Скорость света - Speed of light

"Lightspeed" перенаправляется сюда. Для использования в других целях см. Скорость света (значения) и Lightspeed (значения).

Скорость света
Расстояние от Солнца до Земли составляет примерно 150 миллионов километров. Размеры в масштабе.
Солнечный свет занимает около 8 минут 17 секунд, чтобы преодолеть среднее расстояние от поверхности солнце к земной шар.
Точные значения
метров в секунду299792458
Приблизительные значения (до трех значащих цифр)
километров в час1080000000
миль в секунду186000
миль в час[1]671000000
астрономические единицы в день173[Примечание 1]
парсек в год0.307[Заметка 2]
Примерное время прохождения светового сигнала
РасстояниеВремя
один оплачивать1.0 нс
один метр3,3 нс
из геостационарная орбита на Землю119 РС
длина Земли экватор134 мс
из Луна на Землю1.3 s
из солнце на Землю (1 Австралия )8.3 мин
один световой год1.0 год
один парсек3,26 года
из ближайшая звезда к вс (1,3 шт.)4,2 года
из ближайшей галактики ( Карликовая галактика Canis Major ) на Землю25000 годы
через Млечный Путь100000 годы
от Галактика Андромеды на Землю2,5 миллиона лет
Специальная теория относительности
Мировая линия: схематическое представление пространства-времени

В скорость света в вакуум, обычно обозначаемый c, универсальный физическая константа важно во многих областях физика. Его точное значение определяется как 299792458 метров в секунду (примерно 300000 км / с, или 186000 миль / с[Заметка 3]). Именно потому, что по международному соглашению метр определяется как длина пути, пройденного свет в вакууме в течение промежутка времени1⁄299792458 второй.[Примечание 4][3] В соответствии с специальная теория относительности, c - верхний предел скорости, при которой обычный иметь значение, энергия или любой Информация может путешествовать через координатное пространство. Хотя эта скорость чаще всего ассоциируется со светом, это также скорость, с которой все безмассовые частицы и поле возмущения перемещаются в вакууме, в том числе электромагнитное излучение (из которых свет представляет собой небольшой диапазон в частотном спектре) и гравитационные волны. Такие частицы и волны движутся со скоростью c независимо от движения источника или инерциальная система отсчета наблюдателя. Частицы с ненулевым масса покоя может приблизиться c, но никогда не смогут его достичь, независимо от системы отсчета, в которой измеряется их скорость. в специальная и общая теории относительности, c взаимосвязаны пространство и время, а также фигурирует в знаменитом уравнении эквивалентность массы и энергии E = MC2.[4] В некоторых случаях может показаться, что объекты или волны движутся быстрее света хотя на самом деле они этого не делают, например, с оптическими иллюзиями, фазовыми скоростями, некоторыми высокоскоростными астрономическими объектами, конкретными квантовыми эффектами и в случае расширения самого пространства.

Скорость, с которой свет распространяется через прозрачные материалы, например, стекло или воздух, меньше c; аналогично скорость электромагнитные волны в проводных кабелях медленнее, чем c. Соотношение между c и скорость v при котором свет распространяется в материале, называется показатель преломления п материала (п = c / v). Например, для видимый свет, показатель преломления стекла обычно составляет около 1,5, что означает, что свет в стекле распространяется со скоростью c / 1.5 ≈ 200000 км / с (124000 миль / с); то показатель преломления воздуха для видимого света составляет около 1.0003, поэтому скорость света в воздухе примерно на 90 км / с (56 миль / с) меньше, чем c.

Для многих практических целей кажется, что свет и другие электромагнитные волны распространяются мгновенно, но для больших расстояний и очень чувствительных измерений их конечная скорость оказывает заметное влияние. В общении с дальними космические зонды, передача сообщения с Земли на космический корабль может занять от нескольких минут до нескольких часов, или наоборот. Звездный свет покинул их много лет назад, что позволило изучать историю Вселенной, глядя на далекие объекты. Конечная скорость света также ограничивает передачу данных между процессором и микросхемами памяти в компьютеры. Скорость света можно использовать с время полета измерения для измерения больших расстояний с высокой точностью.

Оле Рёмер первый продемонстрировано в 1676 г. что свет движется с конечной скоростью (не мгновенно), изучая видимое движение Юпитер луна Ио. В 1865 г. Джеймс Клерк Максвелл предположил, что свет является электромагнитной волной и поэтому распространяется со скоростью c появившись в его теории электромагнетизма.[5] В 1905 г. Альберт Эйнштейн постулировал, что скорость света c по отношению к любой инерциальной системе отсчета является постоянной и не зависит от движения источника света.[6] Он исследовал последствия этого постулата, выведя теория относительности и при этом показал, что параметр c имел значение вне контекста света и электромагнетизма.

После столетий все более точных измерений в 1975 году было известно, что скорость света 299792458 РС (983571056 фут / с; 186282.397 миль / с) с погрешность измерения из 4 частей на миллиард. В 1983 г. метр был пересмотрен в Международная система единиц (SI) как расстояние, проходимое светом в вакууме за 1 /299792458 из второй.

Числовое значение, обозначения и единицы измерения

Скорость света в вакууме обычно обозначается строчной буквой. c, для «константы» или латинского Celeritas (что означает «быстрота, быстрота»). В 1856 г. Вильгельм Эдуард Вебер и Рудольф Кольрауш использовал c для другой константы, которая позже была показана равной √2 в разы скорость света в вакууме. Исторически символ V использовался как альтернативный символ скорости света, введенный Джеймс Клерк Максвелл в 1865 г. В 1894 г. Пол Друде переопределенный c в современном понимании. Эйнштейн использовал V в его оригинальные статьи на немецком языке по специальной теории относительности в 1905 году, но в 1907 году он переключился на c, который к тому времени стал стандартным символом скорости света.[7][8]

Иногда c используется для скорости волн в любой материальная среда, и c0 для скорости света в вакууме.[9] Это обозначение с нижним индексом, одобренное в официальной литературе SI,[10] имеет ту же форму, что и другие связанные константы: а именно, μ0 для вакуумная проницаемость или магнитная постоянная, ε0 для диэлектрическая проницаемость вакуума или электрическая постоянная, и Z0 для импеданс свободного пространства. В этой статье используется c исключительно для скорости света в вакууме.

С 1983 года счетчик определен в Международная система единиц (SI) как расстояние, которое свет проходит в вакууме в1⁄299792458 секунды. Это определение фиксирует скорость света в вакууме точно на 299792458 РС.[11][12][13]Как размерная физическая постоянная, числовое значение c отличается для разных систем единиц.[Заметка 3]В разделах физики, в которых c появляется часто, например, в теории относительности, обычно используются системы натуральные единицы измерения или геометризованная система единиц куда c = 1.[14][15] Используя эти устройства, c не отображается явно, потому что умножение или деление на 1 не влияет на результат.

Фундаментальная роль в физике

Смотрите также: Специальная теория относительности и Скорость света в одну сторону

Скорость, с которой световые волны распространяются в вакууме, не зависит ни от движения источника волны, ни от инерциальная система отсчета наблюдателя.[Примечание 5] Эту неизменность скорости света постулировал Эйнштейн в 1905 г.[6] после того, как был мотивирован Теория электромагнетизма Максвелла и отсутствие доказательств светоносный эфир;[16] с тех пор это подтверждается многими экспериментами. Можно только экспериментально проверить, что двусторонняя скорость света (например, от источника к зеркалу и обратно) не зависит от кадра, потому что невозможно измерить скорость света. односторонняя скорость света (например, от источника до удаленного детектора) без какого-либо соглашения о том, как часы на источнике и на детекторе должны быть синхронизированы. Однако, приняв Синхронизация Эйнштейна для часов односторонняя скорость света становится по определению равной двусторонней скорости света.[17][18] В специальная теория относительности исследует последствия этой инвариантности c с предположением, что законы физики одинаковы во всех инерциальных системах отсчета.[19][20] Одним из следствий этого является то, что c скорость, с которой все безмассовые частицы а волны, включая свет, должны перемещаться в вакууме.

γ начинается с 1, когда v равно нулю, и остается почти постоянным для малых v, затем он резко изгибается вверх и имеет вертикальную асимптоту, расходящуюся до положительной бесконечности, когда v приближается к c.
В Фактор Лоренца γ как функция скорости. Это начинается в 1 и стремится к бесконечности как v подходыc.

Специальная теория относительности имеет множество противоречивых и экспериментально проверенных следствий.[21] К ним относятся эквивалентность массы и энергии (E = MC2), сокращение длины (движущиеся объекты укорачиваются),[Примечание 6] и замедление времени (движущиеся часы идут медленнее). Факторγ при котором длина сокращается, а время увеличивается, известен как Фактор Лоренца и дается γ = (1 − v2/c2)−1/2, куда v это скорость объекта. Разница γ из 1 пренебрежимо мала для скоростей намного ниже, чемc, например, большинство обычных скоростей - в этом случае специальная теория относительности близко аппроксимируется Галилея относительность - но возрастает с релятивистскими скоростями и расходится до бесконечности при v подходы c. Например, коэффициент замедления времени γ = 2 происходит при относительной скорости 86,6% скорости света (v = 0.866 c). Точно так же коэффициент замедления времени γ = 10 встречается при v = 99.5% c.

Результаты специальной теории относительности можно суммировать, рассматривая пространство и время как единую структуру, известную как пространство-время (сc связывая единицы пространства и времени) и требуя, чтобы физические теории удовлетворяли особому симметрия называется Лоренц-инвариантность, математическая формулировка которого содержит параметрc.[24] Лоренц-инвариантность - почти универсальное предположение для современных физических теорий, таких как квантовая электродинамика, квантовая хромодинамика, то Стандартная модель из физика элементарных частиц, и общая теория относительности. Таким образом, параметрc повсеместно встречается в современной физике, появляясь во многих контекстах, не связанных со светом. Например, общая теория относительности предсказывает, чтоc также скорость гравитации и из гравитационные волны.[25][Примечание 7] В неинерциальные системы отсчета отсчета (гравитационно искривленное пространство-время или ускоренные системы отсчета ), местный скорость света постоянна и равнаc, но скорость света по траектории конечной длины может отличаться отc, в зависимости от того, как определены расстояния и время.[27]

Обычно считается, что фундаментальные константы, такие какc имеют одинаковую ценность в пространстве-времени, а это означает, что они не зависят от местоположения и не меняются со временем. Однако в различных теориях предполагалось, что скорость света могла измениться со временем.[28][29] Не было найдено убедительных доказательств таких изменений, но они остаются предметом текущих исследований.[30][31]

Также обычно предполагается, что скорость света равна изотропный, что означает, что оно имеет одинаковое значение независимо от направления измерения. Наблюдения за выбросами ядерных уровни энергии в зависимости от ориентации излучающих ядра в магнитном поле (см. Эксперимент Хьюза-Древера ) и вращения оптические резонаторы (видеть Резонаторные эксперименты ) наложили строгие ограничения на возможное двустороннее анизотропия .[32][33]

Верхний предел скорости

Согласно специальной теории относительности, энергия объекта с масса покоя м и скорость v дан кем-то γmc2, куда γ - фактор Лоренца, определенный выше. Когда v равно нулю, γ равен единице, что дает начало знаменитому E = MC2 формула для эквивалентность массы и энергии. В γ фактор приближается к бесконечности как v подходыc, и потребуется бесконечное количество энергии, чтобы разогнать объект с массой до скорости света. Скорость света - это верхний предел скоростей объектов с положительной массой покоя, и отдельные фотоны не могут двигаться быстрее скорости света.[34][35][36] Это экспериментально установлено во многих тесты релятивистской энергии и импульса.[37]

Три пары координатных осей изображены с одним и тем же началом A; в зеленой рамке ось x горизонтальна, а ось ct вертикальна; в красной рамке ось x 'слегка наклонена вверх, а ось ct' слегка наклонена вправо относительно зеленых осей; в синей рамке ось x ′ ′ несколько наклонена вниз, а ось ct ′ ′ несколько наклонена влево относительно зеленых осей. Точка B на зеленой оси x, слева от A, имеет нулевой ct, положительный ct ′ и отрицательный ct ′ ′.
Событие A предшествует B в красной рамке, одновременно с B в зеленой рамке и следует за B в синей рамке.

В более общем смысле невозможно, чтобы информация или энергия перемещались быстрее, чемc. Один аргумент в пользу этого следует из противоречащего интуиции вывода специальной теории относительности, известной как относительность одновременности. Если пространственное расстояние между двумя событиями A и B больше, чем временной интервал между ними, умноженный наc затем есть системы отсчета, в которых A предшествует B, другие, в которых B предшествует A, и другие, в которых они одновременны. В результате, если что-то двигалось быстрее, чемc относительно инерциальной системы отсчета, он будет перемещаться назад во времени относительно другой системы отсчета, и причинность будет нарушено.[Примечание 8][39] В такой системе координат «следствие» может наблюдаться до его «причины». Такого нарушения причинно-следственной связи еще не зафиксировано,[18] и приведет к парадоксы такой как тахионный антителефон.[40]

Наблюдения и эксперименты со сверхсветовой скоростью

Основная статья: Быстрее света
Дальнейшая информация: Сверхсветовое движение

Бывают ситуации, когда может показаться, что материя, энергия или информация движутся со скоростью, превышающейc, но они этого не делают. Например, как обсуждается в распространение света в среде в разделе ниже, многие скорости волн могут превышатьc. Например, фазовая скорость из Рентгеновские лучи через большинство очков может обычно превышать c,[41] но фазовая скорость не определяет скорость, с которой волны передают информацию.[42]

Если лазерный луч быстро проходит через удаленный объект, пятно света может двигаться быстрее, чемc, хотя первоначальное движение пятна задерживается из-за того, что свету требуется время, чтобы добраться до удаленного объекта со скоростьюc. Однако единственные движущиеся физические объекты - это лазер и излучаемый им свет, который движется со скоростьюc от лазера к различным положениям пятна. Точно так же тень, проецируемая на удаленный объект, может двигаться быстрее, чемc, после задержки во времени.[43] Ни в том, ни в другом случае материя, энергия или информация не движутся быстрее света.[44]

Скорость изменения расстояния между двумя объектами в системе отсчета, относительно которой оба движутся (их скорость закрытия ) может иметь значение, превышающееc. Однако это не отражает скорость какого-либо отдельного объекта, измеренную в одном инерциальном кадре.[44]

Некоторые квантовые эффекты передаются мгновенно и поэтому быстрее, чем c, как в Парадокс ЭПР. Пример включает квантовые состояния двух частиц, которые могут быть запутанный. Пока одна из частиц не будет обнаружена, они существуют в суперпозиция двух квантовых состояний. Если частицы разделены и наблюдается квантовое состояние одной частицы, квантовое состояние другой частицы определяется мгновенно. Однако невозможно контролировать, какое квантовое состояние примет первая частица при ее наблюдении, поэтому информация не может быть передана таким образом.[44][45]

Другой квантовый эффект, который предсказывает появление скоростей, превышающих скорость света, называется Эффект Хартмана: при определенных условиях время, необходимое для виртуальная частица к туннель через преграду постоянно, независимо от толщины преграды.[46][47] Это может привести к тому, что виртуальная частица пересечет большой промежуток быстрее света. Однако с помощью этого эффекта нельзя отправлять информацию.[48]

Так называемый сверхсветовое движение наблюдается в некоторых астрономических объектах,[49] такой как релятивистские струи из радиогалактики и квазары. Однако эти струи не движутся со скоростью, превышающей скорость света: кажущееся сверхсветовое движение - это проекция эффект, вызванный объектами, движущимися со скоростью, близкими к скорости света, и приближающимися к Земле под небольшим углом к ​​лучу зрения: поскольку свету, который испускался, когда струя находилась дальше, требовалось больше времени, чтобы достичь Земли, время между двумя последовательными наблюдениями соответствует большее время между моментами испускания световых лучей.[50]

В моделях расширяющейся Вселенной чем дальше галактики удалены друг от друга, тем быстрее они расходятся. Это отступление не из-за движения через пространство, а скорее к расширение пространства сам.[44] Например, галактики, далекие от Земли, кажутся удаляющимися от Земли со скоростью, пропорциональной их расстоянию. За границей, называемой Сфера Хаббла, скорость, с которой их расстояние от Земли увеличивается, становится больше скорости света.[51]

Распространение света

В классическая физика, свет описывается как тип электромагнитная волна. Классическое поведение электромагнитное поле описывается Уравнения Максвелла, которые предсказывают, что скоростьc с которой электромагнитные волны (такие как свет) распространяются в вакууме, связано с распределенной емкостью и индуктивностью вакуума, иначе известными как электрическая постоянная ε0 и магнитная постоянная μ0, уравнением[52]

В современном квантовая физика электромагнитное поле описывается теорией квантовая электродинамика (QED). В этой теории свет описывается фундаментальными возбуждениями (или квантами) электромагнитного поля, называемыми фотоны. В КЭД фотоны безмассовые частицы и таким образом, согласно специальной теории относительности, они движутся в вакууме со скоростью света.

Были рассмотрены расширения КЭД, в которых фотон имеет массу. В такой теории его скорость будет зависеть от его частоты, а инвариантная скоростьc специальной теории относительности было бы верхним пределом скорости света в вакууме.[27] Никаких изменений скорости света в зависимости от частоты при тщательном тестировании не наблюдалось.[53][54][55] установление строгих ограничений на массу фотона. Полученный предел зависит от используемой модели: если массивный фотон описывается формулой Теория Прока,[56] экспериментальная верхняя граница его массы составляет около 10−57 граммы;[57] если масса фотона создается Механизм Хиггса, экспериментальный верхний предел менее резкий, м ≤ 10−14 эВ /c2 [56] (примерно 2 × 10−47 грамм).

Другой причиной того, что скорость света зависит от его частоты, может быть неприменимость специальной теории относительности к сколь угодно малым масштабам, как предсказывают некоторые предложенные теории квантовая гравитация. В 2009 г. наблюдение за гамма-всплеск GRB 090510 не нашли доказательств зависимости скорости фотона от энергии, поддерживая жесткие ограничения в конкретных моделях квантования пространства-времени на то, как на эту скорость влияет энергия фотона для энергий, приближающихся к Планковский масштаб.[58]

В среде

Смотрите также: Показатель преломления

В среде свет обычно не распространяется со скоростью, равной c; далее, разные типы световых волн будут распространяться с разной скоростью. Скорость, с которой отдельные гребни и впадины плоская волна (волна, заполняющая все пространство, только с одним частота ) распространение называется фазовая скорость  vп. Физический сигнал конечной протяженности (импульс света) распространяется с другой скоростью. Большая часть импульса проходит по групповая скорость  vграмм, а самая ранняя его часть путешествует по скорость фронта  vж.

Модулированная волна движется слева направо. Точкой отмечены три точки: синяя точка в узле несущей волны, зеленая точка в максимуме огибающей и красная точка в передней части огибающей.
Синяя точка движется со скоростью ряби, фазовой скоростью; зеленая точка движется со скоростью огибающей, групповой скоростью; а красная точка движется со скоростью передней части импульса, скорости фронта.

Фазовая скорость важна для определения того, как световая волна распространяется через материал или от одного материала к другому. Его часто представляют в виде показатель преломления. Показатель преломления материала определяется как отношение c к фазовой скоростиvп в материале: большие показатели преломления указывают на более низкие скорости. Показатель преломления материала может зависеть от частоты, интенсивности света, поляризация, или направление распространения; однако во многих случаях его можно рассматривать как константу, зависящую от материала. В показатель преломления воздуха составляет приблизительно 1.0003.[59] Более плотные среды, такие как воды,[60] стекло,[61] и алмаз,[62] имеют показатели преломления около 1,3, 1,5 и 2,4 соответственно для видимого света. В экзотических материалах, таких как Конденсаты Бозе – Эйнштейна около абсолютного нуля эффективная скорость света может составлять всего несколько метров в секунду. Однако это представляет собой задержку поглощения и повторного излучения между атомами, как и все более медленныеc скорости в материальных веществах. В качестве крайнего примера «замедления» света в материи две независимые группы физиков заявили, что приводят свет в состояние «полной остановки», пропуская его через конденсат Бозе-Эйнштейна элемента. рубидий, одна команда в Гарвардский университет и Институт науки Роуленда в Кембридже, штат Массачусетс, а другой в Гарвард – Смитсоновский центр астрофизики, также в Кембридже. Однако популярное описание «остановки» света в этих экспериментах относится только к свету, который накапливается в возбужденных состояниях атомов, а затем повторно излучается в произвольно более позднее время, стимулированный вторым лазерным импульсом. За время, пока он «остановился», он перестал светиться. Этот тип поведения обычно микроскопически верен для всех прозрачных сред, которые «замедляют» скорость света.[63]

В прозрачных материалах показатель преломления обычно больше 1, что означает, что фазовая скорость меньше c. В других материалах показатель преломления может стать меньше, чем 1 для некоторых частот; в некоторых экзотических материалах показатель преломления может даже стать отрицательным.[64] Требование о том, что причинность не нарушается, подразумевает, что реальные и мнимые части из диэлектрическая постоянная любого материала, соответствующего показателю преломления и коэффициент затухания, связаны Отношения Крамерса – Кронига.[65] На практике это означает, что в материале с показателем преломления менее 1 поглощение волны настолько быстрое, что никакой сигнал не может быть отправлен быстрее, чем c.

Импульс с разными групповыми и фазовыми скоростями (который возникает, если фазовая скорость не одинакова для всех частот импульса) со временем размазывается, процесс, известный как разброс. Определенные материалы имеют исключительно низкую (или даже нулевую) групповую скорость для световых волн - явление, называемое медленный свет, что подтверждено в различных экспериментах.[66][67][68][69]Напротив, групповые скорости превышают c, также было показано в эксперименте.[70] Возможно даже, что групповая скорость станет бесконечной или отрицательной, с импульсами, перемещающимися мгновенно или назад во времени.[71]

Однако ни один из этих вариантов не позволяет передавать информацию быстрее, чем c. Невозможно передать информацию с помощью светового импульса быстрее скорости самой ранней части импульса ( скорость фронта ). Можно показать, что это (при определенных предположениях) всегда равно c.[71]

Частица может проходить через среду быстрее, чем фазовая скорость света в этой среде (но все же медленнее, чем c). Когда заряженная частица делает это в диэлектрик материал, электромагнитный эквивалент ударная волна, известный как Черенковское излучение, испускается.[72]

Практические эффекты конечности

Скорость света имеет отношение к коммуникации: односторонний и время задержки туда и обратно больше нуля. Это применимо от малых до астрономических масштабов. С другой стороны, некоторые методы зависят от конечной скорости света, например, при измерении расстояний.

Мелкие весы

В суперкомпьютеры, скорость света накладывает ограничение на скорость передачи данных между процессоры. Если процессор работает на 1 гигагерц, сигнал может пройти не более 30 сантиметров (1 фут) за один цикл. Поэтому процессоры необходимо размещать близко друг к другу, чтобы минимизировать задержки связи; это может вызвать проблемы с охлаждением. Если тактовые частоты будут продолжать расти, скорость света в конечном итоге станет ограничивающим фактором для внутренней конструкции одиночного чипсы.[73][74]

Большие расстояния на Земле

Учитывая, что экваториальная окружность Земли составляет около 40075 км и это c около 300000 км / стеоретически самое короткое время, за которое информация может пройти половину земного шара по поверхности, составляет около 67 миллисекунд. Когда свет движется по земному шару в оптоволокно, фактическое время прохождения больше, отчасти потому, что скорость света в оптическом волокне примерно на 35% ниже, в зависимости от его показателя преломления. п.[Примечание 9] Кроме того, прямые линии редко встречаются в ситуациях глобальной связи, а задержки возникают, когда сигнал проходит через электронный переключатель или регенератор сигнала.[76]

Космические полеты и астрономия

Диаметр Луны составляет примерно четверть диаметра Земли, а расстояние до них примерно в тридцать раз больше диаметра Земли. Луч света начинается с Земли и достигает Луны примерно за секунду с четвертью.
Луч света изображен движущимся между Землей и Луной за время, необходимое световому импульсу для перемещения между ними: 1,255 секунды на их среднем орбитальном расстоянии (от поверхности до поверхности). Относительные размеры и разделение системы Земля – Луна показаны в масштабе.

Точно так же связь между Землей и космическим кораблем не является мгновенной. От источника до приемника происходит небольшая задержка, которая становится более заметной с увеличением расстояния. Эта задержка была значительной для связи между наземный контроль и Аполлон 8 когда он стал первым пилотируемым космическим кораблем, вышедшим на орбиту Луны: на каждый вопрос наземной станции управления приходилось ждать ответа не менее трех секунд.[77] Задержка связи между Землей и Марс может варьироваться от пяти до двадцати минут в зависимости от относительного положения двух планет. Как следствие этого, если робот на поверхности Марса столкнется с проблемой, его люди-контролеры не узнают об этом, по крайней мере, через пять минут, а, возможно, и через двадцать минут; тогда потребуется еще пять-двадцать минут, чтобы получить инструкции по путешествию с Земли на Марс.

НАСА должно подождать несколько часов для получения информации от зонда, вращающегося вокруг Юпитера, и, если ему необходимо исправить навигационную ошибку, исправление не будет доставлено на космический корабль в течение равного времени, создавая риск того, что поправка не поступит вовремя.

Получение света и других сигналов от далеких астрономических источников может занять гораздо больше времени. Например, ушло 13 миллиардов (13×109) лет, чтобы свет достиг Земли из далеких галактик, наблюдаемых в Хаббл Сверхглубокое Поле изображений.[78][79] На этих фотографиях, сделанных сегодня, запечатлены изображения галактик в том виде, в каком они появились 13 миллиардов лет назад, когда Вселенной было меньше миллиарда лет.[78] Тот факт, что более далекие объекты кажутся моложе из-за конечной скорости света, позволяет астрономам делать выводы. эволюция звезд, галактик, и Вселенной сам.

Иногда астрономические расстояния выражаются в световых лет, особенно в научно-популярный публикации и СМИ.[80] Световой год - это расстояние, которое свет проходит за один год, около 9461 миллиарда километров, 5879 миллиарда миль или 0,3066 парсек. В круглых числах световой год составляет почти 10 триллионов километров или почти 6 триллионов миль. Проксима Центавра, ближайшая к Земле звезда после Солнца, находится на расстоянии около 4,2 световых лет.[81]

Измерение расстояния

Основная статья: Измерение расстояния

Радар системы измеряют расстояние до цели по времени, которое требуется радиоволновому импульсу, чтобы вернуться к антенне радара после отражения от цели: расстояние до цели составляет половину пути туда и обратно время пробега умноженное на скорость света. А спутниковая система навигации (GPS) приемник измеряет свое расстояние до спутников GPS в зависимости от того, сколько времени требуется радиосигналу от каждого спутника, и с этих расстояний вычисляет положение приемника. Потому что свет путешествует 300000 километров (186000 ми) за одну секунду, эти измерения с малыми долями секунды должны быть очень точными. В Лунный лазерный эксперимент, радиолокационная астрономия и Сеть Deep Space определять расстояния до Луны,[82] планеты[83] и космический корабль,[84] соответственно, измеряя время прохождения туда и обратно.

Высокочастотная торговля

Скорость света стала важной в высокочастотная торговля, где трейдеры стремятся получить минутные преимущества, отправляя свои сделки на биржи на доли секунды раньше других трейдеров. Например, трейдеры перешли на микроволновая печь связь между торговыми центрами, поскольку микроволны, движущиеся со скоростью, близкой к скорости света в воздухе, имеют преимущество перед оптоволоконный кабель сигналы, которые распространяются на 30–40% медленнее.[85][86]

Измерение

Есть разные способы определения стоимости c. Один из способов - измерить фактическую скорость, с которой распространяются световые волны, что можно сделать в различных астрономических и наземных установках. Однако также можно определить c из других физических законов, где он появляется, например, путем определения значений электромагнитных постоянных ε0 и μ0 и используя их отношение к c. Исторически наиболее точные результаты были получены при раздельном определении частоты и длины волны светового луча, причем их произведение равнялось c.

В 1983 году метр был определен как «длина пути, пройденного светом в вакууме за промежуток времени1⁄299792458 секунды ",[87] фиксируя значение скорости света на 299792458 РС по определению, как описано ниже. Следовательно, точные измерения скорости света дают точную реализацию измерителя, а не точное значение c.

Астрономические измерения

Измерение скорости света с помощью затмения Ио Юпитером

Космическое пространство удобная установка для измерения скорости света из-за большого масштаба и почти идеального вакуум. Обычно измеряется время, необходимое свету для прохождения некоторого эталонного расстояния в Солнечная система, такой как радиус орбиты Земли. Исторически сложилось, что такие измерения могут быть сделаны достаточно точно, по сравнению с того, насколько точно длина опорного расстояния, как известно в единицах наземного базирования. Результаты принято выражать в астрономические единицы (AU) в день.

Оле Кристенсен Рёмер использовал астрономические измерения, чтобы сделать первая количественная оценка скорости света в 1676 году.[88][89] При измерении с Земли периоды лун, вращающихся вокруг далекой планеты, короче, когда Земля приближается к планете, чем когда Земля удаляется от нее. Расстояние, проходимое светом от планеты (или ее луны) до Земли, меньше, когда Земля находится в точке своей орбиты, наиболее близкой к ее планете, чем когда Земля находится в самой дальней точке своей орбиты, разница в расстоянии будучи диаметр орбиты Земли вокруг Солнца. Наблюдаемое изменение орбитального периода Луны вызвано разницей во времени, которое требуется свету для прохождения более короткого или большего расстояния. Рёмер наблюдал этот эффект для Юпитер самая сокровенная луна Ио и пришел к выводу, что свету требуется 22 минуты, чтобы пересечь диаметр орбиты Земли.

Звезда испускает световой луч, который попадает в объектив телескопа. Пока свет проходит по телескопу к окуляру, телескоп перемещается вправо. Чтобы свет оставался внутри телескопа, телескоп необходимо наклонить вправо, в результате чего дальний источник появится в другом месте справа.
Аберрация света: свет от удаленного источника кажется движущимся телескопом из другого места из-за конечной скорости света.

Другой метод - использовать аберрация света, обнаружил и объяснил Джеймс Брэдли в 18 веке.[90] Этот эффект является результатом векторное сложение скорости света, приходящего от удаленного источника (например, звезды), и скорости его наблюдателя (см. диаграмму справа). Таким образом, движущийся наблюдатель видит свет, исходящий с немного другого направления, и, следовательно, видит источник в положении, смещенном от его исходного положения. Поскольку направление скорости Земли непрерывно изменяется по мере того, как Земля вращается вокруг Солнца, этот эффект заставляет видимое положение звезд перемещаться. По угловой разнице положения звезд (максимально 20,5 угловые секунды )[91] можно выразить скорость света через скорость Земли вокруг Солнца, которая при известной длине года может быть преобразована во время, необходимое для путешествия от Солнца до Земли. В 1729 году Брэдли использовал этот метод, чтобы получить, что свет перемещается 10210 раз быстрее, чем Земля на своей орбите (современная цифра 10066 раз быстрее) или, что то же самое, что свету потребуется 8 минут 12 секунд, чтобы добраться от Солнца до Земли.[90]

Астрономическая единица

Астрономическая единица (AU) - это приблизительно среднее расстояние между Землей и Солнцем. В 2012 году он был переопределен как 149597870700 м.[92][93] Ранее AU не основывался на Международная система единиц но с точки зрения гравитационной силы, действующей на Солнце в рамках классической механики.[Примечание 10] Текущее определение использует рекомендованное значение в метрах для предыдущего определения астрономической единицы, которое было определено путем измерения.[92] Это переопределение аналогично метру и аналогичным образом фиксирует скорость света на точном значении в астрономических единицах в секунду (через точную скорость света в метрах в секунду).

Ранее обратноеc выраженное в секундах на астрономическую единицу, было измерено путем сравнения времени, в течение которого радиосигналы достигают различных космических аппаратов в Солнечной системе, с их положением, рассчитанным на основе гравитационного воздействия Солнца и различных планет. Комбинируя множество таких измерений, наиболее подходящий может быть получено значение светового времени на единицу расстояния. Например, в 2009 г. лучшая оценка, утвержденная Международный астрономический союз (IAU), было:[95][96][97]

световое время на единицу расстояния: тau = 499.004783836(10) с
c = 0.00200398880410(4) AU / с = 173.144632674(3) ЕД / день.

Относительная погрешность этих измерений составляет 0,02 частей на миллиард (2×10−11), что эквивалентно погрешности измерений длины с помощью интерферометрии на Земле.[98] Поскольку метр определяется как длина, проходимая светом за определенный интервал времени, измерение светового времени в терминах предыдущего определения астрономической единицы также можно интерпретировать как измерение длины AU (старое определение) в метров.[Примечание 11]

Время полета техники

В одном из последних и наиболее точных измерений времени полета, в эксперименте Майкельсона, Пиза и Пирсона 1930–1935 годов использовалось вращающееся зеркало и вакуумная камера длиной 1,6 км, которую световой луч проходил 10 раз. Достигнута точность ± 11 км / с.
Световой луч проходит горизонтально через полупрозрачное зеркало и вращающееся зубчатое колесо, отражается обратно зеркалом, проходит через зубчатое колесо и отражается полупрозрачным зеркалом в монокуляр.
Схема Аппарат Физо

Метод измерения скорости света состоит в том, чтобы измерить время, необходимое свету, чтобы добраться до зеркала на известном расстоянии и обратно. Это принцип работы Аппарат Физо – Фуко разработан Ипполит Физо и Леон Фуко.

Установка, которую использовал Физо, состоит из луча света, направленного на зеркало в 8 километрах (5 миль) от него. На пути от источника к зеркалу луч проходит через вращающееся зубчатое колесо. При определенной скорости вращения луч проходит через один зазор на выходе, а другой - на обратном пути, но при немного большей или меньшей скорости луч ударяется о зуб и не проходит через колесо. Зная расстояние между колесом и зеркалом, количество зубцов на колесе и скорость вращения, можно вычислить скорость света.[99]

Метод Фуко заменяет зубчатое колесо вращающимся зеркалом. Поскольку зеркало продолжает вращаться, пока свет движется к дальнему зеркалу и обратно, свет отражается от вращающегося зеркала под другим углом на выходе, чем на обратном пути. По этой разнице углов, известной скорости вращения и расстоянию до дальнего зеркала может быть рассчитана скорость света.[100]

В настоящее время использование осциллографы с временным разрешением менее одной наносекунды скорость света может быть непосредственно измерена путем измерения задержки светового импульса от лазера или светодиода, отраженного от зеркала. Этот метод менее точен (с ошибками порядка 1%), чем другие современные методы, но иногда его используют в качестве лабораторного эксперимента на уроках физики в колледже.[101][102][103]

Электромагнитные константы

Возможность получения c который не зависит напрямую от измерения распространения электромагнитных волн, заключается в использовании соотношения между c и диэлектрическая проницаемость вакуума ε0 и вакуумная проницаемость μ0 установленная теорией Максвелла: c2 = 1/(ε0μ0). Диэлектрическая проницаемость вакуума может быть определена путем измерения емкость и габариты конденсатор, тогда как значение вакуумной проницаемости фиксируется ровно на 4π×10−7 Хм−1 через определение ампер. Роза и Дорси использовали этот метод в 1907 году, чтобы найти значение 299710±22 км / с.[104][105]

Резонанс полости

Ящик с тремя волнами внутри; есть полторы длины волны верхней волны, одна средняя и половина нижней.
Электромагнитный стоячие волны в полости

Другой способ измерить скорость света - самостоятельно измерить частоту ж и длина волны λ электромагнитной волны в вакууме. Значение c затем можно найти, используя соотношение c = fλ. Один из вариантов - измерить резонансную частоту объемный резонатор. Если размеры резонансной полости также известны, их можно использовать для определения длины волны. В 1946 г. Луи Эссен и A.C. Гордон-Смит установили частоту для множества нормальные режимы микроволн микроволновая печь точно известных размеров. Размеры устанавливались с точностью около ± 0,8 мкм с помощью калиброванных интерферометрией датчиков.[104] Поскольку длина волны мод была известна из геометрии резонатора и из электромагнитная теория знание соответствующих частот позволило вычислить скорость света.[104][106]

Результат Эссена – Гордона-Смита, 299792±9 км / с, был существенно точнее, чем те, которые были обнаружены оптическими методами.[104] К 1950 году повторные измерения Эссена установили результат: 299792.5±3,0 км / с.[107]

Возможна бытовая демонстрация этой техники, используя микроволновая печь и продукты, такие как зефир или маргарин: если вращающийся поднос снять, чтобы еда не двигалась, она будет готовиться быстрее всех пучности (точки, в которых амплитуда волны наибольшая), где она начнет таять. Расстояние между двумя такими пятнами составляет половину длины волны микроволн; измеряя это расстояние и умножая длину волны на частоту микроволн (обычно отображается на задней стороне духовки, обычно 2450 МГц), значение c можно рассчитать, «часто с ошибкой менее 5%».[108][109]

Интерферометрия

Схема работы интерферометра Майкельсона.
Интерферометрическое определение длины. Оставили: конструктивное вмешательство; Правильно: деструктивное вмешательство.

Интерферометрия - еще один метод определения длины волны электромагнитного излучения для определения скорости света.[Примечание 12] А последовательный луч света (например, от лазер ), с известной частотой (ж), разбивается на два пути, а затем повторно объединяется. Регулируя длину пути, соблюдая картина интерференции и тщательно измерив изменение длины пути, длины волны света (λ) можно определить. Затем скорость света рассчитывается с использованием уравненияc = λf.

До появления лазерных технологий когерентные радио источники использовались для интерферометрических измерений скорости света.[111] Однако интерферометрическое определение длины волны становится менее точным с увеличением длины волны, и, таким образом, точность экспериментов ограничивалась большой длиной волны (~ 4 мм (0,16 дюйма)) радиоволн. Точность можно улучшить, используя свет с более короткой длиной волны, но тогда становится трудно напрямую измерить частоту света. Один из способов решения этой проблемы - начать с низкочастотного сигнала, частота которого может быть точно измерена, и из этого сигнала постепенно синтезировать более высокочастотные сигналы, частота которых затем может быть связана с исходным сигналом. Затем лазер можно привязать к частоте, а его длину волны можно определить с помощью интерферометрии.[112] Этот метод был разработан группой в Национальном бюро стандартов (NBS) (которая позже стала NIST ). Они использовали его в 1972 году для измерения скорости света в вакууме с помощью дробная неопределенность из 3.5×10−9.[112][113]

История

История измеренийc (в км / с)
<1638Галилео, крытые фонаринеубедительный[114][115][116]:1252[Примечание 13]
<1667Академия дель Чименто, крытые фонаринеубедительный[116]:1253[117]
1675Рёмер иГюйгенс, спутники Юпитера220000[89][118]‒27% ошибка
1729Джеймс Брэдли, аберрация света301000[99]+ 0,40% ошибка
1849Ипполит Физо, зубчатое колесо315000[99]+ 5,1% ошибка
1862Леон Фуко, вращающееся зеркало298000±500[99]Ошибка ‒0,60%
1907Роза и Дорси, ЭМ константы299710±30[104][105]‒280 промилле ошибка
1926Альберт А. Михельсон, вращающееся зеркало299796±4[119]+12 ppm ошибка
1950Эссен и Гордон-Смит, объемный резонатор299792.5±3.0[107]+0,14 ppm ошибка
1958К.Д. Фрум, радиоинтерферометрия299792.50±0.10[111]+0,14 ppm ошибка
1972Эвенсони другие., лазерная интерферометрия299792.4562±0.0011[113]0,006 ppm ошибка
198317-я CGPM, определение счетчика299792.458 (точный)[87]точно, как определено

До ранний современный период не было известно, распространяется ли свет мгновенно или с очень быстрой конечной скоростью. Первое дошедшее до нас записанное исследование этого предмета было в древняя Греция. Древние греки, мусульманские ученые и классические европейские ученые долго спорили об этом, пока Рёмер не представил первый расчет скорости света. Специальная теория относительности Эйнштейна пришла к выводу, что скорость света постоянна независимо от системы координат. С тех пор ученые обеспечивают все более точные измерения.

Ранняя история

Эмпедокл (ок. 490–430 до н. э.) был первым, кто предложил теорию света.[120] и утверждал, что свет имеет конечную скорость.[121] Он утверждал, что свет - это что-то движущееся, и поэтому ему нужно время для путешествия. Аристотель напротив, утверждал, что «свет возникает из-за присутствия чего-то, но это не движение».[122] Евклид и Птолемей продвинутый Эмпедокл теория эмиссии зрения, когда свет излучается из глаза, что позволяет видеть. Основываясь на этой теории, Цапля Александрийская утверждал, что скорость света должна быть бесконечный потому что далекие объекты, такие как звезды, появляются сразу после открытия глаз.[123]Ранние исламские философы первоначально согласился с Аристотелевский взгляд у этого света не было скорости движения. В 1021 г. Альхазен (Ибн аль-Хайтам) опубликовал Книга оптики, в котором он представил ряд аргументов, отвергающих эмиссионную теорию зрение в пользу теперь принятой теории интромиссии, согласно которой свет движется от объекта в глаз.[124] Это привело Альхазена к предположению, что свет должен иметь конечную скорость,[122][125][126] и что скорость света переменна, уменьшаясь в более плотных телах.[126][127] Он утверждал, что свет - это материальная материя, для распространения которой требуется время, даже если это скрыто от наших чувств.[128] Также в 11 веке Абу Райхан аль-Бируни согласился, что свет имеет конечную скорость, и заметил, что скорость света намного превышает скорость звука.[129]

В 13 веке Роджер Бэкон утверждал, что скорость света в воздухе не бесконечна, используя философские аргументы, подкрепленные работами Альхазена и Аристотеля.[130][131] В 1270-х годах Witelo рассматривали возможность перемещения света с бесконечной скоростью в вакууме, но замедления в более плотных телах.[132]

В начале 17 века Иоганн Кеплер считал, что скорость света бесконечна, поскольку пустое пространство не представляет для нее препятствий. Рене Декарт утверждал, что если бы скорость света была конечной, Солнце, Земля и Луна были бы заметно не выровнены во время лунное затмение. Поскольку такое рассогласование не наблюдалось, Декарт пришел к выводу, что скорость света бесконечна. Декарт предположил, что, если скорость света окажется конечной, вся его философская система может быть разрушена.[122] В выводе Декарта Закон Снеллиуса, он предположил, что, хотя скорость света мгновенная, чем плотнее среда, тем выше скорость света.[133] Пьер де Ферма вывел закон Снеллиуса, используя противоположное предположение: чем плотнее среда, тем медленнее распространяется свет. Ферма также выступал в поддержку конечной скорости света.[134]

Первые попытки измерения

В 1629 г. Исаак Бекман предложили эксперимент, в котором человек наблюдает за вспышкой пушки, отражающейся от зеркала на расстоянии 1,6 км. В 1638 г. Галилео Галилей предложил эксперимент с очевидным утверждением, что провел его несколькими годами ранее, чтобы измерить скорость света, наблюдая за задержкой между открытием фонаря и его восприятием на некотором расстоянии. Он был не в состоянии различить, было ли путешествие светом мгновенным или нет, но пришел к выводу, что в противном случае он, тем не менее, должен быть чрезвычайно быстрым.[114][115] В 1667 г. Академия дель Чименто из Флоренции сообщил, что он выполнил эксперимент Галилея, с фонарями, разделенными примерно одной милей, но никакой задержки не наблюдалось. Фактическая задержка в этом эксперименте составила бы около 11 микросекунды.

Схема орбиты планеты вокруг Солнца и орбиты Луны вокруг другой планеты. Тень последней планеты заштрихована.
Наблюдения Ремера за затмениями Ио с Земли

Первая количественная оценка скорости света был изготовлен в 1676 году Рёмером.[88][89] Из наблюдения, что периоды самой внутренней луны Юпитера Ио он казался короче, когда Земля приближалась к Юпитеру, чем когда удалялась от него, он пришел к выводу, что свет движется с конечной скоростью, и подсчитал, что свету требуется 22 минуты, чтобы пересечь диаметр орбиты Земли. Кристиан Гюйгенс объединили эту оценку с оценкой диаметра орбиты Земли, чтобы получить оценку скорости света 220000 км / с, На 26% ниже фактического значения.[118]

В своей книге 1704 года Opticks, Исаак Ньютон сообщил о расчетах Рёмера конечной скорости света и дал значение «семь или восемь минут» для времени, необходимого свету, чтобы пройти от Солнца до Земли (современное значение составляет 8 минут 19 секунд).[135] Ньютон спросил, были ли окрашены тени затмения Ремера; услышав, что это не так, он пришел к выводу, что разные цвета летят с одинаковой скоростью. В 1729 г. Джеймс Брэдли обнаруженный звездная аберрация.[90] Исходя из этого эффекта, он решил, что свет должен путешествовать 10210 раз быстрее, чем Земля на своей орбите (современная цифра 10066 раз быстрее) или, что то же самое, что свету потребуется 8 минут 12 секунд, чтобы добраться от Солнца до Земли.[90]

Связь с электромагнетизмом

Смотрите также: История электромагнитной теории и История специальной теории относительности

В 19 веке Ипполит Физо разработал метод определения скорости света на основе измерений времени пролета на Земле и сообщил значение 315000 км / с.[136] Его метод был улучшен Леон Фуко кто получил ценность 298000 км / с в 1862 г.[99] В 1856 году Вильгельм Эдуард Вебер и Рудольф Кольрауш измерил соотношение электромагнитной и электростатической единиц заряда, 1 /√ε0μ0, разрядив лейденская банка, и обнаружил, что его числовое значение очень близко к скорости света, измеренной непосредственно Физо. В следующем году Густав Кирхгоф подсчитал, что электрический сигнал в безупречный проволока движется по проволоке с этой скоростью.[137] В начале 1860-х Максвелл показал, что, согласно теории электромагнетизма, над которой он работал, электромагнитные волны распространяются в пустом пространстве.[138][139][140] со скоростью, равной вышеуказанному отношению Вебера / Кольрауша, и обратив внимание на численную близость этого значения к скорости света, измеренной Физо, он предположил, что свет на самом деле является электромагнитной волной.[141]

«Светоносный эфир»

Хендрик Лоренц (справа) с Альбертом Эйнштейном

В то время считалось, что пустое пространство заполняется фоновой средой, называемой светоносный эфир в котором существовало электромагнитное поле. Некоторые физики думали, что этот эфир действует как предпочтительный фрейм отсчета для распространения света, и поэтому должна быть возможность измерить движение Земли относительно этой среды, измеряя изотропию скорости света. Начиная с 1880-х годов, было проведено несколько экспериментов по обнаружению этого движения, наиболее известным из которых является эксперимент в исполнении Альберт А. Михельсон и Эдвард В. Морли в 1887 г.[142][143] Обнаруженное движение всегда было меньше ошибки наблюдения. Современные эксперименты показывают, что двусторонняя скорость света равна изотропный (одинаково во всех направлениях) с точностью до 6 нанометров в секунду.[144]Из-за этого эксперимента Хендрик Лоренц предположил, что движение устройства в эфире может вызвать договор вдоль его длины в направлении движения, и он далее предположил, что переменная времени для движущихся систем также должна быть изменена соответствующим образом («местное время»), что привело к формулировке Преобразование Лоренца. На основе Теория эфира Лоренца, Анри Пуанкаре (1900) показали, что это местное время (в первом порядке по v / c) указывается часами, движущимися в эфире, которые синхронизированы при предположении постоянной скорости света. В 1904 году он предположил, что скорость света может быть ограничивающей скоростью в динамике при условии, что все предположения теории Лоренца подтвердятся. В 1905 году Пуанкаре привел теорию эфира Лоренца в полное наблюдательное согласие с теорией эфира. принцип относительности.[145][146]

Специальная теория относительности

В 1905 году Эйнштейн с самого начала постулировал, что скорость света в вакууме, измеренная неускоряющим наблюдателем, не зависит от движения источника или наблюдателя. Используя это и принцип относительности в качестве основы, он вывел специальная теория относительности, в котором скорость света в вакууме c фигурирует как фундаментальная константа, а также появляется в контекстах, не связанных со светом. Это сделало концепцию неподвижного эфира (которой все еще придерживались Лоренц и Пуанкаре) бесполезной и произвело революцию в представлениях о пространстве и времени.[147][148]

Повышенная точность c и переопределение счетчика и секунды

Смотрите также: История счетчика

Во второй половине 20 века был достигнут значительный прогресс в повышении точности измерения скорости света, сначала с помощью методов резонансного резонанса, а затем методов лазерного интерферометра. Этому способствовали новые, более точные определения метра и секунды. В 1950 г. Луи Эссен определил скорость как 299792.5±1 км / с, используя объемный резонанс. Это значение было принято 12-й Генеральной ассамблеей Радионаучного союза в 1957 г. В 1960 г. счетчик был переопределен по длине волны конкретной спектральной линии криптона-86, а в 1967 г. второй была переопределена в терминах частоты сверхтонкого перехода основного состояния цезий-133.

В 1972 году, используя метод лазерного интерферометра и новые определения, группа из США Национальное бюро стандартов в Боулдер, Колорадо определили, что скорость света в вакууме c = 299792456.2±1,1 м / с. Это было в 100 раз меньше неуверенный чем ранее принятое значение. Оставшаяся неопределенность в основном связана с определением счетчика.[Примечание 14][113] Поскольку аналогичные эксперименты дали сопоставимые результаты для c, 15-е Генеральная конференция по мерам и весам в 1975 г. рекомендовалось использовать значение 299792458 РС для скорости света.[151]

Определение скорости света как явной константы

В 1983 году 17-я конференция CGPM обнаружила, что длины волн на основе измерений частоты и заданное значение скорости света больше воспроизводимый чем предыдущий стандарт. Они сохранили определение 1967 г. второй, Итак цезий сверхтонкая частота теперь определит и второй, и счетчик. Для этого они переопределили измеритель как: «Метр - это длина пути, пройденного светом в вакууме за интервал времени 1 /.299792458 секунды ".[87] В результате этого определения значение скорости света в вакууме точно равно 299792458 РС[152][153] и стала постоянной величиной в системе единиц СИ.[13] Усовершенствованные экспериментальные методы, которые до 1983 года позволяли измерять скорость света, больше не влияют на известное значение скорости света в единицах СИ, а вместо этого позволяют более точно реализовать измеритель путем более точного измерения длины волны криптона. 86 и другие источники света.[154][155]

В 2011 году CGPM заявила о своем намерении переопределить все семь базовых единиц СИ, используя то, что он называет «формулировкой явной константы», где каждая «единица определяется косвенно путем указания точного значения общепризнанной фундаментальной константы», поскольку было сделано для скорости света. Он предложил новую, но полностью эквивалентную формулировку определения метра: «Метр, символ m, является единицей длины; его величина устанавливается путем фиксации числового значения скорости света в вакууме, равного точно 299792458 когда он выражен в единицах СИ РС−1."[156] Это было одно из изменений, внесенных в 2019 новое определение базовых единиц СИ, также называемый Новый СИ.

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Точное значение: (299792458 × 60 × 60 × 24 / 149597870700) AU / день
  2. ^ Точное значение: (999992651π / 10246429500) шт / год
  3. ^ а б Скорость света в имперские единицы и Единицы США основан на дюйм точно 2,54 см и точно
    299792458 РС × 100 см/м × 1/2.54 в/см
    что примерно 186282 миль, 698 ярдов, 2 ноги и 5 дюймов в секунду.
  4. ^ Что, в свою очередь, определяется как время, которое занимает 9192631770 циклы излучения, испускаемого цезий -133 атом при переходе между двумя указанными энергетические состояния.[2]
  5. ^ Тем не менее частота света может зависеть от движения источника относительно наблюдателя из-за Эффект Допплера.
  6. ^ В то время как движущиеся объекты измеренный чтобы быть короче по линии относительного движения, они также видимый как вращающийся. Этот эффект, известный как Вращение Террелла, происходит из-за разного времени, которое требуется свету от разных частей объекта, чтобы достичь наблюдателя.[22][23]
  7. ^ Некоторые авторы считают сомнительной интерпретацию наблюдений за двойными системами, используемую для определения скорости гравитации, что оставляет неопределенность экспериментальной ситуации.[26]
  8. ^ Считается, что Эффект Шарнхорста позволяет сигналам двигаться немного быстрее, чемc, но особые условия, в которых может возникать этот эффект, не позволяют использовать этот эффект для нарушения причинности.[38]
  9. ^ Типичное значение показателя преломления оптического волокна составляет от 1,518 до 1,538.[75]
  10. ^ Астрономическая единица была определена как радиус невозмущенной круговой ньютоновской орбиты вокруг Солнца частицы с бесконечно малой массой, движущейся с угловая частота из 0.01720209895 радианы (примерно1⁄365.256898 оборота) в сутки.[94]
  11. ^ Тем не менее, при такой степени точности влияние общая теория относительности необходимо учитывать при интерпретации длины. Счетчик считается единицей измерения подходящая длина, тогда как AU обычно используется как единица наблюдаемой длины в данной системе отсчета. Приведенные здесь значения соответствуют последнему соглашению и являются TDB -совместимый.[96]
  12. ^ Подробное обсуждение интерферометра и его использования для определения скорости света можно найти в Vaughan (1989).[110]
  13. ^ По словам Галилея, фонари, которые он использовал, находились «на небольшом расстоянии, менее мили». Предполагая, что расстояние было не намного меньше мили, и что «около тридцатой секунды - это минимальный временной интервал, различимый невооруженным глазом», Бойер отмечает, что эксперимент Галилея можно было в лучшем случае сказать, что он установил нижний предел около 60 миль в секунду для скорости света.
  14. ^ Между 1960 и 1983 годами метр определялся следующим образом: «Метр - это длина, равная 1650763.73 длины волн в вакууме излучения, соответствующего переходу между уровнями 2p10 и 5d5 атома криптона 86 ".[149] В 1970-х годах было обнаружено, что эта спектральная линия не была симметричной, что ограничивало точность, с которой определение могло быть реализовано в экспериментах по интерферометрии.[150]

Рекомендации

  1. ^ Ларсон, Рон; Хостетлер, Роберт П. (2007). Элементарная и промежуточная алгебра: комбинированный курс, версия для студентов (4-е иллюстрированное изд.). Cengage Learning. п. 197. ISBN  978-0-618-75354-3.
  2. ^ «Определения базовой единицы: вторая». Physics.nist.gov. Получено 7 апреля 2018.
  3. ^ Пенроуз, Р. (2004). Дорога к реальности: полное руководство по законам Вселенной. Винтажные книги. стр.410 –11. ISBN  978-0-679-77631-4. ... самый точный эталон для счетчика удобно определенный так что есть ровно 299792458 из них на расстояние, пройденное светом за стандартную секунду, давая значение для метра, которое очень точно совпадает с теперь недостаточно точным стандартное правило счетчика в Париже.
  4. ^ Узан, Дж. П .; Леклерк, Б. (2008). Естественные законы Вселенной: понимание фундаментальных констант. Springer. С. 43–44. ISBN  978-0-387-73454-5.
  5. ^ Гиббс, Филип (1997). "Как измеряется скорость света?". Часто задаваемые вопросы по физике и теории относительности. Архивировано из оригинал 21 августа 2015 г.
  6. ^ а б Stachel, JJ (2002). Эйнштейн от «B» до «Z» - 9 том исследований Эйнштейна. Springer. п. 226. ISBN  978-0-8176-4143-6.
  7. ^ Гиббс, П. (2004) [1997]. "Почему c символ скорости света? ". Часто задаваемые вопросы по Usenet Physics. Калифорнийский университет, Риверсайд. Архивировано из оригинал 25 марта 2010 г.. Получено 16 ноября 2009.«Происхождение буквы c, используемой для обозначения скорости света, можно проследить до статьи 1856 года Вебера и Кольрауша [...] Вебер, очевидно, имел в виду, что c в своем законе силы означает« константа », но есть свидетельство того, что физики, такие как Лоренц и Эйнштейн, привыкли к общему соглашению о том, что c может использоваться в качестве переменной скорости. Это использование можно проследить до классических латинских текстов, в которых c означало «celeritas», означающее «скорость» ».
  8. ^ Мендельсон, К.С. (2006). "История c". Американский журнал физики. 74 (11): 995–97. Bibcode:2006AmJPh..74..995M. Дои:10.1119/1.2238887.
  9. ^ См. Например:
  10. ^ Международное бюро мер и весов (2006), Международная система единиц (СИ) (PDF) (8-е изд.), С. 112, ISBN  92-822-2213-6, в архиве (PDF) с оригинала 14 августа 2017 г.
  11. ^ Сиденхэм, PH (2003). «Измерение длины». В Boyes, W. (ред.). Справочник по приборам (3-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн. п. 56. ISBN  978-0-7506-7123-1. ... если скорость света определяется как фиксированное число, то, в принципе, эталон времени будет служить эталоном длины ...
  12. ^ «Значение CODATA: скорость света в вакууме». Справочник NIST о константах, единицах измерения и неопределенности. NIST. Получено 21 августа 2009.
  13. ^ а б Jespersen, J; Фитц-Рэндольф, Дж; Робб, Дж (1999). От солнечных часов к атомным часам: понимание времени и частоты (Перепечатка Национального бюро стандартов 1977 г., 2-е изд.). Курьер Дувр. п. 280. ISBN  978-0-486-40913-9.
  14. ^ Лори, ID (2002). «Приложение C: Натуральные единицы». Единый большой тур по теоретической физике (2-е изд.). CRC Press. п. 540. ISBN  978-0-7503-0604-1.
  15. ^ Сюй, Л. (2006). «Приложение A: Системы единиц и развитие теорий относительности». Более широкий взгляд на теорию относительности: общие последствия инвариантности Лоренца и Пуанкаре (2-е изд.). Всемирный научный. С. 427–28. ISBN  978-981-256-651-5.
  16. ^ Эйнштейн, А (1905). "Zur Elektrodynamik bewegter Körper". Annalen der Physik (Представленная рукопись) (на немецком языке). 17 (10): 890–921. Bibcode:1905АнП ... 322..891Е. Дои:10.1002 / andp.19053221004. Английский перевод: Перретт, У. Уокер, Дж. (Ред.). «К электродинамике движущихся тел». Фурмилаб. Перевод Джеффри, Великобритания. Получено 27 ноября 2009.
  17. ^ Hsu, JP; Чжан, Ю.З. (2001). Инвариантность Лоренца и Пуанкаре. Продвинутая серия по теоретической физической науке. 8. Всемирный научный. стр. 543ff. ISBN  978-981-02-4721-8.
  18. ^ а б Чжан, Ю.З. (1997). Специальная теория относительности и ее экспериментальные основы. Продвинутая серия по теоретической физической науке. 4. Всемирный научный. стр.172–73. ISBN  978-981-02-2749-4. Получено 23 июля 2009.
  19. ^ д'Инверно, Р. (1992). Введение в теорию относительности Эйнштейна. Издательство Оксфордского университета. стр.19–20. ISBN  978-0-19-859686-8.
  20. ^ Шриранджан, Б. (2004). «Постулаты специальной теории относительности и их следствия». Специальная теория относительности. PHI Learning Pvt. Ltd. стр. 20ff. ISBN  978-81-203-1963-9.
  21. ^ Робертс, Т; Шлейф, S (2007). Длугош, JM (ред.). "Что является экспериментальной основой специальной теории относительности?". Часто задаваемые вопросы по Usenet Physics. Калифорнийский университет, Риверсайд. Архивировано из оригинал 15 октября 2009 г.. Получено 27 ноября 2009.
  22. ^ Террелл, Дж. (1959). «Невидимость лоренцевского сокращения». Физический обзор. 116 (4): 1041–5. Bibcode:1959ПхРв..116.1041Т. Дои:10.1103 / PhysRev.116.1041.
  23. ^ Пенроуз, Р. (1959). «Видимая форма релятивистски движущейся сферы». Труды Кембриджского философского общества. 55 (1): 137–39. Bibcode:1959PCPS ... 55..137P. Дои:10.1017 / S0305004100033776.
  24. ^ Хартл, Дж. Б. (2003). Гравитация: введение в общую теорию относительности Эйнштейна. Эддисон-Уэсли. стр.52–59. ISBN  978-981-02-2749-4.
  25. ^ Хартл, Дж. Б. (2003). Гравитация: введение в общую теорию относительности Эйнштейна. Эддисон-Уэсли. п. 332. ISBN  978-981-02-2749-4.
  26. ^ Schäfer, G; Брюгманн, MH (2008). "Распространение света в гравитационном поле двойных систем до квадратичного порядка по гравитационной постоянной Ньютона: Часть 3: 'О споре о скорости гравитации'". В Dittus, H; Lämmerzahl, C; Турышев С.Г. (ред.). Лазеры, часы и управление без сопротивления: исследование релятивистской гравитации в космосе. Springer. ISBN  978-3-540-34376-9.
  27. ^ а б Гиббс, П. (1997) [1996]. Карлип, С. (ред.). "Постоянна ли скорость света?". Часто задаваемые вопросы по Usenet Physics. Калифорнийский университет, Риверсайд. Архивировано из оригинал 2 апреля 2010 г.. Получено 26 ноября 2009.
  28. ^ Эллис, СКФ; Узан, Дж.П. (2005). "'c '- это скорость света, не так ли? ". Американский журнал физики. 73 (3): 240–27. arXiv:gr-qc / 0305099. Bibcode:2005AmJPh..73..240E. Дои:10.1119/1.1819929. S2CID  119530637. Возможность того, что фундаментальные константы могут меняться во время эволюции Вселенной, открывает исключительное окно в теории более высоких измерений и, вероятно, связана с природой темной энергии, которая заставляет Вселенную ускоряться сегодня.
  29. ^ Мота, Д.Ф. (2006). Вариации постоянной тонкой структуры в пространстве и времени. (Кандидат наук). arXiv:Astro-ph / 0401631. Bibcode:2004astro.ph..1631M.
  30. ^ Узан, Дж.П. (2003). «Фундаментальные константы и их вариации: наблюдательный статус и теоретические мотивы». Обзоры современной физики. 75 (2): 403. arXiv:hep-ph / 0205340. Bibcode:2003РвМП ... 75..403У. Дои:10.1103 / RevModPhys.75.403. S2CID  118684485.
  31. ^ Амелино-Камелия, Г (2013). «Феноменология квантовой гравитации». Живые обзоры в теории относительности. 16 (1): 5. arXiv:0806.0339. Bibcode:2013ЛРР .... 16 .... 5А. Дои:10.12942 / lrr-2013-5. ЧВК  5255913. PMID  28179844.
  32. ^ Herrmann, S; и другие. (2009). "Эксперимент с вращающимся оптическим резонатором, проверяющий лоренц-инвариантность при 10−17 уровень". Физический обзор D. 80 (100): 105011. arXiv:1002.1284. Bibcode:2009PhRvD..80j5011H. Дои:10.1103 / PhysRevD.80.105011. S2CID  118346408.
  33. ^ Ланг, KR (1999). Астрофизические формулы (3-е изд.). Birkhäuser. п. 152. ISBN  978-3-540-29692-8.
  34. ^ «Официально: машины времени не работают». Лос-Анджелес Таймс. 25 июля 2011 г.
  35. ^ «Профессора HKUST доказывают, что одиночные фотоны не превышают скорость света». Гонконгский университет науки и технологий. 19 июля 2011 г.
  36. ^ Шанчао Чжан; Дж. Ф. Чен; Чанг Лю; M.M.T. Лой; Г.К.Л. Вонг; Шэнван Ду (16 июня 2011 г.). «Оптический предшественник одиночного фотона» (PDF). Phys. Rev. Lett. 106 (243602): 243602. Bibcode:2011PhRvL.106x3602Z. Дои:10.1103 / Physrevlett.106.243602. PMID  21770570.
  37. ^ Фаулер, М. (март 2008 г.). «Заметки по специальной теории относительности» (PDF). Университет Вирджинии. п. 56. Получено 7 мая 2010.
  38. ^ Liberati, S; Сонего, S; Виссер, М. (2002). "Быстрее, чем-c сигналы, специальная теория относительности и причинность ". Анналы физики. 298 (1): 167–85. arXiv:gr-qc / 0107091. Bibcode:2002AnPhy.298..167L. Дои:10.1006 / aphy.2002.6233. S2CID  48166.
  39. ^ Тейлор, EF; Уилер, Дж. А. (1992). Физика пространства-времени. W.H. Фримен. стр.74–75. ISBN  978-0-7167-2327-1.
  40. ^ Толман, Р. К. (2009) [1917]. «Скорости больше, чем у света». Теория относительности движения (Перепечатка ред.). BiblioLife. п. 54. ISBN  978-1-103-17233-7.
  41. ^ Hecht, E (1987). Оптика (2-е изд.). Эддисон-Уэсли. п. 62. ISBN  978-0-201-11609-0.
  42. ^ Куимби, RS (2006). Фотоника и лазеры: введение. Джон Уайли и сыновья. п. 9. ISBN  978-0-471-71974-8.
  43. ^ Wertheim, M (20 июня 2007 г.). "Тень уходит". Нью-Йорк Таймс. Получено 21 августа 2009.
  44. ^ а б c d Гиббс, П. (1997). «Возможно ли путешествие или общение со скоростью быстрее света?». Часто задаваемые вопросы по Usenet Physics. Калифорнийский университет, Риверсайд. Архивировано из оригинал 10 марта 2010 г.. Получено 20 августа 2008.
  45. ^ Сакураи, Дж. Дж. (1994). Туан, С.Ф. (ред.). Современная квантовая механика (Пересмотренная ред.). Эддисон-Уэсли. стр.231 –32. ISBN  978-0-201-53929-5.
  46. ^ Muga, JG; Mayato, RS; Egusquiza, IL, eds. (2007). Время в квантовой механике. Springer. п. 48. ISBN  978-3-540-73472-7.
  47. ^ Эрнандес-Фигероа, HE; Zamboni-Rached, M; Реками, Э (2007). Локализованные волны. Wiley Interscience. п. 26. ISBN  978-0-470-10885-7.
  48. ^ Винн, К. (2002). «Причинно-следственная связь и природа информации». Оптика Коммуникации. 209 (1–3): 84–100. Bibcode:2002OptCo.209 ... 85 Вт. Дои:10.1016 / S0030-4018 (02) 01638-3. архив
  49. ^ Рис, М. (1966). «Появление релятивистски расширяющихся радиоисточников». Природа. 211 (5048): 468. Bibcode:1966Натура.211..468R. Дои:10.1038 / 211468a0. S2CID  41065207.
  50. ^ Чейз, ИП. «Видимая сверхсветовая скорость галактик». Часто задаваемые вопросы по Usenet Physics. Калифорнийский университет, Риверсайд. Получено 26 ноября 2009.
  51. ^ Харрисон, ER (2003). Маски Вселенной. Издательство Кембриджского университета. п. 206. ISBN  978-0-521-77351-5.
  52. ^ Панофски, WKH; Филлипс, М. (1962). Классическое электричество и магнетизм. Эддисон-Уэсли. п.182. ISBN  978-0-201-05702-7.
  53. ^ Шефер, BE (1999). «Жесткие ограничения на изменение скорости света с частотой». Письма с физическими проверками. 82 (25): 4964–66. arXiv:astro-ph / 9810479. Bibcode:1999ПхРвЛ..82.4964С. Дои:10.1103 / PhysRevLett.82.4964. S2CID  119339066.
  54. ^ Эллис, Дж; Мавроматос, NE; Nanopoulos, DV; Сахаров, А.С. (2003). «Квантово-гравитационный анализ гамма-всплесков с использованием вейвлетов». Астрономия и астрофизика. 402 (2): 409–24. arXiv:astro-ph / 0210124. Bibcode:2003A & A ... 402..409E. Дои:10.1051/0004-6361:20030263. S2CID  15388873.
  55. ^ Фюллекруг, М. (2004). «Исследование скорости света с помощью радиоволн на очень низких частотах». Письма с физическими проверками. 93 (4): 043901. Bibcode:2004ПхРвЛ..93д3901Ф. Дои:10.1103 / PhysRevLett.93.043901. PMID  15323762.
  56. ^ а б Адельбергер, Э; Двали, G; Грузинов, А (2007). «Связанная с массой фотона разрушается вихрями». Письма с физическими проверками. 98 (1): 010402. arXiv:hep-ph / 0306245. Bibcode:2007PhRvL..98a0402A. Дои:10.1103 / PhysRevLett.98.010402. PMID  17358459. S2CID  31249827.
  57. ^ Сидхарт, Б.Г. (2008). Термодинамическая Вселенная. Всемирный научный. п. 134. ISBN  978-981-281-234-6.
  58. ^ Амелино-Камелия, Г (2009). «Астрофизика: всплеск поддержки теории относительности». Природа. 462 (7271): 291–92. Bibcode:2009Натура 462..291А. Дои:10.1038 / 462291a. PMID  19924200. S2CID  205051022.
  59. ^ де Подеста, М. (2002). Понимание свойств материи. CRC Press. п. 131. ISBN  978-0-415-25788-6.
  60. ^ «Оптические константы H2O, D2O (вода, тяжелая вода, лед)». refractiveindex.info. Михаил Полянский. Получено 7 ноября 2017.
  61. ^ «Оптические константы известково-натриевого стекла». refractiveindex.info. Михаил Полянский. Получено 7 ноября 2017.
  62. ^ «Оптические константы C (Углерод, алмаз, графит)». refractiveindex.info. Михаил Полянский. Получено 7 ноября 2017.
  63. ^ Кроми, Уильям Дж. (24 января 2001 г.). «Исследователи теперь могут останавливать, включать свет». Вестник Гарвардского университета. Архивировано из оригинал 28 октября 2011 г.. Получено 8 ноября 2011.
  64. ^ Милонни, П.В. (2004). Быстрый свет, медленный свет и левосторонний свет. CRC Press. п. 25. ISBN  978-0-7503-0926-4.
  65. ^ Толл, Дж. С. (1956). «Причинность и дисперсионное отношение: логические основы». Физический обзор. 104 (6): 1760–70. Bibcode:1956ПхРв..104.1760Т. Дои:10.1103 / PhysRev.104.1760.
  66. ^ Hau, LV; Harris, SE; Даттон, З; Behroozi, CH (1999). «Снижение скорости света до 17 метров в секунду в ультрахолодном атомном газе» (PDF). Природа. 397 (6720): 594–98. Bibcode:1999Натура.397..594В. Дои:10.1038/17561. S2CID  4423307.
  67. ^ Лю, К; Даттон, З; Behroozi, CH; Хау, LV (2001). «Наблюдение за когерентным хранением оптической информации в атомной среде с помощью остановленных световых импульсов» (PDF). Природа. 409 (6819): 490–93. Bibcode:2001Натура.409..490л. Дои:10.1038/35054017. PMID  11206540. S2CID  1894748.
  68. ^ Байчи, М; Зибров А.С.; Лукин, MD (2003). «Стационарные импульсы света в атомной среде». Природа. 426 (6967): 638–41. arXiv:Quant-ph / 0311092. Bibcode:2003Натура.426..638Б. Дои:10.1038 / природа02176. PMID  14668857. S2CID  4320280.
  69. ^ Дюме, Б. (2003). «Включение и выключение света». Мир физики. Институт Физики. Получено 8 декабря 2008.
  70. ^ Белый дом, Д (19 июля 2000 г.). "Луч разбивает световой барьер". Новости BBC. Получено 8 декабря 2008.
  71. ^ а б Милонни, П.В. (2004). "2". Быстрый свет, медленный свет и левосторонний свет. CRC Press. ISBN  978-0-7503-0926-4.
  72. ^ Черенков, Павел А. (1934). "Видимое свечение чистых жидкостей под действием γ-радиации" [Видимое свечение чистых жидкостей под действием γ-излучения]. Доклады Академии Наук СССР. 2: 451. Перепечатано: Черенков, П.А. (1967). «Видимое свечение чистых жидкостей под действием γ-радиации» [Видимое свечение чистых жидкостей под действием γ-излучения]. Усп. Физ. Наук. 93 (10): 385. Дои:10.3367 / ufnr.0093.196710n.0385., И в А.Н. Горбунов; E.P. Черенкова, ред. (1999). Павел Алексеевич Черенков: Человек и Открытие [Павел Алексеевич Черенков: Человек и открытие]. Москва: Наука. С. 149–53.
  73. ^ Пархами, Б. (1999). Введение в параллельную обработку: алгоритмы и архитектуры. Пленум Пресс. п. 5. ISBN  978-0-306-45970-2.
  74. ^ Imbs, D; Рейналь, Мишель (2009). Малышкин, В (ред.). Программные транзакционные памяти: подход к многоядерному программированию. 10-я Международная конференция, PaCT 2009, Новосибирск, Россия, 31 августа - 4 сентября 2009 г. Springer. п. 26. ISBN  978-3-642-03274-5.
  75. ^ Midwinter, JE (1991). Оптические волокна для передачи (2-е изд.). Издательство Кригер. ISBN  978-0-89464-595-2.
  76. ^ «Теоретическое и реальное ограничение скорости Ping». Pingdom. Июнь 2007 г.. Получено 5 мая 2010.
  77. ^ «День 4: 7, 8 и 9 лунные орбиты». Журнал полета Аполлона-8. НАСА. Архивировано из оригинал 4 января 2011 г.. Получено 16 декабря 2010.
  78. ^ а б «Хаббл достигает« неизведанной страны »первобытных галактик» (Пресс-релиз). Научный институт космического телескопа. 5 января 2010 г.
  79. ^ "Литография сверхглубокого поля Хаббла" (PDF). НАСА. Получено 4 февраля 2010.
  80. ^ «МАС и астрономические единицы». Международный астрономический союз. Получено 11 октября 2010.
  81. ^ Дальнейшее обсуждение можно найти на «Вопрос месяца StarChild за март 2000 года». Звездный ребенок. НАСА. 2000 г.. Получено 22 августа 2009.
  82. ^ Дики, Джо; и другие. (Июль 1994 г.). "Лунный лазерный дальномер: продолжающееся наследие программы Аполлон" (PDF). Наука. 265 (5171): 482–90. Bibcode:1994Наука ... 265..482Д. Дои:10.1126 / science.265.5171.482. PMID  17781305. S2CID  10157934.
  83. ^ Стэндиш, EM (февраль 1982 г.). «Планетарные эфемериды JPL». Небесная механика. 26 (2): 181–86. Bibcode:1982CeMec..26..181S. Дои:10.1007 / BF01230883.
  84. ^ Бернер, JB; Брайант, SH; Кинман, PW (ноябрь 2007 г.). «Измерение дальности, как это практикуется в сети дальнего космоса» (PDF). Труды IEEE. 95 (11): 2202–2214. Дои:10.1109 / JPROC.2007.905128. S2CID  12149700.
  85. ^ «Время - деньги, когда дело касается микроволновых печей». Financial Times. 10 мая 2013. Получено 25 апреля 2014.
  86. ^ Бьюкенен, Марк (11 февраля 2015 г.). «Физика в финансах: Торговля со скоростью света». Природа. 518 (7538): 161–163. Bibcode:2015Натура.518..161Б. Дои:10.1038 / 518161a. PMID  25673397.
  87. ^ а б c «Постановление № 1 17-го ГКБП». BIPM. 1983 г.. Получено 23 августа 2009.
  88. ^ а б Коэн, И.Б. (1940). «Ремер и первое определение скорости света (1676 г.)». Исида. 31 (2): 327–79. Дои:10.1086/347594. HDL:2027 / uc1.b4375710. S2CID  145428377.
  89. ^ а б c "Демонстрация движения люмьерских трюмов г-на Ромера Королевской академии наук" [Демонстрация движения света, обнаруженная г-ном Ремером из Королевской академии наук] (PDF). Журнал des sçavans (на французском языке): 233–36. 1676.
    Переведено на «Демонстрация движения света, переданная из Парижа в Journal des Sçavans и здесь переведенная на английский язык». Философские труды Королевского общества. 12 (136): 893–95. 1677. Bibcode:1677РСПТ ... 12..893.. Дои:10.1098 / рстл.1677.0024.
    Воспроизведено в Хаттон, К; Шоу, G; Пирсон, Р., ред. (1809). "О движении света М. Ромера". Философские труды Лондонского королевского общества с момента их основания в 1665 году до 1800 года: сокращенная версия. Vol. II. С 1673 по 1682. Лондон: К. и Р. Болдуин. С. 397–98.
    Аккаунт опубликован в Журнал des sçavans был основан на отчете, который Рёмер зачитал Французская Академия Наук в ноябре 1676 г. (Коэн, 1940, стр. 346).
  90. ^ а б c d Брэдли, Дж (1729). «Отчет о новом обнаруженном движении неподвижных звезд». Философские труды. 35: 637–60.
  91. ^ Даффет-Смит, П. (1988). Практическая астрономия с вашим калькулятором. Издательство Кембриджского университета. п.62. ISBN  978-0-521-35699-2. Выдержка со страницы 62
  92. ^ а б «Резолюция B2 о новом определении астрономической единицы длины» (PDF). Международный астрономический союз. 2012 г.
  93. ^ «Приложение 2014: Обновления к 8-му изданию (2006 г.) Брошюры SI» (PDF). Международная система единиц. Международное бюро мер и весов: 14. 2014.
  94. ^ Международное бюро мер и весов (2006), Международная система единиц (СИ) (PDF) (8-е изд.), С. 126, ISBN  92-822-2213-6, в архиве (PDF) с оригинала 14 августа 2017 г.
  95. ^ Питьева, Э.В. Стэндиш, EM (2009). «Предложения по массам трех крупнейших астероидов, соотношению масс Луны и Земли и астрономической единице». Небесная механика и динамическая астрономия. 103 (4): 365–72. Bibcode:2009CeMDA.103..365P. Дои:10.1007 / s10569-009-9203-8. S2CID  121374703.
  96. ^ а б Рабочая группа МАС по числовым стандартам для фундаментальной астрономии. «РГ IAU по текущим лучшим оценкам NSFA». Военно-морская обсерватория США. Архивировано из оригинал 8 декабря 2009 г.. Получено 25 сентября 2009.
  97. ^ «Астродинамические константы». Динамика солнечной системы. Лаборатория реактивного движения. Получено 8 ноября 2017.
  98. ^ «Руководство NPL по длине для новичков». Национальная физическая лаборатория Великобритании. Архивировано из оригинал 31 августа 2010 г.. Получено 28 октября 2009.
  99. ^ а б c d е Гиббс, П. (1997). "Как измеряется скорость света?". Часто задаваемые вопросы по Usenet Physics. Калифорнийский университет, Риверсайд. Архивировано из оригинал 21 августа 2015 г.. Получено 13 января 2010.
  100. ^ Фаулер, М. «Скорость света». Университет Вирджинии. Получено 21 апреля 2010.
  101. ^ Кук, Дж; Мартин, М; Маккартни, H; Уилф, Б. (1968). «Прямое определение скорости света как лабораторный эксперимент по общей физике». Американский журнал физики. 36 (9): 847. Bibcode:1968AmJPh..36..847C. Дои:10.1119/1.1975166.
  102. ^ Аоки, К; Мицуи, Т. (2008). «Небольшой настольный эксперимент для прямого измерения скорости света». Американский журнал физики. 76 (9): 812–15. arXiv:0705.3996. Bibcode:2008AmJPh..76..812A. Дои:10.1119/1.2919743. S2CID  117454437.
  103. ^ Джеймс, МБ; Ормонд, РБ; Сташ, AJ (1999). «Измерение скорости света для мириадов». Американский журнал физики. 67 (8): 681–714. Bibcode:1999AmJPh..67..681J. Дои:10.1119/1.19352.
  104. ^ а б c d е Essen, L; Гордон-Смит, AC (1948). "Скорость распространения электромагнитных волн, возникающих на резонансных частотах резонатора с цилиндрической полостью". Труды Лондонского королевского общества A. 194 (1038): 348–61. Bibcode:1948RSPSA.194..348E. Дои:10.1098 / RSPA.1948.0085. JSTOR  98293.
  105. ^ а б Rosa, EB; Дорси, NE (1907). «Новое определение отношения электромагнитной к электростатической единице электричества». Бюллетень Бюро стандартов. 3 (6): 433. Дои:10.6028 / бюллетень.070.
  106. ^ Эссен, Л. (1947). «Скорость электромагнитных волн». Природа. 159 (4044): 611–12. Bibcode:1947Натура.159..611E. Дои:10.1038 / 159611a0. S2CID  4101717.
  107. ^ а б Эссен, Л. (1950). «Скорость распространения электромагнитных волн, возникающих на резонансных частотах резонатора с цилиндрической полостью». Труды Лондонского королевского общества A. 204 (1077): 260–77. Bibcode:1950RSPSA.204..260E. Дои:10.1098 / rspa.1950.0172. JSTOR  98433. S2CID  121261770.
  108. ^ Штауфер, Р. Х. (апрель 1997 г.). «Обретение скорости света с помощью зефира». Учитель физики. 35 (4): 231. Bibcode:1997PhTea..35..231S. Дои:10.1119/1.2344657. Получено 15 февраля 2010.
  109. ^ "BBC Посмотрите на восток со скоростью света". Веб-сайт BBC Norfolk. Получено 15 февраля 2010.
  110. ^ Воан, Дж. М. (1989). Интерферометр Фабри-Перо. CRC Press. С. 47, 384–91. ISBN  978-0-85274-138-2.
  111. ^ а б Фрум, KD (1958). «Новое определение скорости электромагнитных волн в свободном пространстве». Труды Лондонского королевского общества. Серия A, Математические и физические науки. 247 (1248): 109–22. Bibcode:1958RSPSA.247..109F. Дои:10.1098 / rspa.1958.0172. JSTOR  100591. S2CID  121444888.
  112. ^ а б Салливан, ДБ (2001). «Скорость света по прямым измерениям частоты и длины волны». In Lide, DR (ред.). Век передового опыта в измерениях, стандартах и ​​технологиях (PDF). CRC Press. С. 191–93. ISBN  978-0-8493-1247-2. Архивировано из оригинал (PDF) 13 августа 2009 г.
  113. ^ а б c Эвенсон, КМ; и другие. (1972). "Скорость света от прямых измерений частоты и длины волны лазера, стабилизированного метаном". Письма с физическими проверками. 29 (19): 1346–49. Bibcode:1972PhRvL..29.1346E. Дои:10.1103 / PhysRevLett.29.1346. S2CID  120300510.
  114. ^ а б Галилей, G (1954) [1638]. Диалоги о двух новых науках. Экипаж, H; де Сальвио А (пер.). Dover Publications. п. 43. ISBN  978-0-486-60099-4.
  115. ^ а б Бойер, CB (1941). «Ранние оценки скорости света». Исида. 33 (1): 24. Дои:10.1086/358523. S2CID  145400212.
  116. ^ а б Фоски, Ренато; Леоне, Маттео (2009), «Галилей, измерение скорости света и времени реакции», Восприятие, 38 (8): 1251–59, Дои:10.1068 / p6263, HDL:2318/132957, PMID  19817156, S2CID  11747908
  117. ^ Магалотти, Лоренцо (2001) [1667], Saggi di Naturali Esperienze fatte nell 'Accademia del Cimento (цифровой, онлайн-редактор), Флоренция: Istituto e Museo di Storia delle Scienze, стр.265 –66, получено 25 сентября 2015
  118. ^ а б Гюйгенс, С (1690). Traitée de la Lumière (На французском). Пьер ван дер Аа. стр.8 –9.
  119. ^ Михельсон, А.А. (1927). «Измерение скорости света между горами Вильсон и Сан-Антонио». Астрофизический журнал. 65: 1. Bibcode:1927ApJ .... 65 .... 1M. Дои:10.1086/143021.
  120. ^ Вайнер, Джон; Нуньес, Фредерико (2013). Взаимодействие света с веществом: физика и техника в наномасштабе (иллюстрированный ред.). ОУП Оксфорд. п. 1. ISBN  978-0-19-856766-0. Отрывок страницы 1
  121. ^ Сартон, Г. (1993). Древняя наука в золотой век Греции. Курьер Дувр. п. 248. ISBN  978-0-486-27495-9.
  122. ^ а б c MacKay, RH; Олдфорд, Р. В. (2000). «Научный метод, статистический метод и скорость света». Статистическая наука. 15 (3): 254–78. Дои:10.1214 / сс / 1009212817. (щелкните «Историческая справка» в оглавлении)
  123. ^ Ахмед, Шериф Сайед (2014). Электронное микроволновое изображение с плоскими мультистатическими решетками. Логотипы Verlag Berlin. п. 1. ISBN  978-3-8325-3621-3. Отрывок страницы 1
  124. ^ Гросс, CG (1999). «Огонь, идущий из ока». Нейробиолог. 5: 58–64. Дои:10.1177/107385849900500108. S2CID  84148912.
  125. ^ Хамарнех, S (1972). "Обзор: Хаким Мохаммед Саид, Ибн аль-Хайтам". Исида. 63 (1): 119. Дои:10.1086/350861.
  126. ^ а б Лестер, П.М. (2005). Визуальная коммуникация: изображения с сообщениями. Томсон Уодсворт. С. 10–11. ISBN  978-0-534-63720-0.
  127. ^ О'Коннор, Джей Джей; Робертсон, EF. «Абу Али аль-Хасан ибн аль-Хайтам». Архив истории математики MacTutor. Сент-Эндрюсский университет. Получено 12 января 2010.
  128. ^ Лаужини, П. (2004). Измерение скорости света: зачем? Скорость чего? (PDF). Пятая международная конференция по истории науки в естественно-научном образовании. Кестхей, Венгрия. С. 75–84. Архивировано из оригинал (PDF) 4 июля 2015 г.. Получено 12 августа 2017.
  129. ^ О'Коннор, Джей Джей; Робертсон, Э. Ф. «Абу хан Мухаммад ибн Ахмад аль-Бируни». Архив истории математики MacTutor. Сент-Эндрюсский университет. Получено 12 января 2010.
  130. ^ Линдберг, округ Колумбия (1996). Роджер Бэкон и происхождение Perspectiva в средние века: критическое издание и английский перевод Perspectiva Бэкона с введением и примечаниями. Издательство Оксфордского университета. п. 143. ISBN  978-0-19-823992-5.
  131. ^ Линдберг, округ Колумбия (1974). "Синтез в оптике конца XIII века". В Эдварде Гранте (ред.). Справочник по средневековой науке. Издательство Гарвардского университета. п. 396. ISBN  978-0-674-82360-0.
  132. ^ Маршалл, П. (1981). «Николь Орем о природе, отражении и скорости света». Исида. 72 (3): 357–74 [367–74]. Дои:10.1086/352787. S2CID  144035661.
  133. ^ Флориан Каджори, История физики в ее элементарных отраслях: включая эволюцию физических лабораторий (1922)
  134. ^ Карл Бенджамин Бойер, Радуга: от мифа к математике (1959)
  135. ^ Ньютон, I (1704 г.). «Реквизит XI». Оптикс. Текст предложения XI идентичен между первым (1704 г.) и вторым (1719 г.) изданиями.
  136. ^ Гварниери, М. (2015). «Два тысячелетия света: долгий путь к волнам Максвелла». Журнал IEEE Industrial Electronics Magazine. 9 (2): 54–56, 60. Дои:10.1109 / MIE.2015.2421754. S2CID  20759821.
  137. ^ Кирхгоф, G (1857). "Über die Bewegung der Elektricität". Анна. Phys. 178 (12): 529–44. Bibcode:1857AnP ... 178..529K. Дои:10.1002 / andp.18571781203.
  138. ^ Джордано, Николас Дж. (2009). Физика в колледже: рассуждения и отношения. Cengage Learning. п. 787. ISBN  978-0-534-42471-8. Выписка со страницы 787
  139. ^ Бергманн, Питер Габриэль (1992). Загадка гравитации. Courier Dover Publications. п. 17. ISBN  978-0-486-27378-5. Отрывок страницы 17
  140. ^ Байс, Сандер (2005). Уравнения: иконы знания. Издательство Гарвардского университета. п.40. ISBN  978-0-674-01967-6. Отрывок страницы 40
  141. ^ О'Коннор, Джей Джей; Робертсон, EF (ноябрь 1997 г.). "Джеймс Клерк Максвелл". Школа математики и статистики, Сент-Эндрюсский университет. Архивировано из оригинал 28 января 2011 г.. Получено 13 октября 2010.
  142. ^ Консоли, Маурицио; Плучино, Алессандро (2018). Эксперименты Майкельсона-Морли: загадка для физики и истории науки. World Scientific. С. 118–119. ISBN  978-9-813-27818-9. Получено 4 мая 2020.
  143. ^ Михельсон, AA; Морли, EW (1887). «Об относительном движении Земли и светоносного эфира». Американский журнал науки. 34 (203): 333–345. Дои:10.1366/0003702874447824. S2CID  98374065.
  144. ^ Французский, AP (1983). Специальная теория относительности. Ван Ностранд Рейнхольд. С. 51–57. ISBN  978-0-442-30782-0.
  145. ^ Дарригол, О (2000). Электродинамика от Ампера до Эйнштейна. Кларендон Пресс. ISBN  978-0-19-850594-5.
  146. ^ Галисон, П (2003). Часы Эйнштейна, Карты Пуанкаре: Империи времени. W.W. Нортон. ISBN  978-0-393-32604-8.
  147. ^ Миллер, AI (1981). Специальная теория относительности Альберта Эйнштейна. Возникновение (1905 г.) и ранняя интерпретация (1905–1911 гг.). Аддисон-Уэсли. ISBN  978-0-201-04679-3.
  148. ^ Пайс, А (1982). Тонкость - это Господь: наука и жизнь Альберта Эйнштейна. Издательство Оксфордского университета. ISBN  978-0-19-520438-4.
  149. ^ «Постановление № 6 15-го ГКБП». BIPM. 1967. Получено 13 октября 2010.
  150. ^ Barger, R .; Холл, Дж. (1973). "Длина волны насыщенной лазером линии поглощения метана 3,39 мкм". Письма по прикладной физике. 22 (4): 196. Bibcode:1973АпФЛ..22..196Б. Дои:10.1063/1.1654608. S2CID  1841238.
  151. ^ «Постановление № 2 15-го ГКБП». BIPM. 1975 г.. Получено 9 сентября 2009.
  152. ^ Тейлор, EF; Уилер, Дж. А. (1992). Физика пространства-времени: введение в специальную теорию относительности (2-е изд.). Макмиллан. ISBN  978-0-7167-2327-1.
  153. ^ Пензес, ВБ (2009). «График времени для определения счетчика» (PDF). NIST. Получено 11 января 2010.
  154. ^ Адамс, S (1997). Относительность: введение в физику пространства-времени. CRC Press. п. 140. ISBN  978-0-7484-0621-0. Одним из специфических следствий этой системы определений является то, что любое будущее уточнение нашей способности измерятьc не изменит скорость света (которая является определенным числом), но изменит длину метра!
  155. ^ Риндлер, В. (2006). Относительность: специальная, общая и космологическая (2-е изд.). Издательство Оксфордского университета. п. 41. ISBN  978-0-19-856731-8. Обратите внимание, что [...] повышение экспериментальной точности изменит измеритель в зависимости от атомных длин волн, но не значения скорости света!
  156. ^ "Формулировка" явной константы ". BIPM. 2011. Архивировано с оригинал 11 августа 2014 г.

дальнейшее чтение

Исторические ссылки

Современные ссылки

внешняя ссылка