Некоторое время мучает вопрос, предположим у нас имеется некое бесконечное вакуумное пространство, в котором присутствует сила притяжения. Так же имеется объект в свободном падении. Вопрос, сможет ли этот объект разогнаться до скорости света? Никакого сопротивления ведь нет, выходит объект сможет достигнуть скорости света?
Где-то сейчас засмеялся первый сотрудник Почты России, до которого дошла шутка из "Зверополиса" про ленивцев
Современная наука склонна считать, что скорость света всегда была неизменной. Сейчас же ученые предполагают, что кажущаяся на первый взгляд постоянная константа могла со временем измениться, и они нашли способ проверить, верно ли это предположение. Метод, благодаря которому можно проверить изменения в скорости света, разработали профессора Жоао Магуехо и Ньяеш Афшорди из Имперского колледжа Лондона.
С помощью реликтового излучения они высчитали флуктуации в плотности излучения ранней Вселенной и дали ему точный спектральный индекс на основе теории, согласно которой свет был гораздо быстрее в первые секунды после Большого взрыва (на 0,96478). Если дальнейшие вычисление индекса совпадут с этим числом, то это докажет предположение об изменившейся скорости света.
Предположения основаны не на голом энтузиазме. Существующие расчеты говорят об индексе 0,968, что совсем недалеко от предположений ученых, считающих, что скорость света изменилась. Однако нынешняя задача состоит в сборе данных высокой точности, чтобы можно было говорить о каких-либо выводах. И гарантий того, что все в конечном итоге сложится, тоже нет.
Если концепт изменяемой скорости света докажет свою состоятельность, то это изменит наше понимание того, как расширялась Вселенная. Сейчас же теория о постоянной скорости не дает ответов на вопрос о том, как у света оказалось достаточно времени для того, чтобы попасть во все уголки Вселенной, даже с учетом всей той энергии, которая в ней имеется. Наличие же сверхбыстрого света смогло бы заполнить этот пробел и заставить ученых пересмотреть некоторые аспекты существования ранней Вселенной.
И даже если в конечном итоге окажется, что свет всегда двигался с одинаковой скоростью, вероятность теории изменчивости его скорости придает дополнительный вес теории инфляции, согласно которой Вселенная после Большого взрыва расширилась фактически мгновенно.
Благодаря Эйнштейну, мы знаем, что скорость света, есть постоянная величина, но не многие понимают какова она.
Допустим, вы понимаете расстояние от Москвы до Санкт-Петербурга: 701 км = 701 000 м, и если оценивать его в масштабе наших обычных путей (от дома до школы/работы), то это довольно большое расстояние. Теперь рассмотрим в масштабе страны: от столицы до Владивостока 8 700 км = 8 700 000 м; реально огромное расстояние, даже в масштабе планеты оно имеет значение. Если мы обратимся к предыдущему значению, то оно уже не кажется большим, более того, в масштабах планеты оно вообще практически не имеет значения. Даже 8 700 км нам уже сложно понять, ведь если мы поедем на самом быстром автомобиле (В данный момент (17.11.2016) это Hennessey Venom GТ) с его предельной скоростью около 450 км/ч, то проехав весь путь без остановок, мы преодолеем его примерно за 20 часов, учитывая, что это по прямому пути, без препятствий, на предельной скорости и бесконечным бензобаком. Посмотрел бы я на того водителя, что ехал бы такое расстояние данное количество времени, а учитывая скорость он на протяжении всего пути вряд ли будет отрываться от дороги.
И так пришло время раскрыть эту таинственную цифру...
Скорость света в вакууме равна 300 000 000 м/с (если быть точным 299 792 458 м/с)
Быстро? Покажите мне того дурачка, который сейчас сказал: "Да не, фигня", учитывая, что это максимальная зафиксированная скорость на данный момент.
Теперь поймите эту скорость...
.
.
.
Поняли?
Если да, то можете идти дальше по ленте, но если это трудно представить, то вы умный человек :)
Потому что даже многие ученые, лишь примерно понимают такие расстояния, только цифры, что их описывают. Но давайте попробуем использовать предыдущие числа, чтобы хотя бы немного понять такое расстояние. Первое что мы вычислим, это какой частью от пройденного солнцем пути за одну секунду является расстояние от Москвы до Владивостока, для этого делим 300 000 км/ 8 700 км = 34,5; то есть нам нужно 17,25 раз проехать туда-сюда по этому пути за одну секунду, но так как это все еще трудно понять приведем пример из жизни, то что легко понять. Мы едем на работу с края города до центра (жителям небольших городов и это трудно понять, по личному опыту знаю, но попробуем :D) допустим это расстояние 20 км (для не слишком банального результата) в итоге, чтобы достичь скорости света нам надо за одну секунду проехать это расстояние 15000 раз... Неплохая тренировка, не правда ли? Но надо подготовиться, для начала попробуйте столько раз пройти от одного края квартиры, до другого. Даже если вы как в 18 веке, снимаете угол и будете ходить по нему, посмотрим на сколько вас хватит...) * Если вы будете ходить туда-сюда примерно 8 м, вам нужно будет сделать это 18 750 000 раз за одну секунду, но тут мы, скорее всего, вернулись к исходному положению, когда данные количества действий уже не понятны человеческому представлению.
И так надеюсь теперь вы представили это огромное расстояние которое проходит свет... за одну секунду.
Критика и рекомендация приветствуется, особенно по составлению поста, так как это мой первый.
Особенно мне интересны ваши вопросы по физике и математике, которые вы бы хотели понять на практическом уровне и не как в школе :)
Спасибо за внимание!)
С недавних пор увлекся астрономией и заметил, что в основном все пишут сколько времени займут межзвездные путешествия на современных космических кораблях, но никто не пишет с какой скоростью надо двигаться чтобы достичь нужной точки за определенный промежуток времени. Возникла идея посчитать, с какой скоростью надо двигаться, чтобы долететь до проксимы центавра за 20 лет. Вот что получилось.
скорость света - 300 000 км/с
1 световой год - 9 460 800 000 000 км
расстояние от солнца до проксимы центавра - 4.22 световых года (39 924 576 000 000 км)
в одном году - 31 536 000 секунд
20 лет это - 630 720 000 секунд
делим расстояние на секунды получаем 63 300 км/с
Вот с такой скоростью необходимо двигаться, чтобы достичь проксимы центавра за 20 лет.
Расчет довольно грубый, возможно где то ошибся.
Самая быстрая видеокамера в мире способна разглядеть продвижение ультракороткого импульса света через однолитровую бутылку, подобно тому как обычные скоростные камеры в деталях снимают пролёт пули сквозь яблоко.
Уникальную систему построили Рамеш Раскар (Ramesh Raskar) из Массачусетского технологического института и сотрудники его лаборатории Camera Culture при участии группы Бавенди (Bawendi Group).
Раскар известен нам по целому ряду впечатляющих опытов. Достаточно вспомнить камеру, снимающую за углом. Она, кстати, является близкой родственницей новинки – у них есть общие элементы и схожи приёмы работы со светом.
Для начала, впрочем, полюбуемся, как сферический волновой фронт от импульсного лазера прокатывается по выставленному физиками натюрморту. Каждое такое колечко пересекает сцену со скоростью света, но в замедленном ролике оно просто ползёт.
Экспериментаторы называют новую систему Trillion FPS Camera. Правда, на деле эффективное время экспозиции каждого кадра тут составляет 1,71 пикосекунды (триллионных долей секунды), так что аппарат отображает продвижение света по сцене с частотой съёмки «всего» в 0,58 триллиона кадров в секунду. Но округление авторам удивительной машины вполне можно простить.
Для сравнения, предыдущая научная установка для фиксации быстротечных событий выдавала более шести миллионов кадров в секунду.
Заметим, однако, что ещё один метод замедленной съёмки, базирующийся на голографии (light-in-flight holography), позволяет достичь большего темпа — целых 100 миллиардов кадров в секунду. Увы, эта технология пригодна вовсе не для любых ситуаций, так как работает только с когерентным светом. А его лучи теряют согласованность сразу же, как только проходят сквозь разные объекты, и потому метод отказывает.
В способе съёмки Раскара свет может быть самым обычным, а лазер в роли подсветки тут применяется не из-за когерентности исходного пучка, а из-за необходимости в ультракоротких вспышках.
Новая система способна фиксировать свет, не только проходящий сквозь прозрачную цель, но и отражённый от непрозрачного тела. Видео запечатлевает продвижение световых волн по поверхности объекта. Для выявления тонкостей их взаимодействия применяется цветовое кодирование времени прихода различных импульсов (фото MIT Media Lab, Camera Culture).
В качестве основы для новой системы учёные использовали стрик-камеру (streak camera). В таком устройстве лучи света попадают на фотокатод через узкую щель.
Выбитые электроны за счёт быстроменяющегося электрического поля отклоняются в направлении, перпендикулярном щели. Далее они летят к детектору.
Таким способом временная развёртка короткого импульса света превращается в пространственную. Прибывшие чуть раньше фотоны отражаются в детекторе в несколько иной позиции, чем частицы прилетевшие чуть позднее.
Рекордная камера и подготовленная для съёмки сцена (фото MIT Media Lab, Camera Culture).
Изображения, добываемые с помощью такой камеры, получаются двумерные, передаёт институт, но при этом одно измерение в кадре является пространственным (оно расположено вдоль щели), а второе – это время.
Чтобы зафиксировать сцену полностью, изобретатели применили медленно поворачивающееся зеркало, направляющее взгляд щелевой камеры на новые и новые линии.
Для съёмки целого ролика пробег волнового фронта вдоль сцены следует повторить миллионы раз. А чтобы взаимное расположение световых полос в кадрах было правильным, необходимо точно синхронизировать импульсы лазера подсветки (частота следования – 13 наносекунд, ширина импульса – несколько фемтосекунд) и срабатывание детекторов. Последние воспринимают отражённый от объектов свет с временным разрешением примерно в пикосекунду.
Сложная оптика и электроника, необходимая для синхронизации работы всех частей комплекса, как раз составляют секрет «триллионной камеры». Но не единственный.
Важно, что снимаемые объекты остаются неподвижными, так что картина прокатывающихся по ним световых импульсов – всегда одна и та же. Это и позволяет вести съёмку одной задуманной сцены в течение нескольких минут (за это время сканирующее зеркало снимает множество узких линий в поле зрения камеры).
Если вернуться к аналогии с пулей и яблоком, то в данном случае учёные словно получают в финальном ролике один её пролёт по экрану после миллионов попыток – яблоко просто «расстреливают из пулемёта».
В зависимости от способа обработки массива данных исследователи могут создавать различные варианты видео или фотографий объектов (фотографии Di Wu, Andreas Velten, MIT Media Lab, Camera Culture).
Дальнейшая обработка колоссального массива информации (расположение фотонов и время их фиксации в детекторе) отдаётся на откуп компьютеру. Придуманные Рамешом и его коллегами математические алгоритмы позволяют сформировать из таких данных результирующий ролик, состоящий всего из 480 кадров.
Легко посчитать, что за весь фильм (он показывает нам событие, разворачивающееся на протяжении 0,8 наносекунды) световой луч успевает пробежать по сцене примерно 25 сантиметров, а за один кадр – примерно полмиллиметра.
Андреас Фельтен (Andreas Velten), один из авторов этой системы, называет её «ультимативной», мол, «во Вселенной нет ничего со столь быстрым взглядом, как у этой камеры».
Её создатели также подчёркивают, что вдохновлялись съёмками летящих пуль, впервые проведённых десятилетия назад. Тогда ключом к остановке мгновения были фотовспышки, разумеется, доступные в те годы.
Нынешние новаторы в целом используют аналогичный подход, только теперь вспышки света стали в миллиарды раз короче. Раскар называет такие импульсы «световыми пулями». Особенно эффектно они смотрятся в упомянутом вначале опыте с бутылкой.
Бутылка, снятая обычным фотоаппаратом и она же, увиденная камерой Trillion FPS. Прокатывающийся короткий импульс расцвечен компьютером (фото MIT Media Lab, Camera Culture).
Возможные приложения технологии включают в себя анализ физической структуры конструкционных материалов или биологических тканей. «Это как УЗИ со светом», — поясняет Раскар.
Также данная техника способна раскрыть новые грани быстротекущих физических процессов. А ещё камеру на триллион кадров в секунду Рамеш предлагает использовать для съёмок образовательных фильмов, показывающих знакомые вещи с необычной стороны.
Но пока триллион кадров – это лишь эксперимент. Притом дорогостоящий. Только импульсный лазер и ультрабыстрая стрик-камера, использованные в опыте, в сумме стоят $250 тысяч. Тут Раскар рассчитывает на технический прогресс, который позволит в будущем сократить размер оптических компонентов подобной системы и снизить их цену.
