С какой скоростью распространяется свет в кедровом масле


С какой скоростью распространяется свет в кедровом масле, имеющем показатель преломления...

Toggle navigation

Ответ
  • Имя пользователя или адрес электронной почты
  • Пароль
  • Запомнить
  • Вход
  • Регистрация | Я забыл свой пароль
  • Все задания и ответы
  • Популярное
  • Метки

Как быстро движется свет? | Скорость света

Скорость света в вакууме составляет 186 282 мили в секунду (299 792 километра в секунду), и теоретически ничто не может двигаться быстрее света. В милях в час скорость света очень большая: около 670 616 629 миль в час. Если бы вы могли путешествовать со скоростью света, вы могли бы облететь Землю 7,5 раз за одну секунду.

Ранние ученые, неспособные воспринимать движение света, думали, что он должен перемещаться мгновенно. Однако со временем измерения движения этих волнообразных частиц становились все более точными.Благодаря работе Альберта Эйнштейна и других мы теперь понимаем скорость света как теоретический предел: считается, что скорость света - константа, называемая «с», недостижима для чего-либо, обладающего массой, по причинам, объясненным ниже. Это не мешает писателям-фантастам и даже некоторым очень серьезным ученым придумывать альтернативные теории, которые позволили бы совершать ужасно быстрые путешествия по Вселенной.

Скорость света: история теории

Первый известный дискурс о скорости света исходит от древнегреческого философа Аристотеля, который написал свое несогласие с другим греческим ученым, Эмпедоклом.Эмпедокл утверждал, что, поскольку свет движется, ему нужно время, чтобы путешествовать. Аристотель, считавший, что свет распространяется мгновенно, не соглашался.

В 1667 году итальянский астроном Галилео Галилей стоял на холмах менее чем в миле друг от друга с двумя людьми, каждый из которых держал экранированный фонарь. Один раскрыл свой фонарь; когда второй увидел вспышку, он тоже открыл свою. Наблюдая за тем, сколько времени требуется, чтобы свет увидел первый держатель фонаря (и вычитая время реакции), он подумал, что может вычислить скорость света.К сожалению, экспериментальное расстояние Галилея менее мили было слишком мало, чтобы увидеть разницу, поэтому он смог определить только то, что свет распространялся как минимум в 10 раз быстрее звука.

В 1670-х годах датский астроном Оле Ремер использовал затмения луны Юпитера Ио в качестве хронометра скорости света, когда он сделал первое реальное измерение скорости. В течение нескольких месяцев, когда Ио проходил за гигантской газовой планетой, Ремер обнаружил, что затмения произошли позже, чем предполагали расчеты, хотя в течение нескольких месяцев они приблизились к предсказаниям.Он определил, что свету нужно время, чтобы добраться от Ио до Земли. Затмения больше всего отставали, когда Юпитер и Земля находились дальше всего друг от друга, и были по расписанию, поскольку они были ближе.

По данным НАСА, «это дало Ремеру убедительные доказательства того, что свет распространяется в космосе с определенной скоростью».

Он пришел к выводу, что свету требуется от 10 до 11 минут, чтобы пройти от Солнца до Земли, что является завышенной оценкой, поскольку на самом деле это занимает восемь минут 19 секунд. Но, наконец, у ученых появилась цифра, с которой можно было поработать - его расчет показал скорость 125 000 миль в секунду (200 000 км / с).

В 1728 году английский физик Джеймс Брэдли основал свои расчеты на изменении видимого положения звезд из-за того, что Земля совершает обход вокруг Солнца. Он оценил скорость света в 185 000 миль в секунду (301 000 км / с) с точностью до 1 процента.

Две попытки в середине 1800-х вернули проблему на Землю. Французский физик Ипполит Физо направил луч света на быстро вращающееся зубчатое колесо с зеркалом, установленным на расстоянии 5 миль, чтобы отражать его обратно к источнику.Варьируя скорость колеса, Физо мог рассчитать, сколько времени потребовалось свету, чтобы выйти из отверстия, к соседнему зеркалу и обратно через зазор. Другой французский физик Леон Фуко использовал вращающееся зеркало, а не колесо. Каждый из двух независимых методов соответствовал скорости света, измеренной сегодня, примерно на 1000 миль в секунду.

Прусский Альберт Михельсон, выросший в Соединенных Штатах, попытался повторить метод Фуко в 1879 году, но использовал большее расстояние, а также исключительно высококачественные зеркала и линзы.Его результат в 186 355 миль в секунду (299 910 км / с) был принят как самое точное измерение скорости света за 40 лет, когда Майкельсон повторно измерил его.

Интересное примечание к эксперименту Майкельсона заключалось в том, что он пытался обнаружить среду, через которую проходил свет, называемую светоносным эфиром. Вместо этого его эксперимент показал, что эфира не существует.

«Эксперимент - и работа Майкельсона - были настолько революционными, что он стал единственным человеком в истории, получившим Нобелевскую премию за очень точное невыявление чего-либо», - написал астрофизик Итан Сигал в научном блоге Forbes. Начинается с ура.«Сам эксперимент, возможно, закончился полным провалом, но то, что мы извлекли из него, было большим благом для человечества и нашего понимания Вселенной, чем любой успех!»

Эйнштейн и специальная теория относительности

В 1905 году Альберт Эйнштейн написал свою первую статью по специальной теории относительности. В нем он установил, что свет распространяется с одной и той же скоростью, независимо от того, как быстро движется наблюдатель. Даже при самых точных измерениях скорость света для наблюдателя, неподвижно стоящего на поверхности Земли, остается такой же, как и для человека, движущегося в сверхзвуковой струе над ее поверхностью.Точно так же, хотя Земля вращается вокруг Солнца, которое само движется вокруг Млечного Пути, который представляет собой галактику, путешествующую в космосе, измеренная скорость света, исходящего от нашего Солнца, будет одинаковой независимо от того, находится ли человек внутри или за пределами галактики. вычислите это. Эйнштейн подсчитал, что скорость света не зависит от времени и места.

Хотя скорость света часто называют пределом скорости Вселенной, на самом деле Вселенная расширяется еще быстрее. По словам астрофизика Пола Саттера, Вселенная расширяется со скоростью примерно 68 километров в секунду на мегапарсек, где мегапарсек равен 3.26 миллионов световых лет (подробнее об этом позже). Таким образом, кажется, что галактика на расстоянии 1 мегапарсека удаляется от Млечного Пути со скоростью 68 км / с, а галактика на расстоянии двух мегапарсеков удаляется со скоростью 136 км / с и так далее.

«В какой-то момент на каком-то непристойном расстоянии скорость переваливает за чашу весов и превышает скорость света, все из-за естественного, регулярного расширения пространства», - писал Саттер.

Далее он объяснил, что, хотя специальная теория относительности обеспечивает абсолютный предел скорости, общая теория относительности допускает более широкие расстояния.

«Галактика на дальнем краю Вселенной? Это область общей теории относительности, а общая теория относительности говорит: кого это волнует! Эта галактика может иметь любую скорость, какую только пожелает, пока она находится очень далеко, а не рядом. к твоему лицу », - написал он.

«Специальная теория относительности не заботится о скорости - сверхсветовой или иной - далекой галактики. И вам тоже».

Что такое световой год?

Расстояние, которое свет проходит за год, называется световым годом.Световой год - это мера времени и расстояния. Это не так сложно понять, как кажется. Подумайте об этом так: свет проходит от Луны к нашим глазам примерно за 1 секунду, что означает, что Луна находится на расстоянии примерно 1 световой секунды. Солнечному свету требуется около 8 минут, чтобы достичь наших глаз, поэтому солнце находится на расстоянии около 8 световых минут. Свету ближайшей звездной системы, Альфы Центавра, требуется примерно 4,3 года, чтобы добраться сюда, поэтому считается, что эта звездная система находится на расстоянии 4,3 световых года от нас.

«Чтобы получить представление о размере светового года, возьмите окружность Земли (24 900 миль), расположите ее по прямой линии, умножьте длину этой линии на 7.5 (соответствующее расстояние - одна световая секунда), затем поместите 31,6 миллиона аналогичных линий встык, - пишет исследовательский центр NASA Glenn Research на своем веб-сайте. - В результате расстояние составляет почти 6 триллионов (6 000 000 000 000) миль! »

Звезд и другие объекты за пределами нашей Солнечной системы находятся на расстоянии от нескольких световых лет до нескольких миллиардов световых лет. Таким образом, когда астрономы изучают объекты, которые находятся на расстоянии светового года или более, они видят его существующим в то время, когда свет оставили его, не таким, как если бы они стояли сегодня у его поверхности.В этом смысле все, что мы видим в далекой вселенной, буквально является историей.

Этот принцип позволяет астрономам увидеть, как выглядела Вселенная после Большого взрыва, который произошел около 13,8 миллиарда лет назад. Изучая объекты, которые находятся, скажем, на расстоянии 10 миллиардов световых лет от нас, мы видим их такими, какими они выглядели 10 миллиардов лет назад, относительно вскоре после возникновения Вселенной, а не такими, какими они выглядят сегодня.

Действительно ли скорость света постоянна?

Свет распространяется волнами и, как и звук, может замедляться в зависимости от того, через что он проходит.Ничто не может превзойти свет в вакууме. Однако, если область содержит какое-либо вещество, даже пыль, свет может искривляться при контакте с частицами, что приводит к снижению скорости.

Свет, проходящий через атмосферу Земли, движется почти так же быстро, как свет в вакууме, в то время как свет, проходящий через алмаз, замедляется менее чем вдвое. Тем не менее, он едет через жемчужину со скоростью более 277 миллионов миль в час (почти 124000 км / с) - скорость, над которой нельзя смеяться.

Можем ли мы путешествовать быстрее света?

Научная фантастика любит рассуждать об этом, потому что «скорость деформации», как широко известно, путешествие со скоростью, превышающей скорость света, позволила бы нам путешествовать между звездами во временных рамках, которые иначе были бы невозможны.И хотя это не было доказано невозможным, практичность путешествия со скоростью, превышающей скорость света, делает эту идею довольно надуманной.

Согласно общей теории относительности Эйнштейна, когда объект движется быстрее, его масса увеличивается, а длина сокращается. При скорости света такой объект имеет бесконечную массу, а его длина равна 0 - это невозможно. Таким образом, согласно теории, ни один объект не может достичь скорости света.

Это не мешает теоретикам предлагать творческие и конкурирующие теории.Некоторые говорят, что идея варповой скорости вполне возможна, и, возможно, в будущих поколениях люди будут прыгать между звездами так же, как мы путешествуем между городами сегодня. Одно из предложений могло включать космический корабль, который мог бы складывать вокруг себя пространственно-временной пузырь, чтобы превысить скорость света. В теории звучит здорово.

«Если бы капитан Кирк был вынужден двигаться со скоростью наших самых быстрых ракет, ему понадобилось бы сто тысяч лет, чтобы добраться до следующей звездной системы», - сказал Сет Шостак, астроном из «Поиска внеземного разума» (SETI). ) Институт в Маунтин-Вью, Калифорния., в интервью 2010 года сайту-партнёру Space.com LiveScience. «Итак, научная фантастика давно постулировала способ преодолеть скорость светового барьера, чтобы история могла развиваться немного быстрее».

Дополнительные ресурсы

Следите за новостями Нолы Тейлор Редд в @NolaTRedd, Facebook или Google+. Следуйте за нами в @Spacedotcom, Facebook или Google+.

.

Как быстро движется Земля?

Землянину легко поверить, что мы стоим на месте. В конце концов, мы не чувствуем никакого движения в нашем окружении. Но если вы посмотрите на небо, вы увидите свидетельство того, что мы движемся. Какова именно скорость Земли вокруг Солнца?

Некоторые из первых астрономов предположили, что мы живем в геоцентрической вселенной, что означает, что Земля находится в центре всего. Они сказали, что солнце вращается вокруг нас, что вызывает восходы и закаты - то же самое для движения Луны и планет.Но были некоторые вещи, которые не работали с этим видением. Иногда планета возвращалась в небо, прежде чем возобновить свое движение вперед.

Теперь мы знаем, что это движение - которое называется ретроградным движением - происходит, когда Земля «догоняет» другую планету на своей орбите. Например, Марс движется дальше от Солнца, чем Земля. В какой-то момент на орбитах Земли и Марса мы догоняем Красную планету и обгоняем ее. Когда мы проезжаем мимо, планета движется по небу назад.Затем он снова движется вперед после того, как мы прошли.

Связанный: Насколько велика Земля?

Еще одно свидетельство того, что солнечная система находится в центре Солнца, можно получить, наблюдая за параллаксом, или видимым изменением положения звезд относительно друг друга. В качестве простого примера параллакса поднимите указательный палец перед лицом на расстоянии вытянутой руки. Смотрите на него только левым глазом, закрыв правый глаз. Затем закройте правый глаз и посмотрите на палец левым.Видимое положение пальца меняется. Это потому, что ваши левый и правый глаза смотрят на палец под немного разными углами.

То же самое происходит на Земле, когда мы смотрим на звезды. Оборот вокруг Солнца занимает около 365 дней. Если мы посмотрим на звезду (расположенную относительно близко к нам) летом и снова посмотрим на нее зимой, ее видимое положение на небе изменится, потому что мы находимся в разных точках нашей орбиты. Мы видим звезду с разных точек зрения. С помощью небольшого количества простых вычислений, используя параллакс, мы также можем определить расстояние до этой звезды.

Как быстро мы крутимся?

Вращение Земли постоянно, но скорость зависит от того, на какой широте вы находитесь. Вот вам пример. По данным НАСА, окружность (расстояние вокруг самой большой части Земли) составляет примерно 24 898 миль (40 070 километров). (Эта область также называется экватором.) Если вы считаете, что сутки длится 24 часа, вы делите длину окружности на длину дня. Это дает скорость на экваторе около 1037 миль в час (1670 км / ч). [Как быстро путешествовать налегке?]

Однако на других широтах вы будете двигаться не так быстро.Если мы продвинемся на полпути вверх по земному шару на 45 градусов по широте (северной или южной), вы вычисляете скорость, используя косинус (тригонометрическую функцию) широты. В хорошем научном калькуляторе должна быть доступна функция косинуса, если вы не знаете, как ее вычислить. Косинус 45 равен 0,707, поэтому скорость вращения под углом 45 градусов составляет примерно 0,707 x 1037 = 733 миль в час (1180 км / ч). Эта скорость еще больше уменьшается по мере того, как вы идете дальше на север или юг. К тому времени, как вы доберетесь до Северного или Южного полюсов, ваше вращение будет действительно очень медленным - на то, чтобы повернуть его на месте, требуется целый день.

Космические агентства любят использовать вращение Земли. Например, если они отправляют людей на Международную космическую станцию, предпочтительное место для этого - недалеко от экватора. Вот почему, например, из Флориды запускаются грузовые миссии на Международную космическую станцию. Выполняя это и запускаясь в том же направлении, что и вращение Земли, ракеты получают прирост скорости, что помогает им лететь в космос.

Как быстро Земля вращается вокруг Солнца?

Вращение Земли, конечно, не единственное движение в космосе.Согласно Корнеллу, наша орбитальная скорость вокруг Солнца составляет около 67 000 миль в час (107 000 км / ч). Мы можем рассчитать это с помощью базовой геометрии.

Во-первых, мы должны выяснить, как далеко путешествует Земля. Земле требуется около 365 дней, чтобы вращаться вокруг Солнца. Орбита представляет собой эллипс, но для упрощения математики допустим, что это круг. Итак, орбита Земли - это длина окружности. По данным Международного союза астрономов, расстояние от Земли до Солнца, называемое астрономической единицей, составляет 92 955 807 миль (149 597 870 километров).Это радиус ( r ). Длина окружности равна 2 x π x r . Таким образом, за год Земля проходит около 584 миллионов миль (940 миллионов км).

Поскольку скорость равна расстоянию, пройденному за время, скорость Земли рассчитывается путем деления 584 миллионов миль (940 миллионов км) на 365,25 дня и деления полученного результата на 24 часа, чтобы получить мили в час или км в час. Итак, Земля проходит около 1,6 миллиона миль (2,6 миллиона км) в день, или 66 627 миль в час (107 226 км / ч).

Солнце и галактика тоже движутся.

Солнце имеет собственную орбиту в Млечном Пути. Солнце находится примерно в 25 000 световых лет от центра галактики, а Млечный Путь составляет не менее 100 000 световых лет в поперечнике. По данным Стэнфордского университета, мы находимся примерно на полпути от центра. Солнце и солнечная система движутся со скоростью 200 километров в секунду или со средней скоростью 448 000 миль в час (720 000 км / ч). Даже с такой высокой скоростью Солнечной системе потребуется около 230 миллионов лет, чтобы обойти весь Млечный Путь.

Млечный Путь тоже движется в космосе относительно других галактик. Примерно через 4 миллиарда лет Млечный Путь столкнется со своим ближайшим соседом, Галактикой Андромеды. Эти двое несутся навстречу друг другу со скоростью около 70 миль в секунду (112 км в секунду).

Следовательно, все во вселенной находится в движении.

Что произойдет, если Земля перестанет вращаться?

Нет никаких шансов, что вас сейчас выбросит в космос, потому что гравитация Земли настолько сильна по сравнению с ее вращением.(Это последнее движение называется центростремительным ускорением.) В самой сильной точке, которая находится на экваторе, центростремительное ускорение противодействует гравитации Земли только примерно на 0,3 процента. Другими словами, вы этого даже не замечаете, хотя на экваторе вы будете весить немного меньше, чем на полюсах.

НАСА заявляет, что вероятность остановки вращения Земли «практически равна нулю» в течение следующих нескольких миллиардов лет. Теоретически, однако, если бы Земля внезапно прекратила движение, был бы ужасный эффект.Атмосфера по-прежнему будет двигаться с исходной скоростью вращения Земли. Это означает, что все будет сметено с земли, включая людей, здания и даже деревья, верхний слой почвы и камни, добавило НАСА.

Что, если бы процесс был более постепенным? По данным НАСА, это более вероятный сценарий на протяжении миллиардов лет, поскольку Солнце и Луна влияют на вращение Земли. Это дало бы людям, животным и растениям достаточно времени, чтобы привыкнуть к изменениям. По законам физики, самое медленное, что Земля могла бы замедлить свое вращение, - это 1 оборот каждые 365 дней.Эта ситуация называется «солнечно-синхронной» и заставит одну сторону нашей планеты всегда смотреть на Солнце, а другую сторону - в противоположную сторону. Для сравнения: Земля Луна уже находится в синхронном с Землей вращении, когда одна сторона Луны всегда обращена к нам, а другая - противоположна нам.

Но вернемся на секунду к сценарию отсутствия вращения: если бы Земля полностью перестанет вращаться, возникнут некоторые другие странные эффекты, заявило НАСА. Во-первых, магнитное поле, по-видимому, исчезнет, ​​потому что считается, что оно частично генерируется спином.Мы потеряем наши красочные полярные сияния, и радиационные пояса Ван Аллена, окружающие Землю, вероятно, тоже исчезнут. Тогда Земля была бы обнажена перед яростью солнца. Каждый раз, когда он посылал выброс корональной массы (заряженные частицы) к Земле, он ударялся о поверхность и засыпал все радиацией. «Это серьезная биологическая опасность», - заявили в НАСА.

Дополнительные ресурсы

.

Может ли информация распространяться быстрее света?

Один из принципов специальной теории относительности Эйнштейна заключается в том, что ничто не может двигаться быстрее скорости света в вакууме. Скорость света считается универсальным пределом скорости для всего, и это широко признано научным сообществом. Но в науке, если вы сделаете жесткое правило, кто-то попытается его опровергнуть или, по крайней мере, найти лазейку. И скорость света не исключение.

Свет в вакууме движется со скоростью примерно 299 792 километра в секунду (186 282 мили в секунду).В сентябре 2011 года физики, работающие над проектом «Осцилляция» с помощью устройства для разрушения эмульсии (OPERA), вызвали безумие в научном сообществе, когда они объявили, что в результате их экспериментов появились субатомные частицы, называемые нейтрино, которые летят из Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН) недалеко от Женевы , Швейцария, в Национальную лабораторию Гран-Сассо недалеко от Л'Акуилы, Италия, и прибыла примерно на 60 наносекунд раньше, чем луч света. Идеи относительно того, как эти нейтрино могли действительно нарушить скорость света, или какие ошибки могли привести к невозможным результатам, было предостаточно.Наконец, проблемы с оборудованием, в том числе неплотный кабель, были обнаружены как вероятные виновники, и результаты были признаны ошибочными. Так что переписывать теории Эйнштейна не пришлось.

Объявление

Другие исследователи пытаются нарушить правила, а не нарушать их. Фактически, искривление пространства-времени - это одна из теорий о том, как можно достичь сверхсветовой скорости, превышающей скорость света, в космических путешествиях. Идея состоит в том, что пространство-время можно сжать перед космическим кораблем и расширить за ним, в то время как корабль останется неподвижным в варп-пузыре, который сам движется со скоростью, превышающей скорость света.Эта концепция была первоначально смоделирована мексиканским физиком-теоретиком Мигелем Алькубьерре в 1994 году как теоретическая возможность, но такая, которая потребовала бы количества отрицательной энергии размером со вселенную, чтобы вызвать явление. Позже он был усовершенствован до количества, размером с планету, а затем снова до количества, примерно равного размеру космического зонда «Вояджер-1». К сожалению, отрицательная энергия должна исходить из экзотической материи, которую трудно получить, и в настоящее время мы только на уровне миниатюрных лабораторных экспериментов по варп-двигателям.Математика, лежащая в основе этих теорий, основана на законах относительности, поэтому теоретически это не нарушает правил. Технология, если она когда-либо существует, также может быть использована для движения медленнее света, но намного быстрее, чем мы можем двигаться сейчас, что могло бы быть более практичным.

Космические путешествия - лишь одно из возможных применений достижения или превышения скорости света. Некоторые ученые работают над тем же для более быстрой передачи данных. Читайте дальше, чтобы узнать о текущих скоростях передачи данных и возможности получения информации со скоростью, превышающей скорость света.

.

Как работает свет | HowStuffWorks

Свет одновременно очевиден и загадочен. Каждый день мы купаемся в желтом тепле и защищаемся от темноты с помощью ламп накаливания и люминесцентных ламп. Но что такое свет? Мы можем мельком увидеть его природу, когда солнечный луч проникает сквозь пыльную комнату, когда радуга появляется после шторма или когда соломинка для питья в стакане с водой выглядит бессвязной. Однако эти проблески вызывают только новые вопросы. Распространяется ли свет как волна, луч или поток частиц? Это один цвет или много цветов, смешанных вместе? Есть ли у него частота как у звука? И каковы некоторые общие свойства света, такие как поглощение, отражение, преломление и дифракция?

Вы можете подумать, что ученые знают все ответы, но свет продолжает их удивлять.Вот пример: мы всегда считали само собой разумеющимся, что свет распространяется быстрее, чем что-либо еще во Вселенной. Затем, в 1999 году, исследователи из Гарвардского университета смогли замедлить луч света до скорости 38 миль в час (61 километр в час), пропустив его через состояние вещества, известное как конденсат Бозе-Эйнштейна. Это почти в 18 миллионов раз медленнее, чем обычно! Еще несколько лет назад никто не мог подумать, что такой подвиг возможен, но это капризный путь света. Когда вы думаете, что это выяснили, это бросает вызов вашим усилиям и, кажется, меняет свою природу.

Объявление

Тем не менее, мы прошли долгий путь в нашем понимании. Некоторые из самых ярких умов в истории науки сосредоточили свой мощный интеллект на этой теме. Альберт Эйнштейн попытался представить, каково было бы ездить на луче света. «Что, если бы кто-то побежал за лучом света?» он спросил. «Что, если бы кто-то ехал на балке?… Если бы кто-то побежал достаточно быстро, разве он больше не двигался?»

Эйнштейн, однако, забегает вперед.Чтобы понять, как работает свет, мы должны поместить его в надлежащий исторический контекст. Наша первая остановка - древний мир, где некоторые из первых ученых и философов размышляли об истинной природе этого загадочного вещества, которое стимулирует зрение и делает видимыми вещи.

.

Смотрите также


Оцените статьюПлохая статьяСредненькая статьяНормальная статьяНеплохая статьяОтличная статья (проголосовало 13 средний балл: 5,00 из 5)