Страница полузащищенная
Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
"Lightspeed" перенаправляется сюда. Для использования в других целях, см Скорость света (значения) и Lightspeed (значения) .

Скорость света
Расстояние от Солнца до Земли составляет примерно 150 миллионов километров. Размеры в масштабе.
Солнечному свету требуется около 8  минут 17 секунд, чтобы пройти среднее расстояние от поверхности Солнца до Земли .
Точные значения
метров в секунду299 792 458
Приблизительные значения (до трех значащих цифр)
километров в час1 080 000 000
миль в секунду186 000
миль в час [1]671 000 000
астрономические единицы в день173 [Примечание 1]
парсек в год0,307 [Примечание 2]
Примерное время прохождения светового сигнала
РасстояниеВремя
одна нога1.0 нс
один метр3,3 нс
с геостационарной орбиты на Землю119 мс
длина экватора Земли134 мс
с Луны на Землю1,3 с
от Солнца до Земли (1 а.е. )8,3 мин
один световой год1.0 год
один парсек3,26 года
от ближайшей к Солнцу звезды ( 1,3 шт. )4,2 года
от ближайшей галактики ( Карликовая галактика Большого Пса ) до Земли25 000  лет
через Млечный Путь100 000  лет
от Галактики Андромеды до Земли2,5 миллиона лет
Специальная теория относительности
Мировая линия: схематическое представление пространства-времени
Фонды
Последствия
  • Замедление времени
  • Гравитационное замедление времени
  • Релятивистская масса
  • Эквивалентность массы и энергии
  • Подходящее время
  • Правильная длина
  • Уменьшение длины
  • Действия на расстоянии
  • Принцип локальности
  • Относительность одновременности
  • Релятивистский эффект Доплера
  • Прецессия Томаса
  • Релятивистский диск
  • Парадокс космического корабля Белла
  • Парадокс Эренфеста
Пространство-время
  • Стрела времени
  • Световой конус
  • Мировая линия
  • Трехмерное пространство
  • Четырехмерное пространство
  • Космос
  • Время
  • Многообразие
  • Гладкий коллектор
  • Риманово многообразие
  • Гильбертово пространство
  • Евклидово пространство
  • Топологическое пространство
  • Топологический дефект
  • Диаграммы пространства-времени
  • Пространство-время Минковского
  • Скаляр Лоренца
Динамика
  • Подходящее время
  • Правильная масса
  • Скаляр Лоренца
  • 4-импульс
  • История
  • Прекурсоры
  • Галилея относительность
  • Преобразование Галилея
  • Теории эфира
Люди
  • Эйнштейн
  • Зоммерфельд
  • Михельсон
  • Морли
  • Фитцджеральд
  • Herglotz
  • Лоренц
  • Пуанкаре
  • Минковский
  • Физо
  • Авраам
  • Родившийся
  • Планк
  • фон Лауэ
  • Эренфест
  • Толман
  • Дирак
Альтернативные формулировки специальной теории относительности
  • v
  • т
  • е

Скорость света в вакууме , обычно обозначаемых с , является универсальной физической константой важна во многих областях физики . Его точное значение определяется как299 792 458  метров в секунду (примерно 300 000  км / с или 186 000  миль / с). [Примечание 3] Это точно , потому что, по международному соглашению метр определяются как длина пути , проходимого светом в вакууме в течение временного интервала 1 /299 792 458 секунд. [Примечание 4] [3] Согласноспециальной теории относительности,c- это верхний предел скорости, с которой обычнаяматерия, энергия или любаяинформациямогут перемещаться вкоординатном пространстве.

Хотя эта скорость чаще всего ассоциируется со светом, это также скорость, с которой все безмассовые частицы и возмущения поля перемещаются в вакууме, включая электромагнитное излучение (свет которого составляет небольшой диапазон частотного спектра) и гравитационные волны . Такие частицы и волны движутся в точке c независимо от движения источника или инерциальной системы отсчета наблюдателя. Частицы с ненулевой массой покоя могут приближаться к c , но никогда не могут достичь его, независимо от системы отсчета, в которой измеряется их скорость. В специальной и общей теории относительности ,с взаимосвязанно пространство и время , а также появляются в известном уравнении эквивалентности массы и энергии , Е = тс 2 . [4] В некоторых случаях кажется, что объекты или волны движутся быстрее света (например, фазовые скорости волн, появление некоторых высокоскоростных астрономических объектов и определенные квантовые эффекты ). Считается, что расширение Вселенной превышает скорость света за определенной границей .

Скорость, с которой свет распространяется через прозрачные материалы , такие как стекло или воздух, меньше c ; аналогично, скорость электромагнитных волн в проволочных кабелях меньше, чем c . Отношение между c и скоростью v, с которой свет распространяется в материале, называется показателем преломления n материала ( n = c / v ). Например, для видимого света показатель преломления стекла обычно составляет около 1,5, что означает, что свет в стекле распространяется со скоростью c / 1,5 ≈ 200 000  км / с ( 124000  миль / с);преломления воздухадля видимого света составляет около 1.0003, так что скорость света в воздухе составляет около 90 км / с (56 миль / с) медленнеечемс.

Для многих практических целей кажется, что свет и другие электромагнитные волны распространяются мгновенно, но для больших расстояний и очень чувствительных измерений их конечная скорость оказывает заметное влияние. При обмене данными с удаленными космическими зондами передача сообщения с Земли на космический корабль может занять от нескольких минут до нескольких часов, или наоборот. Звездный свет покинул их много лет назад, что позволило изучать историю Вселенной, глядя на далекие объекты. Конечная скорость света также ограничивает передачу данных между процессором и микросхемами памяти в компьютерах . Скорость света можно использовать с измерениями времени пролета для измерения больших расстояний с высокой точностью.

Рёмер первым продемонстрировал в 1676 , что свет движется с конечной скоростью (не мгновенно), изучая видимое движение Юпитера «с луны Ио . В 1865 году Джеймс Клерк Максвелл предположил, что свет представляет собой электромагнитную волну, и поэтому движется со скоростью c, указанной в его теории электромагнетизма. [5] В 1905 году Альберт Эйнштейн постулировал, что скорость света c относительно любой инерциальной системы отсчета является постоянной и не зависит от движения источника света. [6] Он исследовал последствия этого постулата, выведя теорию относительности.и тем самым показал, что параметр c имеет значение вне контекста света и электромагнетизма.

После столетий все более точных измерений в 1975 году стало известно, что скорость света составляла 299 792 458  м / с ( 983 571 056  футов / с; 186 282,397  миль / с) с погрешностью измерения 4  части на миллиард. В 1983 году метр был переопределен в Международной системе единиц (СИ) как расстояние, проходимое светом в вакууме в 1 / 299 792 458 из второй .

Числовое значение, обозначения и единицы измерения

Скорость света в вакууме обычно обозначается строчной буквой c , что означает « постоянная» или латинское celeritas (что означает «быстрота, быстрота»). В 1856 году Вильгельм Эдуард Вебер и Рудольф Кольрауш использовали c для другой постоянной, которая, как позже было показано, равна √ 2- кратной скорости света в вакууме. Исторически символ V использовался в качестве альтернативного символа скорости света, введенного Джеймсом Клерком Максвеллом в 1865 году. В 1894 году Пол Друде пересмотрел определение c в его современном значении. Эйнштейн использовал V в своеморигинальные немецкоязычные статьи по специальной теории относительности в 1905 году, но в 1907 году он переключился на c , которая к тому времени стала стандартным символом скорости света. [7] [8]

Иногда c используется для обозначения скорости волн в любой материальной среде, а c 0 для скорости света в вакууме. [9] Это обозначение с нижним индексом, которое одобрено в официальной литературе СИ [10], имеет ту же форму, что и другие связанные константы: а именно, μ 0 для проницаемости вакуума или магнитной постоянной, ε 0 для диэлектрической проницаемости или электрической постоянной вакуума и Z 0 для импеданса свободного пространства . В этой статье c используется исключительно для обозначения скорости света в вакууме.

С 1983 года , метр был определен в Международной системе единиц (СИ) , как расстояние свет распространяется в вакууме в 1 /299 792 458 секунды. Это определение фиксирует скорость света в вакууме точно на299 792 458  м / с . [11] [12] [13] Как размерная физическая константа , численное значение c различается для разных систем единиц. [Примечание 3] В областях физики, в которых часто встречается c , например, в теории относительности, обычно используются системы натуральных единиц измерения или геометризованная система единиц, где c = 1 . [14] [15] При использовании этих единиц c не отображается явно, потому что умножение или деление на  1 не влияет на результат.

Фундаментальная роль в физике

Смотрите также: Специальная теория относительности и односторонняя скорость света

Скорость, с которой световые волны распространяются в вакууме, не зависит ни от движения источника волн, ни от инерциальной системы отсчета наблюдателя. [Примечание 5] Эта инвариантность скорости света была постулирована Эйнштейном в 1905 году [6] после того, как она была мотивирована теорией электромагнетизма Максвелла и отсутствием доказательств существования светоносного эфира ; [16] с тех пор это подтверждается многими экспериментами. [Примечание 6] Это возможно только экспериментально проверить , что скорость двухсторонней света (например, от источника к зеркалу и обратно) является каркасно-независимым, потому что невозможно измерить скорость односторонний свет(например, от источника до удаленного детектора) без какого-либо соглашения о том, как часы на источнике и на детекторе должны быть синхронизированы. Однако, приняв синхронизацию Эйнштейна для часов, односторонняя скорость света по определению становится равной двусторонней скорости света. [17] [18] Специальная теория относительности исследует последствия этой инвариантности с с предположением о том , что законы физики одинаковы во всех инерциальных системах отсчета. [19] [20] Одним из следствий этого является то, что c - это скорость, с которой все безмассовые частицы и волны, включая свет, должны перемещаться в вакууме.

Лоренц - фактор γ в зависимости от скорости. Он начинается с  1 и приближается к бесконечности, когда v приближается к  c .

Специальная теория относительности имеет множество противоречивых и экспериментально проверенных следствий. [21] К ним относятся эквивалентность массы и энергии ( E = mc 2 ) , сокращение длины (движущиеся объекты укорачиваются), [Примечание 7] и замедление времени (движущиеся часы идут медленнее). Коэффициент  γ, на который длина сокращается, а время увеличивается, известен как фактор Лоренца и определяется выражением γ = (1 - v 2 / c 2 ) −1/2 , где vэто скорость объекта. Отличие γ от  1 незначительно для скоростей, намного меньших, чем  c , таких как большинство обычных скоростей - и в этом случае специальная теория относительности близко аппроксимируется теорией относительности Галилея, - но она увеличивается при релятивистских скоростях и расходится до бесконечности, когда v приближается к c . Например, коэффициент замедления времени γ  = 2 возникает при относительной скорости 86,6% скорости света ( v  = 0,866  c ). Точно так же коэффициент замедления времени γ  = 10 возникает при v  = 99,5%  c .

Результаты специальной теории относительности можно суммировать, рассматривая пространство и время как единую структуру, известную как пространство-время (где  c связывает единицы пространства и времени), и требуя, чтобы физические теории удовлетворяли специальной симметрии, называемой лоренц-инвариантностью , математическая формулировка которой содержит параметр  c . [24] Лоренц - инвариантность является почти универсальным допущением для современных физических теорий, таких как квантовая электродинамика , квантовая хромодинамика , в Стандартной модели в физике элементарных частиц и общей теории относительности . Таким образом, параметр  cповсеместно встречается в современной физике, появляясь во многих контекстах, не связанных со светом. Например, общая теория относительности предсказывает, что  c - это также скорость гравитации и гравитационных волн . [25] [Примечание 8] В неинерциальных системах отсчета (гравитационно искривленное пространство-время или ускоренные системы отсчета ) местная скорость света постоянна и равна  c , но скорость света по траектории конечной длины может отличаться от  c , в зависимости от того, как определены расстояния и время. [27]

Обычно предполагается, что фундаментальные константы, такие как  c, имеют одно и то же значение в пространстве-времени, что означает, что они не зависят от местоположения и не меняются со временем. Однако в различных теориях предполагалось, что скорость света могла со временем измениться . [28] [29] Не было найдено убедительных доказательств таких изменений, но они остаются предметом текущих исследований. [30] [31]

Также обычно предполагается, что скорость света изотропна , что означает, что она имеет одно и то же значение независимо от направления, в котором она измеряется. Наблюдения за излучением ядерных энергетических уровней в зависимости от ориентации излучающих ядер в магнитном поле (см. Эксперимент Хьюза-Древера ) и вращающихся оптических резонаторов (см. Эксперименты с резонаторами ) наложили строгие ограничения на возможные двусторонние анизотропия . [32] [33]

Верхний предел скорости

Согласно специальной теории относительности, энергия объекта с массой покоя m и скоростью v определяется выражением γmc 2 , где γ - коэффициент Лоренца, определенный выше. Когда v равно нулю, γ равно единице, что приводит к знаменитой формуле E = mc 2 для эквивалентности массы и энергии . Коэффициент γ стремится к бесконечности, когда v приближается к  c, и потребуется бесконечное количество энергии, чтобы разогнать объект с массой до скорости света. Скорость света - это верхний предел скоростей объектов с положительной массой покоя, и отдельные фотоны не могут двигаться быстрее скорости света. [34] [35] [36] Это экспериментально установлено во многих тестах релятивистской энергии и импульса . [37]

Событие A предшествует B в красной рамке, одновременно с B в зеленой рамке и следует за B в синей рамке.

В более общем смысле, информация или энергия не могут двигаться быстрее, чем  c . Один аргумент в пользу этого следует из противоречащего интуиции вывода специальной теории относительности, известной как относительность одновременности . Если пространственное расстояние между двумя событиями A и B больше, чем временной интервал между ними, умноженный на  c, тогда есть системы отсчета, в которых A предшествует B, другие, в которых B предшествует A, и другие, в которых они одновременны. В результате, если бы что-то двигалось быстрее, чем  c, относительно инерциальной системы отсчета, оно двигалось бы назад во времени относительно другой системы отсчета, и причинность была бы нарушена. [Примечание 9] [39]В такой системе координат «следствие» может наблюдаться до его «причины». Такое нарушение причинно-следственной связи никогда не регистрировалось [18] и привело бы к таким парадоксам , как тахионный антителефон . [40]

Наблюдения и эксперименты со сверхсветовой скоростью

Основная статья: Быстрее света
Дополнительная информация: сверхсветовое движение

Бывают ситуации, в которых может показаться, что материя, энергия или информация движутся со скоростью больше  c , но это не так. Например, как обсуждается ниже при распространении света в сечении среды , многие скорости волны могут превышать  c . Так , например, фазовая скорость от рентгеновских лучей через большинство стекол может обычно превышать гр , [41] , но фазовая скорость не определяет скорость , с которой волны передают информацию. [42]

Если лазерный луч быстро проходит через удаленный объект, пятно света может двигаться быстрее, чем  c , хотя первоначальное движение пятна задерживается из-за времени, которое требуется свету, чтобы добраться до удаленного объекта со скоростью  c . Однако единственными движущимися физическими объектами являются лазер и излучаемый им свет, который движется со скоростью  c от лазера к различным положениям пятна. Точно так же тень, проецируемая на удаленный объект, может двигаться быстрее, чем  c , после задержки во времени. [43] Ни в том, ни в другом случае материя, энергия или информация не движутся быстрее света. [44]

Скорость изменения расстояния между двумя объектами в системе отсчета, относительно которой оба движутся (их скорость приближения ), может иметь значение, превышающее  c . Однако это не отражает скорость какого-либо отдельного объекта, измеренную в одном инерциальном кадре. [44]

Некоторые квантовые эффекты передаются мгновенно и, следовательно, быстрее, чем c , как в парадоксе ЭПР . Пример включает квантовые состояния двух частиц, которые могут быть запутаны . Пока одна из частиц не будет обнаружена, они существуют в суперпозиции двух квантовых состояний. Если частицы разделены и наблюдается квантовое состояние одной частицы, квантовое состояние другой частицы определяется мгновенно. Однако невозможно контролировать, какое квантовое состояние примет первая частица при ее наблюдении, поэтому информация не может быть передана таким образом. [44] [45]

Другой квантовый эффект, который предсказывает возникновение скоростей, превышающих скорость света, называется эффектом Хартмана : при определенных условиях время, необходимое виртуальной частице для туннелирования через барьер, постоянно, независимо от толщины барьера. [46] [47] Это может привести к тому, что виртуальная частица пересечет большой промежуток быстрее света. Однако с помощью этого эффекта нельзя отправлять информацию. [48]

Так называемая сверхсветовая движение наблюдаются в некоторых астрономических объектах, [49] , такие как релятивистские струи из радиогалактика и квазаров . Однако эти струи не движутся со скоростью, превышающей скорость света: кажущееся сверхсветовое движение - это эффект проекции, вызванный объектами, движущимися со скоростью, близкими к скорости света, и приближающимися к Земле под небольшим углом к ​​лучу зрения: поскольку свет который был испущен, когда струя была дальше от Земли, потребовалось больше времени, чтобы достичь Земли, время между двумя последовательными наблюдениями соответствует большему времени между моментами испускания световых лучей. [50]

В моделях расширяющейся Вселенной чем дальше галактики удалены друг от друга, тем быстрее они расходятся. Это отступление происходит не из-за движения в пространстве, а скорее из-за расширения самого пространства . [44] Например, галактики, далекие от Земли, кажутся удаляющимися от Земли со скоростью, пропорциональной их расстоянию. За пределами границы, называемой сферой Хаббла , скорость, с которой их расстояние от Земли увеличивается, становится больше, чем скорость света. [51]

Распространение света

В классической физике свет описывается как разновидность электромагнитной волны . Классическое поведение электромагнитного поля описывается уравнениями Максвелла , которые предсказывают, что скорость  c, с которой электромагнитные волны (такие как свет) распространяются в вакууме, связана с распределенной емкостью и индуктивностью вакуума, иначе, соответственно, известной как электрическая постоянная ε 0 и магнитной постоянной μ 0 по уравнению [52]

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

Были рассмотрены расширения КЭД, в которых фотон имеет массу. В такой теории его скорость будет зависеть от его частоты, а инвариантная скорость  c специальной теории относительности будет тогда верхним пределом скорости света в вакууме. [27] Никаких изменений скорости света в зависимости от частоты при тщательном тестировании не наблюдалось, [53] [54] [55] устанавливая строгие ограничения на массу фотона. Предел получен в зависимости от используемой модели: если массивное фотона описывается теорией Прока , [56] экспериментальная верхняя граница для его массы составляет около 10 -57 г ; [57], если масса фотона генерируетсяМеханизм Хиггса , экспериментальный верхний предел менее резкий, m ≤10 -14  эВ / c 2  [56] (примерно 2 × 10 -47  г).

Другой причиной того, что скорость света зависит от его частоты, может быть неприменимость специальной теории относительности к сколь угодно малым масштабам, как предсказывают некоторые предложенные теории квантовой гравитации . В 2009 году при наблюдении гамма-всплеска GRB 090510 не было обнаружено никаких доказательств зависимости скорости фотона от энергии, что подтверждает жесткие ограничения в конкретных моделях квантования пространства-времени на то, как на эту скорость влияет энергия фотона для энергий, приближающихся к планковскому масштабу . [58]

В среде

См. Также: Показатель преломления

В среде свет обычно не распространяется со скоростью, равной c ; далее, разные типы световых волн будут распространяться с разной скоростью. Скорость, с которой распространяются отдельные гребни и впадины плоской волны (волны, заполняющей все пространство, только с одной частотой ), называется фазовой скоростью  v p . Физический сигнал конечной протяженности (импульс света) распространяется с другой скоростью. Большая часть импульса проходит с групповой скоростью  v g , а его самая ранняя часть распространяется с фронтальной скоростью  v f .

Синяя точка движется со скоростью ряби, фазовой скоростью; зеленая точка движется со скоростью огибающей, групповой скоростью; а красная точка движется со скоростью передней части импульса, скорости фронта.

Фазовая скорость важна для определения того, как световая волна распространяется через материал или от одного материала к другому. Его часто представляют в виде показателя преломления . Показатель преломления материала определяется как отношение c к фазовой скорости  v p в материале: большие показатели преломления указывают на более низкие скорости. Показатель преломления материала может зависеть от частоты света, интенсивности, поляризации или направления распространения; однако во многих случаях его можно рассматривать как константу, зависящую от материала. Показатель преломления воздуха составляет около 1,0003. [59] Более плотная среда, например вода , [60] стекло , [61] и алмаза , [62] имеют показатели преломления около 1,3, 1,5 и 2,4, соответственно, для видимого света. В экзотических материалах, таких как конденсаты Бозе – Эйнштейна, близкие к абсолютному нулю, эффективная скорость света может составлять всего несколько метров в секунду. Однако это представляет собой задержку поглощения и повторного излучения между атомами, как и все скорости более медленных, чем с в материальных веществах. В качестве крайнего примера "замедления" света в веществе две независимые группы физиков заявили, что привели свет в состояние "полной остановки", пропустив его через конденсат Бозе-Эйнштейна элемента рубидий , одна группа из Гарвардского университета иИнститут науки Роуленда в Кембридже, штат Массачусетс, и другой в Гарвард-Смитсоновском центре астрофизики , также в Кембридже. Однако популярное описание «остановки» света в этих экспериментах относится только к свету, который накапливается в возбужденных состояниях атомов, а затем повторно излучается в произвольно более позднее время, стимулированный вторым лазерным импульсом. За время, пока он «остановился», он перестал светиться. Этот тип поведения обычно микроскопически верен для всех прозрачных сред, которые «замедляют» скорость света. [63]

В прозрачных материалах показатель преломления обычно больше 1, что означает, что фазовая скорость меньше c . В других материалах показатель преломления может стать меньше  1 для некоторых частот; в некоторых экзотических материалах показатель преломления может стать отрицательным. [64] Требование причинность не нарушаются означает , что действительные и мнимые части по диэлектрической проницаемости из любого материала, соответствующие соответственно показатель преломления и к коэффициенту ослабления , связаны с отношениями крамерсов-Кронига . [65]На практике это означает, что в материале с показателем преломления менее 1 поглощение волны настолько быстрое, что никакой сигнал не может быть отправлен быстрее, чем c .

Импульс с разными групповыми и фазовыми скоростями (который возникает, если фазовая скорость не одинакова для всех частот импульса) со временем размазывается - процесс, известный как дисперсия . Некоторые материалы имеют исключительно низкую (или даже нулевую) групповую скорость для световых волн - явление, называемое медленным светом , которое было подтверждено в различных экспериментах. [66] [67] [68] [69] Противоположное, групповые скорости, превышающие c , также было показано в эксперименте. [70] Групповая скорость должна даже стать бесконечной или отрицательной, с импульсами, перемещающимися мгновенно или назад во времени. [71]

Однако ни одна из этих опций не позволяет передавать информацию быстрее, чем c . Невозможно передать информацию с помощью светового импульса быстрее, чем скорость самой ранней части импульса ( скорость фронта ). Можно показать, что это (при определенных предположениях) всегда равно c . [71]

Частица может проходить через среду быстрее, чем фазовая скорость света в этой среде (но все же медленнее, чем c ). Когда заряженная частица делает это в диэлектрическом материале, излучается электромагнитный эквивалент ударной волны , известный как черенковское излучение . [72]

Практические эффекты конечности

Скорость света имеет значение для связи : время задержки в одном направлении и в оба конца больше нуля. Это применимо от малых до астрономических масштабов. С другой стороны, некоторые методы зависят от конечной скорости света, например, при измерении расстояний.

Мелкие весы

В суперкомпьютерах скорость света накладывает ограничение на скорость передачи данных между процессорами . Если процессор работает на частоте 1 гигагерц , сигнал может пройти не более 30 сантиметров (1 фут) за один цикл. Поэтому процессоры необходимо размещать близко друг к другу, чтобы минимизировать задержки связи; это может вызвать проблемы с охлаждением. Если тактовые частоты будут продолжать расти, скорость света в конечном итоге станет ограничивающим фактором для внутренней конструкции отдельных микросхем . [73] [74] 

Большие расстояния на Земле

Учитывая, что экваториальная окружность Земли составляет около 40 075  км , а с о300 000  км / с , теоретическое самое короткое время, за которое информация может пройти половину земного шара по поверхности, составляет около 67 миллисекунд. Когда свет перемещается по земному шару в оптическом волокне , фактическое время прохождения больше, отчасти потому, что скорость света в оптическом волокне примерно на 35% ниже, в зависимости от его показателя преломления n . [Примечание 10] Кроме того, прямые линии редко встречаются в ситуациях глобальной связи, а задержки возникают, когда сигнал проходит через электронный переключатель или регенератор сигнала. [76]

Космические полеты и астрономия

Луч света изображен движущимся между Землей и Луной за время, необходимое световому импульсу для перемещения между ними: 1,255 секунды на их среднем орбитальном расстоянии (от поверхности до поверхности). Относительные размеры и разделение системы Земля – Луна показаны в масштабе.

Точно так же связь между Землей и космическим кораблем не является мгновенной. От источника до приемника происходит небольшая задержка, которая становится более заметной с увеличением расстояния. Эта задержка была значительной для связи между наземным управлением и Аполлоном-8, когда он стал первым пилотируемым космическим кораблем, вышедшим на орбиту Луны: на каждый вопрос наземная станция управления должна была ждать ответа не менее трех секунд. [77] Задержка связи между Землей и Марсом.может варьироваться от пяти до двадцати минут в зависимости от относительного положения двух планет. Как следствие этого, если робот на поверхности Марса столкнется с проблемой, его человеческие контроллеры узнают об этом не раньше, чем через пять минут, а, возможно, и через двадцать минут; тогда потребуется еще пять-двадцать минут, чтобы получить инструкции по путешествию с Земли на Марс.

НАСА должно подождать несколько часов для получения информации от зонда, вращающегося вокруг Юпитера, и, если ему необходимо исправить навигационную ошибку, исправление не будет доставлено на космический корабль в течение равного времени, создавая риск того, что поправка не поступит вовремя.

Получение света и других сигналов от далеких астрономических источников может занять гораздо больше времени. Например, свету потребовалось 13 миллиардов (13 × 10 9 ) лет, чтобы добраться до Земли от далеких галактик, наблюдаемых на изображениях Hubble Ultra Deep Field . [78] [79] На этих фотографиях, сделанных сегодня, запечатлены изображения галактик в том виде, в каком они появились 13 миллиардов лет назад, когда Вселенной было меньше миллиарда лет. [78] Тот факт, что более далекие объекты кажутся моложе из-за конечной скорости света, позволяет астрономам делать выводы об эволюции звезд , галактик и самой Вселенной .

Иногда астрономические расстояния выражаются в световых годах , особенно в научно-популярных публикациях и СМИ. [80] Световой год - это расстояние, которое свет проходит за один год, около 9461 миллиарда километров, 5879 миллиардов миль или 0,3066 парсека . В круглых числах световой год составляет почти 10 триллионов километров или почти 6 триллионов миль. Проксима Центавра , ближайшая к Земле звезда после Солнца, находится на расстоянии около 4,2 световых лет от нас. [81]

Измерение расстояния

Основная статья: Измерение расстояния

Радиолокационные системы измерение расстояния до цели по времени, которое принимает радиоволновой импульс для возврата к радиолокационной антенне после отражения от цели: расстояние до цели составляет половину туда-обратно время прохождения , умноженное на скорости света . Глобальная система позиционирования (GPS) приемник измеряет его расстояние до спутников GPS на основе того, сколько времени требуется для радиосигнала , чтобы прибыть от каждого спутника, и из этих расстояний вычисляет позицию приемника. Потому что свет путешествует300 000  км (186 000  миль ) за одну секунду, эти измерения с малыми долями секунды должны быть очень точными. Лазерная локация Луны , радиолокационная астрономия и Deep Space Network определить расстояние до Луны, [82] планет [83] и космических аппаратов, [84] , соответственно, путем измерения туда-обратно раз транзита.

Высокочастотная торговля

Скорость света стала важной в высокочастотной торговле , где трейдеры стремятся получить незначительные преимущества, отправляя свои сделки на биржи на доли секунды впереди других трейдеров. Например, трейдеры переходят на микроволновую связь между торговыми центрами из-за преимущества, которое микроволны, распространяющиеся со скоростью, близкой к скорости света в воздухе, имеют над оптоволоконными сигналами, которые распространяются на 30-40% медленнее. [85] [86]

Измерение

Есть разные способы определения значения c . Один из способов - измерить фактическую скорость, с которой распространяются световые волны, что можно сделать в различных астрономических и наземных установках. Однако также возможно определить c из других физических законов, где оно появляется, например, путем определения значений электромагнитных констант ε 0 и μ 0 и использования их отношения к c . Исторически наиболее точные результаты были получены при раздельном определении частоты и длины волны светового луча с их произведением, равным c .

В 1983 году метр был определен как «длина пути , проходимого светом в вакууме в течение временного интервала 1 /299 792 458 секунды », [87] фиксируя значение скорости света на299 792 458  м / с по определению, как описано ниже . Следовательно, точные измерения скорости света дают точную реализацию измерителя, а не точное значение c .

Астрономические измерения

Измерение скорости света с помощью затмения Ио Юпитером

Космическое пространство - удобная установка для измерения скорости света из-за его большого масштаба и почти идеального вакуума . Обычно измеряется время, необходимое свету для прохождения некоторого эталонного расстояния в солнечной системе , например, радиуса орбиты Земли. Исторически сложилось, что такие измерения могут быть сделаны достаточно точно, по сравнению с того, насколько точно длина опорного расстояния , как известно в единицах наземного базирования. Принято выражать результаты в астрономических единицах (а.е.) в сутки.

Оле Кристенсен Рёмер использовал астрономические измерения для первой количественной оценки скорости света в 1676 году. [88] [89] При измерении с Земли периоды лун, вращающихся вокруг далекой планеты, короче, когда Земля приближается к планеты, чем когда Земля удаляется от нее. Расстояние, проходимое светом от планеты (или ее луны) до Земли, меньше, когда Земля находится в точке своей орбиты, наиболее близкой к ее планете, чем когда Земля находится в самой дальней точке своей орбиты, разница в расстоянии будучи диаметроморбиты Земли вокруг Солнца. Наблюдаемое изменение орбитального периода Луны вызвано разницей во времени, которое требуется свету для прохождения более короткого или большего расстояния. Рёмер наблюдал этот эффект для Юпитера сокровенной Луны с Ио и сделал вывод , что свет занимает 22 минут , чтобы пересечь диаметр орбиты Земли.

Аберрация света: свет от удаленного источника кажется движущимся телескопом из другого места из-за конечной скорости света.

Другой метод - использовать аберрацию света , открытую и объясненную Джеймсом Брэдли в 18 веке. [90] Этот эффект является результатом векторного сложения скорости света, приходящего от удаленного источника (например, звезды), и скорости его наблюдателя (см. Диаграмму справа). Таким образом, движущийся наблюдатель видит свет, исходящий с немного другого направления, и, следовательно, видит источник в положении, смещенном от его исходного положения. Поскольку направление скорости Земли непрерывно изменяется по мере того, как Земля вращается вокруг Солнца, этот эффект заставляет видимое положение звезд перемещаться. По угловой разнице в положении звезд (максимально 20,5 угловых секунд ) [91]можно выразить скорость света через скорость Земли вокруг Солнца, которая с известной длиной года может быть преобразована во время, необходимое для путешествия от Солнца до Земли. В 1729 году Брэдли использовал этот метод, чтобы получить, что свет путешествует10 210 раз быстрее Земли по своей орбите (современная цифраВ 10 066 раз быстрее) или, что то же самое, что свету потребуется 8 минут 12 секунд, чтобы добраться от Солнца до Земли. [90]

Астрономическая единица

Астрономическая единица (АЕ) - это примерно среднее расстояние между Землей и Солнцем. В 2012 году он был переопределен как149 597 870 700  м . [92] [93] Ранее АС основывалась не на Международной системе единиц, а на основе гравитационной силы, действующей на Солнце, в рамках классической механики. [Примечание 11] В текущем определении используется рекомендованное значение в метрах для предыдущего определения астрономической единицы, которое было определено путем измерения. [92] Это переопределение аналогично метру и аналогичным образом фиксирует скорость света с точным значением в астрономических единицах в секунду (через точную скорость света в метрах в секунду).

Ранее величина, обратная  c, выраженная в секундах на астрономическую единицу, была измерена путем сравнения времени, в течение которого радиосигналы достигают различных космических аппаратов в Солнечной системе, с их положением, рассчитанным на основе гравитационного воздействия Солнца и различных планет. Комбинируя множество таких измерений, можно получить наиболее подходящее значение светового времени на единицу расстояния. Например, в 2009 году наилучшая оценка, одобренная Международным астрономическим союзом (МАС), была: [95] [96] [97]

световое время на единицу расстояния: t au  = 499.004 783 836 (10) с
c  = 0,002 003 988 804 10 (4) AU / s  = 173,144 632 674 (3) AU / день.

Относительная погрешность этих измерений составляет 0,02 частей на миллиард (2 × 10 −11 ), что эквивалентно неопределенности наземных измерений длины с помощью интерферометрии. [98] Поскольку метр определяется как длина, пройденная светом за определенный промежуток времени, измерение светового времени в терминах предыдущего определения астрономической единицы также может быть интерпретировано как измерение длины а.е. (старое определение) в метрах. [Примечание 12]

Время полета техники

В одном из последних и наиболее точных измерений времени полета, в эксперименте Майкельсона, Пиза и Пирсона 1930–1935 годов использовалось вращающееся зеркало и вакуумная камера длиной 1,6 км, которую световой луч проходил 10 раз. Достигнута точность ± 11 км / с.
Схема аппарата Физо

Метод измерения скорости света состоит в том, чтобы измерить время, необходимое свету, чтобы добраться до зеркала на известном расстоянии и обратно. Это принцип работы, лежащий в основе аппарата Физо – Фуко, разработанного Ипполитом Физо и Леоном Фуко .

Установка, которую использовал Физо, состоит из луча света, направленного на зеркало в 8 километрах (5 миль) от него. На пути от источника к зеркалу луч проходит через вращающееся зубчатое колесо. При определенной скорости вращения луч проходит через один зазор на выходе, а другой - на обратном пути, но при немного большей или меньшей скорости луч ударяется о зуб и не проходит через колесо. Зная расстояние между колесом и зеркалом, количество зубцов на колесе и скорость вращения, можно вычислить скорость света. [99]

Метод Фуко заменяет зубчатое колесо вращающимся зеркалом. Поскольку зеркало продолжает вращаться, пока свет движется к дальнему зеркалу и обратно, свет отражается от вращающегося зеркала под другим углом на выходе, чем на обратном пути. По этой разнице углов, известной скорости вращения и расстоянию до дальнего зеркала может быть рассчитана скорость света. [100]

В настоящее время, используя осциллографы с временным разрешением менее одной наносекунды, скорость света можно напрямую измерить, рассчитав задержку светового импульса от лазера или светодиода, отраженного от зеркала. Этот метод менее точен (с ошибками порядка 1%), чем другие современные методы, но иногда его используют в качестве лабораторного эксперимента на уроках физики в колледже. [101] [102] [103]

Электромагнитные константы

Вариант вывода c , который напрямую не зависит от измерения распространения электромагнитных волн, заключается в использовании соотношения между c и диэлектрической проницаемостью вакуума ε 0 и проницаемостью вакуума μ 0, установленным теорией Максвелла: c 2  = 1 / ( ε 0 μ 0 ). Диэлектрическая проницаемость вакуума может быть определена путем измерения емкости и размеров конденсатора , тогда как значение проницаемости вакуума зафиксировано на точном уровне.4π × 10 −7  Hm −1 через определение ампера . Роза и Дорси использовали этот метод в 1907 году, чтобы найти значение299 710 ± 22 км / с . [104] [105]

Резонанс полости

Электромагнитные стоячие волны в полости

Другой способ измерения скорости света - независимое измерение частоты f и длины волны λ электромагнитной волны в вакууме. Тогда значение c может быть найдено с помощью соотношения c  =  fλ . Один из вариантов - измерить резонансную частоту объемного резонатора . Если размеры резонансной полости также известны, их можно использовать для определения длины волны. В 1946 году Луи Эссен и А.К. Гордон-Смит установили частоту для множества нормальных режимов микроволн в микроволновом резонаторе.точно известных размеров. Размеры устанавливались с точностью около ± 0,8 мкм с помощью калиброванных интерферометрией датчиков. [104] Поскольку длина волны мод была известна из геометрии резонатора и из электромагнитной теории , знание соответствующих частот позволило вычислить скорость света. [104] [106]

Результат Эссена – Гордона-Смита, 299 792 ± 9 км / с , было существенно точнее, чем те, которые были обнаружены оптическими методами. [104] К 1950 году повторные измерения Эссена установили, что299 792 0,5 ± 3,0 км / с . [107]

Демонстрация этой техники в домашних условиях возможна с использованием микроволновой печи и таких продуктов, как зефир или маргарин: если вращающийся поднос убрать, чтобы еда не двигалась, она будет готовиться быстрее всего в пучностях (точках, в которых амплитуда волны самый большой), где он начнет таять. Расстояние между двумя такими пятнами составляет половину длины волны микроволн; Измеряя это расстояние и умножая длину волны на частоту микроволн (обычно отображается на задней стенке духовки, обычно 2450 МГц), можно вычислить значение c , «часто с ошибкой менее 5%». [108] [109]

Интерферометрия

Интерферометрическое определение длины. Слева: конструктивное вмешательство ; Справа: деструктивное вмешательство .

Интерферометрия - это еще один метод определения длины волны электромагнитного излучения для определения скорости света. [Примечание 13] когерентный пучок света (например , от лазера ), с известной частотой ( F ), разделяется , чтобы следовать два пути , а затем рекомбинируют. Регулируя длину пути, наблюдая за интерференционной картиной и тщательно измеряя изменение длины пути, можно определить длину волны света ( λ ). Затем скорость света вычисляется с использованием уравнения  c  =  λf .

До появления лазерных технологий когерентные радиоисточники использовались для интерферометрических измерений скорости света. [111]Однако интерферометрическое определение длины волны становится менее точным с увеличением длины волны, и, таким образом, точность экспериментов ограничивалась большой длиной волны (~ 4 мм (0,16 дюйма)) радиоволн. Точность можно улучшить, используя свет с более короткой длиной волны, но тогда становится трудно напрямую измерить частоту света. Один из способов решения этой проблемы - начать с низкочастотного сигнала, частота которого может быть точно измерена, и из этого сигнала постепенно синтезировать более высокочастотные сигналы, частота которых затем может быть связана с исходным сигналом. Затем лазер можно привязать к частоте, а его длину волны можно определить с помощью интерферометрии. [112] Этот метод был разработан группой в Национальном бюро стандартов (NBS) (которое позже стало NIST). Они использовали его в 1972 году , чтобы измерить скорость света в вакууме с дробной неопределенностью в3,5 × 10 −9 . [112] [113]

История

История измерений  c (в км / с)
<1638Галилей , крытые фонарибезрезультатно [114] [115] [116] : 1252 [Примечание 14]
<1667Академия дель Чименто , крытые фонарибезрезультатно [116] : 1253 [117]
1675Рёмер  и  Гюйгенс , спутники Юпитера220 000 [89] [118]‒27% ошибка
1729 г.Джеймс Брэдли , аберрация света301 000 [99]+ 0,40% ошибка
1849 г.Ипполит Физо , зубчатое колесо315 000 [99]+ 5,1% ошибка
1862 г.Леон Фуко , вращающееся зеркало298 000 ± 500 [99]Ошибка ‒0,60%
1907 г.Роза и Дорси,  константы EM299 710 ± 30 [104] [105]‒280 ppm ошибка
1926 г.Альберт А. Михельсон , вращающееся зеркало299 796 ± 4 [119]+12 ppm ошибка
1950Эссен и Гордон-Смит , объемный резонатор299 792 0,5 ± 3,0 [107]+0,14 ppm ошибка
1958 г.К.Д. Фрум, радиоинтерферометрия299 792 0,50 ± 0,10 [111]+0,14 ppm ошибка
1972 г.Эвенсон  и др. , лазерная интерферометрия299 792 +0,4562 ± 0,0011 [113]0,006 ppm ошибка
1983 г.17-я CGPM, определение счетчика299 792. 458  (точное) [87]точно, как определено

До начала Нового времени не было известно, распространяется ли свет мгновенно или с очень высокой конечной скоростью. Первое зарегистрированное исследование этого предмета было проведено в Древней Греции . Древние греки, мусульманские ученые и классические европейские ученые долго спорили об этом, пока Рёмер не представил первый расчет скорости света. Специальная теория относительности Эйнштейна пришла к выводу, что скорость света постоянна независимо от системы координат. С тех пор ученые обеспечивают все более точные измерения.

Ранняя история

Эмпедокл (ок. 490–430 до н. Э.) Был первым, кто предложил теорию света [120] и заявил, что свет имеет конечную скорость. [121] Он утверждал, что свет - это нечто движущееся, и поэтому ему нужно время, чтобы путешествовать. Аристотель , напротив, утверждал, что «свет возникает из-за присутствия чего-то, но это не движение». [122] Евклид и Птолемей выдвинули эмиссионную теорию зрения Эмпедокла, согласно которой свет исходит из глаза, что делает возможным зрение. Основываясь на этой теории, Герон Александрийский утверждал, что скорость света должна быть бесконечной.потому что далекие объекты, такие как звезды, появляются сразу после открытия глаз. [123] Ранние исламские философы изначально соглашались с аристотелевской точкой зрения , согласно которой свет не имеет скорости движения. В 1021 году Альхазен (Ибн аль-Хайтам) опубликовал « Книгу оптики» , в которой он представил ряд аргументов, отвергающих эмиссионную теорию зрения в пользу принятой теперь теории внутреннего деления, согласно которой свет движется от объекта в глаз. [124] Это привело Альхазена к предположению, что свет должен иметь конечную скорость, [122] [125] [126] и что скорость света переменная, уменьшаясь в более плотных телах. [126][127] Он утверждал, что свет - это материальная материя, для распространения которой требуется время, даже если это скрыто от наших чувств. [128] Также в XI веке Абу Райхан аль-Бируни согласился с тем, что свет имеет конечную скорость, и заметил, что скорость света намного выше скорости звука. [129]

В XIII веке Роджер Бэкон утверждал, что скорость света в воздухе не бесконечна, используя философские аргументы, подкрепленные трудами Альхазена и Аристотеля. [130] [131] В 1270-х годах Витело рассматривал возможность распространения света с бесконечной скоростью в вакууме, но замедляющегося в более плотных телах. [132]

В начале 17 века Иоганн Кеплер считал, что скорость света бесконечна, поскольку пустое пространство не представляет для нее препятствий. Рене Декарт утверждал, что, если бы скорость света была конечной, Солнце, Земля и Луна заметно не выровнялись бы во время лунного затмения . Поскольку такое рассогласование не наблюдалось, Декарт пришел к выводу, что скорость света бесконечна. Декарт предположил, что, если скорость света окажется конечной, вся его философская система может быть разрушена. [122] При выводе закона Снеллиуса Декартом он предполагал, что, хотя скорость света мгновенная, чем плотнее среда, тем выше скорость света. [133] Пьер де Ферма вывел закон Снеллиуса, используя противоположное предположение: чем плотнее среда, тем медленнее распространяется свет. Ферма также выступал за конечную скорость света. [134]

Первые попытки измерения

В 1629 году Исаак Бекман предложил эксперимент, в котором человек наблюдает за вспышкой пушки, отражающейся от зеркала на расстоянии около 1,6 км. В 1638 году Галилео Галилей предложил эксперимент, явно заявляя, что провел его несколькими годами ранее, по измерению скорости света, наблюдая за задержкой между открытием фонаря и его восприятием на некотором расстоянии. Он не смог определить, было ли путешествие светом мгновенным или нет, но пришел к выводу, что если это не так, то он, тем не менее, должен быть чрезвычайно быстрым. [114] [115] В 1667 году Академия дель Чиментоиз Флоренции сообщил, что он выполнил эксперимент Галилея, с фонарями, разделенными примерно одной милей, но никакой задержки не наблюдалось. Фактическая задержка в этом эксперименте составила бы около 11 микросекунд .

Наблюдения Ремера за затмениями Ио с Земли

Первая количественная оценка скорости света была сделана в 1676 году Ремером. [88] [89] Из наблюдения, что периоды внутренней луны Юпитера Ио оказались короче, когда Земля приближалась к Юпитеру, чем когда удалялась от него, он пришел к выводу, что свет движется с конечной скоростью, и подсчитал, что он требует света 22 минут, чтобы пересечь диаметр орбиты Земли. Христиан Гюйгенс объединил эту оценку с оценкой диаметра орбиты Земли, чтобы получить оценку скорости света220 000  км / с , что на 26% ниже фактического значения. [118]

В своей книге « Оптика» 1704 года Исаак Ньютон сообщил о расчетах Ремера конечной скорости света и дал значение «семь или восемь минут» для времени, необходимого свету, чтобы пройти от Солнца до Земли (современное значение - 8 минут 19. секунд). [135] Ньютон спросил, были ли тени затмения Ремера цветными; услышав, что это не так, он пришел к выводу, что разные цвета летят с одинаковой скоростью. В 1729 году Джеймс Брэдли открыл звездную аберрацию . [90] Из этого эффекта он определил, что свет должен путешествовать10 210 раз быстрее Земли по своей орбите (современная цифраВ 10 066 раз быстрее) или, что то же самое, что свету потребуется 8 минут 12 секунд, чтобы добраться от Солнца до Земли. [90]

Связь с электромагнетизмом

Смотрите также: История электромагнитной теории и история специальной теории относительности

В 19 веке Ипполит Физо разработал метод определения скорости света на основе измерений времени пролета на Земле и сообщил о величине315 000  км / с . [136] Его метод был усовершенствован Леоном Фуко, который получил оценку298 000  км / с в 1862 году. [99] В 1856 году Вильгельм Эдуард Вебер и Рудольф Кольрауш измерили соотношение электромагнитных и электростатических единиц заряда, 1 / √ ε 0 μ 0 , разрядив лейденскую банку , и обнаружили что его числовое значение очень близко к скорости света, измеренной непосредственно Физо. В следующем году Кирхгоф подсчитали , что электрический сигнал в resistanceless проволоки перемещается вдоль проволоки на этой скорости. [137]В начале 1860-х Максвелл показал, что согласно теории электромагнетизма, над которой он работал, электромагнитные волны распространяются в пустом пространстве [138] [139] [140] со скоростью, равной указанному выше отношению Вебера / Кольрауша, и привлёк внимание Из-за численной близости этого значения к скорости света, измеренной Физо, он предположил, что свет на самом деле является электромагнитной волной. [141]

«Светоносный эфир»

Хендрик Лоренц (справа) с Альбертом Эйнштейном

В то время считалось, что пустое пространство заполнено фоновой средой, называемой светоносным эфиром, в которой существует электромагнитное поле. Некоторые физики думали, что этот эфир выступает в качестве предпочтительной системы отсчета для распространения света и, следовательно, должно быть возможно измерить движение Земли относительно этой среды, измеряя изотропию скорости света. Начиная с 1880-х годов было проведено несколько экспериментов, чтобы попытаться обнаружить это движение, самым известным из которых является эксперимент, проведенный Альбертом А. Майкельсоном и Эдвардом В. Морли в 1887 году. [142] [143]Обнаруженное движение всегда было меньше ошибки наблюдения. Современные эксперименты показывают, что двусторонняя скорость света изотропна (одинакова во всех направлениях) с точностью до 6 нанометров в секунду. [144] Из-за этого эксперимента Хендрик Лоренц предположил, что движение устройства в эфире может вызвать сокращение устройства по его длине в направлении движения, и далее он предположил, что временная переменная для движущихся систем также должна быть изменена. соответственно («местное время»), что привело к формулировке преобразования Лоренца . Основываясь на теории эфира Лоренца , Анри Пуанкаре(1900) показали, что это местное время (до первого порядка по v / c) указывается часами, движущимися в эфире, которые синхронизированы при условии постоянной скорости света. В 1904 году он предположил, что скорость света может быть ограничивающей скоростью в динамике при условии, что все предположения теории Лоренца подтвердятся. В 1905 году Пуанкаре привел теорию эфира Лоренца в полное наблюдательное согласие с принципом относительности . [145] [146]

Специальная теория относительности

В 1905 году Эйнштейн с самого начала постулировал, что скорость света в вакууме, измеренная неускоряющим наблюдателем, не зависит от движения источника или наблюдателя. Используя это и принцип относительности в качестве основы, он вывел специальную теорию относительности , в которой скорость света в вакууме c фигурировала в качестве фундаментальной константы, также появляющейся в контекстах, не связанных со светом. Это сделало концепцию неподвижного эфира (которой все еще придерживались Лоренц и Пуанкаре) бесполезной и произвело революцию в представлениях о пространстве и времени. [147] [148]

Повышенная точность с и переопределение счетчика и секунды

Смотрите также: История счетчика

Во второй половине 20-го века был достигнут значительный прогресс в повышении точности измерений скорости света, сначала с помощью методов резонансного резонанса, а затем методов лазерного интерферометра. Этому способствовали новые, более точные определения метра и секунды. В 1950 году Луи Эссен определил скорость как299 792 0,5 ± 1 км / с , с использованием полости резонанса. Это значение было принято 12-й Генеральной ассамблеей Радионаучного союза в 1957 году. В 1960 году измеритель был переопределен с точки зрения длины волны определенной спектральной линии криптона-86, а в 1967 году второе определение было изменено на Члены частоты сверхтонкого перехода основного состояния цезия-133 .

В 1972 году, используя метод лазерного интерферометра и новые определения, группа из Национального бюро стандартов США в Боулдере, штат Колорадо, определила скорость света в вакууме как c  = 299 792 456 0,2 ± 1,1 м / с . Это было в 100 раз менее неопределенным, чем ранее принятое значение. Оставшаяся неопределенность в основном связана с определением счетчика. [Примечание 15] [113] Поскольку аналогичные эксперименты дали сопоставимые результаты для c , 15-я Генеральная конференция по мерам и весам в 1975 году рекомендовала использовать значение299 792 458  м / с для скорости света. [151]

Определение скорости света как явной константы

В 1983 году 17-я сессия CGPM обнаружила, что длины волн на основе измерений частоты и заданное значение скорости света более воспроизводимы, чем предыдущий стандарт. Они сохранили определение секунды 1967 года , поэтому сверхтонкая частота цезия теперь будет определять и секунду, и метр. Для этого они переопределили измеритель как: «Метр - это длина пути, пройденного светом в вакууме за интервал времени 1 /.299 792 458 секунды ». [87] В результате этого определения значение скорости света в вакууме точно равно299 792 458  м / с [152] [153] и стала постоянной величиной в системе единиц СИ. [13] Усовершенствованные экспериментальные методы, которые до 1983 года позволяли измерять скорость света, больше не влияют на известное значение скорости света в единицах СИ, а вместо этого позволяют более точно реализовать измеритель путем более точного измерения длины волны. Криптона-86 и других источников света. [154] [155]

В 2011 году CGPM заявила о своем намерении переопределить все семь базовых единиц СИ, используя то, что он называет «формулировкой явной константы», где каждая «единица определяется косвенно путем указания точного значения общепризнанной фундаментальной константы», поскольку было сделано для скорости света. Он предложил новую, но полностью эквивалентную формулировку определения метра: «Метр, символ m, является единицей длины; его величина устанавливается путем фиксации числового значения скорости света в вакууме, равного точно299 792 458, когда оно выражено в единицах СИ мс -1 " . [156] Это было одно из изменений, которые были включены в переопределение базовых единиц СИ в 2019 году , также называемое Новой СИ .

Смотрите также

  • Световая секунда
  • Скорость электричества
  • Скорость гравитации
  • Скорость звука
  • Фактор скорости
  • Фактор деформации (вымышленный)

Примечания

  1. ^ Точное значение: (299 792 458 × 60 × 60 × 24 /149 597 870 700 ) AU / день
  2. ^ Точное значение: (999 992 651 π /10 246 429 500 ) шт / год
  3. ^ a b Скорость света в имперских единицах и единицах США основана на дюймах точно2,54 см и ровно
    299 792 458  м / с × 100см/м × 1/2,54 в/см
    что примерно 186 282 мили, 698 ярдов, 2  фута и5 дюймов в секунду.
  4. ^ Что, в свою очередь, определяется как время, занимаемое9 192 631 770  циклов излучения, испускаемого атомом цезия -133 при переходе между двумя заданными энергетическими состояниями . [2]
  5. ^ Однако частота света может зависеть от движения источника относительно наблюдателя из-за эффекта Доплера .
  6. ^ См Майкельсона-Морли и Кеннеди-Торндайка эксперимент , например.
  7. ^ В то время как движущиеся объекты измеряются быть короче по линии относительного движения, они также видно , как вращается. Этот эффект, известный как вращение Террелла , возникает из-за разного времени, которое требуется свету от разных частей объекта, чтобы достичь наблюдателя. [22] [23]
  8. ^ Интерпретация наблюдений за двойными системами, используемая для определения скорости гравитации, некоторыми авторами считается сомнительной, оставляя экспериментальную ситуацию неопределенной. [26]
  9. ^ Считается, что эффект Шарнхорста действительно позволяет сигналам перемещаться немного быстрее, чем  c , но особые условия, в которых может возникать этот эффект, не позволяют использовать этот эффект для нарушения причинной связи. [38]
  10. ^ Типичное значение показателя преломления оптического волокна составляет от 1,518 до 1,538. [75]
  11. ^ Астрономическая единица была определена как радиус невозмущенной круговой ньютоновской орбиты вокруг Солнца частицыимеющие бесконечно малой массы, двигаясь с угловой частотой от 0,017 202 098 95 радиана (приблизительно 1 /365,256 898 оборота) в сутки. [94]
  12. ^ Тем не менее, при такой степени точности эффекты общей теории относительности должны быть приняты во внимание при интерпретации длины. Метр считается единицей надлежащей длины , тогда как AU обычно используется как единица наблюдаемой длины в данной системе отсчета. Приведенные здесь значения соответствуют последнему соглашению исовместимы с TDB . [96]
  13. ^ Подробное обсуждение интерферометра и его использования для определения скорости света можно найти в Vaughan (1989). [110]
  14. ↑ Согласно Галилею, фонари, которые он использовал, находились «на небольшом расстоянии, менее мили». Предполагая, что расстояние было не намного меньше мили, и что «около тридцатой секунды - это минимальный временной интервал, различимый невооруженным глазом», Бойер отмечает, что эксперимент Галилея можно было в лучшем случае сказать, что он установил нижний предел около 60 миль в секунду для скорости света.
  15. ↑ Между 1960 и 1983 годами метр определялся следующим образом: «Метр - это длина, равная1 650 763 0,73 длины волны в вакууме излучения, соответствующего переходу между уровнями 2p 10 и 5d 5 атома криптона 86 » [149]. В 1970-х годах было обнаружено, что эта спектральная линия не была симметричной, что поставило точку предел точности, с которой определение может быть реализовано в экспериментах по интерферометрии. [150]

Рекомендации

  1. ^ Ларсон, Рон; Хостетлер, Роберт П. (2007). Элементарная и промежуточная алгебра: комбинированный курс, издание для поддержки студентов (4-е иллюстрированное издание). Cengage Learning. п. 197. ISBN 978-0-618-75354-3.
  2. ^ "Определения базового блока: Второй" . Physics.nist.gov . Проверено 7 апреля 2018 .
  3. Перейти ↑ Penrose, R (2004). Дорога к реальности: полное руководство по законам Вселенной . Винтажные книги. стр.  410 -11. ISBN 978-0-679-77631-4. ...  наиболее точный эталон для измерителя удобно определяется так, чтобы точно299 792 458 из них на расстояние, пройденное светом за стандартную секунду, что дает значение метра, которое очень точно соответствует ныне недостаточно точному стандартному правилу метра в Париже.
  4. ^ Узан, JP; Леклерк, Б. (2008). Естественные законы Вселенной: понимание фундаментальных констант . Springer. С. 43–44. ISBN 978-0-387-73454-5.
  5. ^ Гиббс, Филип (1997). "Как измеряется скорость света?" . Часто задаваемые вопросы по физике и теории относительности . Архивировано из оригинального 21 августа 2015 года.
  6. ^ a b Stachel, JJ (2002). Эйнштейн от «B» до «Z» - том 9 исследований Эйнштейна . Springer. п. 226. ISBN. 978-0-8176-4143-6.
  7. ^ Гиббс, P (2004) [1997]. "Почему c является символом скорости света?" . Usenet Physics FAQ . Калифорнийский университет, Риверсайд . Архивировано из оригинального 25 марта 2010 года . Проверено 16 ноября 2009 года .«Происхождение буквы c, используемой для обозначения скорости света, можно проследить до статьи 1856 года Вебера и Кольрауша [...] Вебер, по-видимому, имел в виду, что c означает« постоянная »в своем законе силы, но есть свидетельство того, что физики, такие как Лоренц и Эйнштейн, привыкли к общему соглашению о том, что c может использоваться в качестве переменной скорости. Это использование можно проследить до классических латинских текстов, в которых c означало «celeritas», означающее «скорость» ».
  8. Перейти ↑ Mendelson, KS (2006). «История c ». Американский журнал физики . 74 (11): 995–97. Bibcode : 2006AmJPh..74..995M . DOI : 10.1119 / 1.2238887 .
  9. ^ См. Например:
    • Лиде, Д.Р. (2004). CRC Справочник по химии и физике . CRC Press . С. 2–9. ISBN 978-0-8493-0485-9.
    • Харрис, JW; и другие. (2002). Справочник по физике . Springer. п. 499. ISBN 978-0-387-95269-7.
    • Уитакер, JC (2005). Справочник по электронике . CRC Press. п. 235. ISBN 978-0-8493-1889-4.
    • Коэн, ER; и другие. (2007). Величины, единицы и символы в физической химии (3-е изд.). Королевское химическое общество . п. 184. ISBN 978-0-85404-433-7.
  10. ^ Международное бюро мер и весов (2006), Международная система единиц (СИ) (PDF) (8-е изд.), Стр. 112, ISBN  92-822-2213-6, архивировано (PDF) из оригинала 14 августа 2017 г.
  11. Перейти ↑ Sydenham, PH (2003). «Измерение длины» . В Boyes, W. (ред.). Справочник по КИП (3-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . п. 56. ISBN 978-0-7506-7123-1. ...  если скорость света определяется как фиксированное число, тогда, в принципе, эталон времени будет служить эталоном длины  ...
  12. ^ "Значение CODATA: Скорость света в вакууме" . Ссылка NIST на константы, единицы измерения и неопределенность . NIST . Проверено 21 августа 2009 года .
  13. ^ а б Джесперсен, Дж; Фитц-Рэндольф, Дж; Робб, Дж (1999). От солнечных часов к атомным часам: понимание времени и частоты (Перепечатка Национального бюро стандартов 1977 г., 2-е изд.). Курьер Дувр . п. 280. ISBN 978-0-486-40913-9.
  14. ^ Лори, ID (2002). «Приложение C: Натуральные единицы» . Единый большой тур по теоретической физике (2-е изд.). CRC Press. п. 540. ISBN 978-0-7503-0604-1.
  15. Перейти ↑ Hsu, L (2006). «Приложение А: Системы единиц и развитие теорий относительности» . Более широкий взгляд на относительность: общие последствия инвариантности Лоренца и Пуанкаре (2-е изд.). World Scientific . С. 427–28. ISBN 978-981-256-651-5.
  16. ^ Эйнштейн, A (1905). "Zur Elektrodynamik bewegter Körper" . Annalen der Physik (Представленная рукопись) (на немецком языке). 17 (10): 890–921. Bibcode : 1905AnP ... 322..891E . DOI : 10.1002 / andp.19053221004 .Английский перевод: Perrett, W. Walker, J (ed.). «К электродинамике движущихся тел» . Фурмилаб . Перевод Джеффри, Великобритания . Проверено 27 ноября 2009 года .
  17. ^ Hsu, JP; Чжан, Ю.З. (2001). Инвариантность Лоренца и Пуанкаре . Продвинутая серия по теоретической физической науке. 8 . World Scientific . стр. 543ff. ISBN 978-981-02-4721-8.
  18. ^ а б Чжан, Ю.З. (1997). Специальная теория относительности и ее экспериментальные основы . Продвинутая серия по теоретической физической науке. 4 . World Scientific . С.  172–73 . ISBN 978-981-02-2749-4. Проверено 23 июля 2009 года .
  19. ^ д'Инверно, Р. (1992). Введение в теорию относительности Эйнштейна . Издательство Оксфордского университета. С.  19–20 . ISBN 978-0-19-859686-8.
  20. ^ Sriranjan, B (2004). «Постулаты специальной теории относительности и их следствия» . Специальная теория относительности . PHI Learning Pvt. Ltd. стр. 20ff. ISBN 978-81-203-1963-9.
  21. ^ Робертс, Т; Шлейф, S (2007). Длугош, JM (ред.). "Что является экспериментальной основой специальной теории относительности?" . Usenet Physics FAQ . Калифорнийский университет, Риверсайд . Архивировано из оригинального 15 октября 2009 года . Проверено 27 ноября 2009 года .
  22. ^ Террелл, J (1959). «Невидимость лоренцевского сокращения». Физический обзор . 116 (4): 1041–5. Bibcode : 1959PhRv..116.1041T . DOI : 10.1103 / PhysRev.116.1041 .
  23. Перейти ↑ Penrose, R (1959). «Видимая форма релятивистски движущейся сферы». Труды Кембриджского философского общества . 55 (1): 137–39. Bibcode : 1959PCPS ... 55..137P . DOI : 10.1017 / S0305004100033776 .
  24. ^ Хартли, JB (2003). Гравитация: Введение в общую теорию относительности Эйнштейна . Эддисон-Уэсли . С.  52–59 . ISBN 978-981-02-2749-4.
  25. ^ Хартли, JB (2003). Гравитация: Введение в общую теорию относительности Эйнштейна . Эддисон-Уэсли . п. 332. ISBN. 978-981-02-2749-4.
  26. ^ Шефер, G; Брюгманн, MH (2008). "Распространение света в гравитационном поле двойных систем до квадратичного порядка по гравитационной постоянной Ньютона: Часть 3: 'О споре о скорости гравитации ' " . В Dittus, H; Lämmerzahl, C; Турышев С.Г. (ред.). Лазеры, часы и управление без сопротивления: исследование релятивистской гравитации в космосе . Springer. ISBN 978-3-540-34376-9.
  27. ^ a b Гиббс, P (1997) [1996]. Карлип, С. (ред.). "Постоянна ли скорость света?" . Usenet Physics FAQ . Калифорнийский университет, Риверсайд . Архивировано из оригинала 2 апреля 2010 года . Проверено 26 ноября 2009 года .
  28. ^ Эллис, СКФ; Узан, JP (2005). « ' c' - это скорость света, не так ли?». Американский журнал физики . 73 (3): 240–27. arXiv : gr-qc / 0305099 . Bibcode : 2005AmJPh..73..240E . DOI : 10.1119 / 1.1819929 . S2CID 119530637 . Возможность того, что фундаментальные константы могут меняться во время эволюции Вселенной, открывает исключительное окно в теории более высоких измерений и, вероятно, связана с природой темной энергии, которая заставляет Вселенную ускоряться сегодня. 
  29. Перейти ↑ Mota, DF (2006). Вариации постоянной тонкой структуры в пространстве и времени (PhD). arXiv : astro-ph / 0401631 . Bibcode : 2004astro.ph..1631M .
  30. ^ Uzan, JP (2003). «Фундаментальные константы и их вариации: наблюдательный статус и теоретические мотивы». Обзоры современной физики . 75 (2): 403. arXiv : hep-ph / 0205340 . Bibcode : 2003RvMP ... 75..403U . DOI : 10.1103 / RevModPhys.75.403 . S2CID 118684485 . 
  31. ^ Amelino-Camelia, G (2013). «Феноменология квантовой гравитации» . Живые обзоры в теории относительности . 16 (1): 5. arXiv : 0806.0339 . Bibcode : 2013LRR .... 16 .... 5A . DOI : 10.12942 / LRR-2013-5 . PMC 5255913 . PMID 28179844 .  
  32. ^ Herrmann, S; и другие. (2009). «Эксперимент с вращающимся оптическим резонатором, проверяющий лоренц-инвариантность на уровне 10 −17 ». Physical Review D . 80 (100): 105011. arXiv : 1002.1284 . Bibcode : 2009PhRvD..80j5011H . DOI : 10.1103 / PhysRevD.80.105011 . S2CID 118346408 . 
  33. Перейти ↑ Lang, KR (1999). Астрофизические формулы (3-е изд.). Birkhäuser. п. 152. ISBN. 978-3-540-29692-8.
  34. ^ «Официально: машины времени не работают» . Лос-Анджелес Таймс . 25 июля 2011 г.
  35. ^ «Профессора HKUST доказывают, что одиночные фотоны не превышают скорость света» . Гонконгский университет науки и технологий . 19 июля 2011 г.
  36. ^ Шанчао Чжан; JF Chen; Чанг Лю; MMT Loy; ГКЛ Вонг; Шэнван Ду (16 июня 2011 г.). «Оптический прекурсор одиночного фотона» (PDF) . Phys. Rev. Lett . 106 (243602): 243602. Bibcode : 2011PhRvL.106x3602Z . DOI : 10.1103 / physrevlett.106.243602 . PMID 21770570 .  
  37. Перейти ↑ Fowler, M (март 2008 г.). «Заметки по специальной теории относительности» (PDF) . Университет Вирджинии. п. 56 . Проверено 7 мая 2010 года .
  38. ^ Либерати, S; Сонего, S; Виссер, М. (2002). «Быстрее-чем- гр сигналы, специальная теория относительности и причинность». Анналы физики . 298 (1): 167–85. arXiv : gr-qc / 0107091 . Bibcode : 2002AnPhy.298..167L . DOI : 10,1006 / aphy.2002.6233 . S2CID 48166 . 
  39. ^ Тейлор, EF; Уилер, Дж. А. (1992). Физика пространства-времени . WH Freeman. С.  74–75 . ISBN 978-0-7167-2327-1.
  40. ^ Толман, RC (2009) [1917]. «Скорости больше, чем у света». Теория относительности движения (Переиздание). BiblioLife . п. 54. ISBN 978-1-103-17233-7.
  41. Перейти ↑ Hecht, E (1987). Оптика (2-е изд.). Эддисон-Уэсли. п. 62. ISBN 978-0-201-11609-0.
  42. Перейти ↑ Quimby, RS (2006). Фотоника и лазеры: введение . Джон Уайли и сыновья. п. 9. ISBN 978-0-471-71974-8.
  43. ↑ Wertheim, M (20 июня 2007 г.). «Тень уходит» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 21 августа 2009 года .
  44. ^ а б в г Гиббс, П (1997). «Возможно ли путешествие или общение со скоростью быстрее света?» . Usenet Physics FAQ . Калифорнийский университет, Риверсайд . Архивировано из оригинального 10 -го марта 2010 года . Проверено 20 августа 2008 года .
  45. Перейти ↑ Sakurai, JJ (1994). Туан, С.Ф. (ред.). Современная квантовая механика (перераб.). Эддисон-Уэсли. стр.  231 -32. ISBN 978-0-201-53929-5.
  46. ^ Муга, JG; Mayato, RS; Egusquiza, IL, eds. (2007). Время в квантовой механике . Springer. п. 48. ISBN 978-3-540-73472-7.
  47. ^ Эрнандес-Фигероа, HE; Zamboni-Rached, M; Реками, Э (2007). Локализованные волны . Wiley Interscience . п. 26. ISBN 978-0-470-10885-7.
  48. Перейти ↑ Wynne, K (2002). «Причинно-следственная связь и природа информации». Оптика Коммуникации . 209 (1–3): 84–100. Bibcode : 2002OptCo.209 ... 85W . DOI : 10.1016 / S0030-4018 (02) 01638-3 . архив
  49. Перейти ↑ Rees, M (1966). «Появление релятивистски расширяющихся радиоисточников». Природа . 211 (5048): 468. Bibcode : 1966Natur.211..468R . DOI : 10.1038 / 211468a0 . S2CID 41065207 . 
  50. ^ Чейз, ИП. «Видимая сверхсветовая скорость галактик» . Usenet Physics FAQ . Калифорнийский университет, Риверсайд . Проверено 26 ноября 2009 года .
  51. ^ Харрисон, ER (2003). Маски Вселенной . Издательство Кембриджского университета. п. 206. ISBN. 978-0-521-77351-5.
  52. ^ Панофски, WKH; Филлипс, М. (1962). Классическое электричество и магнетизм . Эддисон-Уэсли. п. 182 . ISBN 978-0-201-05702-7.
  53. ^ Шефер, BE (1999). «Жесткие ограничения на изменение скорости света с частотой». Письма с физическим обзором . 82 (25): 4964–66. arXiv : астро-ph / 9810479 . Bibcode : 1999PhRvL..82.4964S . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.82.4964 . S2CID 119339066 . 
  54. ^ Эллис, Дж; Мавроматос, NE; Nanopoulos, DV; Сахаров, А.С. (2003). «Квантово-гравитационный анализ гамма-всплесков с использованием вейвлетов». Астрономия и астрофизика . 402 (2): 409–24. arXiv : astro-ph / 0210124 . Bibcode : 2003A & A ... 402..409E . DOI : 10.1051 / 0004-6361: 20030263 . S2CID 15388873 . 
  55. ^ Füllekrug, M (2004). «Исследование скорости света с помощью радиоволн на очень низких частотах». Письма с физическим обзором . 93 (4): 043901. Bibcode : 2004PhRvL..93d3901F . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.93.043901 . PMID 15323762 . 
  56. ^ a b Адельбергер, E; Двали, Г; Грузинов, А (2007). «Связанная с массой фотона разрушается вихрями». Письма с физическим обзором . 98 (1): 010402. arXiv : hep-ph / 0306245 . Bibcode : 2007PhRvL..98a0402A . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.98.010402 . PMID 17358459 . S2CID 31249827 .  
  57. ^ Sidharth, BG (2008). Термодинамическая Вселенная . World Scientific . п. 134. ISBN 978-981-281-234-6.
  58. ^ Амелино-Камелия, G (2009). «Астрофизика: всплеск поддержки теории относительности». Природа . 462 (7271): 291–92. Bibcode : 2009Natur.462..291A . DOI : 10.1038 / 462291a . PMID 19924200 . S2CID 205051022 .  
  59. ^ де Подеста, М (2002). Понимание свойств материи . CRC Press. п. 131. ISBN. 978-0-415-25788-6.
  60. ^ «Оптические константы H2O, D2O (вода, тяжелая вода, лед)» . refractiveindex.info . Михаил Полянский . Проверено 7 ноября 2017 года .
  61. ^ "Оптические константы известково-натриевого стекла" . refractiveindex.info . Михаил Полянский . Проверено 7 ноября 2017 года .
  62. ^ «Оптические константы C (углерод, алмаз, графит)» . refractiveindex.info . Михаил Полянский . Проверено 7 ноября 2017 года .
  63. ^ Кроми, William J. (24 января 2001). «Исследователи теперь могут останавливать, перезапускать свет» . Вестник Гарвардского университета . Архивировано из оригинального 28 октября 2011 года . Проверено 8 ноября 2011 года .
  64. ^ Миллони, PW (2004). Быстрый свет, медленный свет и левосторонний свет . CRC Press. п. 25. ISBN 978-0-7503-0926-4.
  65. ^ Толл, JS (1956). «Причинность и дисперсионное отношение: логические основы». Физический обзор . 104 (6): 1760–70. Полномочный код : 1956PhRv..104.1760T . DOI : 10.1103 / PhysRev.104.1760 .
  66. ^ Hau, LV; Harris, SE; Даттон, З; Behroozi, CH (1999). «Снижение скорости света до 17 метров в секунду в ультрахолодном атомном газе» (PDF) . Природа . 397 (6720): 594–98. Bibcode : 1999Natur.397..594V . DOI : 10.1038 / 17561 . S2CID 4423307 .  
  67. ^ Лю, C; Даттон, З; Behroozi, CH; Хау, LV (2001). «Наблюдение за когерентным хранением оптической информации в атомной среде с использованием остановленных световых импульсов» (PDF) . Природа . 409 (6819): 490–93. Bibcode : 2001Natur.409..490L . DOI : 10.1038 / 35054017 . PMID 11206540 . S2CID 1894748 .   
  68. ^ Bajcsy, M; Зибров А.С.; Лукин, MD (2003). «Стационарные импульсы света в атомной среде». Природа . 426 (6967): 638–41. arXiv : квант-ph / 0311092 . Bibcode : 2003Natur.426..638B . DOI : 10,1038 / природа02176 . PMID 14668857 . S2CID 4320280 .  
  69. ^ Dume, B (2003). «Включение и выключение света» . Мир физики . Институт физики . Проверено 8 декабря 2008 года .
  70. Перейти ↑ Whitehouse, D (19 июля 2000). «Луч разбивает световой барьер» . BBC News . Проверено 8 декабря 2008 года .
  71. ^ a b Милонни, PW (2004). «2» . Быстрый свет, медленный свет и левосторонний свет . CRC Press. ISBN 978-0-7503-0926-4.
  72. ↑ Черенков, Павел А. (1934). «Видимое свечение чистых жидкостей под действием γ-радиации» [Видимое свечение чистых жидкостей под действием γ-излучения]. Доклады Академии Наук СССР . 2 : 451.Перепечатано: Черенков П.А. (1967). «Видимое свечение чистых жидкостей под действием γ-радиации» [Видимое свечение чистых жидкостей под действием γ-излучения]. Усп. Физ. Наук . 93 (10): 385. DOI : 10.3367 / ufnr.0093.196710n.0385 ., и у А.Н. Горбунова; Е.П. Черенкова, ред. (1999). Павел Алексеевич Черенков: Человек и Открытие [ Павел Алексеевич Черенков: Человек и Открытие ]. Москва: Наука. С. 149–53.
  73. ^ Parhami, В (1999). Введение в параллельную обработку: алгоритмы и архитектуры . Пленум Пресс . п. 5. ISBN 978-0-306-45970-2.
  74. ^ Imbs, D; Рейналь, Мишель (2009). Малышкин, В (ред.). Программные транзакционные памяти: подход к многоядерному программированию . 10-я Международная конференция, PaCT 2009, Новосибирск, Россия, 31 августа - 4 сентября 2009 г. Springer. п. 26. ISBN 978-3-642-03274-5.
  75. ^ Midwinter, JE (1991). Оптические волокна для передачи (2-е изд.). Издательство Кригер. ISBN 978-0-89464-595-2.
  76. ^ «Теоретическое и реальное ограничение скорости Ping» . Пингдом . Июнь 2007 . Проверено 5 мая 2010 года .
  77. ^ «День 4: Лунные орбиты 7, 8 и 9» . Журнал полета Аполлона 8 . НАСА. Архивировано из оригинала 4 января 2011 года . Проверено 16 декабря 2010 года .
  78. ^ a b «Хаббл достигает« неизведанной страны »первобытных галактик» (пресс-релиз). Научный институт космического телескопа . 5 января 2010 г.
  79. ^ "Литография сверхглубокого поля Хаббла" (PDF) . НАСА . Проверено 4 февраля 2010 года .
  80. ^ "МАС и астрономические единицы" . Международный астрономический союз . Проверено 11 октября 2010 года .
  81. ^ Дальнейшее обсуждение можно найти в «Вопросе месяца StarChild за март 2000 года» . StarChild . НАСА. 2000 . Проверено 22 августа 2009 года .
  82. ^ Дики, Джо; и другие. (Июль 1994 г.). "Лунный лазерный дальномер: продолжающееся наследие программы Аполлон" (PDF) . Наука . 265 (5171): 482–90. Bibcode : 1994Sci ... 265..482D . DOI : 10.1126 / science.265.5171.482 . PMID 17781305 . S2CID 10157934 .   
  83. Перейти ↑ Standish, EM (февраль 1982). «Планетарные эфемериды JPL». Небесная механика . 26 (2): 181–86. Bibcode : 1982CeMec..26..181S . DOI : 10.1007 / BF01230883 .
  84. ^ Бернер, JB; Брайант, SH; Кинман, PW (ноябрь 2007 г.). «Измерение дальности, как практикуется в сети дальнего космоса» (PDF) . Труды IEEE . 95 (11): 2202–2214. DOI : 10.1109 / JPROC.2007.905128 . S2CID 12149700 .  
  85. ^ "Время - деньги, когда дело доходит до микроволновых печей" . Financial Times . 10 мая 2013 . Проверено 25 апреля 2014 года .
  86. Рианна Бьюкенен, Марк (11 февраля 2015 г.). «Физика в финансах: Торговля со скоростью света» . Природа . 518 (7538): 161–163. Bibcode : 2015Natur.518..161B . DOI : 10.1038 / 518161a . PMID 25673397 . 
  87. ^ a b c «Постановление 1 17-го ГКГВ» . BIPM. 1983 . Проверено 23 августа 2009 года .
  88. ^ а б Коэн, И.Б. (1940). «Ремер и первое определение скорости света (1676 г.)» . Исида . 31 (2): 327–79. DOI : 10.1086 / 347594 . hdl : 2027 / uc1.b4375710 . S2CID 145428377 . 
  89. ^ a b c «Демонстрация движения света в труве М. Ремера Королевской академии наук» [Демонстрация движения света, обнаруженная г-ном Ремером из Королевской академии наук] (PDF) . Journal des sçavans (на французском языке): 233–36. 1676.
    Переведено в «Демонстрации движения света, переданной из Парижа в Journal des Sçavans, и здесь переведено на английский» . Философские труды Королевского общества . 12 (136): 893–95. 1677. Полномочный код : 1677RSPT ... 12..893. . DOI : 10,1098 / rstl.1677.0024 .
    Воспроизведено в Hutton, C; Шоу, G; Пирсон, Р., ред. (1809). «О движении света» М. Ромера . Философские труды Лондонского королевского общества с момента их создания в 1665 году в 1800 году: сокращенные . Vol. II. С 1673 по 1682. Лондон: К. и Р. Болдуин. С. 397–98.
    Отчет, опубликованный в Journal des sçavans, был основан на отчете, который Рёмер зачитал Французской академии наук в ноябре 1676 г. (Cohen, 1940, p. 346) .
  90. ^ а б в г Брэдли, Дж (1729 г.). «Отчет о новом обнаруженном движении неподвижных звезд» . Философские труды . 35 : 637–60.
  91. ^ Duffett-Smith, P (1988). Практическая астрономия с вашим калькулятором . Издательство Кембриджского университета. п. 62 . ISBN 978-0-521-35699-2. Выдержка со страницы 62
  92. ^ a b «Резолюция B2 по переопределению астрономической единицы длины» (PDF) . Международный астрономический союз. 2012 г.
  93. ^ «Дополнение 2014: Обновления к 8-му изданию (2006 г.) Брошюры SI» (PDF) . Международная система единиц . Международное бюро мер и весов: 14. 2014.
  94. ^ Международное бюро мер и весов (2006), Международная система единиц (СИ) (PDF) (8-е изд.), Стр. 126, ISBN  92-822-2213-6, архивировано (PDF) из оригинала 14 августа 2017 г.
  95. ^ Питьева, Е.В.; Стэндиш, EM (2009). «Предложения по массам трех крупнейших астероидов, соотношению масс Луны и Земли и астрономической единице» . Небесная механика и динамическая астрономия . 103 (4): 365–72. Bibcode : 2009CeMDA.103..365P . DOI : 10.1007 / s10569-009-9203-8 . S2CID 121374703 . 
  96. ^ a b Рабочая группа МАС по числовым стандартам для фундаментальной астрономии. «РГ IAU по текущим лучшим оценкам NSFA» . Военно-морская обсерватория США . Архивировано из оригинала 8 декабря 2009 года . Проверено 25 сентября 2009 года .
  97. ^ «Астродинамические константы» . Динамика Солнечной системы . Лаборатория реактивного движения . Проверено 8 ноября 2017 года .
  98. ^ "Руководство NPL для начинающих по длине" . Национальная физическая лаборатория Великобритании . Архивировано из оригинального 31 августа 2010 года . Проверено 28 октября 2009 года .
  99. ^ а б в г д Гиббс, П. (1997). "Как измеряется скорость света?" . Usenet Physics FAQ . Калифорнийский университет, Риверсайд. Архивировано из оригинального 21 августа 2015 года . Проверено 13 января 2010 года .
  100. ^ Фаулер, М. "Скорость света" . Университет Вирджинии . Проверено 21 апреля 2010 года .
  101. ^ Кук, J; Мартин, М; Маккартни, H; Уилф, Б. (1968). «Прямое определение скорости света как лабораторный эксперимент по общей физике». Американский журнал физики . 36 (9): 847. Bibcode : 1968AmJPh..36..847C . DOI : 10.1119 / 1.1975166 .
  102. ^ Аоки, K; Мицуи, Т. (2008). «Небольшой настольный эксперимент для прямого измерения скорости света». Американский журнал физики . 76 (9): 812–15. arXiv : 0705.3996 . Bibcode : 2008AmJPh..76..812A . DOI : 10.1119 / 1.2919743 . S2CID 117454437 . 
  103. ^ Джеймс, МБ; Ормонд, РБ; Сташ, AJ (1999). «Измерение скорости света для мириадов». Американский журнал физики . 67 (8): 681–714. Bibcode : 1999AmJPh..67..681J . DOI : 10.1119 / 1.19352 .
  104. ^ а б в г д Эссен, L; Гордон-Смит, AC (1948). "Скорость распространения электромагнитных волн на резонансных частотах резонатора с цилиндрической полостью" . Труды Королевского общества Лондона . 194 (1038): 348–61. Bibcode : 1948RSPSA.194..348E . DOI : 10,1098 / rspa.1948.0085 . JSTOR 98293 . 
  105. ^ а б Роза, Е.Б. Дорси, NE (1907). «Новое определение отношения электромагнитной единицы электричества к электростатической» . Вестник Бюро стандартов . 3 (6): 433. DOI : 10,6028 / bulletin.070 .
  106. ^ Эссен, L (1947). «Скорость электромагнитных волн». Природа . 159 (4044): 611–12. Bibcode : 1947Natur.159..611E . DOI : 10.1038 / 159611a0 . S2CID 4101717 . 
  107. ^ а б Эссен, L (1950). «Скорость распространения электромагнитных волн, возникающих на резонансных частотах резонатора с цилиндрической полостью». Труды Королевского общества Лондона . 204 (1077): 260–77. Bibcode : 1950RSPSA.204..260E . DOI : 10.1098 / rspa.1950.0172 . JSTOR 98433 . S2CID 121261770 .  
  108. ^ Стауффер, RH (апрель 1997). «В поисках скорости света с зефиром» . Учитель физики . 35 (4): 231. Bibcode : 1997PhTea..35..231S . DOI : 10.1119 / 1.2344657 . Проверено 15 февраля 2010 года .
  109. ^ "BBC Посмотрите на восток со скоростью света" . Веб-сайт BBC Norfolk . Проверено 15 февраля 2010 года .
  110. Перейти ↑ Vaughan, JM (1989). Интерферометр Фабри-Перо . CRC Press. С. 47, 384–91. ISBN 978-0-85274-138-2.
  111. ^ а б Фрум, KD (1958). «Новое определение скорости электромагнитных волн в свободном пространстве». Труды Лондонского королевского общества. Серия А, Математические и физические науки . 247 (1248): 109–22. Bibcode : 1958RSPSA.247..109F . DOI : 10.1098 / rspa.1958.0172 . JSTOR 100591 . S2CID 121444888 .  
  112. ^ а б Салливан, ДБ (2001). «Скорость света по прямым измерениям частоты и длины волны». In Lide, DR (ред.). Век передового опыта в измерениях, стандартах и ​​технологиях (PDF) . CRC Press. С. 191–93. ISBN  978-0-8493-1247-2. Архивировано из оригинального (PDF) 13 августа 2009 года.
  113. ^ a b c Эвенсон, КМ; и другие. (1972). "Скорость света от прямых измерений частоты и длины волны лазера, стабилизированного метаном" . Письма с физическим обзором . 29 (19): 1346–49. Bibcode : 1972PhRvL..29.1346E . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.29.1346 . S2CID 120300510 . 
  114. ^ a b Галилей, G (1954) [1638]. Диалоги о двух новых науках . Экипаж, H; де Сальвио А (пер.). Dover Publications . п. 43. ISBN 978-0-486-60099-4.
  115. ^ a b Бойер, CB (1941). «Ранние оценки скорости света». Исида . 33 (1): 24. DOI : 10.1086 / 358523 . S2CID 145400212 . 
  116. ^ a b Фоски, Ренато; Леон, Маттео (2009), "Галилео, измерение скорости света и времени реакции", Восприятие , 38 (8): 1251-59, DOI : 10,1068 / p6263 , ЛВП : 2318/132957 , PMID 19817156 , S2CID 11747908  
  117. ^ Magalotti, Лоренцо (2001) [1667], Saggi ди Naturali Esperienze fatte Неллы»Accademia дель Cimento (цифровой, онлайн - й изд.), Флоренция:. Istituto е Museo ди Storia делла Scienze, стр  265 - 66 , получено 25 сентября 2 015
  118. ^ а б Гюйгенс, С (1690). Traitée de la Lumière (на французском). Пьер ван дер Аа. стр.  8 -9.
  119. Перейти ↑ Michelson, AA (1927). «Измерение скорости света между горами Вильсон и Сан-Антонио». Астрофизический журнал . 65 : 1. Bibcode : 1927ApJ .... 65 .... 1M . DOI : 10.1086 / 143021 .
  120. ^ Вайнер, Джон; Нуньес, Фредерико (2013). Взаимодействие света и вещества: физика и техника в наномасштабе (иллюстрированный ред.). ОУП Оксфорд. п. 1. ISBN 978-0-19-856766-0. Отрывок страницы 1
  121. ^ Сартон, G (1993). Древняя наука в золотой век Греции . Курьер Дувр . п. 248. ISBN 978-0-486-27495-9.
  122. ^ а б в Маккей, Р.Х .; Олдфорд, Р. В. (2000). «Научный метод, статистический метод и скорость света» . Статистическая наука . 15 (3): 254–78. DOI : 10,1214 / сс / 1009212817 . (щелкните «Историческая справка» в оглавлении)
  123. ^ Ахмед, Шериф Сайед (2014). Электронное микроволновое изображение с плоскими мультистатическими решетками . Логотипы Verlag Berlin. п. 1. ISBN 978-3-8325-3621-3. Отрывок страницы 1
  124. Перейти ↑ Gross, CG (1999). «Огонь, идущий из ока». Невролог . 5 : 58–64. DOI : 10.1177 / 107385849900500108 . S2CID 84148912 . 
  125. ^ Hamarneh, S (1972). «Обзор: Хаким Мохаммед Саид, Ибн аль-Хайсам ». Исида . 63 (1): 119. DOI : 10,1086 / 350861 .
  126. ^ a b Лестер, PM (2005). Визуальная коммуникация: изображения с сообщениями . Томсон Уодсворт . С. 10–11. ISBN 978-0-534-63720-0.
  127. ^ О'Коннор, JJ ; Робертсон, EF . «Абу Али аль-Хасан ибн аль-Хайсам» . Архив истории математики MacTutor . Сент-Эндрюсский университет . Проверено 12 января 2010 года .
  128. ^ Lauginie, P (2004). Измерение скорости света: зачем? Скорость чего? (PDF) . Пятая международная конференция по истории науки в естественно-научном образовании. Кестхей, Венгрия. С. 75–84. Архивировано из оригинального (PDF) 4 июля 2015 года . Проверено 12 августа 2017 года .
  129. ^ О'Коннор, JJ; Робертсон, Э. Ф. «Абу хан Мухаммад ибн Ахмад аль-Бируни» . Архив истории математики MacTutor . Сент-Эндрюсский университет . Проверено 12 января 2010 года .
  130. Перейти ↑ Lindberg, DC (1996). Роджер Бэкон и происхождение Perspectiva в средние века: критическое издание и английский перевод Perspectiva Бэкона с введением и примечаниями . Издательство Оксфордского университета. п. 143. ISBN 978-0-19-823992-5.
  131. ^ Линдберг, округ Колумбия (1974). «Синтез в оптике в конце тринадцатого века» . В Эдварде Гранте (ред.). Справочник по средневековой науке . Издательство Гарвардского университета. п. 396. ISBN. 978-0-674-82360-0.
  132. Перейти ↑ Marshall, P (1981). «Николь Орем о природе, отражении и скорости света». Исида . 72 (3): 357–74 [367–74]. DOI : 10.1086 / 352787 . S2CID 144035661 . 
  133. ^ Флориан Каджори , История физики в ее элементарных отраслях: включая эволюцию физических лабораторий (1922)
  134. ↑ Карл Бенджамин Бойер , Радуга: от мифа к математике (1959)
  135. ^ Ньютон, I (1704). «Реквизит XI». Оптикс . Текст предложения XI идентичен между первым (1704 г.) и вторым (1719 г.) изданиями.
  136. ^ Гварньери, М. (2015). «Два тысячелетия света: долгий путь к волнам Максвелла». Журнал IEEE Industrial Electronics Magazine . 9 (2): 54-56, 60. DOI : 10,1109 / MIE.2015.2421754 . S2CID 20759821 . 
  137. ^ Кирхгоф, G (1857). "Über die Bewegung der Elektricität" . Анна. Phys. 178 (12): 529–44. Bibcode : 1857AnP ... 178..529K . DOI : 10.1002 / andp.18571781203 .
  138. ^ Джордано, Николас Дж. (2009). Физика колледжа: рассуждения и отношения . Cengage Learning. п. 787. ISBN. 978-0-534-42471-8. Выписка со страницы 787
  139. ^ Бергманн, Питер Габриэль (1992). Загадка гравитации . Courier Dover Publications. п. 17. ISBN 978-0-486-27378-5. Отрывок страницы 17
  140. ^ Bais, Sander (2005). Уравнения: иконы знания . Издательство Гарвардского университета. п. 40 . ISBN 978-0-674-01967-6. Отрывок страницы 40
  141. ^ О'Коннор, JJ; Робертсон, EF (ноябрь 1997 г.). «Джеймс Клерк Максвелл» . Школа математики и статистики Сент-Эндрюсского университета . Архивировано из оригинального 28 января 2011 года . Проверено 13 октября 2010 года .
  142. ^ Консоли, Маурицио; Плучино, Алессандро (2018). Эксперименты Майкельсона-Морли: загадка для физики и истории науки . World Scientific. С. 118–119. ISBN 978-9-813-27818-9. Дата обращения 4 мая 2020 .
  143. ^ Майкельсон, AA; Морли, EW (1887). «Об относительном движении Земли и светоносного эфира» . Американский журнал науки . 34 (203): 333–345. DOI : 10.1366 / 0003702874447824 . S2CID 98374065 . 
  144. ^ Французский, AP (1983). Специальная теория относительности . Ван Ностранд Рейнхольд. С. 51–57. ISBN 978-0-442-30782-0.
  145. ^ Darrigol, О (2000). Электродинамика от Ампера до Эйнштейна . Кларендон Пресс. ISBN 978-0-19-850594-5.
  146. ^ Galison, P (2003). Часы Эйнштейна, Карты Пуанкаре: Империи времени . WW Нортон. ISBN 978-0-393-32604-8.
  147. ^ Миллер, AI (1981). Специальная теория относительности Альберта Эйнштейна. Возникновение (1905 г.) и ранняя интерпретация (1905–1911 гг.) . Аддисон-Уэсли. ISBN 978-0-201-04679-3.
  148. Перейти ↑ Pais, A (1982). Тонкий Господь: наука и жизнь Альберта Эйнштейна . Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-520438-4.
  149. ^ «Резолюция 6 15-го CGPM» . BIPM . 1967 . Проверено 13 октября 2010 года .
  150. ^ Barger, R .; Холл, Дж. (1973). «Длина волны насыщенной лазером линии поглощения метана 3,39 мкм» . Письма по прикладной физике . 22 (4): 196. Bibcode : 1973ApPhL..22..196B . DOI : 10.1063 / 1.1654608 . S2CID 1841238 . 
  151. ^ «Резолюция 2 15-го CGPM» . BIPM. 1975 . Проверено 9 сентября 2009 года .
  152. ^ Тейлор, EF; Уилер, Дж. А. (1992). Физика пространства-времени: Введение в специальную теорию относительности (2-е изд.). Макмиллан. ISBN 978-0-7167-2327-1.
  153. ^ Pénzes, WB (2009). «Временная шкала для определения счетчика» (PDF) . NIST . Проверено 11 января 2010 года .
  154. Перейти ↑ Adams, S (1997). Относительность: Введение в физику пространства-времени . CRC Press. п. 140. ISBN 978-0-7484-0621-0. Одним из специфических следствий этой системы определений является то, что любое будущее уточнение нашей способности измерять  c не изменит скорость света (которая является определенным числом), но изменит длину метра!
  155. Перейти ↑ Rindler, W (2006). Относительность: специальная, общая и космологическая (2-е изд.). Издательство Оксфордского университета. п. 41. ISBN 978-0-19-856731-8. Обратите внимание, что [...] повышение экспериментальной точности изменит измеритель в зависимости от атомных длин волн, но не значения скорости света!
  156. ^ "Формулировка" явной константы " . BIPM . 2011. Архивировано из оригинального 11 августа 2014 года.

дальнейшее чтение

Исторические ссылки

  • Рёмер, О. (1676). "Демонстрация трогательного движения люмьерной трубы М. Ремера Королевской академии наук" (PDF) . Journal des sçavans (на французском языке): 223–36.
    • Переводится как «Демонстрация движения света» . Философские труды Королевского общества . 12 (136): 893–94. 1677. Полномочный код : 1677RSPT ... 12..893. . DOI : 10,1098 / rstl.1677.0024 . Архивировано из оригинального 29 июля 2007 года.
  • Галлей, E (1694). «Мсье Кассини, его новые и точные таблицы для затмений первого спутника Юпитера, сведенные к Джулианскому стилю и меридиану Лондона» . Философские труды Королевского общества . 18 (214): 237–56. Bibcode : 1694RSPT ... 18..237C . DOI : 10,1098 / rstl.1694.0048 .
  • Физо, HL (1849). "Sur une expérience relative à la vitesse deropation de la lumière" (PDF) . Comptes rendus de l'Académie des Sciences (на французском языке). 29 : 90–92, 132.
  • Фуко, JL (1862). "Détermination expérimentale de la vitesse de la lumière: parallaxe du Soleil" . Comptes rendus de l'Académie des Sciences (на французском языке). 55 : 501–03, 792–96.
  • Михельсон, AA (1878). «Экспериментальное определение скорости света» . Труды Американской ассоциации развития науки . 27 : 71–77.
  • Михельсон, AA; Pease, FG ; Пирсон, Ф (1935). «Измерение скорости света в частичном вакууме». Астрофизический журнал . 82 (2091): 26–61. Bibcode : 1935ApJ .... 82 ... 26M . DOI : 10.1086 / 143655 . PMID  17816642 .
  • Ньюкомб, S (1886). «Скорость света» . Природа . 34 (863): 29–32. Bibcode : 1886Natur..34 ... 29. . DOI : 10.1038 / 034029c0 .
  • Перротин, J (1900). "Sur la vitesse de la lumière". Comptes rendus de l'Académie des Sciences (на французском языке). 131 : 731–34.

Современные ссылки

  • Бриллюэн, L (1960). Распространение волн и групповая скорость . Академическая пресса .
  • Джексон, JD (1975). Классическая электродинамика (2-е изд.). Джон Вили и сыновья. ISBN 978-0-471-30932-1.
  • Кейзер, G (2000). Оптоволоконная связь (3-е изд.). Макгроу-Хилл. п. 32 . ISBN 978-0-07-232101-2.
  • Нг, YJ (2004). «Квантовая пена и феноменология квантовой гравитации» . В Амелино-Камелии, G; Ковальски-Гликман, Дж. (Ред.). Эффекты планковского масштаба в астрофизике и космологии . Springer. стр. 321 и далее. ISBN 978-3-540-25263-4.
  • Helmcke, J; Риле, Ф (2001). «Физика, лежащая в основе определения счетчика» . В Куинн, TJ; Leschiutta, S; Тавелла, П. (ред.). Последние достижения метрологии и фундаментальных констант . IOS Press . п. 453. ISBN. 978-1-58603-167-1.
  • Дафф, MJ (2004). «Прокомментируйте изменение фундаментальных констант во времени». arXiv : hep-th / 0208093 .

внешняя ссылка

  • Скорость света (физика) в Британской энциклопедии
  • "Проверка скорости света в вакуумной трубке длиной в милю". Popular Science Monthly , сентябрь 1930 г., стр. 17–18.
  • Определение счетчика (Международное бюро мер и весов, BIPM)
  • Скорость света в вакууме (Национальный институт стандартов и технологий, NIST)
  • Галерея данных: скорость света Майкельсона (одномерная оценка местоположения) (загрузить данные, собранные Альбертом А. Михельсоном )
  • Subluminal (Java-апплет, демонстрирующий ограничения информации о групповой скорости)
  • Часто задаваемые вопросы по Usenet Physics
  • Де Мора Луминис в MathPages
  • Легкое обсуждение добавления скоростей
  • Скорость света (Университет Колорадо, факультет физики)
  • Скорость света (Шестьдесят символов, факультет физики Ноттингемского университета [видео])
  • Speed ​​of Light ,  обсуждение BBC Radio 4 ( в наше время , 30 ноября 2006 г.)
  • Скорость света (Live-Counter - иллюстрации)
  • Скорость света - анимационные демонстрации