Lysets hastighed

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 4. april 2022; checks kræver 24 redigeringer .

nøjagtige værdier
sollys kræves i gennemsnit [Red. 1] 8 minutter 17 sekunder for at nå Jorden
meter i sekundet	299 792 458
Planck enheder	en
omtrentlige værdier
kilometer i sekundet	300.000
kilometer i timen	1,08 mia
astronomiske enheder pr. dag	173
omtrentlig rejsetid for signallyset
afstand	tid
en meter	3,3 ns
en kilometer	3,3 µs
fra geostationær bane til Jorden	119 ms
længden af jordens ækvator	134 ms
fra månen til jorden	1.255 s
fra Solen til Jorden (1 AU )	8,3 min.
Voyager 1 til Jorden	21 timer 49 minutter (pr. september 2022) [1]
et lysår	1 år
en parsec	3,26 år
fra Proxima Centauri til Jorden	4,24 år
fra Alpha Centauri til Jorden	4,37 år
fra nærmeste galakse ( Dværggalaksen i Canis Major ) til Jorden	25.000 år
gennem mælkevejen	100.000 år
fra Andromedagalaksen til Jorden	2,5 ma
fra den fjerneste kendte galakse til Jorden	13,4 Ga [2]

Lysets hastighed i et vakuum [ca. 2] er den absolutte værdi af udbredelseshastigheden af elektromagnetiske bølger , nøjagtigt lig med 299.792.458 m/s (eller ca. 3×10 8 m/s). I fysik er det traditionelt betegnet med det latinske bogstav " " $c$ (udtales "tse"), fra lat. celeritas (hastighed).

Lysets hastighed i vakuum er en fundamental konstant , uafhængig af valget af inertial referencesystem (ISO) . Det refererer til de fundamentale fysiske konstanter, der ikke kun karakteriserer individuelle legemer eller felter, men egenskaberne af rum- tidsgeometrien som helhed [3] . Fra kausalitetspostulatet (enhver begivenhed kan kun påvirke begivenheder, der indtræffer senere end den, og kan ikke påvirke begivenheder, der fandt sted før den [4] [5] [6] ) og postulatet fra den særlige relativitetsteori om uafhængigheden af lyshastighed i vakuum fra valg af inertiereferenceramme (lyshastigheden i vakuum er den samme i alle koordinatsystemer, der bevæger sig retlinet og ensartet i forhold til hinanden [7] ) det følger, at hastigheden af ethvert signal og elementarpartikel ikke kan overstige lysets hastighed [8] [9] [6] . Således er lysets hastighed i vakuum den begrænsende hastighed af partikler og udbredelse af interaktioner.

I et vakuum

Den mest nøjagtige måling af lysets hastighed, 299.792.458 ± 1,2 m / s , baseret på en referencemåler , blev foretaget i 1975 [Note. 3] .

I øjeblikket antages det, at lysets hastighed i vakuum er en fundamental fysisk konstant , per definition, nøjagtigt lig med 299.792.458 m/s eller 1.079.252.848,8 km/t . Værdiens nøjagtighed skyldes , at måleren i International System of Units (SI) siden 1983 er blevet defineret som den afstand, som lyset rejser i vakuum i et tidsinterval svarende til 1/299.792.458 sekunder [11] .

I Planck-enhedssystemet er lysets hastighed i et vakuum 1. Vi kan sige, at lys rejser 1 Planck-længde i Planck-tid , men i Planck-enhedssystemet er lysets hastighed grundenheden, og enhederne af tid og afstand er afledte (i modsætning til SI , hvor de vigtigste er måleren og den anden ). $c$

I naturen, med lysets hastighed, forplanter de sig (i et vakuum):

faktisk synligt lys , såvel som andre typer elektromagnetisk stråling ( radiobølger , røntgenstråler , gammastråler osv.). Maxwells love forudsiger udbredelsen af elektromagnetiske bølger i et vakuum med en hastighed , hvor og er de elektriske og magnetiske konstanter ; ${\displaystyle c=1/{\sqrt {\epsilon _{0}\mu _{0))))$ $\epsilon_0$ $\mu_{0}$
formentlig - gravitationsbølger (eksperimentelt bekræftet med en nøjagtighed på -3 × 10 -15 til +0,7 × 10 -15 , dvs. kompatibel med nul inden for fejlen [12] ).

Massive partikler kan have en hastighed, der nærmer sig meget tæt på lysets hastighed [Bemærk. 4] , men når det stadig ikke præcist. For eksempel har nærlyshastighed, kun 3 m/s mindre end lysets hastighed, massive partikler ( protoner ) opnået ved acceleratoren ( Large Hadron Collider ) eller inkluderet i kosmiske stråler .

I moderne fysik anses udsagnet om, at en kausal virkning ikke kan overføres med en hastighed, der er større end lysets hastighed i et vakuum (inklusive gennem overførsel af en sådan effekt af en fysisk krop) for velbegrundet. Der er imidlertid problemet med " sammenfiltrede tilstande " af partikler, som ser ud til at "kende" hinandens tilstand øjeblikkeligt . Men i dette tilfælde forekommer superluminal transmission af information ikke , da det for at transmittere information på denne måde er nødvendigt at involvere en ekstra klassisk transmissionskanal ved lysets hastighed [Note. 5] .

Selvom det i princippet er meget muligt at bevæge nogle objekter med en hastighed, der er større end lysets hastighed i et vakuum, kan disse fra et moderne synspunkt dog kun være objekter, der ikke kan bruges til at overføre information med deres bevægelse. (f.eks. kan en solstråle i princippet bevæge sig langs væggen med en hastighed, der er større end lysets hastighed, men den kan ikke bruges til at overføre information med en sådan hastighed fra et punkt på væggen til et andet) [13] .

I et gennemsigtigt miljø

Lysets hastighed i et gennemsigtigt medium er den hastighed, hvormed lyset bevæger sig i et andet medium end vakuum . I et medium med dispersion skelnes fase og gruppehastighed .

Fasehastigheden relaterer frekvensen og bølgelængden af monokromatisk lys i et medium ( ). Denne hastighed er normalt (men ikke nødvendigvis) mindre end . Forholdet mellem lysets hastighed i vakuum og lysets fasehastighed i et medium kaldes mediets brydningsindeks . Hvis vinkelfrekvensen af en bølge i et medium afhænger af bølgetallet på en ikke-lineær måde, så er gruppehastigheden lig med den første afledede , i modsætning til fasehastigheden . [fjorten] $\lambda ={\frac {c}{\nu }}$ $c$ $\omega$ $k$ ${\frac {\partial \omega }{\partial k))$ ${\frac {\omega }{k))$

Gruppelysets hastighed er defineret som hastigheden af udbredelsen af slag mellem to bølger med en lignende frekvens og i et ligevægtsmedium er altid mindre . I ikke-ligevægtsmedier, for eksempel stærkt absorberende medier, kan den dog overstige . I dette tilfælde bevæger forkanten af pulsen sig dog stadig med en hastighed, der ikke overstiger lysets hastighed i vakuum. Som følge heraf forbliver superluminal transmission af information umulig. $c$ $c$

Armand Hippolyte Louis Fizeau beviste erfaringsmæssigt , at bevægelsen af et medium i forhold til en lysstråle også kan påvirke lysets udbredelseshastighed i dette medium.

Afledning af lysets hastighed fra Maxwells ligninger

Maxwells ligninger i differentialform:

$\operatorname {rot} \mathbf {E} =-{\frac {\partial \mathbf {B} }{\partial t))$

$\operatorname {rot} \mathbf {H} =\mathbf {j} +{\frac {\partial \mathbf {D} }{\partial t))$

$\operatørnavn {div} \mathbf {B} =0$

$\operatørnavn {div} \mathbf {D} =\rho$

$\mathbf {B} =\mu \mu _{0}\mathbf {H}$

$\mathbf {D} =\varepsilon \varepsilon _{0}\mathbf {E}$

$\mathbf {E}$ - elektrisk feltstyrkevektor

$\mathbf {H}$ - magnetisk feltstyrkevektor

$\mathbf {B}$ - magnetisk induktionsvektor

$\mathbf {D}$ - vektor elektrisk induktion

$\mu$ - magnetisk permeabilitet

$\mu_{0}$ - magnetisk konstant

$\varepsilon$ - elektrisk permeabilitet

$\varepsilon_{0}$ - elektrisk konstant

$\mathbf {j}$ - strømtæthed

$\rho$ - ladningstæthed

$\operatørnavn{rot}$ - rotor , differentialoperatør, $\operatorname {rot} \mathbf {E} =\mathbf {\nabla } \times \mathbf {E} ={\begin{vmatrix}\mathbf {i} &\mathbf {j} &\mathbf {k } \\{\frac {\partial }{\partial x))&{\frac {\partial }{\partial y))&{\frac {\partial }{\partial z))\\E_{x} &E_{y}&E_{z}\end{vmatrix}}=\left({\frac {\partial E_{z}}{\partial y}}-{\frac {\partial E_{y}}{\partial z}}\right)\mathbf {i} +\left({\frac {\partial E_{x}}{\partial z}}-{\frac {\partial E_{z}}{\partial x}} \right)\mathbf {j} +\left({\frac {\partial E_{y}}{\partial x}}-{\frac {\partial E_{x}}{\partial y}}\right) \mathbf {k}$

$\operatørnavn {div}$ - divergens , differentialoperator, $\operatorname {div} \mathbf {E} =\nabla \cdot \mathbf {E} ={\frac {\partial E_{x}}{\partial x}}+{\frac {\partial E_{ y}}{\partial y}}+{\frac {\partial E_{z}}{\partial z}}$

$\Delta$ er Laplace-operatøren, , $\Delta ={\frac {\partial ^{2}}{\partial x^{2}}}+{\frac {\partial ^{2}}{\partial y^{2}}}+ {\frac {\partial ^{2}}{\partial z^{2}}}$ $\Delta \mathbf {E} =\Delta E_{x}\mathbf {i} +\Delta E_{y}\mathbf {j} +\Delta E_{z}\mathbf {k}$

For en elektromagnetisk bølge , derfor: $\mathbf {j} =0$ $\rho =0$

$\operatorname {rot} \mathbf {H} ={\frac {\partial \mathbf {D} }{\partial t))$

$\operatørnavn {div} \mathbf {D} =\varepsilon \varepsilon _{0}\operatørnavn {div} \mathbf {E} =0$

Ifølge egenskaben af vektorfeltkrøllen . Ved at erstatte her og , får vi: $\operatørnavn {rot} \operatørnavn {rot} \mathbf {E} =\mathbf {\operatørnavn {grad} } (\operatørnavn {div} \mathbf {E} )-\Delta E$ $\operatorname {rot} \mathbf {E} =-{\frac {\partial \mathbf {B} }{\partial t))$ $\operatørnavn {div} \mathbf {E} =0$

$\operatorname {rot} \left(-{\frac {\partial \mathbf {B} }{\partial t))\right)=-\Delta \mathbf {E}$

$\Delta \mathbf {E} =\operatørnavn {rot} {\frac {\partial \mathbf {B} }{\partial t))$

$\Delta \mathbf {E} ={\frac {\partial }{\partial t))\operatørnavn {rot} \mathbf {B}$

$\Delta \mathbf {E} =\mu \mu _{0}{\frac {\partial }{\partial t))\operatørnavn {rot} \mathbf {H}$ erstatter vi her fra Maxwells ligninger , får vi: $\operatorname {rot} \mathbf {H} ={\frac {\partial \mathbf {D} }{\partial t))$

$\Delta \mathbf {E} =\mu \mu _{0}{\frac {\partial }{\partial t))\left({\frac {\partial \mathbf {D} }{\partial t}}\right)$

$\Delta \mathbf {E} =\mu \mu _{0}{\partial ^{2}\mathbf {D} \over \partial t^{2))$

$\Delta \mathbf {E} =\mu \mu _{0}\varepsilon \varepsilon _{0}{\partial ^{2}\mathbf {E} \over \partial t^{2))$ [3] (1)

Bølgeligning:

$\square \mathbf {E} =0$ , hvor er d'Alembert-operatøren , $\square$ $\square =\Delta -{\frac {1}{v^{2}}}{\frac {\partial ^{2}}{\partial t^{2}}}$

$\Delta \mathbf {E} -{\frac {1}{c^{2}}}{\frac {\partial ^{2}\mathbf {E} }{\partial t^{2}} }=0$

$\Delta \mathbf {E} ={\frac {1}{c^{2}}}{\frac {\partial ^{2}\mathbf {E} }{\partial t^{2}} }$ (2)

Vi erstatter (1) i (2) , vi finder hastigheden:

${\displaystyle c=1/{\sqrt {\mu \mu _{0}\epsilon \epsilon _{0))))$

$\epsilon _{0}=8{,}854\;187\;812\ gange 10^{-12}$ s A /m kg $^{4}$ $^{2}$ $^{3}$

$\mu _{0}=1{,}256\;637\;062\ gange 10^{-6}$ kg m/s A $^{2}$ $^{2}$

i et vakuum , $\mu=1$ $\varepsilon =1$

$c=299\;792\;458$ Frk

Grundlæggende rolle i fysik

Den hastighed, hvormed lysbølger udbreder sig i vakuum, afhænger ikke af bølgekildens bevægelse eller af observatørens referenceramme [Note. 6] . Einstein postulerede en sådan invarians af lysets hastighed i 1905 [15] . Han kom til denne konklusion på grundlag af Maxwells teori om elektromagnetisme og bevis for fraværet af en lysende æter [16] .

Invariansen af lysets hastighed bekræftes uvægerligt af mange eksperimenter [17] . Det er kun muligt eksperimentelt at verificere, at lyshastigheden i et "tosidet" eksperiment (f.eks. fra en kilde til et spejl og omvendt) ikke afhænger af referencerammen, da det er umuligt at måle lysets hastighed i én retning (f.eks. fra en kilde til en fjernmodtager) uden yderligere aftaler om, hvordan man synkroniserer urene på kilden og modtageren. Men hvis vi bruger Einsteins synkronisering til dette, bliver lysets envejshastighed per definition lig med tovejshastigheden [18] [19] .

Speciel relativitetsteori udforsker konsekvenserne af invarians under den antagelse, at fysikkens love er de samme i alle inertielle referencerammer [20] [21] . En af konsekvenserne er, at - dette er den hastighed, hvormed alle masseløse partikler og bølger (især lys) skal bevæge sig i vakuum. $c$ $c$

Særlig relativitetsteori har mange eksperimentelt verificerede implikationer, der er kontraintuitive [22] . Sådanne konsekvenser omfatter: masse-energi-ækvivalens , længdesammentrækning (krympning af objekter, når de bevæger sig) [Note. 7] og tidsudvidelse (bevægelige ure kører langsommere). Koefficienten, der viser, hvor mange gange længden forkortes og tiden sænkes, er kendt som Lorentz-faktoren ( Lorentz-faktoren) $(E_{0}=mc^{2})$ $\gamma$

\gamma ={\frac {1}{\sqrt {1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}},

hvor er objektets hastighed. For hastigheder, der er meget mindre end (f.eks. for de hastigheder, vi beskæftiger os med i hverdagen), er forskellen mellem og 1 så lille, at den kan negligeres. I dette tilfælde er speciel relativitet godt tilnærmet af galilæisk relativitet. Men ved relativistiske hastigheder øges forskellen og har en tendens til uendelig, når man nærmer sig . $v$ $c$ $\gamma$ $v$ $c$

Kombination af resultaterne af speciel relativitet kræver, at to betingelser er opfyldt: (1) rum og tid er en enkelt struktur kendt som rumtid (hvor de forbinder rum- og tidsenhederne), og (2) fysiske love opfylder kravene til en speciel symmetri kaldet Lorentz-invarians (Lorentz-invarians), hvis formel indeholder parameteren [25] . Lorentz-invarians er allestedsnærværende i moderne fysiske teorier såsom kvanteelektrodynamik , kvantekromodynamik , standardmodellen for partikelfysik og generel relativitetsteori . Parameteren findes således gennem moderne fysik og optræder på mange måder, som ikke har noget med lyset selv at gøre. For eksempel antyder generel relativitetsteori, at tyngdekraften og gravitationsbølger forplanter sig med hastigheder [26] [27] . I ikke-inertielle referencerammer (i gravitationelt buet rum eller i referencerammer, der bevæger sig med acceleration), er den lokale lyshastighed også konstant og lig med , men lysets hastighed langs en bane af begrænset længde kan afvige fra afhængigt af, hvordan rummet og tid er defineret [28] . $c$ $c$ $c$ $c$ $c$ $c$

Fundamentale konstanter, såsom , anses for at have samme værdi gennem rum-tid, det vil sige, at de ikke er afhængige af sted og ændrer sig ikke med tiden. Nogle teorier tyder dog på, at lysets hastighed kan ændre sig over tid [29] [30] . Indtil videre er der ingen afgørende beviser for sådanne ændringer, men de forbliver genstand for forskning [31] [32] . $c$

Derudover menes det, at lysets hastighed er isotropisk, det vil sige, at den ikke afhænger af udbredelsesretningen. Observationer af emissionen af kerneenergiovergange som funktion af orienteringen af kerner i et magnetfelt (Googs-Drever-eksperimentet), samt af roterende optiske hulrum ( Michelson-Morley-eksperimentet og dets nye variationer), har påført alvorlige begrænsninger på muligheden for tosidet anisotropi [33] [34] .

I en række naturlige enhedssystemer er lysets hastighed en måleenhed for hastighed [35] . I Planck-enhedssystemet , også relateret til naturlige systemer, fungerer det som en hastighedsenhed og er en af systemets grundlæggende enheder.

Øvre hastighedsgrænse

Ifølge den særlige relativitetsteori er energien af et objekt med hvilemasse og hastighed , hvor er Lorentz-faktoren defineret ovenfor. Når lig med nul, er det lig med én, hvilket fører til den velkendte formel for ækvivalens af masse og energi . Da faktoren nærmer sig uendeligheden, når den nærmer sig , vil acceleration af et massivt objekt til lysets hastighed kræve uendelig energi. Lysets hastighed er den øvre hastighedsgrænse for genstande med hvilemasse, der ikke er nul. Dette er eksperimentelt blevet fastslået i mange relativistiske energi- og momentumtests [36] . $m$ $v$ $\gamma mc^{2}$ $\gamma$ $v$ $\gamma$ $E=mc^{2}$ $\gamma$ $v$ $c$

Generelt kan information eller energi ikke transmitteres gennem rummet hurtigere end lysets hastighed. Et argument for dette følger af den kontraintuitive konklusion af speciel relativitet kendt som samtidighedens relativitet . Hvis den rumlige afstand mellem to begivenheder A og B er større end tidsintervallet mellem dem, ganget med , så er der referencerammer, hvor A går forud for B, og andre, hvor B går forud for A, og også dem, hvor begivenhederne A og B er samtidige. Som et resultat, hvis et objekt bevægede sig hurtigere end lysets hastighed i forhold til en eller anden inertiereferenceramme, ville det i en anden referenceramme rejse tilbage i tiden, og kausalitetsprincippet ville blive overtrådt [Note. 8] [38] . I en sådan referenceramme kunne "virkningen" observeres før dens "oprindelige årsag". En sådan krænkelse af kausalitet er aldrig blevet observeret [19] . Det kan også føre til paradokser såsom tachyon-antistoftelefonen [39] . $c$

Historie om målinger af lysets hastighed

Gamle videnskabsmænd, med sjældne undtagelser, anså lysets hastighed for at være uendelig [40] . I moderne tid blev dette spørgsmål genstand for diskussion. Galileo og Hooke antog, at den var begrænset, selvom den var meget stor, mens Kepler , Descartes og Fermat stadig argumenterede for lysets hastigheds uendelighed.

Det første skøn over lysets hastighed blev lavet af Olaf Römer ( 1676 ). Han bemærkede, at når Jorden er længere fra Jupiter i sin bane , er Jupiters formørkelser af Jupiters måne Io forsinket med 22 minutter sammenlignet med beregninger . Ud fra dette udledte han en værdi for lysets hastighed på omkring 220.000 km/s — en upræcis værdi, men tæt på den sande værdi. I 1676 lavede han en rapport til Paris-akademiet, men offentliggjorde ikke sine resultater i et formelt videnskabeligt papir. Derfor accepterede det videnskabelige samfund ideen om lysets endelige hastighed kun et halvt århundrede senere [41] , da opdagelsen af aberration i 1728 tillod J. Bradley at bekræfte endeligheden af lysets hastighed og forfine dens skøn. Værdien opnået af Bradley var 308.000 km/s [42] [43] .

For første gang blev målinger af lysets hastighed, baseret på at bestemme den tid, det tager lys at rejse en nøjagtigt målt afstand under terrestriske forhold, udført i 1849 af A. I. L. Fizeau . I sine eksperimenter brugte Fizeau den af ham udviklede "afbrydelsesmetode", mens den afstand, som lyset rejste i Fizeaus eksperimenter, var 8,63 km . Den opnåede værdi som resultat af de udførte målinger viste sig at være 313.300 km/s. Efterfølgende blev afbrydelsesmetoden væsentligt forbedret, og den blev brugt til målinger af M. A. Cornu (1876), A. J. Perrotin (1902) og E. Bergstrand . Målinger foretaget af E. Bergstrand i 1950 gav en værdi på 299.793,1 km/s for lysets hastighed , mens målenøjagtigheden blev øget til 0,25 km/s [42] .

En anden laboratoriemetode ("roterende spejlmetode"), hvis idé blev udtrykt i 1838 af F. Arago , blev udført i 1862 af Leon Foucault . Ved at måle korte tidsintervaller ved hjælp af et spejl, der roterer med høj hastighed ( 512 rpm ), opnåede han værdien af 298.000 km/s for lysets hastighed med en fejl på 500 km/s. Længden af basen i Foucaults eksperimenter var relativt lille - tyve meter [43] [42] [44] [45] [46] . Efterfølgende, på grund af forbedringen af den eksperimentelle teknik, en stigning i den anvendte base og en mere nøjagtig bestemmelse af dens længde, blev nøjagtigheden af målinger ved hjælp af den roterende spejlmetode øget betydeligt. Så S. Newcomb i 1891 opnåede værdien 299.810 km/s med en fejl på 50 km/s , og A. A. Michelson i 1926 formåede at reducere fejlen til 4 km/s og opnå en værdi på 299.796 km/s for hastigheden . I sine eksperimenter brugte Michelson en base svarende til 35.373,21 m [42] .

Yderligere fremskridt var forbundet med fremkomsten af masere og lasere , som er kendetegnet ved en meget høj strålingsfrekvensstabilitet, som gjorde det muligt at bestemme lysets hastighed ved samtidig at måle bølgelængden og frekvensen af deres stråling. I begyndelsen af 1970'erne nærmede fejlen ved måling af lysets hastighed 1 m/s [47] . Efter at have kontrolleret og blevet enige om resultaterne opnået i forskellige laboratorier, anbefalede XV General Conference on Weights and Measures i 1975 at bruge en værdi lig med 299 792 458 m/s som værdien af lysets hastighed i vakuum , med en relativ fejl ( usikkerhed) 4⋅10 - 9 [48] , hvilket svarer til en absolut fejl på 1,2 m/s [49] .

Det er væsentligt, at en yderligere forøgelse af målingernes nøjagtighed blev umulig på grund af omstændigheder af fundamental karakter: den begrænsende faktor var størrelsen af usikkerheden i implementeringen af definitionen af en måler, der var gældende på det tidspunkt. Enkelt sagt blev hovedbidraget til målefejlen for lyshastigheden lavet af fejlen ved "fremstilling" af målerstandarden, hvis relative værdi var 4⋅10 -9 [49] . På baggrund af dette, og også under hensyntagen til andre overvejelser, vedtog den XVII General Conference on Weights and Measures i 1983 en ny definition af måleren, baseret på den tidligere anbefalede værdi af lysets hastighed og definerer måleren som den afstand, som lyset bevæger sig i vakuum i et tidsrum svarende til 1/299 792 458 sekunder [50] .

Superluminal bevægelse

Af den specielle relativitetsteori følger det, at fysiske partiklers overskridelse af lyshastigheden (massive eller masseløse) ville krænke kausalitetsprincippet - i nogle inerti-referencerammer ville det være muligt at transmittere signaler fra fremtiden til forbi. Teorien udelukker dog ikke for hypotetiske partikler, der ikke interagerer med almindelige partikler [51] bevægelsen i rum-tid med superluminal hastighed.

Hypotetiske partikler, der bevæger sig med superluminale hastigheder, kaldes tachyoner . Matematisk beskrives bevægelsen af tachyoner ved Lorentz-transformationer som bevægelsen af partikler med en imaginær masse. Jo højere hastighed disse partikler har, jo mindre energi bærer de, og omvendt, jo tættere er deres hastighed på lysets hastighed, jo større er deres energi - ligesom energien fra almindelige partikler har tachyonernes energi en tendens til uendelig, når nærmer sig lysets hastighed. Dette er den mest åbenlyse konsekvens af Lorentz-transformationen, som ikke tillader en massiv partikel (både med reel og imaginær masse) at nå lysets hastighed – det er simpelthen umuligt at give partiklen en uendelig mængde energi.

Det skal forstås, at for det første er tachyoner en klasse af partikler, og ikke kun én slags partikler, og for det andet overtræder tachyoner ikke kausalitetsprincippet, hvis de ikke på nogen måde interagerer med almindelige partikler [51] .

Almindelige partikler, der bevæger sig langsommere end lys, kaldes tardyoner . Tardioner kan ikke nå lysets hastighed, men kan kun nærme sig den så tæt som de vil, da deres energi i dette tilfælde bliver uendelig stor. Alle tardioner har masse , i modsætning til de masseløse partikler kaldet luxoner . Luxoner i et vakuum bevæger sig altid med lysets hastighed, disse inkluderer fotoner , gluoner og hypotetiske gravitoner .

Siden 2006 har det vist sig, at i den såkaldte kvanteteleportationseffekt forplanter den tilsyneladende interaktion mellem partikler sig hurtigere end lysets hastighed. For eksempel, i 2008 viste forskerholdet af Dr. Nicolas Gisin fra Universitetet i Genève, der studerede sammenfiltrede fotontilstande adskilt af 18 km i rummet, at denne tilsyneladende "interaktion mellem partikler udføres med en hastighed på omkring hundrede tusinde gange hastigheden Sveta". Tidligere blev det såkaldte " Hartman paradoks " også diskuteret - den tilsyneladende superluminale hastighed i tunneleffekten [52] . En analyse af disse og lignende resultater viser, at de ikke kan bruges til superluminal transmission af nogen meddelelse, der bærer information eller til at flytte stof [53] .

Som et resultat af behandlingen af dataene fra OPERA -eksperimentet [54] , indsamlet fra 2008 til 2011 på Gran Sasso -laboratoriet sammen med CERN , blev der registreret en statistisk signifikant indikation af overskridelsen af lyshastigheden af muon- neutrinoer [55] . Denne meddelelse blev ledsaget af offentliggørelse i preprint-arkivet [56] . De opnåede resultater blev sat i tvivl af specialister, da de ikke kun er i overensstemmelse med relativitetsteorien, men også med andre eksperimenter med neutrinoer [57] . I marts 2012 blev der udført uafhængige målinger i den samme tunnel, og de fandt ikke superluminale hastigheder af neutrinoer [58] . I maj 2012 gennemførte OPERA en række kontroleksperimenter og kom til den endelige konklusion, at årsagen til den fejlagtige antagelse om superluminal hastighed var en teknisk defekt (dårligt indsat optisk kabelstik) [59] .

Se også

Noter

Kommentarer

↑ Fra Solens overflade - fra 8 min 8,3 s ved perihelium til 8 min 25 s ved aphelium .
↑ Udbredelseshastigheden af en lysimpuls i et medium adskiller sig fra hastigheden af dens udbredelse i vakuum (mindre end i vakuum), og kan være forskellig for forskellige medier. Når man blot taler om lysets hastighed, er det som regel lysets hastighed i et vakuum, der menes; taler man om lysets hastighed i et medium, er dette som regel udtrykkeligt angivet.
↑ I øjeblikket er de mest nøjagtige metoder til måling af lysets hastighed baseret på uafhængig bestemmelse af bølgelængden og frekvensen af lys eller anden elektromagnetisk stråling og efterfølgende beregning i overensstemmelse med ligningen [10] . $\lambda$ $\nu$ $c=\lambda \nu$
↑ Se for eksempel " Oh-My-God Mote ".
↑ En analog kunne være at sende to forseglede konvolutter med hvidt og sort papir tilfældigt til forskellige steder. Åbning af en konvolut garanterer, at den anden vil indeholde et andet ark - hvis den første er sort, så er den anden hvid, og omvendt. Denne "information" kan rejse hurtigere end lysets hastighed, fordi du kan åbne den anden konvolut til enhver tid, og der vil altid være dette andet ark. Samtidig er den grundlæggende forskel med kvantetilfældet kun, at i kvantetilfældet, før "åbningen af kuverten"-målingen, er tilstanden af arket indeni fundamentalt usikker, ligesom i Schrödingers kat , og ethvert ark kan Vær der.
↑ Lysfrekvensen afhænger dog af lyskildens bevægelse i forhold til observatøren på grund af Doppler-effekten .
↑ Ud over at de målte bevægelige objekter forekommer kortere langs den relative bevægelseslinje, virker de også roterede. Denne effekt, kendt som Terrell-rotationen , er forbundet med tidsforskellen mellem de signaler, der ankom til observatøren fra forskellige dele af objektet [23] [24] .
↑ Man mener, at Scharnhorst-effekten tillader signaler at forplante sig lidt højere , men de særlige forhold, hvorunder effekten kan opstå, gør det vanskeligt at bruge denne effekt til at overtræde kausalitetsprincippet [37] . $c$

Kilder

↑ Where Are the Voyagers - NASA Voyager . Voyager - Den interstellare mission . Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology. Hentet 12. juli 2011. Arkiveret fra originalen 3. februar 2012. (ubestemt)
↑ Amos, Jonathan . Hubble sætter ny kosmisk distancerekord , BBC News (3. marts 2016). Arkiveret fra originalen den 4. marts 2016. Hentet 3. marts 2016.
↑ 1 2 Er lysets hastighed overalt den samme? . Hentet 10. september 2015. Arkiveret fra originalen 8. september 2015. (ubestemt)
↑ Beginnings of theoretical physics, 2007 , s. 169.
↑ Nevanlinna, 1966 , s. 122.
↑ 1 2 Chudinov E.M. Relativitetsteori og filosofi. - M . : Politizdat, 1974. - S. 222-227.
↑ Evolution of Physics, 1948 , s. 167.
↑ Beginnings of theoretical physics, 2007 , s. 170.
↑ Nevanlinna, 1966 , s. 184.
↑ Sazhin M.V. Lysets hastighed // Space Physics: a small encyclopedia / Kap. udg. R.A. Sunyaev . - Ed. 2., revideret. og yderligere - M .: Soviet Encyclopedia , 1986. - S. 622. - 783 s. — 70.000 eksemplarer.
↑ GOST 8.417-2002. Statssystem til sikring af ensartethed af målinger. Enheder af mængder. (utilgængeligt link) . Hentet 14. august 2012. Arkiveret fra originalen 10. november 2012. (ubestemt)
↑ Abbott BP et al. (LIGO Scientific Collaboration, Virgo Collaboration, Fermi Gamma-ray Burst Monitor og INTEGRAL). Gravitationsbølger og gammastråler fra en binær neutronstjernefusion: GW170817 og GRB 170817A // The Astrophysical Journal. - 2017. - Bd. 848.-P. L13. doi : 10.3847 /2041-8213/aa920c .
↑ Bolotovsky B. M., Ginzburg V. L. Vavilov-Cherenkov-effekten og Doppler-effekten, når kilder bevæger sig med en hastighed, der er større end lysets hastighed i vakuum // Uspekhi fizicheskikh nauk . - Det russiske videnskabsakademi , 1972. - T. 106 , nr. 4 . - S. 577-592 . Arkiveret fra originalen den 25. september 2013. (Russisk)
↑ Miller M. A., Suvorov E. V. Gruppehastighed // Physical Encyclopedia / Kap. udg. A. M. Prokhorov . - M .: Soviet Encyclopedia , 1988. - T. 1. - S. 544-545. - 704 s.
↑ Stachel, JJ Einstein fra "B" til "Z" – bind 9 af Einstein-studier (tysk) . - Springer, 2002. - S. 226. - ISBN 0-8176-4143-2 . Arkiveret 16. november 2016 på Wayback Machine
↑ Einstein, A. Zur Elektrodynamik bewegter Körper (tysk) // Annalen der Physik . - 1905. - Bd. 17 . - S. 890-921 . - doi : 10.1002/andp.19053221004 . Engelsk oversættelse: Perrett, W; Jeffery, G. B. (tr.); Walker, J (red.) On the Electrodynamics of Moving Bodies . Fourmilab . Hentet 27. november 2009. Arkiveret fra originalen 1. februar 2013. (ubestemt)
↑ Alexandrov E. B. Relativitetsteori: direkte eksperiment med en buet stråle // Kemi og liv. - 2012. - Nr. 3 . Arkiveret fra originalen den 4. marts 2016.
↑ Hsu, JP; Zhang, YZ Lorentz og Poincare Invariance . - World Scientific , 2001. - T. 8. - S. 543 ff . - (Advanced Series on Theoretical Physical Science). — ISBN 981-02-4721-4 .
↑ 1 2 Zhang, YZ Special Relativity og dens eksperimentelle grundlag . - World Scientific , 1997. - Vol. 4. - S. 172-173. - (Advanced Series on Theoretical Physical Science). — ISBN 981-02-2749-3 . Arkiveret 19. maj 2012 på Wayback Machine Arkiveret kopi (link utilgængeligt) . Dato for adgang: 24. januar 2013. Arkiveret fra originalen 19. maj 2012. (ubestemt)
↑ d'Inverno, R. Introduktion til Einsteins relativitet . - Oxford University Press , 1992. - S. 19-20 . — ISBN 0-19-859686-3 .
↑ Sriranjan, B. Postulater om den særlige relativitetsteori og deres konsekvenser // Den særlige relativitetsteori. - PHI Learning , 2004. - S. 20 ff . — ISBN 81-203-1963-X .
↑ Roberts, T; Schleif, S; Dlugosz, JM (red.) Hvad er det eksperimentelle grundlag for Special Relativity? . Usenet Physics FAQ . University of California, Riverside (2007). Hentet 27. november 2009. Arkiveret fra originalen 1. februar 2013. (ubestemt)
↑ Terrell, J. Invisibility of the Lorentz Contraction // Fysisk gennemgang : tidsskrift . - 1959. - Bd. 116 , nr. 4 . - S. 1041-1045 . - doi : 10.1103/PhysRev.116.1041 . - .
↑ Penrose, R. The Apparent Shape of a Relativistically Moving Sphere // Proceedings of the Cambridge Philosophical Society : journal. - 1959. - Bd. 55 , nr. 01 . - S. 137-139 . - doi : 10.1017/S0305004100033776 . - .
↑ Hartle, JB Gravity: En introduktion til Einsteins generelle relativitetsteori . - Addison-Wesley , 2003. - S. 52-9 . — ISBN 981-02-2749-3 .
↑ Hartle, JB Gravity: En introduktion til Einsteins generelle relativitetsteori . - Addison-Wesley , 2003. - S. 332 . — ISBN 981-02-2749-3 .
↑ Fortolkningen af observationer af binære systemer brugt til at bestemme tyngdehastigheden anses for tvivlsom af nogle forfattere, hvilket efterlader den eksperimentelle situation usikker; se Schäfer, G; Brügmann, MH Udbredelse af lys i gravitationsfilen af binære systemer til kvadratisk orden i Newtons gravitationskonstant: Del 3: 'Om tyngdehastighedskontroversen' // Lasere, ure og trækfri kontrol: Udforskning af relativistisk tyngdekraft i space (engelsk) / Dittus, H; Lammerzahl, C; Turyshev, S.G. - Springer, 2008. - ISBN 3-540-34376-8 .
↑ Gibbs, P Er lysets hastighed konstant? . Usenet Physics FAQ . University of California, Riverside (1997). Hentet 26. november 2009. Arkiveret fra originalen 17. november 2009. (ubestemt)
↑ Ellis, GFR; Uzan, J.P. 'c' er lysets hastighed, ikke? (engelsk) // American Journal of Physics : tidsskrift. - 2005. - Bd. 73 , nr. 3 . - S. 240-247 . - doi : 10.1119/1.1819929 . - . - arXiv : gr-qc/0305099 . . "Muligheden for, at de grundlæggende konstanter kan variere under universets udvikling, giver et exceptionelt vindue til højere dimensionelle teorier og er sandsynligvis forbundet med naturen af den mørke energi, der får universet til at accelerere i dag."
↑ En oversigt kan findes i afhandlingen til Mota, DF (2006), Variations of the fine structure constant in space and time, arΧiv : astro-ph/0401631 [astro-ph].
↑ Uzan, JP. De grundlæggende konstanter og deres variation: observationsstatus og teoretiske motiver (engelsk) // Reviews of Modern Physics : journal. - 2003. - Bd. 75 , nr. 2 . — S. 403 . - doi : 10.1103/RevModPhys.75.403 . - . - arXiv : hep-ph/0205340 .
↑ Amelino-Camelia, G (2008), Quantum Gravity Phenomenology, arΧiv : 0806.0339 [gr-qc].
↑ Herrmann, S; Senger, A; Möhle, K; Nagel, M; Kovalchuk, E.V.; Peters, A. Roterende optisk hulrumseksperiment, der tester Lorentz-invarians på 10-17 -niveauet (engelsk) // Physical Review D : journal. - 2009. - Bd. 80 , nr. 100 . — S. 105011 . - doi : 10.1103/PhysRevD.80.105011 . - . - arXiv : 1002.1284 .
↑ Lang, KR Astrofysiske formler . — 3. — Birkhauser, 1999. - S. 152. - ISBN 3-540-29692-1 .
↑ Tomilin KA Naturlige systemer af enheder: Til 100-året for Planck -systemet . Proc. af XXII Internat. Workshop om højenergifysik og feltteori (juni 1999). Hentet 22. december 2016. Arkiveret fra originalen 12. maj 2016.
↑ Fowler, M Notes on Special Relativity 56. University of Virginia (marts 2008). Hentet 7. maj 2010. Arkiveret fra originalen 1. februar 2013. (ubestemt)
↑ Liberati, S; Sonego, S; Visser, M. Hurtigere-end-c-signaler, speciel relativitet og kausalitet // Annals of Physics : journal. - 2002. - Bd. 298 , nr. 1 . - S. 167-185 . - doi : 10.1006/aphy.2002.6233 . - . - arXiv : gr-qc/0107091 .
↑ Taylor, E.F.; Wheeler, JA Rumtidsfysik. — W. H. Freeman , 1992. - S. 74-5. — ISBN 0-7167-2327-1 .
↑ Tolman, RC Hastigheder større end lysets // Theory of the Relativity of Motion. — Genoptryk. — BiblioLife , 2009. - S. 54. - ISBN 978-1-103-17233-7 .
↑ Gindikin S. G. Historier om fysikere og matematikere . - tredje udgave, udvidet. - M .: MTSNMO , 2001. - S. 105-108. — ISBN 5-900916-83-9 . Arkiveret 11. juli 2020 på Wayback Machine
↑ Stuart, 2018 , s. 178.
↑ 1 2 3 4 Landsberg G.S. Optik . - M .: Fizmatlit , 2003. - S. 384 -389. — 848 s. — ISBN 5-9221-0314-8 .
↑ 1 2 Bonch-Bruevich A. M. Lysets hastighed // Physical Encyclopedia / Kap. udg. A. M. Prokhorov . - M . : Great Russian Encyclopedia , 1994. - T. 4. - S. 548-549. - 704 s. - 40.000 eksemplarer. - ISBN 5-85270-087-8 .
↑ Leon Foucault. Bestemmelse expérimentale de la vitesse de la lumière; description des appareils (fransk) // Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des Sciences. - Paris, 1862. - Bd. 55 . - s. 792-796 . Arkiveret fra originalen den 24. september 2015.
↑ Leon Foucault. Bestemmelse expérimentale de la vitesse de la lumière; parallaxe du Soleil (fransk) // Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des Sciences. - Paris, 1862. - Bd. 55 . - S. 501-503 . Arkiveret fra originalen den 24. september 2015.
↑ Leon Foucault. Eksperimentel bestemmelse af lysets hastighed: Beskrivelse af apparatet // Philosophical Magazine . Fjerde serie. - London, 1863. - Bd. 25 . - S. 76-79 .
↑ Evenson KM, Wells JS, Petersen FR, Danielson BL, Day GW Speed of Light from Direct Frequency and Wavelength Measurements of the Methane-Stabilized Laser // Phys . Rev. Lett.. - 1972. - Vol. 29 , nr. 19 . - S. 1346-1349 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.29.1346 .
↑ Den angivne usikkerhed er tre gange standardafvigelsen .
↑ 1 2 Anbefalet værdi for lysets hastighed Arkiveret 7. oktober 2008 ved Wayback Machine Resolution 2 af XV General Conference on Weights and Measures (1975 )
↑ Definition af måleren Arkiveret 26. juni 2013 ved Wayback Machine Resolution 1 af XVII General Conference on Weights and Measures (1983 )
↑ 1 2 Introduktion til overvejelsen af feltkvantenaturen af disse superluminale partikler giver os måske mulighed for at komme uden om denne begrænsning gennem princippet om genfortolkning af observationer.
↑ Davidovich M. V. Om Hartman-paradokset, tunneling af elektromagnetiske bølger og superluminale hastigheder // Uspekhi fizicheskikh nauk . - M .: Russian Academy of Sciences , 2009 (april). - Udstedelse. 179 . - S. 443 . Arkiveret 24. oktober 2020. (Russisk)
↑ I. Ivanov. Nye eksperimenter blev udført for at teste mekanismen for kvantesammenfiltring. Arkiveret 31. august 2008 på Wayback Machine Elementy.ru.
↑ Oscillationsprojekt med emulsionssporingsapparat . Hentet 23. september 2011. Arkiveret fra originalen 11. oktober 2012. (ubestemt)
↑ OPERA-eksperiment rapporterer anomali i flyvetiden for neutrinoer fra CERN til Gran Sasso . Hentet 10. januar 2016. Arkiveret fra originalen 5. april 2013. (ubestemt)
↑ OPERA Collaboration (Adam T. et al.) (2011), Måling af neutrinohastigheden med OPERA-detektoren i CNGS-strålen, arΧiv : 1109.4897 . .
↑ I. Ivanov. OPERA-eksperimentet rapporterer observation af superluminale neutrinohastigheder. Arkiveret 25. september 2012 på Wayback Machine Elementy.ru, 23. september 2011.
↑ ICARUS Collaboration et al. Måling af neutrinohastigheden med ICARUS-detektoren ved CNGS-strålen // Physics Letters B. - 2012. - Vol. 713 (18. juli). — S. 17–22. - arXiv : 1203.3433 . - doi : 10.1016/j.physletb.2012.05.033 .
↑ OPERA-eksperimentet "lukkede" endelig superluminale neutrinoer Arkiveret 7. juli 2012 på Wayback Machine .

Litteratur

Aleksandrov E. B., Aleksandrov P. A., Zapassky V. S., Korchuganov V. N., Stirin A. I. Eksperimenter om direkte demonstration af lysets hastigheds uafhængighed fra kildens hastighed // Uspekhi fizicheskikh nauk . - Det Russiske Videnskabsakademi , 2011. - Udgave. 12 . (Russisk)
Fysiske mængder: Håndbog./A. P. Babichev, N. A. Babushkina, A. M. Bratkovsky og andre; udg. I. S. Grigorieva, E. Z. Meilikhova M .: Energoatomizdat, 1991, - 1232 s. - ISBN 5-283-04013-5 .
Einstein A. , Infeld L. Fysikkens udvikling. - M. : OGIZ, 1948. - 267 s.
Medvedev BV Begyndelsen af teoretisk fysik. - M. : Fizmatlit, 2007. - 600 s.
Nevanlinna R. Rum, tid og relativitet. - M . : Mir, 1966. - 229 s.
Ian Stewart. Rummatematik. Hvordan moderne videnskab dechifrerer universet = Stewart Ian. Beregning af kosmos: Hvordan matematik afslører universet. - Alpina Forlag, 2018. - 542 s. - ISBN 978-5-91671-814-0 .
I.V. Savelyev "Course of General Physics" bind II

Links

Lysets hastighed - en artikel i Encyclopedia of Physics
Lysets hastighed på astronet.ru
Rømer, O (1676). "Demonstration touchant le mouvement de la lumière trouvé par M. Römer de l'Academie Royale des Sciences" (PDF) . Journal des sçavans [ fr. ]: 223-36.
Halley, E (1694). "Monsieur Cassini, hans nye og nøjagtige tabeller for formørkelserne af Jupiters første satellit, reduceret til Londons Julian Stile og Meridian." Philosophical Transactions of the Royal Society . 18 (214): 237-56. Bibcode : 1694RSPT...18..237C . DOI : 10.1098/rstl.1694.0048 .
Fizeau, H. L. (1849). "Sur une experience relativ à la vitesse de propagation de la lumière" (PDF) . Comptes rendus de l'Académie des sciences [ fr. ]. 29 :90-92, 132.
Foucault, JL (1862). "Determination expérimentale de la vitesse de la lumière: parallaxe du Soleil" . Comptes rendus de l'Académie des sciences [ fr. ]. 55 : 501-03, 792-96.

Ordbøger og encyklopædier	stor kinesisk Stor russer kroatisk Britannica (online) Universalis
I bibliografiske kataloger	GND : 4167583-6 J9U : 987007529354105171 LCCN : sh85076878

Planck enheder
Hoved	lysets hastighed Gravitationskonstant Plancks konstant Boltzmann konstant
Afledte enheder	tid Længder Masser elektrisk strøm Temperaturer Kræfter momentum Energi Kraft / lysstyrke Massefylde hjørne frekvens Tryk Elektrisk ladning elektrisk spænding Impedans firkanter bind
Brugt i	Partikel = Sort hul = Maximon Stjerne Epoke Dirac konstant