Skobeltsyn Institute of Nuclear Physics
Lomonosov Moscow State University
Ученые выяснили, что скорость света в вакууме является далеко не постоянной величиной
Известно, что свет не всегда движется со скоростью света, его скорость падает при движении в воде, стекле и в других прозрачных материалах. Но новые эксперименты, проведенные учеными из университета Рочестера (University of Rochester) и университета Глазго (University of Glasgow), демонстрируют то, что фокусировка лучей или вмешательство в структуру импульсов света позволяет уменьшить скорость распространения света даже в условиях вакуума.
Скорость света в вакууме, обозначаемая литерой «c», является одной из самых главных физических констант, на которой базируется большая часть современной физики, включая и теорию относительности Эйнштейна. В прошлое время множество усилий было направлено на измерение точного значения скорости света, но сейчас достоверно известно, что скорость света в вакууме равна 299 792 458 метров в секунду. И даже длина нынешнего эталона расстояния, метра, была определена с использованием значения скорости света.
Но новые экспериментальные данные указывают на то, что скорость света в вакууме не может считаться константой. Значение константы «c» после этого можно рассматривать только в качестве верхнего предела скорости распространения света.
Группа исследователей, возглавляемая Майлзом Пэдджеттом (Miles Padgett), ученым в области оптической физики из университета Глазго, продемонстрировала эффект замедления скорости света на примере двух фотонов, которые были идентичны друг другу, за исключением их структуры. Хотя этот эффект практически не заметен в повседневной жизни и не имеет существенного влияния на множество технологий, его наличие выдвигает на первый план ранее неизвестные фундаментальные тонкости поведения света.
Демонстрация эффекта замедления скорости света была проведена при помощи оптического устройства, синхронно излучающего пары фотонов. Один из фотонов был направлен в оптическое волокно, а второй пропускался через несколько оптических устройств, которые производили изменения его волновой структуры. Оптическое волокно выполняло роль линии задержки для первого фотона, а его длина была такой, что вышедший из него фотон снова двигался рядом с фотоном, претерпевшим структурные изменения.
Если бы волновая структура фотона не влияла бы на скорость его движения в вакууме, то оба фотона поразили поверхность специального быстродействующего светочувствительного датчика в один и тот же момент времени. Но, проведенные измерения показали, что фотон света, претерпевший структурные изменения, отстал от оригинального фотона на несколько микрометров на одном метре дистанции.
«Я не удивлен тем, что данный эффект существует» — рассказывает Роберт Бойд (Robert Boyd), ученый-физик из университета Рочестера, — «Удивительно то, что этот эффект является настолько сильным и его никто не заметил до этого времени».
«Полученные нами результаты не затронут областей науки и техники, в которых используется постоянный свет от лазеров или других источников» — рассказывает Майлз Пэдджетт, — «Но вот физики, которые в своей работе используют сверхкороткие импульсы, будут вынуждены учитывать вероятность изменения скорости света в своих исследованиях».
- Post type: Science News
С какой скоростью движутся фотоны в вакууме?
Пожалуйста, войдите или зарегистрируйтесь для публикации ответа на этот вопрос.
решение вопроса
Связанных вопросов не найдено
Обучайтесь и развивайтесь всесторонне вместе с нами, делитесь знаниями и накопленным опытом, расширяйте границы знаний и ваших умений.
- Все категории
- экономические 43,679
- гуманитарные 33,657
- юридические 17,917
- школьный раздел 612,713
- разное 16,911
Популярное на сайте:
Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах.
Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте.
Как быстро и эффективно исправить почерк? Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.
Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью.
- Обратная связь
- Правила сайта
Два фотона движутся в вакууме навстречу друг другу. Чему равна скорость их сближения?
Т. е. если взять за точку отсчета фотон №1, то с какой скоростью к нему будет приближаться фотон №2
например 2 человека идут навстречу друг другу. каждый со скоростью 5 км/ч, скорость их сближения 10 км/ч!
относительно чего вообще измеряют скорость света?
возьмем тело покоящееся в вакууме, фотон относительно него движется со скоростью света (в вакууме) , в этом же вакууме движется тело навстречу источнику света допустим со скоростью 1 метр в секунду. выходит если его взять за точку отсчета то скорость фотона будет с+1 метр в секунду, то есть больше скорости света. .
а если два фотона летят навстречу друг другу то скорость их сближения в 2 раза больше скорости света по-идее, чего невозможно. .
меня этот вопрос мучает с 10 класса))
Дополнен 12 лет назад
получается скорость света в вакууме непостоянна? и скорость света — не предел? по логике предел — 2с. .
а если фотоны летят параллельно, выходит вообще покоятся относительно друг друга
(как если человек сидит в движущемся авто)
Лучший ответ
скорость их сближения — точное определение плиз
С точки зрения внешнего наблюдателя — 2с.
С точки зрения каждого из них — бесконечность. Для фотона время не движется.
Остальные ответы
Фотоны — это не совсем физические частицы, чувак. Их скорость сближения — скорость света
скорости света- это относительная скорость твоих волн
двум скоростям света. одна скорость света—если-бы они шли параллельно .
Скорость зависит от ЖЕЛАНИЯ фотонов.
Ответ зависит от СО — системы отсчёта, в которой происходят измерения. Если её собственная скорость параллельна линии движения квантов, то скорость сближения постоянно будет равна 2c, т. е. удвоенной световой. Если скорость СО имеет перпендикулярную составляющую, то наблюдатель зафиксирует уменьшение скорости их взаимного сближения. Это будет попросту потому, что с его точки зрения, кванты будут двигаться отнюдь не навстречу друг другу, а уже под некоторым углом, зависящим от скорости СО. Разумеется, в любой СО скорость каждого кванта всегда равна с.
Говорить о «точке зрения фотона» может только любитель (99.9% населения) , т. к. физик тут ничего не скажет.
Выскажусь грубо, но по существу. Не майтейсь дурью.
Любая система отсчета подразумевает несколько реперных, сравнительно неподвижных тел. Можно взять за основу Солнце, Землю и Галактику и отсчитвать положение относительно них. Фотон движется со скоростью света, поэтому никакая инециальная система отсчета относительно фотона невозможна. Формально, согласно преобразрваниям Лоренца любой фотон летит навстречу другому со скрорстью света, но смысла от такого формализма мало.
Если вас этот вопрос с 10 класса мучает — то это просто значит, что десятый класс вы ПРОГУЛЯЛИ, поскольку преобразования Лоренца в школе как-то всё-таки учат!
Зря переживал. Запрет касается только передачи информации. Все остальные сигналы не переносящие информации могут двигаться с произвольными скоростями.
Примеров много, например, солнечный зайчик от зеркала может двигаться значительно быстрее скорости света, но он не переносит информацию от точек по-которым движется. Поэтому скорость сближения может быть выше скорости света. Можно рассматривать даже не фотоны, а частицы со скоростями близкими к световой, скорость их сближения будет для постороннего наблюдателя 2V, близкой к двойной световой. Но для каждой из частиц приближение другой будет со скоростью меньше световой — по формуле. Если всё-таки интересуют фотоны, то можно перейти к пределу, а так как у нас все функции непрерывны и гладки, то получим соответственно скорости 2c и c. Что бы там не писали другие отвечающие.
Да, писать кванты, фотоны и др неправильно, так как это КМ. Надо писать световой сигнал.
Фотон движется со скоростью света только относительно тел обладающих массой покоя. Фотон относительно фотона вообще не движется.
Спросите Итана: всегда ли свет движется с одной и той же скоростью?
На изображении центра галактики в нескольких диапазонах длин волн видно такие источники излучения, как звёзды, газ, чёрные дыры, и т.д. Но свет, исходящий от всех этих источников, от гамма-излучения до видимого и радиодиапазона, всегда движется через пустое пространство с одной и той же скоростью: скоростью света в вакууме
Неважно, насколько быстро вы двигаетесь, одну вещь вы никогда не сможете поймать: свет. Скорость света — не только максимальная скорость, с которой во Вселенной может что-либо перемещаться, она ещё считается универсальной постоянной. Включаем ли мы фонарик, смотрим ли на Луну или Солнце, или измеряем параметры галактики, находящейся в миллиардах световых лет от нас, скорость света — единственное, что остаётся неизменным. Но всегда ли это так? Именно это хочет узнать наш читатель:
Движется ли свет с одной и той же скоростью всё время? Если его что-либо замедлит, останется ли он замедленным после того, как это влияние исчезнет? Разгонится ли он обратно до скорости света?
Начнём с того, что собой представляет свет на фундаментальном уровне: кванты.
Колеблющиеся в одной фазе электрические и магнитные поля, распространяющиеся со скоростью света, определяют электромагнитное излучение. Мельчайшая единица электромагнитного излучения, квант, известна под названием фотон.
Свет может быть непохожим на частицы, если вы наблюдаете за таким источником света, как лампочка, фонарик, лазерная указка или Солнце — но это всё оттого, что мы не умеем видеть его отдельные частицы. Если мы вместо наших глаз будем использовать электронные фотодетекторы, мы обнаружим, что весь свет Вселенной состоит из одних и тех же частиц, или квантов — фотонов. У него есть несколько свойств, одинаковых для всех фотонов:
- масса, равная 0;
- скорость, всегда равная с, скорости света;
- спин, мера внутреннего углового момента, всегда равный 1;
Шкалы размера, длины волны и температуры/энергии, соответствующие различным частям электромагнитного спектра
Через вакуум космоса, вне зависимости от энергии, они всегда перемещаются со скоростью света. И неважно, как быстро вы будете пытаться двигаться вслед за светом, или по направлению к нему: наблюдаемая вами скорость фотонов всегда будет одной и той же. Вместо скорости изменяться будет их энергия. Двигайтесь по направлению к свету, и он будет казаться более синим, и его энергия будет больше. Двигайтесь от него, и он будет казаться красным, и его энергия будет меньше. Но вне зависимости от того, как двигаетесь вы, как двигается свет, как вы меняете энергию — скорость света не изменится. Фотон самой высокой или самой низкой из всех наблюдаемых энергий всегда будет двигаться с одной и той же скоростью.
Все безмассовые частицы движутся со скоростью света, включая фотоны, глюоны и гравитационные волны, переносящие соответственно электромагнитные, сильные ядерные и гравитационные взаимодействия
Но если вы захотите перейти от вакуума в некий материал, свет можно будет замедлить. Любой материал, прозрачный для света, позволит фотонам перемещаться внутри него — будь то вода, акриловая смола, кристаллы, стекло, и даже воздух. Но поскольку в этих материалах есть заряженные частицы — электроны — они будут взаимодействовать с фотонами, и таким образом замедлять их. Свет, хотя он и не имеет заряда, ведёт себя, как волна. Фотон, двигаясь в пространстве, вызывает колебания электрического и магнитного полей, из-за чего может взаимодействовать с заряженными частицами. Эти взаимодействия замедляют его, заставляя двигаться со скоростью, меньшей, чем скорость света, пока он движется в среде.
Поведение белого света, проходящего через призму, демонстрирует, как свет разных энергий движется с разными скоростями в среде — но не в вакууме
У разных фотонов будет разная энергия, а значит, их электрические и магнитные поля будут колебаться с разной частотой. В вакууме скорость разных видов света одинаковая, а в среде может отличаться. Просветите белым светом, состоящим из всех цветов, каплю воды или призму, и фотоны больших энергий замедлятся сильнее, чем фотоны меньших, что заставит свет разделиться на цвета.
Основная (яркая) и вторичные (тусклые) радуги появляются из-за взаимодействия солнечного света и капель воды, а дополнительные — из-за отражений в воде. Цвета разделяются из-за разной скорости фотонов разных энергий, движущихся в среде — в данном случае, в воде
Именно так свет, проходя через капли воды, создаёт радугу — фотоны разных энергий взаимодействуют с заряженными частицами среды, и замедляются по-разному.
Множественные отражения света в капле воды приводят к разделению света под разными углами, когда красный свет в водной среде движется быстрее, а фиолетовый — медленнее.
Важно помнить, что при этом никакие свойства света не меняются. Он не теряет энергию, не меняет присущих ему внутренних свойств, ни во что не превращается. Меняется только окружающее его пространство. Когда этот свет покидает среду и возвращается в вакуум, он вновь движется со скоростью света в вакууме: 299 792 458 метров в секунду. На самом деле сами определения расстояний и времени — метра и секунды — рассчитываются через скорость света. Атомы могут поглощать или испускать свет, в зависимости от переходов электронов внутри атомов.
Атомный переход с орбитали 6s, Δf1, определяет метр, секунду и скорость света
У цезия, 55-й элемента таблицы Менделеева, есть 55 электронов в едином, стабильном, нейтральном атоме. Первые 54 электрона обычно существуют в состоянии с наименьшей энергией, но у 55-го есть два возможных уровня энергии, которые он может занимать, расположенные чрезвычайно близко друг к другу. Если он переходит с того, что чуть выше, на тот, что чуть ниже, то энергия перехода переходит фотону с совершенно определённой энергией. Если взять 9 192 631 770 циклов этого фотона, то получится 1 секунда. Если взять расстояние, которое он пройдёт за 30,663319 циклов (9 192 631 770 / 299 792 458), то получится 1 метр.
Из этого следует удивительно глубокая вещь: пока атомы по всей Вселенной совершенно одинаковы, наше определение времени, расстояния и скорости света не изменятся, вне зависимости от того, в какой точке Вселенной мы их применяем.
Неважно, как далеко мы заглянем во Вселенную, физика, управляющая атомами, и определяющая длину, время и скорость света, останется неизменной
Итак, что же мы узнали в итоге?
- Свет, вне зависимости от того, высока или низка его энергия, всегда движется со скоростью света, пока он движется в вакууме пустого пространства.
- Никакие изменения вашего движения или движения света не меняют эту скорость.
- Отправляя свет в среду, отличную от вакуума, можно изменить его скорость, пока он движется в этой среде.
- Свет разных энергий будет менять скорость по-разному, в зависимости от свойств среды.
- Покинув среду и вернувшись в вакуум, свет снова начинает двигаться со скоростью света.
- Согласно нашим познаниям и лучшим измерениям, скорость света сохраняется на отметке 299 792 458 м/с во всех местах и во все времена Вселенной.
Итан Сигель – астрофизик, популяризатор науки, автор блога Starts With A Bang! Написал книги «За пределами галактики» [Beyond The Galaxy], и «Трекнология: наука Звёздного пути» [Treknology].