Скорость света

Скорость света – физический термин, используемый в двух, связанных между собой, но концептуально разных значениях. Прежде всего скорость света – фундаментальная физическая постоянная, скорость распространения электромагнитного взаимодействия в вакууме. Другое значение – скорость распространения электромагнитных волн, включая светом, в определенной среде.
Фундаментальная физическая постоянная скорость света обозначается буквой c (от лат. Celeritas) и в международной системе единиц СИ приравнена резолюция 1 семнадцатой Генеральной конференции мер и весов до значения

c = 299 792 458 м / с.

Это единственная физическая постоянная в основных уравнениях электродинамики. Она не зависит от системы отсчета, то есть одинаковая для любого наблюдателя независимо от скорости, с которой этот наблюдатель движется. Данное утверждение является основным постулатом теории относительности Эйнштейна.
По положениям теории относительности любая информация не может быть передана со скоростью, превышающей бы скорость света. Иначе всегда можно было бы найти систему отсчета, в которой информация была бы получена раньше, чем отправлена.
Поскольку скорость света – фундаментальная, независимая от наблюдателя величина, то ее значение можно использовать для построения системы физических единиц. Например, можно выбрать систему единиц так, чтобы скорость света в ней равнялась единице. Такие системы единиц называются природными и используются в теоретической физике. Однако природные системы очень неудобны на практике. Поэтому, поскольку скорость имеет размерность длины, разделенной на время, скорость света можно положить равной определенному значению, близкому к экспериментально измеренной с использованием традиционных единиц длины и времени – метра и секунды, а затем зафиксировать это значение. Таким образом, скорости света присвоено приведенное выше значение. В дальнейшем она не будет определяться из эксперимента. Ее фиксированное значение теперь служит для опытного определения единиц длины.
В среде скорость света, то есть скорость распространения электромагнитных волн, изменяется через процессы поляризации атомов и молекул вещества. Отношение скорости света в среде и в вакууме называют абсолютным показателем преломления n в этой среде
Преломление света



где c m – скорость света в среде.
Для электромагнитных волн с разной частотой показатель преломления различен. Это явление называется дисперсией света. Различают фазовую скорость света – показателем преломления, и групповую скорость.
Фазовая скорость света характеризует связь между длиной волны и частотой. Она определяется для безграничных в пространстве плоских волн, которые не могут переносить информацию. Фазовая скорость может превышать скорость света в вакууме. При этом принцип причинности не нарушается.
Групповая скорость света в среде характеризует процесс распространения волнового пакета, которым может передаваться информация. Групповая скорость всегда меньше скорости света в вакууме, удовлетворяя принцип причинности.
Методы определения скорости света
Традиционные методы, используемые для определения значения скорости света, основанные на измерении времени в течение которого свет проходит определенный путь, однако скорость света можно с большей точностью определить из других измерений: измерение соотношения между величинами, связь между которыми определяется константой c. Примером таких измерений является независимое определение частоты и длины волны определенного излучения.
Опыты по определению скорости света проводил еще Галилео Галилей. Поднявшись со своим учеником на вершины соседних гор, они обменивались сигналами фонарей, определяя время задержки между ссылкой и получением сигнала. Затем этот опыт повторялся для большего расстояния между горами, чтобы отнять время, связан со скоростью реакции человека. Галилей пришел к выводу, что скорость света намного больше возможности такого метода измерения.
Исторически первая оценка скорости света было сделано Ремер в 1675 году. Он получил значение 214 тыс. км / с. Ремер наблюдал за затмениями спутников Юпитера и заметил, что они происходят не совсем регулярно, по его наблюдениям различия составляли 22 минуты. Он предположил, что такая нерегулярность обусловлена разной расстоянием между Юпитером и Землей, а, следовательно, изменением промежутка времени, который необходим свету, чтобы достигнуть Земли. Однако сбои в ритме затмений происходили с определенной закономерностью. По мере того как Земля, в ее орбитальном положении, приближалась к Юпитеру, затмения Ио наступали все раньше и раньше ожидаемого момента, а по мере удаления Земли, они наступали все позже. Ремер пришел к выводу, что 22 минуты – это время которое требуется свету, чтобы преодолеть расстояние, равное диаметру орбиты Земли. С учетом оценок орбиты Земли, существовавших в то время, Ремер подсчитал, что скорость света составляет 214 тыс. км / с. Таким образом, впервые удалось получить значение скорости света с неплохой точностью, а расхождение с современными данными возникла из погрешность в вычислении времени затмений. На самом деле задержка составляет 17 минут. Принципиальным для дальнейшего развития физики оказалось не это значение, а экспериментальное подтверждение того, что скорость света конечна.

Никакое тело не может преодолеть барьер скорости света. Однако теоретически возможно существование частиц, движущихся с сверхсветовой скоростью. Такие частицы не могли бы уменьшить свою скорость до досвитловои. С другой стороны, они не могут участвовать в передаче информации, иначе нарушился бы принцип причинности. Эти гипотетические частицы получили название тахион.