды.

Полученное А. Майкельсоном в1926 году значение c = 299796 4 км/с было, тогда самым точным и вошло в интернациональные таблицы физических величин.

В последние годы нередко появляются сообщения о том, что в так называемой квантовой телепортации взаимодействие распространяется быстрее скорости света. Например, 15 августа 2008 г. исследовательская группа доктора Николаса Гизена (Nicolas Gisin) из университета Женевы, исследуя разнесенные на 18 км в пространстве связанные фотонные состояния, якобы показала, что «взаимодействие между частицами осуществляется со скоростью, примерно в сто тысяч раз большей скорости света». Ранее также обсуждался так называемый парадокс Хартмана - сверхсветовая скорость при туннельном эффекте.

Научный анализ значимости этих и подобных результатов показывает, что они принципиально не могут быть использованы для сверхсветовой передачи какого-либо сигнала или перемещения вещества.

Специальная теория относительности Эйнштейна говорит, что ничто не может двигаться со скоростью, превышающей скорость света. Однако струи протонов и электронов, которые выбрасывают объекты типа квазаров и черных дыр движутся со скоростью, почти, что равной скорости света.

Искривление пути света происходит в любой ускоренной системе отсчёта. Детальный вид наблюдаемой траектории и гравитационные эффекты линзирования зависят, тем не менее, от кривизны пространства-времени. Эйнштейн узнал об этом эффекте в 1911 году, и, когда он эвристическим путём вычислил величину кривизны траекторий, она оказалась такой же, какая предсказывалась классической механикой для частиц, движущихся со скоростью света. В 1916 году Эйнштейн обнаружил, что угловой сдвиг направления распространения света в ОТО в два раза больше, чем в ньютоновской теории. Таким образом, это предсказание стало ещё одним способом проверки ОТО.


Невозможность достижения скоростей, превышающих скорости света, вытекает из специальной теории относительности (СТО) Эйнштейна. Если бы удалось доказать, что возможна передача сигналов со сверхсветовой скоростью, теория относительности пала бы. Пока что этого не случилось, несмотря на многочисленные попытки опровергнуть запрет на существование скоростей, больших с. Однако в экспериментальных исследованиях последнего времени обнаружились некоторые весьма интересные явления, свидетельствующие о том, что при специально созданных условиях можно наблюдать сверхсветовые скорости и при этом принципы теории относительности не нарушаются.


Список литературы


  1. http://www.physel.ru/content/view/668/69/

  2. http://ru.wikipedia.org/wiki/Сверхзвуковая_скорость

  3. http://ru.wikipedia.org/wiki/ОТО#.D0.9F.D1.80.D0.BE.D0.B1.D0.BB.D0.B5.D0.BC.D1.8B_.D0.9E.D0.A2.D0.9E

  4. http://optika8.narod.ru/7.Ploskoe_zerkalo.htm


Приложение 1
Приложение 1 – Неудачные попытки определить скорость света




Приложение 2
Приложение 2 – Определение скорости света по Рёмеру: Ю1З1 — Земля З1 находится между Юпитером Ю1 и Солнцем С; Ю2З2 — Земля З2 и Юпитер Ю2 находятся по разные стороны Солнца; Ю3З3 — следующее взаимное расположение Земли З3 и Юпитера ЮЗ




Приложение 3
Приложение 3 – К определению скорости света по методу вращающегося зеркала методом Фуко






Приложение 4
Приложение 4 – Определение скорости света методом Физо