Почему нельзя превысить скорость света?

Мы знаем, что скорость света -максимальна. Ничто не может двигаться быстрее. Но почему? Неужели существует полиция скорости света, запрещающая настолько быстрое движение? Может теория относительности дает ответ? Или все дело в самой природе пространства-времени и устройстве нашего мира?

 

Скорость света — 300 000 км/с, и ничто не может ее преодолеть

Скорость света — самая большая скорость, которая вообще возможна в нашей Вселенной, и она, как известно, равна 300 000 км/с. И еще установлено, что никакое тело, никакая частица не может достичь скорости света (тем более — ее превысить) — на это способны только фотоны и другие кванты, а также их «вторые натуры» — электромагнитные волны. Так? Да, все верно, но с некоторыми оговорками и уточнениями.

Когда говорят о скорости света, то чаще всего имеют в виду скорость распространения световой волны или фотона в вакууме. В пространстве, свободном от материи и любого излучения (в настоящем вакууме не должно быть ничего, даже радиоволн), свет как раз и будет достигать своей огромной секундной скорости в 300 тысяч километров. А вот при попадании в другие среды (в тот же воздух,стекло, прозрачные кристаллы и т. д.) свет тормозится.

Любая прозрачная (а при соблюдении некоторых условий — и непрозрачная) среда обладает той или иной оптической плотностью — чем она больше, чем с меньшей скоростью в ней может распространяться свет. Например, в прозрачном воздухе при давлении в одну атмосферу свет движется всего на 2 % медленнее, чем в вакууме (около 294 000 км/с). В дистиллированной воде скорость распространения света падает уже до 226 000 км/с, а в оптическом (крайне чистом и однородном) стекле свет движется со скоростью чуть менее 196 000 км/с. Алмаз понижает скорость света до 130 000 км/с, а некоторые кристаллы — и до еще меньших показателей. Разница поразительная, но это, как показали опыты, далеко не предел.

В самом начале третьего тысячелетия сразу две группы ученых проводили эксперименты по снижению скорости света в экзотической среде — конденсате Бозе — Эйнштейна, созданном из паров натрия и рубидия (в этом состоянии атомы соединяются попарно, образуя вещество с удивительными качествами). Результаты работ были ошеломительными — падение скорости света в парах натрия при почти абсолютном нуле удалось довести до 17 м/с! Как показали расчеты, при соблюдении некоторых условий скорость света в конденсате Бозе — Эйнштейна из натрия может составлять и 1 м/с, но эксперименты другой группы оказались более успешными.

Ученые, пропускающие луч лазера через пары рубидия, смогли и вовсе остановить свет. Но не стоит думать, что в объеме рубидия находились неподвижные фотоны — вовсе нет, так как фотоны не обладают массой покоя, а значит, могут существовать только в движении. Тогда почему здесь говорится об остановке света?

С точки зрения квантовой механики, все верно. Электромагнитная волна (не забываем, что свет подчиняется корпускулярно-волновому дуализму, то есть может быть представлен как волной, так и потоком частиц) будто бы «завязла» в парах рубидия, отдав им свою энергию. Однако при несложных манипуляциях (изменении внешнего управляющего магнитного поля) снова рождались фотоны, абсолютно идентичные (по поляризации, энергии и другим характеристикам) тем, что вошли в емкость с парами рубидия: фотоны как бы застревали в рубидии, а через какое-то время снова выходили, поэтому и можно говорить об остановке света.

Теперь стоит сказать о недостижимости скорости света другими частицами и физическими телами. ОТО говорит, что скорости в 300 000 км/с могут достичь только фотоны и только в вакууме. Однако возникают ситуации, когда частицы движутся быстрее, чем свет, и это вовсе не фантастика.

Уже говорилось, что свет в разных средах имеет разную скорость, и эта скорость никак не может увеличиваться. Однако другие частицы (например, электроны) не ограничены в том, с какой скоростью им лететь, например, сквозь стекло. Вот и выходит, что в некоторых средах скорость частиц может превышать скорость света.

Кстати, благодаря этому обстоятельству на дне океанов и в ядерных реакторах может возникать свечение воды. Дело в том, что если частица движется в какой-либо среде быстрее, чем движется в этой же среде свет, то возникает слабое свечение — это так называемый эффект Вавилова — Черенкова. На данном эффекте основаны некоторые детекторы, позволяющие измерять скорости и другие характеристики элементарных частиц. А свечение воды у дна океана может быть вызвано высокоэнергетическими электронами, испускаемыми ядрами радиоактивных элементов, находящихся в грунте.

Так что, прежде чем говорить о скорости света, необходимо оговаривать, в какой среде движется световой луч. Об этом же стоит упоминать и при разговоре о недостижимости скорости света, ведь в некоторых средах быстродвижущимся частицам легко преодолеть световую скорость.

Интересное

Публикация на maple4.ru http://maple4.ru/i_statia.html?idnmr=488




Еще публикации...

Топ-5 мифов о ВИЧ. Ученые против мифов 09 июля 2018, 22:57
Щенок учится спускаться по лестнице 13 июня 2018, 11:42
Межвидовая дружба животных 26 мая 2018, 20:37
Самая странная планета солнечной системы - УРАН 10 июня 2018, 10:06
Противостояние вратарей 11 июля 2018, 16:03

Облако тегов

Политика (234) Украина (220) Шарий (180) Интересное (117) Песня под гитару (68) THE MIR (37) История (29) Россия (27) Sinus (27) В мире животных (11) QWERTY (11) Песни Победы (9) Юмор (8) Вокруг света (8) Компьютерные игры (7) Искусство (7) Ардуино (5) AlexGyver (4) Хочу домой (4) SciOne (4) Антропогенез (4) CMS (3) Архэ (3) Музыкальные клипы (3) Энциклоп (3) Майкл Щур (2) Arzamas (2) Maple4 Site Creator (1)


Рейтинг@Mail.ru