когда это возможно, а когда нет
Скорость света — это скорость, с которой движется свет. Скорость света в вакууме является постоянной величиной, которая обозначается буквой с и определяется как ровно 299 792 458 метров в секунду. Видимый свет, другое электромагнитное излучение, гравитационные волны и другие безмассовые частицы движутся со скоростью с. Вещество, имеющее массу, может приближаться к скорости света, но никогда не достигает ее… Можно ли превысить скорость света? Интересный вопрос. Сделать это у исследователей получилось с помощью импульсов внутри горячей плазмы. Давайте разбираться!
Кирилл Панов
Claudio Rolli / Unsplash
Проплывая сквозь вакуум, фотон света движется со скоростью около 300 тысяч километров в секунду — это предел скорости передачи информации во Вселенной
Возможно ли превысить скорость света?
Скорость света — величина, с которой движется свет в вакууме.
Так можем ли мы превысить скорость света? Нет. При обычных условиях нельзя превысить световой предел. Так как бесконечную энергию невозможно достичь.
Исследование: ученые превысили скорость света
У света есть некоторые особенности, которые позволяют нарушать правила. Это не ускорит путешествия к звездам, но поможет создать совершенно новый класс лазеров.
Физики давно экспериментируют с ограничением скорости световых импульсов, ускоряя их и даже замедляя до полного, но виртуального, виртуального останова.
Как-то исследователи из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса в Калифорнии и Университета Рочестера в Нью-Йорке выбрали в качестве среды облака горячих заряженных частиц. И у них получилось менять скорость световых волн в плазме от примерно одной десятой от обычной скорости света в вакууме до скорости, превышающей скорость света более чем на 30%.
Импульсы фотонов могут сталкиваться таким образом, чтобы создавать волны. Световые волны проходят через вещество со скоростью, описываемой исследователями как групповая скорость, и именно этой «волной волн» ученые и управляли, меняя электромагнитные условия.
Вырывая электроны из потока ионов водорода и гелия с помощью лазера, исследователи смогли изменить групповую скорость световых импульсов, посылаемых через плазму вторым источником света.
С практической точки зрения эксперимент имеет значение не для межзвездных перелетов, а для лазеров и позволит создать новое невероятно мощное поколение этих приборов. В лазерах используются твердотельные оптические материалы, которые, как правило, повреждаются при высоких энергиях. Использование потоков плазмы для изменения световых характеристик позволило бы решить эту проблему.
Ученые разогнали световой пучок выше скорости света
Ученые разогнали световой пучок выше скорости света — Российская газетаСвежий номер
РГ-Неделя
Родина
Тематические приложения
Союз
Свежий номер
21.05.2021 09:44
Рубрика:
Общество
Антон Дерябин
Физикам из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса в Калифорнии и Университета Рочестера в Нью-Йорке удалось превысить скорость света с помощью импульсов внутри горячей плазмы. Об этом пишет sciencealert.com.
Это означает, что скорость света (300 тысяч километров в секунду) не является константой и не является предельной скоростью во вселенной.
Используя импульсный лазер, ученые отрывали электроны от потока ионов водорода и гелия светового потока и тем самым смогли увеличить групповую скорость световых импульсов.
Этот опыт интересен не только для разработки новых теоретических моделей, но и для понимания действия сверхмощных лазеров. Такие лазеры можно использовать, например, для наращивания мощности ускорителей частиц, улучшения технологии чистого термоядерного синтеза.
Поделиться:
Наука
19:23Кинократия
В Сеть слили русский трейлер нового «Человека-муравья»
19:20Кинократия
Канье Уэст заявил, что «Джанго освобожденный» Тарантино вырос из его клипа
19:10Кинократия
Сериал «Черная весна» выйдет 16 ноября
19:05Власть
Военный эксперт Алексей Леонков: «Убежден, что Херсон наши военные отдавать не собираются»
19:03В мире
The Guardian: Первое выступление Риши Сунака было деревянным и полным известных клише
18:51Происшествия
Срок давности привлечения к ответственности начинается с момента ДТП
18:29Экономика
Заместитель главы ФТС Елена Ягодкина: Перечень товаров с нулевой ввозной пошлиной будет увеличен
18:27Власть
Российские комплексы радиоэлектронной борьбы «Леер-3» координируют удары по противнику и сеют хаос в рядах киевских боевиков
18:08Власть
Новые правила освидетельствования водителей на алкогольное опьянение вступят в силу с 1 марта 2023 года
17:57В мире
10 фактов о Риши Сунаке, будущем премьере Британии
17:53Кинократия
Актриса Наталья Фатеева оказалась на костылях из-за врачебной ошибки
17:52Digital
Мобильные операторы не успевают оснастить станциями федеральные трассы.
Что планируется сделать
17:51Экономика
Россия заняла второе место по поставкам газа в Китай
17:50Краснодарский край
В пригороде Геленджика реконструируют очистные сооружения и рекультивируют свалку
17:48Общество
Правда ли, что дипломы об окончании вуза теряют свою ценность? Интервью замгендиректора Национального агентства развития квалификаций Аллы Факторович
17:44Власть
Из военного лагеря под Оренбургом 11 мобилизованных отпустили в ЗАГС для женитьбы
Главное сегодня:
Может ли что-нибудь двигаться быстрее скорости света?
Предоставлено НАСА Может ли что-нибудь двигаться быстрее скорости света? «Нет», — вот что, вероятно, сказал бы Альберт Эйнштейн, если бы он был жив сегодня, и он был бы тем человеком, у которого можно спросить, потому что ученые верят ему на слово с начала 20-го века.
Согласно специальной теории относительности Эйнштейна, опубликованной в 1905, ничто не может превысить скорость света. Эта скорость, как объяснил Эйнштейн, является фундаментальной константой природы: она кажется одинаковой для всех наблюдателей в любом месте пространства.
Та же теория утверждает, что объекты набирают массу по мере увеличения скорости, а для ускорения требуется энергия. Чем больше масса, тем больше энергии требуется. К тому времени, когда объект достигнет скорости света, подсчитал Эйнштейн, его масса будет бесконечной, как и количество энергии, необходимое для увеличения его скорости. Выйти за пределы бесконечности невозможно.
Сто лет испытаний только подтвердили то, что написал Эйнштейн, сказал Дональд Шнайдер, профессор астрономии и астрофизики в Университете штата Пенсильвания. «Нет эксперимента, противоречащего специальной теории относительности.
«Теоретически странные вещи происходят, когда вы превышаете скорость света», — добавил Шнайдер. Во-первых, путешествия во времени и разделение причин и следствий. Шнайдер приводит пример поражения цели из пистолета, который стреляет пулями со скоростью, превышающей скорость света. «Увидят, как пуля попала в цель, прежде чем они увидят, как стрелок выстрелил из пистолета», — сказал он. «Поскольку один из руководящих принципов теории относительности состоит в том, что все физические законы одинаковы для всех наблюдателей, это нарушение причинно-следственной связи будет большой проблемой. .»
Еще одна странность: тахионы. В 1967 году Джеральд Файнберг, физик из Колумбийского университета, предположил существование этих частиц со скоростью, превышающей скорость света. В своем зеркальном мире над барьером скорости света тахионам потребуется бесконечная энергия, чтобы замедлиться до скорости света.
Среди других появившихся концепций — «червоточины» — короткие пути сквозь пространство-время, позволяющие перемещаться из точки в точку со скоростью, превышающей скорость света, — и «варп-двигатели», своего рода пузырь, созданный в пространстве, в котором теория относительности не применяется.
Несмотря на то, что тахионы, червоточины и варп-двигатели стали основой научной фантастики, они остаются спекуляциями, и многие физики игнорируют их значение. Однако есть по крайней мере один реальный пример сверхсветового (то есть сверхсветового) путешествия. Это происходит, когда свет проходит через воду.
В этой плотной среде, объяснил Шнайдер, свет замедляется до трех четвертей своей скорости в вакууме. В ядерном реакторе заряженные частицы, слетающие с радиоактивных стержней через воду, в которой они погружены, превышают эту приведенную скорость.
Поскольку эти частицы содержат электрический заряд, они излучают энергию, называемую черенковским излучением. Любые частицы, с которыми они сталкиваются, становятся радиоактивными, придавая воде характерное голубое свечение.
«Это совсем не экзотика», сказал Шнайдер. «Каждый раз, когда вы смотрите на воду в ядерном реакторе, голубоватое свечение, которое вы видите, — это излучение, создаваемое заряженными частицами, движущимися в воде со скоростью, превышающей скорость света».
Тем не менее, замедление света для того, чтобы превзойти его, является жульничеством, признал Шнайдер. И хотя он не отказывается от возможности того, что в один прекрасный день в теорию относительности будут внесены поправки, на данный момент, по его словам, последнее слово за теорией Эйнштейна.
Источник: Penn State, Джо Анута.
Узнать больше
Штамм MRSA с высокой устойчивостью к антибиотикам, возникший у свиней, может передаваться человеку
Цитата :
Наводящий вопрос: может ли что-либо двигаться быстрее скорости света? (2006, 23 марта)
получено 24 октября 2022 г.
с https://phys.org/news/2006-03-probing-faster.html
Этот документ защищен авторским правом. Помимо любой добросовестной сделки с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.
Есть только один способ превзойти скорость света
Здесь кристалл кальцита поражается лазером с длиной волны 445 нанометров, флуоресцирующим и … [+] проявляющим свойства двойного лучепреломления. В отличие от стандартной картины разделения света на отдельные компоненты из-за разных длин волн, составляющих свет, свет лазера имеет одну и ту же частоту, но, тем не менее, разные поляризации разделяются.
Ян Павелка/European Science Photo Competition 2015 В нашей Вселенной есть несколько правил, которым все должно подчиняться. Энергия, импульс и угловой момент всегда сохраняются, когда взаимодействуют любые два кванта.
На протяжении многих лет люди разрабатывали очень хитрые схемы, чтобы попытаться обойти этот последний предел. Теоретически они представили тахионы как гипотетические частицы, которые могут превышать скорость света, но тахионы должны иметь воображаемую массу и физически не существуют. В рамках общей теории относительности достаточно искривленное пространство могло бы создать альтернативные, укороченные пути, по которым должен проходить свет, но в нашей физической Вселенной нет известных червоточин. И хотя квантовая запутанность может создавать «жуткие» действия на расстоянии, никакая информация никогда не передается быстрее света.
Но есть один способ превзойти скорость света: войти в любую среду, кроме идеального вакуума. Вот физика того, как это работает.
Свет — это не что иное, как электромагнитная волна с синфазными колебаниями электрического и магнитного … [+] полей, перпендикулярных направлению распространения света. Чем короче длина волны, тем более энергичен фотон, но тем более он восприимчив к изменениям скорости света в среде.
And1mu / Wikimedia CommonsСвет, вы должны помнить, это электромагнитная волна. Конечно, она тоже ведет себя как частица, но когда мы говорим о скорости ее распространения, гораздо полезнее думать о ней не только как о волне, но и как о волне осциллирующих, синфазных электрического и магнитного полей. Когда он движется через космический вакуум, ничто не мешает этим полям двигаться с амплитудой, которую они выбирают естественным образом, определяемой энергией, частотой и длиной волны волны. (Все они связаны между собой.)
Но когда свет проходит через среду — то есть любую область, где присутствуют электрические заряды (и, возможно, электрические токи), — эти электрические и магнитные поля сталкиваются с определенным уровнем сопротивления их свободному распространению.
Из всех вещей, которые могут изменяться или оставаться неизменными, свойством света оставаться постоянным является его частота, когда он движется из вакуума в среду, из среды в вакуум или из одной среды в другую.
БОЛЬШЕ ОТ FORBES ADVISOR
Однако, если частота остается неизменной, это означает, что длина волны должна измениться, а поскольку частота, умноженная на длину волны, равняется скорости, это означает, что скорость света должна изменяться по мере изменения среды, через которую вы распространяетесь.
Схематическая анимация непрерывного луча света, рассеиваемого призмой. Обратите внимание, как волновая … [+] природа света согласуется с более глубоким объяснением того факта, что белый свет можно разбить на разные цвета.
Пользователь Wikimedia Commons LucasVB Одной из впечатляющих демонстраций этого явления является преломление света при прохождении через призму. Белый свет, как и солнечный свет, состоит из непрерывного света самых разных длин волн.
Более длинные волны, такие как красный свет, имеют меньшие частоты, а более короткие длины волн, такие как синий свет, имеют более высокие частоты. В вакууме все длины волн распространяются с одинаковой скоростью: частота, умноженная на длину волны, равна скорости света. Более синие длины волн обладают большей энергией, поэтому их электрические и магнитные поля сильнее, чем у более красных длин волн.
Когда вы пропускаете этот свет через дисперсионную среду, такую как призма, все разные длины волн реагируют немного по-разному. Чем больше энергии содержится в ваших электрических и магнитных полях, тем больший эффект они испытывают при прохождении через среду. Частота всего света остается неизменной, но длина волны света с более высокой энергией сокращается в большей степени, чем длина волны света с более низкой энергией.
В результате, несмотря на то, что весь свет распространяется в среде медленнее, чем вакуум, более красный свет замедляется немного меньше, чем синий свет, что приводит ко многим захватывающим оптическим явлениям, таким как существование радуги, когда солнечный свет разбивается на разные длины волн, он проходит через водяные капли и капельки.
Когда свет переходит из вакуума (или воздуха) в каплю воды, он сначала преломляется, затем отражается … [+] от спины и, наконец, снова преломляется в вакуум (или воздух). Угол, который входящий свет составляет с исходящим светом, всегда достигает максимума под углом 42 градуса, что объясняет, почему радуга всегда образует один и тот же угол на небе.
KES47 / Wikimedia Commons / Public DomainОднако в космическом вакууме у света нет другого выбора — независимо от его длины волны или частоты — кроме как двигаться с одной скоростью и только с одной скоростью: со скоростью света в вакууме. Это также скорость, с которой должна двигаться любая форма чистого излучения, такая как гравитационное излучение, а также скорость, согласно законам относительности, с которой должна двигаться любая безмассовая частица.
Но у большинства частиц во Вселенной есть масса, и поэтому они должны подчиняться немного другим правилам. Если у вас есть масса, скорость света в вакууме по-прежнему является вашим максимальным пределом скорости, но вместо того, чтобы быть вынужденным двигаться с этой скоростью, это предел, которого вы никогда не сможете достичь; вы можете только приблизиться к нему.
Чем больше энергии вы вкладываете в свою массивную частицу, тем ближе она может двигаться к скорости света, но она всегда должна двигаться медленнее. Самые энергичные частицы, когда-либо созданные на Земле, а именно протоны на Большом адронном коллайдере, могут двигаться в вакууме со скоростью, невероятно близкой к скорости света: 299 792 455 метров в секунду, или 99,999999% скорости света.
Замедление времени (слева) и сокращение длины (справа) показывают, что время течет медленнее, а расстояния … [+] кажутся тем меньше, чем ближе вы приближаетесь к скорости света. По мере того, как вы приближаетесь к скорости света, часы замедляются в сторону того, что время вообще не течет, а расстояния сокращаются до бесконечно малых величин.
ПОЛЬЗОВАТЕЛИ WIKIMEDIA COMMONS ZAYANI (слева) и JROBBINS59 (справа) Независимо от того, сколько энергии мы вкладываем в эти частицы, мы можем добавить только больше»9s” справа от этого десятичного знака, однако. Мы никогда не сможем достичь скорости света.
Или, точнее, мы никогда не сможем достичь скорости света в вакууме . То есть предельная космическая скорость 299 792 458 м/с недостижима для массивных частиц и одновременно является скоростью, с которой должны двигаться все безмассовые частицы.
Но что произойдет, если мы будем путешествовать не через вакуум, а через среду? Как оказалось, когда свет проходит через среду, его электрические и магнитные поля испытывают воздействие материи, через которую они проходят. Это приводит к тому, что когда свет входит в среду, немедленно изменяется скорость, с которой распространяется свет. Вот почему, когда вы наблюдаете, как свет входит в среду или выходит из нее, или переходит из одной среды в другую, кажется, что он изгибается. Свет, хотя и может свободно распространяться в вакууме, имеет скорость распространения и длину волны, которые сильно зависят от свойств среды, через которую он проходит.
Свет, проходящий из незначительной среды через плотную среду, проявляющий преломление.
Свет входит … [+] снизу справа, падает на призму и частично отражается (вверху), а остальная часть проходит через призму (в центре). Свет, проходящий через призму, кажется искривленным, так как он движется с меньшей скоростью, чем раньше свет, проходящий через воздух. Когда он снова появился из призмы, он снова преломился, вернувшись к своей первоначальной скорости.
Однако у частиц другая судьба. Если высокоэнергетическая частица, первоначально проходившая через вакуум, вдруг окажется в среде, ее поведение будет отличаться от поведения света.
Во-первых, он не испытает немедленного изменения импульса или энергии, поскольку действующие на него электрические и магнитные силы, которые изменяют его импульс с течением времени, пренебрежимо малы по сравнению с количеством импульса, которым он уже обладает. Вместо того, чтобы искривляться мгновенно, как кажется свету, изменения его траектории могут происходить только постепенно.
Когда частицы впервые попадают в среду, они продолжают двигаться примерно с теми же свойствами, в том числе с той же скоростью, что и до входа.
Во-вторых, крупные события, которые могут изменить траекторию частицы в среде, почти всегда являются прямыми взаимодействиями: столкновениями с другими частицами. Эти события рассеяния чрезвычайно важны в экспериментах по физике элементарных частиц, поскольку продукты этих столкновений позволяют нам реконструировать то, что произошло в точке столкновения. Когда быстро движущаяся частица сталкивается с рядом стационарных частиц, мы называем это экспериментами с «фиксированной мишенью», и они используются во всем: от создания пучков нейтрино до создания частиц антивещества, которые имеют решающее значение для изучения определенных свойств природы.
Здесь протонный пучок попадает в дейтериевую мишень в эксперименте LUNA. Скорость ядерного синтеза … [+] при различных температурах помогла выявить поперечное сечение дейтерия-протона, которое было наиболее неопределенным членом в уравнениях, используемых для вычисления и понимания чистых содержаний, которые возникнут в конце Большого взрыва.
Нуклеосинтез. Эксперименты с фиксированной целью имеют множество применений в физике элементарных частиц.
Но самый интересный факт заключается в следующем: частицы, которые движутся медленнее света в вакууме, но быстрее света в среде, в которую они входят, на самом деле превышают скорость света. Это единственный реальный физический способ, которым частицы могут превысить скорость света. Они никогда не могут превысить скорость света в вакууме, но могут превысить ее в среде. И когда они это делают, происходит нечто захватывающее: испускается особый тип излучения — черенковское излучение.
Названный в честь первооткрывателя Павла Черенкова, это один из тех физических эффектов, который впервые был обнаружен экспериментально, прежде чем его предсказали. Черенков изучал приготовленные радиоактивные образцы, некоторые из которых хранились в воде. Радиоактивные препараты, по-видимому, излучали слабый голубоватый свет, и хотя Черенков изучал люминесценцию, при которой гамма-лучи возбуждали бы эти растворы, а затем испускали бы видимый свет, когда девозбуждались, он быстро пришел к заключению, что этот свет имел предпочтительное направление.
Это было не флуоресцентное явление, а что-то совсем другое.
Сегодня такое же голубое свечение можно увидеть в резервуарах с водой вокруг ядерных реакторов: черенковское излучение.
Экспериментальный ядерный реактор РА-6 (Республика Аргентина 6), ан марча, демонстрирующий характерное … [+] Черенковское излучение от испускаемых в воде частиц со скоростью, превышающей скорость света. Поскольку эти частицы движутся в этой среде со скоростью, превышающей скорость света, они испускают излучение, чтобы терять энергию и импульс, и они будут продолжать делать это до тех пор, пока их скорость не упадет ниже скорости света.
Centro Atomico Bariloche, via Pieck DaríoОткуда исходит это излучение?
Если через среду движется очень быстрая частица, эта частица обычно заряжена, а сама среда состоит из положительного (атомные ядра) и отрицательного (электроны) зарядов. Заряженная частица, путешествуя через эту среду, имеет шанс столкнуться с одной из находящихся там частиц, но, поскольку атомы в основном представляют собой пустое пространство, вероятность столкновения на коротких расстояниях относительно невелика.
Вместо этого частица воздействует на среду, через которую она проходит: она заставляет частицы в среде поляризоваться, когда одноименные заряды отталкиваются, а противоположные притягиваются, в ответ на прохождение заряженной частицы. Однако, как только заряженная частица уходит с пути, эти электроны возвращаются обратно в свое основное состояние, и эти переходы вызывают излучение света. В частности, они вызывают излучение синего света в форме конуса, где геометрия конуса зависит от скорости частицы и скорости света в этой конкретной среде.
Эта анимация демонстрирует, что происходит, когда релятивистская заряженная частица движется быстрее скорости света … [+] в среде. Взаимодействия заставляют частицу испускать конус излучения, известный как черенковское излучение, которое зависит от скорости и энергии падающей частицы. Обнаружение свойств этого излучения — чрезвычайно полезный и широко распространенный метод в экспериментальной физике элементарных частиц.
vlastni dilo / H.
Seldon / public domain Это чрезвычайно важное свойство в физике элементарных частиц, поскольку именно этот процесс позволяет нам обнаружить неуловимое нейтрино. Нейтрино почти никогда не взаимодействуют с материей. Однако в тех редких случаях, когда они это делают, они передают свою энергию только одной другой частице.
Итак, что мы можем сделать, так это построить огромный резервуар с очень чистой жидкостью: жидкостью, которая не распадается радиоактивно и не испускает другие высокоэнергетические частицы. Мы можем очень хорошо защитить его от космических лучей, естественной радиоактивности и всевозможных других загрязняющих источников. А затем мы можем выложить снаружи этого резервуара так называемые фотоумножители: трубки, которые могут обнаруживать одиночный фотон, запуская каскад электронных реакций, позволяющих нам узнать, откуда, когда и в каком направлении пришел фотон.
С достаточно большими детекторами мы можем определить множество свойств каждого нейтрино, взаимодействующего с частицей в этих резервуарах.
Возникающее в результате черенковское излучение, создаваемое до тех пор, пока частица, «выталкиваемая» нейтрино, превышает скорость света в этой жидкости, является невероятно полезным инструментом для измерения свойств этих призрачных космических частиц.
Нейтринное событие, идентифицируемое по кольцам черенковского излучения, которые появляются вдоль … [+] фотоумножителей вдоль стенок детектора, демонстрирует успешную методологию нейтринной астрономии и использование черенковского излучения. Это изображение показывает несколько событий и является частью набора экспериментов, прокладывающих наш путь к лучшему пониманию нейтрино.
Сотрудничество Super Kamiokande Открытие и понимание черенковского излучения было революционным во многих отношениях, но оно также привело к пугающему применению в первые дни лабораторных экспериментов по физике элементарных частиц. Пучок энергичных частиц не оставляет оптических следов при прохождении через воздух, но вызывает излучение этого синего света, если он проходит через среду, где он движется быстрее, чем свет в этой среде.
Оставить комментарий