X

Почему скорость света имеет значение

Почему скорость света имеет значениеНаука

Когда на прошлой неделе физики объявили, что они обнаружили субатомные частицы, называемые нейтрино, скорость движения которых, судя по всему, больше скорости света, это показалось исключением из правил, установленных специальной теорией относительности Альберта Эйнштейна.

Теория Эйнштейна, которая увидела свет в 1905 году, описывает относительность движения, в частности движения всего, что движется на уровне, не превышающем скорость света. В то время люди верили, что световые волны, так же как звуковые, океанские или ударные волны, при движении должны проходить через среду. Однако, эта среда не воздух, вода или земля, по их мнению, световые волны путешествуют через вещество, называемое эфиром, которое менее ощутимо, чем воздух, и которое пронизывает Вселенную.

Ученые предположили, что законы физики будут несколько иными для объекта, находящегося в состоянии покоя, и проведя надлежащие эксперименты можно было бы выяснить, действительно ли это так. "Эйнштейн избавился от этого", - говорит Питер Галисон (Peter Galison), профессор физики и истории науки в Гарвардском университете. "Нет физических свойств, описывающих фразу "Я нахожусь в состоянии покоя". Именно об этом и говорит специальная теория относительности".

Другими словами, независимо от того, едет ли человек на велосипеде или сидит на скамейке в парке, свойства физики одинаково работают в обоих случаях. Специальная теория относительности, однако, не распространяется на ускорение. Эйнштейн ликвидировал этот пробел позже в своей общей теории относительности.

Специальная теория относительности основывается еще на одном предположении о том, что дает скорости света (300 миллионов метров в секунду в вакууме) особый статус. Эйнштейн постулировал, что свет всегда движется с одинаковой скоростью для каждого наблюдателя, независимо от скорости движения наблюдателя. Так что, если у вас достаточно быстрый автомобиль, то в теории вы могли бы догнать пулю. Но вы никогда бы не сумели догнать или даже приблизиться к движению со скоростью света, независимо от того, двигаетесь вы с ним в одном направлении или в противоположном от него.


Максимальное ограничение скорости

В теории Эйнштейна скорость света является своего рода конечным пределом скорости. На самом деле, объекты, которые имеют массу, будь то автомобиль или нейтрино, не могут достичь скорости света, потому что им для этого потребуется бесконечное количество энергии, в соответствии с теорией.

Некоторые эксперименты играют со скоростью света, но получаемые эффекты иллюзорны, согласно Галисону. Свет, путешествуя через различные среды, к примеру, через охлажденные газы натрия, существенно замедляется, но это происходит из-за того, что свет отскакивает от атомов внутри среды. Однако, в моменты не соприкосновения атомов скорость света по-прежнему остается 186000 миль в секунду.

Галисон добавляет, что утверждение о том, что скорость света можно сделать больше, чем 186000 миль в секунду, также иллюзорны. Ученый использует гипотезы для того, чтобы объяснить почему. Если вы посветите лазером на поверхность луны, а затем в мгновение ока "пройдетесь" по всей поверхности, будет ли это означать, что эта лазерная точка будет двигаться быстрее скорости света? Нет, потому что на самом деле ничего не пересекало поверхность луны, потому что точка – это не реальный объект, это просто пучок фотонов.

"В течение сотен лет люди использовали эти и более сложные парадоксы, пытаясь таким образом превысить скорость света", - говорит Галисон. "Как правило, они задействовали в своих экспериментах ускорение движения, что на самом деле не является объектом (как лазерная точка, к примеру)". Другими словами, они обманывали сами себя.

В лабораторных условиях исследователи могут создать впечатление, будто свет движется быстрее своей максимальной скорости путем настройки скорости, с которой волны света распространяются в пространстве. Это, однако, на самом деле не приводит к увеличению скорости, с которой на самом деле путешествует электромагнитная информация, поскольку передается лишь общая амплитуда волны.

"Железная" теория?

С тех пор, как Эйнштейн ввел специальную, общую теории относительности, а также особый статус, который они придают скорости света, это казалось непоколебимой истиной. До некоторого времени. Ученые, работающие над экспериментом OPERA в лаборатории CERN в Швейцарии, запустили нейтрино в путешествие на 730 километров под землей, и рассчитали, как быстро они пройдут заданный путь. Невероятно, но нейтрино, как оказалось, опередили скорость света на 60 миллиардных долей секунды. Полученные данные могут изменить лицо физики, которое оставалось неизменным последние 106 лет.

"Наше понимание совсем не развивалось, мы проводили очень точные тесты, основываясь на специальной теории относительности с самого первого дня", - говорит Бен Монрил (Ben Monreal), доцент кафедры физики в университете Калифорнии в Санта-Барбаре. "Специальная теория относительности не подвергалась сомнениям в течение более ста лет. Вот почему полученные результаты оказались настолько удивительными и неожиданными".

Если выводы эксперимента OPERA подтвердятся, то последствия могут быть совсем непредсказуемыми. В специальной теории относительности говорится о том, что если что-то движется быстрее скорости света, то это что-то двигается назад во времени. Такое предположение может повлиять на основное правило, говорящее о том, что причина предшествует следствию, называемое причинностью.

"Причина, по которой многие физики остаются очень равнодушными к произошедшему, заключается в том, что это может сделать саму причинность очень проблематичной", - говорит Галисон. Другими словами, это поднимает перспективу путешествия во времени на новую высоту.

Также существует еще одна проблема. Эйнштейн ввел скорость света как математическую константу. Если скорость движения нейтрино действительно может превышать скорость света, то эта константа (с) теряет свой особый статус, что приводит к появлению целого ряда проблем в других областях физики, где с используется в расчетах.

"Поэтому, мы нуждаемся в дополнительных доказательствах полученной информации", - подытожил Галисон.

Источник: www.news.discovery.com
Оставить комментарий

Оставить комментарий

 
Текст сообщения*
Защита от автоматических сообщений
 

Популярные темы:

Ошибка в Тексте? Система Orphus