Doctor în Științe Tehnice A. GOLUBEV.
La mijlocul anului trecut, în reviste a apărut un mesaj senzațional. Un grup de cercetători americani a descoperit că un puls laser foarte scurt se mișcă într-un mediu special selectat de sute de ori mai repede decât în vid. Acest fenomen părea complet incredibil (viteza luminii într-un mediu este întotdeauna mai mică decât în vid) și chiar a ridicat îndoieli cu privire la validitatea teoriei relativității speciale. Între timp, un obiect fizic superluminal - un impuls laser într-un mediu de amplificare - a fost descoperit pentru prima dată nu în 2000, ci cu 35 de ani mai devreme, în 1965, iar posibilitatea mișcării superluminale a fost discutată pe larg până la începutul anilor '70. Astăzi, discuția despre acest fenomen ciudat a izbucnit cu o vigoare reînnoită.
Exemple de mișcare „superluminală”.
La începutul anilor 60, impulsurile luminoase scurte de mare putere au început să fie obținute prin trecerea unui bliț laser printr-un amplificator cuantic (un mediu cu populație inversată).
Într-un mediu de amplificare, regiunea inițială a unui impuls de lumină determină emisia stimulată de atomi în mediul de amplificare, iar regiunea sa finală determină absorbția de energie a acestora. Ca rezultat, observatorului i se va părea că pulsul se mișcă mai repede decât lumina.
Experimentul lui Lijun Wong.
O rază de lumină care trece printr-o prismă dintr-un material transparent (de exemplu, sticlă) este refractată, adică experimentează dispersia.
Un impuls de lumină este un set de oscilații de diferite frecvențe.
Probabil că toată lumea – chiar și oamenii departe de fizică – știe că viteza maximă posibilă de mișcare a obiectelor materiale sau de propagare a oricăror semnale este viteza luminii în vid. Se notează prin literă Cuși este de aproape 300 de mii de kilometri pe secundă; valoare exacta Cu= 299.792.458 m/s. Viteza luminii în vid este una dintre constantele fizice fundamentale. Incapacitatea de a atinge viteze care depășesc Cu, rezultă din teoria specială a relativității (STR) a lui Einstein. Dacă s-ar putea dovedi că transmisia de semnale la viteze superluminale este posibilă, teoria relativității ar cădea. Până acum acest lucru nu s-a întâmplat, în ciuda numeroaselor încercări de a respinge interzicerea existenței unor viteze mai mari decât Cu. Cu toate acestea, studii experimentale recente au scos la iveală unele fenomene foarte interesante, indicând că în condiții special create vitezele superluminale pot fi observate fără a încălca principiile teoriei relativității.
Pentru început, să reamintim principalele aspecte legate de problema vitezei luminii. În primul rând: de ce este imposibil (în condiții normale) să depășești limita de lumină? Pentru că atunci legea fundamentală a lumii noastre este încălcată - legea cauzalității, potrivit căreia efectul nu poate precede cauza. Nimeni nu a observat vreodată că, de exemplu, un urs a căzut mai întâi mort și apoi vânătorul a împușcat. La viteze care depășesc Cu, succesiunea evenimentelor se inversează, banda de timp se derulează înapoi. Acest lucru este ușor de verificat din următorul raționament simplu.
Să presupunem că suntem pe un fel de navă minune spațială, care se mișcă mai repede decât lumina. Apoi vom ajunge treptat din urmă cu lumina emisă de sursă în momente din ce în ce mai devreme. În primul rând, am ajunge din urmă cu fotonii emiși, să zicem, ieri, apoi cei emiși alaltăieri, apoi cu o săptămână, o lună, un an în urmă și așa mai departe. Dacă sursa de lumină ar fi o oglindă care reflectă viața, atunci am vedea mai întâi evenimentele de ieri, apoi alaltăieri și așa mai departe. Am putea vedea, să zicem, un bătrân care treptat se transformă într-un bărbat de vârstă mijlocie, apoi într-un tânăr, într-un tânăr, într-un copil... Adică timpul s-ar întoarce, am trece de la prezent la trecutul. Cauzele și efectele s-ar schimba atunci.
Deși această discuție ignoră complet detaliile tehnice ale procesului de observare a luminii, din punct de vedere fundamental demonstrează clar că mișcarea la viteze superluminale duce la o situație imposibilă în lumea noastră. Cu toate acestea, natura a stabilit condiții și mai stricte: mișcarea nu numai la viteza superluminală este de neatins, ci și la o viteză egală cu viteza luminii - nu se poate decât să se apropie de ea. Din teoria relativității rezultă că atunci când viteza de mișcare crește, apar trei circumstanțe: masa unui obiect în mișcare crește, dimensiunea acestuia în direcția mișcării scade și curgerea timpului pe acest obiect încetinește (din punctul de vedere al unui observator extern „în odihnă”. La viteze obișnuite, aceste modificări sunt neglijabile, dar pe măsură ce se apropie de viteza luminii devin din ce în ce mai vizibile, iar în limită - la o viteză egală cu Cu, - masa devine infinit de mare, obiectul își pierde complet dimensiunea în direcția mișcării și timpul se oprește asupra lui. Prin urmare, niciun corp material nu poate atinge viteza luminii. Doar lumina în sine are o asemenea viteză! (Și, de asemenea, o particulă „tot-penetrează” - un neutrin, care, ca un foton, nu se poate mișca cu o viteză mai mică decât Cu.)
Acum despre viteza de transmisie a semnalului. Aici este potrivit să folosim reprezentarea luminii sub formă de unde electromagnetice. Ce este un semnal? Acestea sunt câteva informații care trebuie transmise. O undă electromagnetică ideală este o sinusoidă infinită de strict o frecvență și nu poate transporta nicio informație, deoarece fiecare perioadă a unui astfel de sinusoid o repetă exact pe cea anterioară. Viteza de mișcare a fazei unei unde sinusoidale - așa-numita viteză de fază - poate într-un mediu în anumite condiții depăși viteza luminii în vid. Nu există restricții aici, deoarece viteza de fază nu este viteza semnalului - nu există încă. Pentru a crea un semnal, trebuie să faceți un fel de „semn” pe val. Un astfel de marcaj poate fi, de exemplu, o modificare a oricăruia dintre parametrii undei - amplitudine, frecvență sau fază inițială. Dar de îndată ce se face marcajul, unda își pierde sinusoiditatea. Ea devine modulată, constând dintr-un set de unde sinusoidale simple cu diferite amplitudini, frecvențe și faze inițiale - un grup de unde. Viteza cu care marca se mișcă în unda modulată este viteza semnalului. La propagarea într-un mediu, această viteză coincide de obicei cu viteza grupului, care caracterizează propagarea grupului de unde menționat mai sus în ansamblu (vezi „Știința și viața” nr. 2, 2000). În condiții normale, viteza grupului și, prin urmare, viteza semnalului, este mai mică decât viteza luminii în vid. Nu este o coincidență că aici a fost folosită expresia „în condiții normale”, deoarece în unele cazuri viteza grupului poate depăși Cu sau chiar își pierde sensul, dar atunci nu are legătură cu propagarea semnalului. Stația de service stabilește că este imposibil să se transmită un semnal la o viteză mai mare decât Cu.
De ce este așa? Pentru că există un obstacol în calea transmiterii oricărui semnal cu o viteză mai mare decât Cu Aceeași lege a cauzalității servește. Să ne imaginăm o astfel de situație. La un moment dat A, un fulger luminos (evenimentul 1) aprinde un dispozitiv care trimite un anumit semnal radio, iar la un punct îndepărtat B, sub influența acestui semnal radio, are loc o explozie (evenimentul 2). Este clar că evenimentul 1 (flare) este cauza, iar evenimentul 2 (explozia) este consecința, care are loc mai târziu decât cauza. Dar dacă semnalul radio s-ar propaga la viteză superluminală, un observator în apropierea punctului B ar vedea mai întâi o explozie și abia apoi ar ajunge la el cu viteza Cu un fulger de lumină, cauza exploziei. Cu alte cuvinte, pentru acest observator, evenimentul 2 ar fi avut loc mai devreme decât evenimentul 1, adică efectul ar fi precedat cauza.
Este oportun să subliniem că „interdicția superluminală” a teoriei relativității se impune numai mișcării corpurilor materiale și transmiterii semnalelor. În multe situații, mișcarea cu orice viteză este posibilă, dar aceasta nu va fi mișcarea obiectelor materiale sau a semnalelor. De exemplu, imaginați-vă două rigle destul de lungi situate în același plan, dintre care unul este situat orizontal, iar celălalt îl intersectează într-un unghi mic. Dacă prima riglă este deplasată în jos (în direcția indicată de săgeată) cu viteză mare, punctul de intersecție al riglelor poate fi făcut să ruleze cât de repede se dorește, dar acest punct nu este un corp material. Un alt exemplu: dacă luați o lanternă (sau, să zicem, un laser care dă un fascicul îngust) și descrieți rapid un arc în aer cu ea, atunci viteza liniară a punctului luminos va crește odată cu distanța și la o distanță suficient de mare va crește depaseste Cu. Punctul de lumină se va deplasa între punctele A și B la viteză superluminală, dar aceasta nu va fi o transmisie de semnal de la A la B, deoarece un astfel de punct de lumină nu conține nicio informație despre punctul A.
S-ar părea că problema vitezelor superluminale a fost rezolvată. Dar în anii 60 ai secolului XX, fizicienii teoreticieni au înaintat ipoteza existenței unor particule superluminale numite tahioni. Acestea sunt particule foarte ciudate: teoretic sunt posibile, dar pentru a evita contradicțiile cu teoria relativității, a trebuit să li se atribuie o masă imaginară de repaus. Fizic, masa imaginară nu există; este o abstractizare pur matematică. Cu toate acestea, acest lucru nu a provocat prea multă alarmă, deoarece tahionii nu pot fi în repaus - ei există (dacă există!) numai la viteze care depășesc viteza luminii în vid, iar în acest caz masa tahioanică se dovedește a fi reală. Există o analogie aici cu fotonii: un foton are masa de repaus zero, dar asta înseamnă pur și simplu că fotonul nu poate fi în repaus - lumina nu poate fi oprită.
Cel mai dificil lucru s-a dovedit a fi, așa cum era de așteptat, să reconciliezi ipoteza tahionică cu legea cauzalității. Încercările făcute în această direcție, deși destul de ingenioase, nu au dus la un succes evident. Nici nimeni nu a reușit să înregistreze experimental tahionii. Ca rezultat, interesul pentru tahioni ca particule elementare superluminale a dispărut treptat.
Cu toate acestea, în anii 60, a fost descoperit experimental un fenomen care i-a derutat inițial pe fizicieni. Acest lucru este descris în detaliu în articolul lui A. N. Oraevsky „Superluminal waves in amplifying media” (UFN nr. 12, 1998). Aici vom rezuma pe scurt esența problemei, trimițând cititorul interesat de detalii la articolul specificat.
La scurt timp după descoperirea laserelor - la începutul anilor 60 - a apărut problema obținerii unor impulsuri luminoase de mare putere (durata aproximativ 1 ns = 10 -9 s). Pentru a face acest lucru, un scurt impuls laser a fost trecut printr-un amplificator cuantic optic. Pulsul a fost împărțit în două părți de o oglindă de separare a fasciculului. Unul dintre ele, mai puternic, a fost trimis la amplificator, iar celălalt s-a propagat în aer și a servit drept impuls de referință cu care putea fi comparat pulsul care trece prin amplificator. Ambele impulsuri au fost transmise fotodetectorilor, iar semnalele lor de ieșire au putut fi observate vizual pe ecranul osciloscopului. Era de așteptat ca impulsul de lumină care trece prin amplificator să experimenteze o oarecare întârziere în comparație cu impulsul de referință, adică viteza de propagare a luminii în amplificator să fie mai mică decât în aer. Imaginați-vă uimirea cercetătorilor când au descoperit că pulsul s-a propagat prin amplificator cu o viteză nu numai mai mare decât în aer, ci și de câteva ori mai mare decât viteza luminii în vid!
După ce și-au revenit din primul șoc, fizicienii au început să caute motivul unui rezultat atât de neașteptat. Nimeni nu a avut nici cea mai mică îndoială cu privire la principiile teoriei speciale a relativității și acesta este ceea ce a ajutat la găsirea explicației corecte: dacă principiile SRT sunt păstrate, atunci răspunsul ar trebui căutat în proprietățile mediului de amplificare.
Fără a intra în detalii aici, vom sublinia doar că o analiză detaliată a mecanismului de acțiune a mediului de amplificare a clarificat complet situația. Ideea a fost o modificare a concentrației de fotoni în timpul propagării pulsului - o modificare cauzată de o modificare a câștigului mediului până la o valoare negativă în timpul trecerii părții din spate a pulsului, când mediul deja absorbe. energie, deoarece propria sa rezervă a fost deja epuizată datorită transferului ei către pulsul luminos. Absorbția provoacă nu o creștere, ci o slăbire a impulsului și astfel impulsul este întărit în partea din față și slăbit în partea din spate. Să ne imaginăm că observăm un puls folosind un dispozitiv care se mișcă cu viteza luminii în mediul amplificator. Dacă mediul ar fi transparent, am vedea impulsul înghețat în nemișcare. În mediul în care are loc procesul menționat mai sus, întărirea marginii de atac și slăbirea marginii de fugă a pulsului vor apărea observatorului în așa fel încât mediul pare să fi mutat pulsul înainte. Dar din moment ce dispozitivul (observatorul) se mișcă cu viteza luminii, iar impulsul îl depășește, atunci viteza impulsului depășește viteza luminii! Acest efect a fost înregistrat de experimentatori. Și aici nu există într-adevăr nicio contradicție cu teoria relativității: procesul de amplificare este pur și simplu astfel încât concentrația de fotoni care au ieșit mai devreme se dovedește a fi mai mare decât cei care au ieșit mai târziu. Nu fotonii se mișcă la viteze superluminale, ci anvelopa pulsului, în special maximul său, care se observă pe un osciloscop.
Astfel, în timp ce în mediile obișnuite există întotdeauna o slăbire a luminii și o scădere a vitezei acesteia, determinate de indicele de refracție, în mediile active cu laser nu există doar o amplificare a luminii, ci și propagarea unui impuls la viteza superluminală.
Unii fizicieni au încercat să demonstreze experimental prezența mișcării superluminale în timpul efectului de tunel - unul dintre cele mai uimitoare fenomene din mecanica cuantică. Acest efect constă în faptul că o microparticulă (mai precis, un microobiect care prezintă în diferite condiții atât proprietățile unei particule, cât și proprietățile unei unde) este capabilă să pătrundă prin așa-numita barieră de potențial - un fenomen care este complet. imposibil în mecanica clasică (în care o astfel de situație ar fi un analog: o minge aruncată spre un perete ar ajunge pe cealaltă parte a peretelui sau mișcarea sub formă de undă dată unei frânghii legate de perete ar fi transferată la o frânghie legată de perete pe cealaltă parte). Esența efectului de tunel în mecanica cuantică este următoarea. Dacă un micro-obiect cu o anumită energie întâlnește în drum o zonă cu energie potențială care depășește energia micro-obiectului, această zonă este o barieră pentru el, a cărei înălțime este determinată de diferența de energie. Dar micro-obiectul „se scurge” prin barieră! Această posibilitate îi este dată de cunoscuta relație de incertitudine Heisenberg, scrisă pentru energia și timpul de interacțiune. Dacă interacțiunea unui microobiect cu o barieră are loc într-un timp destul de anumit, atunci energia microobiectului va fi, dimpotrivă, caracterizată de incertitudine, iar dacă această incertitudine este de ordinul înălțimii barierei, atunci acesta din urmă încetează să mai fie un obstacol de netrecut pentru microobiect. Viteza de pătrundere printr-o barieră potențială a devenit subiect de cercetare de către o serie de fizicieni, care consideră că poate depăși Cu.
În iunie 1998, la Köln a avut loc un simpozion internațional despre problemele mișcării superluminale, unde au fost discutate rezultatele obținute în patru laboratoare - la Berkeley, Viena, Köln și Florența.
Și în cele din urmă, în 2000, au apărut rapoarte despre două noi experimente în care au apărut efectele propagării superluminale. Una dintre ele a fost interpretată de Lijun Wong și colegii săi de la Institutul de Cercetare din Princeton (SUA). Rezultatul său este că un impuls de lumină care intră într-o cameră plină cu vapori de cesiu își mărește viteza de 300 de ori. S-a dovedit că partea principală a pulsului a ieșit din peretele îndepărtat al camerei chiar mai devreme decât pulsul a intrat în cameră prin peretele frontal. Această situație contrazice nu numai bunul simț, ci, în esență, teoria relativității.
Mesajul lui L. Wong a provocat discuții intense în rândul fizicienilor, cei mai mulți dintre aceștia nu erau înclinați să vadă o încălcare a principiilor relativității în rezultatele obținute. Provocarea, cred ei, este de a explica corect acest experiment.
În experimentul lui L. Wong, pulsul de lumină care intră în cameră cu vapori de cesiu a avut o durată de aproximativ 3 μs. Atomii de cesiu pot exista în șaisprezece stări posibile de mecanică cuantică, numite „subniveluri magnetice hiperfine ale stării fundamentale”. Folosind pomparea cu laser optic, aproape toți atomii au fost aduși doar în una dintre aceste șaisprezece stări, corespunzătoare temperaturii aproape zero absolute pe scara Kelvin (-273,15 o C). Lungimea camerei de cesiu a fost de 6 centimetri. În vid, lumina parcurge 6 centimetri în 0,2 ns. După cum au arătat măsurătorile, pulsul de lumină a trecut prin camera cu cesiu într-un timp care a fost cu 62 ns mai mic decât în vid. Cu alte cuvinte, timpul necesar unui puls pentru a trece printr-un mediu de cesiu are semnul minus! Într-adevăr, dacă scadem 62 ns din 0,2 ns, obținem timp „negativ”. Această „întârziere negativă” în mediu - un salt de timp de neînțeles - este egală cu timpul în care pulsul ar face 310 treceri prin cameră în vid. Consecința acestei „inversări temporale” a fost că pulsul care părăsește camera a reușit să se deplaseze la 19 metri de ea înainte ca pulsul de intrare să ajungă la peretele apropiat al camerei. Cum poate fi explicată o situație atât de incredibilă (cu excepția cazului în care, desigur, ne îndoim de puritatea experimentului)?
Judecând după discuția în curs, încă nu a fost găsită o explicație exactă, dar nu există nicio îndoială că proprietățile neobișnuite de dispersie ale mediului joacă un rol aici: vaporii de cesiu, constând din atomi excitați de lumina laser, este un mediu cu dispersie anormală. . Să ne amintim pe scurt despre ce este vorba.
Dispersia unei substanțe este dependența de indicele de refracție de fază (obișnuit). n pe lungimea de undă a luminii l. Cu dispersia normală, indicele de refracție crește odată cu scăderea lungimii de undă, iar acesta este cazul în sticlă, apă, aer și toate celelalte substanțe transparente la lumină. În substanțele care absorb puternic lumina, cursul indicelui de refracție cu o modificare a lungimii de undă este inversat și devine mult mai abrupt: odată cu descreșterea l (creșterea frecvenței w), indicele de refracție scade brusc și într-o anumită regiune a lungimii de undă devine mai mică decât unitate. (viteza de fază V f > Cu). Aceasta este o dispersie anormală, în care modelul de propagare a luminii într-o substanță se schimbă radical. Viteza grupului V gr devine mai mare decât viteza de fază a undelor și poate depăși viteza luminii în vid (și, de asemenea, devine negativă). L. Wong indică această împrejurare drept motivul care stă la baza posibilității de a explica rezultatele experimentului său. Trebuie remarcat, totuși, că condiția V gr > Cu este pur formal, deoarece conceptul de viteză de grup a fost introdus pentru cazul dispersiei mici (normale), pentru medii transparente, când un grup de unde aproape că nu își schimbă forma în timpul propagării. În regiunile de dispersie anormală, pulsul luminos este rapid deformat și conceptul de viteză de grup își pierde sensul; in acest caz se introduc conceptele de viteza semnalului si viteza de propagare a energiei, care in mediile transparente coincid cu viteza de grup, iar in mediile cu absorbtie raman mai mici decat viteza luminii in vid. Dar iată ce este interesant despre experimentul lui Wong: un impuls de lumină, care trece printr-un mediu cu dispersie anormală, nu este deformat - își păstrează exact forma! Și aceasta corespunde ipotezei că impulsul se propagă cu viteza grupului. Dar dacă da, atunci se dovedește că nu există absorbție în mediu, deși dispersia anormală a mediului se datorează tocmai absorbției! Wong însuși, deși recunoaște că multe rămân neclare, consideră că ceea ce se întâmplă în configurația sa experimentală poate fi explicat clar, într-o primă aproximare, după cum urmează.
Un impuls de lumină este format din mai multe componente cu lungimi de undă (frecvențe) diferite. Figura prezintă trei dintre aceste componente (valuri 1-3). La un moment dat, toate cele trei unde sunt în fază (maximele lor coincid); aici ei, adunându-se, se întăresc reciproc și formează un impuls. Pe măsură ce se propagă în continuare în spațiu, undele devin defazate și, prin urmare, se „anulează” unele pe altele.
În regiunea de dispersie anormală (în interiorul celulei de cesiu), unda care a fost mai scurtă (unda 1) devine mai lungă. În schimb, valul care a fost cel mai lung dintre cele trei (unda 3) devine cel mai scurt.
În consecință, fazele undelor se schimbă în consecință. Odată ce undele au trecut prin celula de cesiu, fronturile lor de undă sunt restaurate. După ce au suferit o modulare de fază neobișnuită într-o substanță cu dispersie anormală, cele trei unde în cauză se regăsesc din nou în fază la un moment dat. Aici se adună din nou și formează un puls de exact aceeași formă cu cel care intră în mediul de cesiu.
De obicei, în aer și, de fapt, în orice mediu transparent cu dispersie normală, un impuls luminos nu își poate menține forma cu acuratețe atunci când se propagă pe o distanță îndepărtată, adică toate componentele sale nu pot fi fazate în niciun punct îndepărtat de-a lungul căii de propagare. Și în condiții normale, un puls de lumină apare într-un punct atât de îndepărtat după ceva timp. Cu toate acestea, din cauza proprietăților anormale ale mediului utilizat în experiment, pulsul dintr-un punct îndepărtat s-a dovedit a fi etalat în același mod ca la intrarea în acest mediu. Astfel, pulsul de lumină se comportă ca și cum ar avea o întârziere negativă în drumul său către un punct îndepărtat, adică ar ajunge la el nu mai târziu, ci mai devreme decât a trecut prin mediu!
Majoritatea fizicienilor sunt înclinați să asocieze acest rezultat cu apariția unui precursor de intensitate scăzută în mediul dispersiv al camerei. Faptul este că în timpul descompunerii spectrale a unui impuls, spectrul conține componente de frecvențe arbitrar înalte cu amplitudine neglijabil de mică, așa-numitul precursor, mergând înaintea „partea principală” a pulsului. Natura stabilirii și forma precursorului depind de legea dispersiei în mediu. Având în vedere acest lucru, succesiunea evenimentelor din experimentul lui Wong se propune să fie interpretată după cum urmează. Valul care vine, „întinde” vestigiul înaintea lui, se apropie de cameră. Înainte ca vârful undei de intrare să lovească peretele apropiat al camerei, precursorul inițiază apariția unui impuls în cameră, care ajunge la peretele îndepărtat și este reflectat de acesta, formând o „undă inversă”. Acest val, răspândindu-se de 300 de ori mai repede Cu, ajunge la peretele din apropiere și întâlnește valul de intrare. Vârfurile unui val se întâlnesc cu jgheaburile altuia, astfel încât se distrug între ele și ca urmare nu mai rămâne nimic. Se pare că valul de intrare „rambursează datoria” atomilor de cesiu, care îi „împrumută” energie la celălalt capăt al camerei. Oricine a urmărit doar începutul și sfârșitul experimentului ar vedea doar un puls de lumină care „sărea” înainte în timp, mișcându-se mai repede Cu.
L. Wong crede că experimentul său nu este în concordanță cu teoria relativității. Declarația despre imposibilitatea vitezei superluminale, crede el, se aplică numai obiectelor cu masă de repaus. Lumina poate fi reprezentată fie sub formă de unde, cărora conceptul de masă este în general inaplicabil, fie sub formă de fotoni cu o masă în repaus, după cum se știe, egală cu zero. Prin urmare, viteza luminii în vid, potrivit lui Wong, nu este limita. Cu toate acestea, Wong admite că efectul descoperit nu face posibilă transmiterea informațiilor cu o viteză mai mare decât Cu.
„Informația de aici este deja conținută în marginea anterioară a pulsului”, spune P. Milonni, un fizician la Laboratorul Național Los Alamos din Statele Unite. „Și poate da impresia că trimiteți informații mai repede decât lumina, chiar și atunci când nu-l trimit.”
Majoritatea fizicienilor cred că noua lucrare nu aduce o lovitură zdrobitoare principiilor fundamentale. Dar nu toți fizicienii cred că problema este rezolvată. Profesorul A. Ranfagni, de la grupul de cercetare italian care a realizat un alt experiment interesant în 2000, crede că întrebarea este încă deschisă. Acest experiment, realizat de Daniel Mugnai, Anedio Ranfagni și Rocco Ruggeri, a descoperit că undele radio cu unde centimetrice în aerul normal se deplasează la viteze care depășesc Cu cu 25%.
Pentru a rezuma, putem spune următoarele. Lucrările din ultimii ani arată că, în anumite condiții, viteza superluminală poate avea loc de fapt. Dar ce se mișcă exact la viteze superluminale? Teoria relativității, așa cum sa menționat deja, interzice o astfel de viteză pentru corpurile materiale și pentru semnalele care transportă informații. Cu toate acestea, unii cercetători încearcă în mod constant să demonstreze depășirea barierei luminoase în mod specific pentru semnale. Motivul pentru aceasta constă în faptul că în teoria relativității speciale nu există o justificare matematică strictă (bazată, de exemplu, pe ecuațiile lui Maxwell pentru câmpul electromagnetic) a imposibilității de a transmite semnale la viteze mai mari decât Cu. O astfel de imposibilitate în STR este stabilită, s-ar putea spune, pur aritmetic, pe baza formulei lui Einstein de adunare a vitezelor, dar acest lucru este confirmat fundamental de principiul cauzalității. Însuși Einstein, având în vedere problema transmiterii semnalului superluminal, a scris că în acest caz „... suntem forțați să considerăm posibil un mecanism de transmitere a semnalului, în care acțiunea realizată precede cauza. Dar, deși aceasta rezultă dintr-un punct pur logic de vedere nu se contine, dupa parerea mea, nu exista contradictii; cu toate acestea contrazice atat de mult natura tuturor experientei noastre incat imposibilitatea de a presupune V > s pare să fie suficient de dovedit." Principiul cauzalității este piatra de temelie care stă la baza imposibilității transmiterii semnalului superluminal. Și, aparent, toate căutările de semnale superluminale fără excepție se vor poticni de această piatră, indiferent cât de mult ar dori experimentatorii să detecteze astfel de semnale. semnale, pentru că aceasta este natura lumii noastre.
În concluzie, trebuie subliniat că toate cele de mai sus se aplică în mod specific lumii noastre, Universului nostru. Această rezervă a fost făcută deoarece recent au apărut noi ipoteze în astrofizică și cosmologie, permițând existența multor Universuri ascunse de noi, conectate prin tuneluri topologice - jumperi. Acest punct de vedere este împărtășit, de exemplu, de celebrul astrofizician N.S. Kardashev. Pentru un observator extern, intrările în aceste tuneluri sunt indicate de câmpuri gravitaționale anormale, precum găurile negre. Mișcările în astfel de tuneluri, așa cum sugerează autorii ipotezelor, vor face posibilă ocolirea limitării vitezei de mișcare impusă în spațiul obișnuit de viteza luminii și, prin urmare, realizarea ideii de a crea o mașină a timpului... Este posibil ca în astfel de Universuri ceva neobișnuit pentru noi să se întâmple de fapt lucruri. Și deși deocamdată astfel de ipoteze amintesc prea mult de poveștile din science fiction, cu greu ar trebui să respingem categoric posibilitatea fundamentală a unui model multi-element al structurii lumii materiale. Un alt lucru este că toate aceste Universuri, cel mai probabil, vor rămâne construcții pur matematice ale fizicienilor teoreticieni care trăiesc în Universul nostru și, cu puterea gândurilor lor, încearcă să găsească lumi închise nouă...
Vezi problema pe aceeași temă
Viteza luminii în vid- valoarea absolută a vitezei de propagare a undelor electromagnetice în vid. În fizică este notat cu litera latină c.
Viteza luminii în vid este o constantă fundamentală, independent de alegerea cadrului de referință inerțial.
Prin definiție, este exact 299.792.458 m/s (valoare aproximativă 300 mii km/s).
Conform teoriei speciale a relativității, este viteza maximă de propagare a oricăror interacțiuni fizice care transmit energie și informații.
Cum a fost determinată viteza luminii?
Pentru prima dată a fost determinată viteza luminii în 1676 O. K. Roemer prin modificări ale intervalelor de timp dintre eclipsele sateliţilor lui Jupiter.
În 1728 a fost instalat de J. Bradley, pe baza observațiilor sale despre aberațiile luminii stelelor.
În 1849 A. I. L. Fizeau a fost primul care a măsurat viteza luminii în timpul necesar luminii pentru a parcurge o distanță (bază) cunoscută cu precizie; Deoarece indicele de refracție al aerului diferă foarte puțin de 1, măsurătorile de la sol dau o valoare foarte apropiată de c.
În experimentul lui Fizeau, un fascicul de lumină de la o sursă S, reflectat de o oglindă translucidă N, a fost întrerupt periodic de un disc dintat rotativ W, a trecut de baza MN (aproximativ 8 km) și, reflectat de oglinda M, a revenit la disc. Când lumina a lovit dintele, nu a ajuns la observator, iar lumina care a căzut în golul dintre dinți a putut fi observată prin ocularul E. Pe baza vitezelor cunoscute de rotație a discului, timpul necesar luminii până a fost determinată călătoria prin bază. Fizeau a obţinut valoarea c = 313300 km/s.
În 1862 J. B. L. Foucault a implementat ideea exprimată în 1838 de D. Arago, folosind o oglindă cu rotație rapidă (512 r/s) în locul unui disc dintat. Reflectându-se din oglindă, fasciculul de lumină a fost îndreptat către bază și la întoarcere a căzut din nou pe aceeași oglindă, care a avut timp să se rotească printr-un anumit unghi mic. Cu o bază de numai 20 m, Foucault a constatat că viteza lumina este egală cu 29800080 ± 500 km/s. Schemele și ideile principale ale experimentelor lui Fizeau și Foucault au fost folosite în mod repetat în lucrările ulterioare privind definirea s.
Serios, cum? Cum se măsoară cea mai mare viteză în Universîn condițiile noastre modeste, pământești? Nu mai trebuie să ne batem mințile din cauza asta - la urma urmei, de-a lungul mai multor secole, atât de mulți oameni au lucrat la această problemă, dezvoltând metode de măsurare a vitezei luminii. Să începem povestea în ordine.
Viteza luminii– viteza de propagare a undelor electromagnetice în vid. Este notat cu litera latină c. Viteza luminii este de aproximativ 300.000.000 m/s.
La început, nimeni nu s-a gândit la problema măsurării vitezei luminii. Există lumină - asta e grozav. Apoi, în epoca antichității, opinia predominantă printre filozofii științifici era că viteza luminii este infinită, adică instantanee. Apoi sa întâmplat Evul mediu odată cu Inchiziția, când principala întrebare a oamenilor gânditori și progresiști era „Cum să nu fii prins de foc?” Și numai în epoci RenaştereȘi Iluminarea Opiniile oamenilor de știință s-au înmulțit și, desigur, au fost împărțite.
Asa de, Descartes, KeplerȘi Fermă erau de aceeași părere cu oamenii de știință din antichitate. Dar el credea că viteza luminii este finită, deși foarte mare. De fapt, el a făcut prima măsurătoare a vitezei luminii. Mai exact, a făcut prima încercare de a o măsura.
experimentul lui Galileo
Experienţă Galileo Galilei a fost genial prin simplitatea sa. Omul de știință a efectuat un experiment pentru a măsura viteza luminii, înarmat cu mijloace simple improvizate. La o distanță mare și binecunoscută unul de celălalt, pe diferite dealuri, Galileo și asistentul său stăteau cu felinare aprinse. Unul dintre ei a deschis obloanele lanternei, iar al doilea a trebuit să facă la fel când a văzut lumina primului felinar. Cunoscând distanța și timpul (întârzierea înainte ca asistentul să deschidă lanterna), Galileo se aștepta să calculeze viteza luminii. Din păcate, pentru ca acest experiment să reușească, Galileo și asistentul său au trebuit să aleagă dealuri aflate la distanță de câteva milioane de kilometri. Aș dori să vă reamintesc că puteți completând o cerere pe site.
Experimentele Roemer și Bradley
Primul experiment de succes și surprinzător de precis în determinarea vitezei luminii a fost cel al unui astronom danez. Olaf Roemer. Roemer a folosit metoda astronomică de măsurare a vitezei luminii. În 1676, el a observat satelitul lui Jupiter Io printr-un telescop și a descoperit că ora eclipsei satelitului se schimbă pe măsură ce Pământul se îndepărtează de Jupiter. Timpul maxim de întârziere a fost de 22 de minute. Calculând că Pământul se îndepărtează de Jupiter la o distanță de diametrul orbitei Pământului, Roemer a împărțit valoarea aproximativă a diametrului la timpul de întârziere și a primit o valoare de 214.000 de kilometri pe secundă. Desigur, un astfel de calcul a fost foarte dur, distanțele dintre planete erau cunoscute doar aproximativ, dar rezultatul s-a dovedit a fi relativ aproape de adevăr.
Experiența lui Bradley. În 1728 James Bradley a estimat viteza luminii observând aberația stelelor. Aberația este o schimbare a poziției aparente a unei stele cauzată de mișcarea pământului pe orbita sa. Cunoscând viteza Pământului și măsurând unghiul de aberație, Bradley a obținut o valoare de 301.000 de kilometri pe secundă.
Experiența lui Fizeau
Lumea științifică din acea vreme a reacționat cu neîncredere la rezultatul experimentului lui Roemer și Bradley. Cu toate acestea, rezultatul lui Bradley a fost cel mai precis de peste o sută de ani, până în 1849. În acel an, un om de știință francez Armand Fizeau a măsurat viteza luminii folosind metoda obturatorului rotativ, fără a observa corpuri cerești, dar aici pe Pământ. De fapt, aceasta a fost prima metodă de laborator pentru măsurarea vitezei luminii de la Galileo. Mai jos este o diagramă a configurației sale de laborator.
Lumina, reflectată de oglindă, a trecut prin dinții roții și a fost reflectată de o altă oglindă, aflată la 8,6 kilometri distanță. Viteza roții a fost crescută până când lumina a devenit vizibilă în următorul gol. Calculele lui Fizeau au dat un rezultat de 313.000 de kilometri pe secundă. Un an mai târziu, un experiment similar cu o oglindă rotativă a fost efectuat de Leon Foucault, care a obținut un rezultat de 298.000 de kilometri pe secundă.
Odată cu apariția maserelor și laserelor, oamenii au noi oportunități și modalități de a măsura viteza luminii, iar dezvoltarea teoriei a făcut posibilă și calcularea vitezei luminii indirect, fără a face măsurători directe.
Cea mai precisă valoare a vitezei luminii
Omenirea a acumulat o vastă experiență în măsurarea vitezei luminii. Astăzi, cea mai precisă valoare pentru viteza luminii este considerată a fi 299.792.458 de metri pe secundă, primit în 1983. Este interesant că măsurarea suplimentară, mai precisă a vitezei luminii s-a dovedit a fi imposibilă din cauza erorilor de măsurare. metri. În prezent, valoarea unui metru este legată de viteza luminii și este egală cu distanța pe care lumina o parcurge în 1/299.792.458 dintr-o secundă.
În cele din urmă, ca întotdeauna, vă sugerăm să vizionați un videoclip educațional. Prieteni, chiar dacă vă confruntați cu o astfel de sarcină precum măsurarea independentă a vitezei luminii folosind mijloace improvizate, puteți apela în siguranță la autorii noștri pentru ajutor. Puteți completa o cerere pe site-ul web al studenților prin corespondență. Vă dorim un studiu plăcut și ușor!
Reprezentare artistică a unei nave spațiale făcând saltul la „viteza luminii”. Credit: NASA/Glenn Research Center.
Din cele mai vechi timpuri, filozofii și oamenii de știință au căutat să înțeleagă lumina. Pe lângă încercarea de a determina proprietățile sale de bază (adică dacă este o particulă sau o undă etc.), ei au căutat, de asemenea, să facă măsurători finite ale cât de repede se mișcă. De la sfârșitul secolului al XVII-lea, oamenii de știință au făcut exact asta și cu o precizie din ce în ce mai mare.
Făcând acest lucru, ei au obținut o mai bună înțelegere a mecanicii luminii și a modului în care aceasta joacă un rol important în fizică, astronomie și cosmologie. Mai simplu spus, lumina călătorește cu viteze incredibile și este obiectul cu cea mai rapidă mișcare din univers. Viteza sa este o barieră constantă și impenetrabilă și este folosită ca măsură a distanței. Dar cât de repede se mișcă?
Viteza luminii (e):
Lumina se mișcă cu o viteză constantă de 1.079.252.848,8 km/h (1,07 miliarde). Care se dovedește a fi 299.792.458 m/s. Să punem totul la locul lui. Dacă ai putea călători cu viteza luminii, ai putea înconjura globul de aproximativ șapte ori și jumătate pe secundă. Între timp, unei persoane care zboară cu o viteză medie de 800 km/h mai mult de 50 de ore ar trebui să facă circumnavigarea planetei.
O ilustrație care arată distanța pe care o parcurge lumina între Pământ și Soare. Credit: LucasVB/Public Domain.
Să ne uităm la asta din punct de vedere astronomic, distanța medie de la 384.398,25 km. Prin urmare, lumina parcurge această distanță în aproximativ o secundă. Între timp, media este de 149.597.886 km, ceea ce înseamnă că durează doar aproximativ 8 minute pentru ca lumina să facă această călătorie.
Nu este de mirare atunci de ce viteza luminii este metrica folosită pentru a determina distanțele astronomice. Când spunem că o stea precum , se află la 4,25 ani lumină distanță, ne referim că călătorind cu o viteză constantă de 1,07 miliarde km/h ar dura aproximativ 4 ani și 3 luni pentru a ajunge acolo. Dar cum am ajuns la această valoare foarte specifică pentru viteza luminii?
Istoria studiului:
Până în secolul al XVII-lea, oamenii de știință erau încrezători că lumina călătorește cu o viteză finită sau instantaneu. Din vremea grecilor antici până la teologii islamici medievali și savanții moderni, au existat dezbateri. Dar până a apărut lucrarea astronomului danez Ole Roemer (1644-1710), în care s-au efectuat primele măsurători cantitative.
În 1676, Römer a observat că perioadele celei mai interioare luni a lui Jupiter, Io, au apărut mai scurte atunci când Pământul se apropia de Jupiter decât atunci când acesta se îndepărta. Din aceasta el a concluzionat că lumina călătorește cu o viteză finită și se estimează că va dura aproximativ 22 de minute pentru a traversa diametrul orbitei Pământului.
Profesorul Albert Einstein la a 11-a Lectură Josiah Willard Gibbs la Institutul de Tehnologie Carnegie din 28 decembrie 1934, unde își explică teoria conform căreia materia și energia sunt același lucru în forme diferite. Credit: AP Photo
Christiaan Huygens a folosit această estimare și a combinat-o cu o estimare a diametrului orbitei Pământului pentru a ajunge la o estimare de 220.000 km/s. Isaac Newton a raportat și despre calculele lui Roemer în lucrarea sa fundamentală din 1706, Optics. Ajustându-se la distanța dintre Pământ și Soare, el a calculat că lumina ar dura șapte sau opt minute pentru a călători de la unul la altul. În ambele cazuri a existat o eroare relativ mică.
Măsurătorile ulterioare ale fizicienilor francezi Hippolyte Fizeau (1819-1896) și Léon Foucault (1819-1868) au rafinat aceste cifre, ducând la o valoare de 315.000 km/s. Și până în a doua jumătate a secolului al XIX-lea, oamenii de știință au devenit conștienți de legătura dintre lumină și electromagnetism.
Acest lucru a fost realizat de către fizicieni prin măsurarea sarcinilor electromagnetice și electrostatice. Apoi au descoperit că valoarea numerică era foarte apropiată de viteza luminii (măsurată de Fizeau). Pe baza propriei sale lucrări, care a arătat că undele electromagnetice se propagă în spațiul gol, fizicianul german Wilhelm Eduard Weber a propus că lumina este o undă electromagnetică.
Următoarea mare descoperire a avut loc la începutul secolului al XX-lea. În lucrarea sa intitulată „Despre electrodinamica corpurilor în mișcare”, Albert Einstein afirmă că viteza luminii în vid, măsurată de un observator cu viteză constantă, este aceeași în toate cadrele de referință inerțiale și este independentă de mișcarea sursa sau observatorul.
Un fascicul laser care strălucește printr-un pahar cu apă arată câte schimbări suferă acesta pe măsură ce trece de la aer la sticlă la apă și înapoi în aer. Credit: Bob King.
Folosind această afirmație și principiul relativității al lui Galileo ca bază, Einstein a derivat teoria relativității speciale, în care viteza luminii în vid (c) este o constantă fundamentală. Înainte de aceasta, acordul dintre oamenii de știință a fost că spațiul era umplut cu un „eter luminifer”, care era responsabil pentru propagarea acestuia - adică. lumina care se deplasează printr-un mediu în mișcare va trage în coada mediului.
Aceasta înseamnă, la rândul său, că viteza măsurată a luminii ar fi suma simplă a vitezei sale printr-un mediu plus viteza acelui mediu. Cu toate acestea, teoria lui Einstein a făcut inutil conceptul de eter staționar și a schimbat conceptul de spațiu și timp.
Nu numai că a avansat ideea că viteza luminii este aceeași în toate cadrele inerțiale, dar a sugerat și că au loc schimbări majore atunci când lucrurile se apropie de viteza luminii. Acestea includ cadrul spațiu-timp al unui corp în mișcare care pare să încetinească și direcția mișcării atunci când măsurarea este din punctul de vedere al observatorului (adică, dilatarea relativistă a timpului, în care timpul încetinește pe măsură ce se apropie de viteza luminii) .
Observațiile sale sunt, de asemenea, de acord cu ecuațiile lui Maxwell pentru electricitate și magnetism cu legile mecanicii, simplifică calculele matematice evitând argumentele neînrudite ale altor oameni de știință și sunt în concordanță cu observarea directă a vitezei luminii.
Cât de asemănătoare sunt materia și energia?
În a doua jumătate a secolului al XX-lea, măsurători din ce în ce mai precise folosind interferometre laser și cavități rezonante au rafinat și mai mult estimările vitezei luminii. Până în 1972, un grup de la Biroul Național de Standarde al SUA din Boulder, Colorado, a folosit interferometria laser pentru a ajunge la valoarea acceptată în prezent de 299.792.458 m/s.
Rolul în astrofizica modernă:
Teoria lui Einstein conform căreia viteza luminii în vid nu depinde de mișcarea sursei și de cadrul inerțial de referință al observatorului a fost de atunci confirmată invariabil de multe experimente. De asemenea, stabilește o limită superioară a vitezei cu care toate particulele și undele fără masă (inclusiv lumina) pot călători în vid.
Un rezultat al acestui lucru este că cosmologiile văd acum spațiul și timpul ca o singură structură cunoscută sub numele de spațiu-timp, în care viteza luminii poate fi folosită pentru a determina valoarea ambelor (adică ani lumină, minute lumină și secunde lumină). Măsurarea vitezei luminii poate fi, de asemenea, un factor important în determinarea accelerației expansiunii Universului.
La începutul anilor 1920, odată cu observațiile lui Lemaître și Hubble, oamenii de știință și astronomii au devenit conștienți de faptul că Universul se extinde de la punctul său de origine. Hubble a observat, de asemenea, că cu cât o galaxie este mai departe, cu atât se mișcă mai repede. Ceea ce se numește acum constanta Hubble este viteza cu care se extinde Universul, este egală cu 68 km/s per megaparsec.
Cât de repede se extinde Universul?
Acest fenomen, prezentat ca o teorie, înseamnă că unele galaxii s-ar putea de fapt să se miște mai repede decât viteza luminii, ceea ce ar putea pune o limită a ceea ce observăm în universul nostru. În esență, galaxiile care călătoresc mai repede decât viteza luminii ar traversa „orizontul evenimentelor cosmologice” unde nu ne mai sunt vizibile.
În plus, până în anii 1990, măsurătorile deplasării către roșu a galaxiilor îndepărtate au arătat că expansiunea Universului s-a accelerat în ultimele câteva miliarde de ani. Acest lucru a condus la teoria „Energiei întunecate”, în care o forță invizibilă conduce expansiunea spațiului în sine, mai degrabă decât obiectele care se deplasează prin el (fără a pune o limită a vitezei luminii sau a rupe relativitatea).
Alături de relativitatea specială și generală, valoarea modernă a vitezei luminii în vid a evoluat din cosmologie, mecanică cuantică și modelul standard al fizicii particulelor. Ea rămâne constantă când vine vorba de limita superioară la care particulele fără masă se pot mișca și rămâne o barieră de neatins pentru particulele cu masă.
Probabil că într-o zi vom găsi o modalitate de a depăși viteza luminii. Deși nu avem idei practice despre cum s-ar putea întâmpla acest lucru, se pare că „banii inteligenți” din tehnologie ne vor permite să ocolim legile spațiu-timpului, fie prin crearea de bule de urzeală (alias. Alcubierre warp drive) fie prin tuneluri prin ea (alias. găuri de vierme).
Ce sunt găurile de vierme?
Până atunci, va trebui pur și simplu să ne mulțumim cu Universul pe care îl vedem și să rămânem să explorăm partea care poate fi atinsă folosind metode convenționale.
Titlul articolului citit „Care este viteza luminii?”.
(inclusiv lumina); unul dintre fonduri fizic permanent; reprezintă viteza maximă de propagare a oricărui fizic. influențe (vezi Teoria relativității) și este invariant la trecerea de la un sistem de referință la altul.
S. s. în mediu Cu" depinde de indicele de refracție n al mediului, care este diferit pentru diferite frecvențe v ( Dispersia luminii):. Această dependență duce la diferență viteza de grup din viteza de fază lumina in mediu, daca nu vorbim de monocromatic. lumina (pentru radiatia solara in vid aceste doua marimi coincid). Prin determinarea experimentală Cu", se măsoară întotdeauna grupul S. s. sau așa-zis viteza semnalului sau rata de transfer de energie, numai în anumite cazuri speciale. cazuri care nu sunt egale cu cel de grup.
Pentru prima dată S. s. determinată în 1676 de O. Ch. Roemer din modificarea intervalelor de timp dintre eclipsele sateliţilor lui Jupiter. În 1728 a fost stabilit de J. Bradley, pe baza observațiilor sale despre aberația luminii stelelor. În 1849, A.I.L.Fizeau a fost primul care a măsurat S. s. cu timpul necesar luminii pentru a parcurge o distanță exact cunoscută (bază); Deoarece indicele de refracție al aerului diferă foarte puțin de 1, măsurătorile de la sol dau o valoare foarte apropiată de c. În experimentul lui Fizeau, un fascicul de lumină de la o sursă S(Fig. 1), reflectată de o oglindă translucidă N, întreruptă periodic de un disc dinţat rotativ W, a trecut de bază MN(aprox. 8 km) n, reflectat de oglinda M, a revenit pe disc. Când lumina a lovit dintele, nu a ajuns la observator, iar lumina care cădea între dinți putea fi observată prin ocular. E. Pe baza vitezelor cunoscute de rotație ale discului, a fost determinat timpul necesar luminii pentru a călători prin bază. Fizeau a obţinut valoarea c = 313300 km/s. În 1862, J. B. L. Foucault a implementat ideea exprimată în 1838 de D. Arago, folosind o oglindă cu rotaţie rapidă (512 rpm) în locul unui disc dinţat. c). Reflectându-se din oglindă, fasciculul de lumină a fost îndreptat către bază și la întoarcere a căzut din nou pe aceeași oglindă, care a avut timp să se rotească printr-un anumit unghi mic (Fig. 2). Cu o bază de numai 20 m, Foucault a constatat că S. s. egal cu 298000 500 km/s. Scheme și elemente de bază ideile experimentelor lui Fizeau și Foucault au fost folosite în mod repetat în lucrările ulterioare privind definirea lui S. s. Obținut de A. Michelson (vezi. Experienta Michelson) în 1926, valoarea km/s era atunci cea mai precisă și a fost inclusă în internațional. tabele fizice cantități 
Orez. 1. Determinarea vitezei luminii prin metoda Fizeau.
Orez. 2. Determinarea vitezei luminii prin metoda oglinzii rotative (metoda Foucault): S - sursa de lumina; R - oglinda cu rotatie rapida; C este o oglindă concavă fixă, al cărei centru coincide cu axa de rotație R (prin urmare, lumina reflectată de C cade mereu înapoi pe R); M-oglindă translucidă; L - lentila; E - ocular; RC - distanță măsurată cu precizie (bază). Linia punctată arată poziția R, care s-a schimbat în timpul în care lumina parcurge calea RC și înapoi, și calea inversă a fasciculului de raze prin lentila L, care colectează fasciculul reflectat în punctul S", și nu din nou. în punctul S, așa cum ar fi cazul unei oglinzi staționare L. Luminile de viteză sunt setate prin măsurarea deplasării SS".
Măsurătorile lui S. s. în secolul 19 a jucat un rol important, confirmând în continuare teoria ondulatorie a luminii. O comparație a lui S. s. făcută de Foucault în 1850. aceeași frecvență v în aer și apă a arătat că viteza în apă este în conformitate cu predicția teoriei undelor. S-a stabilit și o legătură între optică și teoria electromagnetismului: măsurat S. s. a coincis cu viteza el-magnului. unde calculate din raportul el-magnetic. si el-static. unități de energie electrică charge [experimentele lui W. Weber și F. Kohlrausch în 1856 și măsurători mai precise ulterioare de J. C. Maxwell]. Această coincidență a fost unul dintre punctele de plecare pentru crearea de către Maxwell a magnetului electric în 1864-73. teorii ale luminii.
În modern măsurători ale S. s. modernizat este utilizat. Metoda Fizeau (metoda modulării) cu înlocuirea unei roți dințate cu o el-optică, ., interferență sau altele. un alt modulator de lumină care întrerupe sau slăbește complet fasciculul de lumină (vezi Modularea luminii Receptorul de radiații este o fotocelulă sau tub fotomultiplicator.Aplicație laser ca sursă de lumină, modulator ultrasonic cu stabilizator. frecvența și creșterea preciziei de măsurare a lungimii bazei au făcut posibilă reducerea erorilor de măsurare și obținerea unei valori de km/s. Pe lângă măsurătorile directe ale S. s. pe baza timpului de trecere a unei baze cunoscute, metodele indirecte sunt utilizate pe scară largă, oferind o precizie mai mare. Deci, folosind aspiratoare cu microunde. [LA. Froome (K. Froome), 1958] la o lungime de undă de radiație = 4 cm s-a obținut valoarea km/s. S. s. se determină cu o eroare şi mai mică. ca coeficient de diviziune dintre găsite în mod independent și v atomice sau moleculare linii spectrale. K. Evenson și asociații săi în 1972 privind standardul de frecvență de cesiu (vezi Standarde de frecvență cuantică) a găsit frecvența de radiație a laserului CH 4 cu o precizie de până la a 11-a cifră, și folosind standardul frecvenței criptonului - lungimea de undă a acestuia (aprox. 3,39 μm) și a obținut ± 0,8 m/s. Prin decizia Adunării Generale a Comitetului Internațional pentru Date Numerice pentru Știință și Tehnologie - KODATA (1973), care a analizat toate datele disponibile, fiabilitatea și eroarea acestora, S. p. în vid este considerat a fi egal cu 299792458 ±1,2 m/s.
Măsurarea cea mai precisă a lui c este extrem de importantă nu numai în chestiuni teoretice generale. planifică și pentru a determina valoarea altor fizice. cantități, dar și în scopuri practice. obiective. Acestea includ, în special, determinarea distanțelor pe baza duratei de călătorie a semnalelor radio sau luminoase în interior radar, distanță optică, distanță luminoasă, în sistemele de urmărire prin satelit etc.
Lit.: Vafiadi V. G., Popov Yu. V., Viteza luminiiși semnificația ei în știință și tehnologie, Minsk, 1970; Taylor W., Parker W., Langenberg D., Fundamental Constants and Quantum, trad. din engleză, M., 1972. A. M. Bonch-Bruevici.
