Гэрлийн хурд нь орчиноос хамаардаг уу? Яагаад таны хуруунд гэрлийн хурд тогтмол байдаг вэ? Жеймс Максвеллийн тэгшитгэл - гэрлийн цахилгаан соронзон шинж чанар

Доктор техникийн шинжлэх ухаанА.ГОЛУБЕВ

Долгионы тархалтын хурдны тухай ойлголт нь зөвхөн тархалт байхгүй тохиолдолд энгийн байдаг.

Лин Вестергаард Хэу суурилуулалтын ойролцоо өвөрмөц туршилт хийсэн.

Өнгөрсөн хавар дэлхийн шинжлэх ухаан, шинжлэх ухааны алдартай сэтгүүлүүд шуугиан тарьсан мэдээг нийтэлсэн. Америкийн физикчид нэгэн өвөрмөц туршилт хийсэн нь гэрлийн хурдыг секундэд 17 метр болгон бууруулж чаджээ.

Гэрэл асар хурдтай буюу бараг 300 мянган км/сек хурдтай явдгийг бүгд мэднэ. Вакуум дахь түүний утгын яг утга = 299792458 м/с - үндсэн физик тогтмол. Харьцангуйн онолын дагуу энэ нь дохио дамжуулах хамгийн дээд хурд юм.

Аливаа тунгалаг орчинд гэрэл илүү удаан тархдаг. Түүний v хурд нь орчны хугарлын илтгэгч n-ээс хамаарна: v = c/n. Агаарын хугарлын илтгэлцүүр 1.0003, усны хугарлын илтгэлцүүр 1.33, янз бүрийн шилний хугарлын үзүүлэлт 1.5-1.8 байна. Алмаз нь хугарлын индексийн хамгийн өндөр утгуудын нэг юм - 2.42. Тиймээс энгийн бодис дахь гэрлийн хурд 2.5 дахин багасна.

1999 оны эхээр Роуландын хүрээлэнгийн хэсэг физикчид шинжлэх ухааны судалгааХарвардын Их Сургууль (АНУ, Массачусетс) болон Стэнфордын Их Сургууль (Калифорни) нар макроскопийн квант эффектийг судалжээ - ердийн нөхцөлд тунгалаг орчинд лазер импульс дамжуулж, өөрөө өдөөгдсөн ил тод байдал гэж нэрлэгддэг. Энэ орчин нь Бозе-Эйнштейний конденсат гэж нэрлэгддэг тусгай төлөвт натрийн атомууд байв. Лазерын импульсээр цацраг туяагаар цацруулсан үед энэ нь оптик шинж чанарыг олж авдаг бөгөөд энэ нь импульсийн бүлгийн хурдыг вакуум дахь хурдтай харьцуулахад 20 сая дахин бууруулдаг. Туршилтчид гэрлийн хурдыг 17 м/с хүртэл нэмэгдүүлж чадсан!

Энэхүү өвөрмөц туршилтын мөн чанарыг тайлбарлахын өмнө зарим физик ойлголтуудын утгыг эргэн санацгаая.

Бүлгийн хурд.Гэрэл орчинд тархах үед фаз ба бүлэг гэсэн хоёр хурдыг ялгадаг. Фазын хурд v f нь хамгийн тохиромжтой монохромат долгионы фазын хөдөлгөөнийг тодорхойлдог - нэг давтамжийн хязгааргүй синус долгион бөгөөд гэрлийн тархалтын чиглэлийг тодорхойлдог. Дундаж дахь фазын хурд нь фазын хугарлын илтгэгчтэй тохирч байна - янз бүрийн бодисын утгыг хэмждэгтэй ижил байна. Фазын хугарлын илтгэгч, улмаар фазын хурд нь долгионы уртаас хамаарна. Энэ хамаарлыг тархалт гэж нэрлэдэг; Энэ нь ялангуяа призмээр дамжин өнгөрч буй цагаан гэрлийг спектр болгон задлахад хүргэдэг.

Гэвч бодит гэрлийн долгион нь тодорхой спектрийн интервалд бүлэглэгдсэн янз бүрийн давтамжийн долгионуудын багцаас бүрдэнэ. Ийм багцыг долгионы бүлэг, долгионы багц эсвэл гэрлийн импульс гэж нэрлэдэг. Эдгээр долгион нь тархалтын улмаас янз бүрийн фазын хурдаар орчинд тархдаг. Энэ тохиолдолд импульс сунаж, хэлбэр нь өөрчлөгддөг. Тиймээс импульсийн хөдөлгөөнийг, бүлэг долгионыг бүхэлд нь дүрслэхийн тулд бүлгийн хурдны тухай ойлголтыг нэвтрүүлсэн. Энэ нь зөвхөн бие даасан бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн фазын хурдны ялгаа бага байх үед нарийн спектртэй, сул тархалттай орчинд л утга учиртай. Нөхцөл байдлыг илүү сайн ойлгохын тулд бид тодорхой аналоги өгч болно.

Долоон тамирчин улаан, улбар шар, шар гэх мэт спектрийн өнгөний дагуу өөр өөр өнгийн өмсгөл өмсөж гарааны шугам дээр жагсаж байна гэж төсөөлөөд үз дээ. Гарааны гар бууны дохиогоор тэд нэгэн зэрэг гүйж эхлэх боловч “ "Улаан" тамирчин "улбар шар"-аас хурдан гүйдэг, "улбар шар" нь "шар" гэх мэтээс хурдан гүйдэг тул урт нь тасралтгүй нэмэгддэг гинжин хэлхээнд ордог. Одоо бид тэднийг бие даасан гүйгчдийг ялгах боломжгүй, харин алаг толбо хардаг тийм өндрөөс харж байна гэж төсөөлөөд үз дээ. Энэ цэгийн хөдөлгөөний хурдыг бүхэлд нь ярих боломжтой юу? Энэ нь боломжтой, гэхдээ энэ нь тийм ч бүдгэрсэн биш бол өөр өөр өнгийн гүйгчдийн хурдны ялгаа бага байх үед л боломжтой. Үгүй бол толбо нь маршрутын бүх уртыг сунгаж болох бөгөөд түүний хурдны тухай асуулт утгаа алдах болно. Энэ нь хүчтэй тархалттай тохирч байна - хурдны том тархалт. Хэрэв гүйгчид зөвхөн сүүдэрт ялгаатай (хар улаанаас цайвар улаан хүртэл) бараг ижил өнгийн өмсгөл өмссөн бол энэ нь нарийн хүрээний тохиолдолтой нийцдэг. Дараа нь гүйгчдийн хурд нь нэг их ялгаатай биш, бүлэг хөдөлж байх үед нэлээд авсаархан байх бөгөөд энэ нь бүлгийн хурд гэж нэрлэгддэг маш тодорхой хурдаар тодорхойлогддог.

Бозе-Эйнштейний статистик.Энэ бол квант статистик гэж нэрлэгддэг нэг төрлийн онол юм. их тооквант механикийн хуулиудад захирагддаг бөөмс.

Бүх бөөмсийг - атомд агуулагдах ба чөлөөт хэсгүүдийг хоёр ангилалд хуваадаг. Тэдгээрийн аль нэгний хувьд Паули хасах зарчим хүчинтэй бөгөөд үүний дагуу энергийн түвшин бүрт нэгээс илүү бөөмс байж болохгүй. Энэ ангийн бөөмсийг фермион гэж нэрлэдэг (эдгээр нь электрон, протон, нейтрон; ижил ангид сондгой тооны фермионуудаас бүрдэх бөөмс багтана), тэдгээрийн тархалтын хуулийг Ферми-Дирак статистик гэж нэрлэдэг. Өөр ангийн бөөмсийг бозон гэж нэрлэдэг бөгөөд Паули зарчмыг дагаж мөрддөггүй: нэг энергийн түвшинд хязгааргүй тооны бозонууд хуримтлагдаж болно. Энэ тохиолдолд бид Bose-Einstein статистикийн тухай ярьж байна. Бозонуудад фотон, зарим нь богино насалдаг энгийн бөөмс(жишээлбэл, пи мезонууд), түүнчлэн тэгш тооны фермионуудаас бүрдэх атомууд. Маш их бага температурбозонууд хамгийн бага - суурь - эрчим хүчний түвшинд цуглардаг; Дараа нь тэд Бозе-Эйнштейний конденсац үүсдэг гэж хэлдэг. Конденсат атомууд нь алдагддаг бие даасан шинж чанарууд, мөн тэдний хэдэн сая нь бүхэлдээ биеэ авч явж, долгионы функцүүд нь нэгдэж, зан төлөвийг нь нэг тэгшитгэлээр тодорхойлдог. Энэ нь конденсатын атомууд лазерын цацраг дахь фотонуудтай адил уялдаатай болсон гэж хэлэх боломжтой болгодог. Америкийн судлаачид Үндэсний хүрээлэнстандарт, технологиуд нь Бозе-Эйнштейний конденсатын энэ өмчийг ашиглан "атомын лазер" ("Шинжлэх ухаан ба амьдрал" 1997 оны 10 дугаарыг үзнэ үү).

Өөрөө өдөөгдсөн ил тод байдал.Энэ бол шугаман бус оптикийн нөлөөний нэг юм - хүчирхэг гэрлийн талбайн оптик. Энэ нь маш богино бөгөөд хүчтэй гэрлийн импульс нь тасралтгүй цацраг эсвэл урт импульсийг шингээдэг орчинд сулрахгүйгээр дамждаг явдал юм. ил тод орчинтүүнд ил тод болдог. Өөрөө өдөөгдсөн ил тод байдал нь импульсийн үргэлжлэх хугацаа нь 10 -7 - 10 -8 сек, конденсацлагдсан орчинд 10 -11 секундээс бага хугацаатай ховордсон хийд ажиглагддаг. Энэ тохиолдолд импульсийн саатал үүсдэг - түүний бүлгийн хурд ихээхэн буурдаг. Энэ нөлөөг анх 1967 онд МакКалл, Хан нар бадмаараг дээр 4 К-ийн температурт харуулсан. 1970 онд вакуум дахь гэрлийн хурдаас 3 дахин бага (1000 дахин) импульсийн хурдтай харгалзах саатлыг рубидиумд олж авсан. уур.

Одоо 1999 оны өвөрмөц туршилт руу орцгооё. Үүнийг Лен Вестергаард Хоу, Захари Даттон, Сайрус Беруси (Роулэнд институт), Стив Харрис (Стэнфордын их сургууль) нар гүйцэтгэсэн. Тэд натрийн атомын нягт, соронзон үүлсийг энергийн хамгийн доод түвшин болох үндсэн төлөв рүү буцах хүртэл хөргөсөн. Энэ тохиолдолд зөвхөн соронзон диполь момент нь чиглэлийн эсрэг чиглэсэн атомуудыг тусгаарласан. соронзон орон. Дараа нь судлаачид үүлийг 435 нК (нанокельвин буюу 0,000000435 К, бараг үнэмлэхүй тэг) хүртэл хөргөсөн байна.

Үүний дараа конденсатыг сул өдөөх энергитэй тохирох давтамжтай шугаман туйлширсан лазер гэрлийн "холбох туяа" -аар гэрэлтүүлэв. Атомууд эрчим хүчний өндөр түвшинд шилжиж, гэрэл шингээхээ больсон. Үүний үр дүнд конденсат нь дараах лазерын цацрагт ил тод болсон. Мөн энд зарим нь маш хачирхалтай ба ер бусын нөлөө. Хэмжилт нь хэзээ гэдгийг харуулсан тодорхой нөхцөлБозе-Эйнштейний конденсатаар дамжин өнгөрөх импульс нь гэрлийн хурдыг долоон баллын дарааллаар удаашруулж, 20 сая хүчин зүйлээр саатдаг. Гэрлийн импульсийн хурд 17 м / с хүртэл буурч, урт нь хэд хэдэн удаа буурч, 43 микрометр болжээ.

Судлаачид конденсатыг лазераар халаахаас зайлсхийснээр гэрлийг бүр ч удаашруулж магадгүй - магадгүй секундэд хэдэн сантиметр хурдтай болно гэж үзэж байна.

Ийм ер бусын шинж чанартай систем нь материйн квант оптик шинж чанарыг судлахаас гадна ирээдүйн квант компьютерт зориулсан төрөл бүрийн төхөөрөмж, жишээлбэл, нэг фотоны унтраалга үүсгэх боломжтой болно.

эпиграф
Багш асууна: Хүүхдүүд ээ, энэ дэлхийн хамгийн хурдан зүйл юу вэ?
Танечка хэлэхдээ: Хамгийн хурдан үг. Би зүгээр л чи эргэж ирэхгүй гэж хэлсэн.
Ванечка хэлэхдээ: Үгүй ээ, гэрэл бол хамгийн хурдан юм.
Шилжүүлэгчийг дарангуут ​​өрөө шууд л гэрэлтэв.
Мөн Вовочка эсэргүүцэж байна: Дэлхий дээрх хамгийн хурдан зүйл бол суулгалт юм.
Би нэг удаа тэвчээргүй байсан тул ганц ч үг дуугарсангүй
Надад юу ч хэлэх, гэрлээ асаах цаг байсангүй.

Манай орчлон ертөнцөд гэрлийн хурд яагаад хамгийн их, хязгаарлагдмал, тогтмол байдгийг та бодож байсан уу? Энэ их сонирхолтой асуулт, мөн нэн даруй, спойлер болгон би үүнийг өгөх болно аймшигтай нууцҮүний хариулт нь хэн ч яг яагаад гэдгийг мэдэхгүй. Гэрлийн хурдыг авдаг, өөрөөр хэлбэл. оюун санааны хувьд хүлээн зөвшөөрөгдсөнТогтмол болон энэхүү постулат дээр, түүнчлэн бүх инерциал тооллын системүүд тэнцүү гэсэн санаан дээр Альберт Эйнштейн өөрийн харьцангуйн тусгай онолыг бүтээсэн нь зуун жилийн турш эрдэмтдийн дургүйцлийг төрүүлж, Эйнштейнд хэлээ дарах боломжийг олгосон юм. бүх хүн төрөлхтөнд тарьсан гахайн хэмжээнүүдийн талаар булшиндаа инээж, ямар ч ял шийтгэлгүй хорвоог орхино.

Гэхдээ яагаад үнэн хэрэгтээ энэ нь ийм тогтмол, хамгийн их бөгөөд эцсийнх юм бэ, ямар ч хариулт алга, энэ бол зүгээр л аксиом, өөрөөр хэлбэл. Итгэлээр авсан, ажиглалт, эрүүл саруул ухаанаар баталгаажсан боловч хаанаас ч логик болон математикийн хувьд дүгнэлт хийх боломжгүй мэдэгдэл. Энэ нь тийм ч үнэн биш байх магадлалтай, гэхдээ хэн ч үүнийг ямар ч туршлагаар няцааж чадаагүй байна.

Би энэ асуудлын талаар өөрийн гэсэн бодолтой байгаа, дараа нь илүү ихийг хэлэх болно, гэхдээ одоохондоо энгийн байлгая. хуруугаараа™Би ядаж нэг хэсэгт хариулахыг хичээх болно - гэрлийн хурд нь "тогтмол" гэсэн үг юм.

Үгүй ээ, хэрэв та гэрлийн хурдаар нисч буй пуужингийн гэрлийг асаавал юу болох талаар бодож үзэх туршилтаар би чамайг уйдаахгүй, энэ нь одоо сэдвээс арай өөр юм.

Хэрэв та лавлах ном эсвэл Википедиагаас харвал вакуум дахь гэрлийн хурдыг үндсэн физик тогтмол гэж тодорхойлдог. яг 299,792,458 м/с-тэй тэнцүү байна. Ойролцоогоор 300,000 км/с хурдлах болно, гэхдээ хэрэв яг зөв- секундэд 299,792,458 метр.

Ийм нарийвчлал хаанаас гардаг юм шиг санагдаж байна. Математик эсвэл физикийн аливаа тогтмол, юу ч байсан, тэр ч байтугай Pi, тэр ч байтугай байгалийн логарифмын суурь д, тэр ч байтугай таталцлын тогтмол G, эсвэл Планкийн тогтмол h, үргэлж заримыг агуулна аравтын бутархайн дараах тоо. Пи хэл дээр эдгээр аравтын бутархайн 5 орчим их наяд нь одоогоор мэдэгдэж байна (гэхдээ аль ч физик утга, зөвхөн эхний 39 оронтой), таталцлын тогтмол нь өнөөдөр G ~ 6.67384(80)x10 -11, Планкийн тогтмол гэж тодорхойлогддог. h~ 6.62606957(29)x10 -34 .

Вакуум дахь гэрлийн хурд гөлгөр 299,792,458 м/с, нэг сантиметр ч их биш, наносекунд ч бага. Энэ нарийвчлал хаанаас гарсныг мэдмээр байна уу?

Энэ бүхэн эртний Грекчүүдээс ердийнхөөрөө эхэлсэн. Шинжлэх ухаан ийм л байдаг орчин үеийн ойлголтЭнэ үг тэдний дунд байгаагүй. Философичид эртний ГрекТийм ч учраас тэднийг гүн ухаантан гэж нэрлэдэг байсан, учир нь тэд эхлээд толгойдоо ямар нэгэн тэнэг зүйлийг зохион бүтээсэн бөгөөд дараа нь логик дүгнэлтүүдийн (заримдаа бодит физик туршилтуудын) тусламжтайгаар үүнийг батлах эсвэл үгүйсгэхийг оролдсон. Гэсэн хэдий ч бодит амьдрал дээр ашиглах физик хэмжилтболон үзэгдлийг тэд "хоёрдугаар зэрэглэлийн" нотлох баримт гэж үздэг байсан бөгөөд үүнийг толгойноос шууд олж авсан нэгдүгээр зэрэглэлийн логик дүгнэлттэй харьцуулах боломжгүй юм.

Гэрлийн өөрийн гэсэн хурд байдаг тухай хамгийн түрүүнд бодсон хүн бол гэрэл бол хөдөлгөөн, хөдөлгөөн нь хурдтай байх ёстой гэж философич Эмпидоклес гэж үздэг. Түүнийг Аристотель эсэргүүцэж, гэрэл бол зүгээр л байгальд ямар нэгэн зүйл оршихуй, тэгээд л тэр. Тэгээд юу ч хаашаа ч хөдөлдөггүй. Гэхдээ энэ бол өөр зүйл! Евклид, Птолемей нар ерөнхийдөө гэрэл бидний нүднээс ялгарч, дараа нь объектууд дээр унадаг гэж үздэг тул бид тэдгээрийг хардаг. Товчхондоо эртний Грекчүүд яг адилхан эртний Ромчуудад байлдан дагуулах хүртлээ аль болох тэнэг байсан.

Дундад зууны үед ихэнх эрдэмтэд гэрлийн тархалтын хурд хязгааргүй гэдэгт итгэдэг байсан бөгөөд тэдний дунд Декарт, Кеплер, Ферма нар байсан.

Гэвч Галилео шиг зарим хүмүүс гэрлийг хурдтай, тиймээс хэмжиж болдог гэдэгт итгэдэг байв. Галилеогаас хэдэн километрийн зайд байрлах туслахдаа дэнлүү асааж, гэрэл өгсөн Галилеогийн туршилтыг олон нийтэд мэддэг. Гэрлийг хараад туслах чийдэнгээ асаахад Галилео эдгээр мөчүүдийн хоорондох саатлыг хэмжихийг оролдов. Мэдээжийн хэрэг, тэр амжилтанд хүрээгүй бөгөөд эцэст нь хэрэв гэрэл хурдтай бол энэ нь асар өндөр бөгөөд хүний ​​хүчин чармайлтаар хэмжигдэх боломжгүй, тиймээс хязгааргүй гэж үзэж болно гэж зохиолдоо бичихээс өөр аргагүй болсон.

Гэрлийн хурдыг хэмжсэн анхны баримтжуулсан хэмжилтийг 1676 онд Данийн одон орон судлаач Олаф Рёмер хийсэн. Энэ жил гэхэд нөгөө Галилеогийн дурангаар зэвсэглэсэн одон орон судлаачид Бархасбадийн хиймэл дагуулуудыг идэвхтэй ажиглаж, тэдний эргэлтийн хугацааг хүртэл тооцоолж байв. Эрдэмтэд Бархасбадьтай хамгийн ойр орших сар Ио ойролцоогоор 42 цаг орчим эргэлддэг болохыг тогтоожээ. Гэсэн хэдий ч Ио заримдаа Бархасбадь гарагийн араас хүлээгдэж байснаас 11 минутын өмнө, заримдаа 11 минутын дараа гарч ирдгийг Ромер анзаарчээ. Дэлхий Нарыг тойрон эргэлдэж, Бархасбадь руу хамгийн бага зайд ойртож, дэлхий тойрог замын эсрэг талд байх үед 11 минутаар хоцордог, тиймээс Ио нь илүү эрт гарч ирдэг. Бархасбадь.

Тэнэг байдлаар дэлхийн тойрог замын диаметрийг (тэр үед аль хэдийн их бага мэддэг байсан) 22 минутад хуваагаад, Рөмер гэрлийн хурдыг 220,000 км/с хүртэж, жинхэнэ утгыг гуравны нэгээр алдсан байна.

1729 онд Английн одон орон судлаач Жеймс Брэдли ажиглав параллакс(байршлын бага зэрэг хазайлтаар) од Этамин (Гамма Драконис) эффектийг олж мэдэв. гэрлийн гажуудал, өөрөөр хэлбэл Дэлхий нарыг тойрон хөдөлсний улмаас тэнгэрт бидэнд хамгийн ойр байрлах оддын байрлал өөрчлөгдөх.

Брэдлигийн нээсэн гэрлийн аберрацийн нөлөөнөөс үзэхэд гэрэл нь тархалтын хязгаарлагдмал хурдтай бөгөөд Брэдли үүнийг 301,000 км/с гэж тооцоолсон бөгөөд энэ нь мэдэгдэж буй утгын аль хэдийн 1% дотор байна гэж дүгнэж болно. өнөөдөр.

Үүний дараа бусад эрдэмтэд бүх тодруулсан хэмжилтийг хийсэн боловч гэрэл бол долгион бөгөөд долгион нь өөрөө тархаж чадахгүй гэж үздэг байсан тул ямар нэг зүйлийг "сэтгэл хөдөлгөх" хэрэгтэй. гэрэлтэгч эфир" гарч ирснээр Америкийн физикч Альберт Мишельсон түүний нээлт бүтэлгүйтэв. Тэрээр ямар ч гэрэлтэгч эфир нээгээгүй боловч 1879 онд гэрлийн хурдыг 299,910±50 км/с болгон тодруулсан.

Үүний зэрэгцээ Максвелл цахилгаан соронзон онолыг нийтэлсэн бөгөөд энэ нь гэрлийн хурдыг шууд хэмжих төдийгүй цахилгаан, соронзон нэвчилтийн утгыг олж авах боломжтой болсон гэсэн үг юм. 1907 онд гэрлийн хурд 299,788 км/с болсон.

Эцэст нь Эйнштейн вакуум дахь гэрлийн хурд нь тогтмол бөгөөд юунаас ч хамаардаггүй гэж тунхаглав. Эсрэгээр, бусад бүх зүйл - хурдыг нэмэх, зөв ​​лавлах системийг олох, өндөр хурдтай хөдөлж байх үед цаг хугацааны тэлэлт, зайны өөрчлөлтийн нөлөө болон бусад харьцангуй олон нөлөө нь гэрлийн хурдаас хамаардаг (учир нь энэ нь бүх томъёонд багтсан байдаг. тогтмол). Товчхондоо, дэлхий дээрх бүх зүйл харьцангуй бөгөөд гэрлийн хурд нь манай дэлхийн бусад бүх зүйл харьцангуй харьцангуй хэмжигдэхүүн юм. Энд, магадгүй, бид Лоренцад далдуу модыг өгөх ёстой, гэхдээ худалдаачин байж болохгүй, Эйнштейн бол Эйнштейн.

Энэхүү тогтмолын утгыг нарийн тодорхойлох ажил 20-р зууны турш үргэлжилж, арван жил тутам эрдэмтэд улам олон зүйлийг олж илрүүлсэн. аравтын цэгийн дараах тоотолгойд нь тодорхойгүй сэжиг төрж эхлэх хүртэл гэрлийн хурдаар.

Вакуумд секундэд хэдэн метр гэрэл хөдөлж байгааг улам бүр нарийн тодорхойлохын тулд эрдэмтэд бид юуг метрээр хэмждэг вэ гэж гайхаж эхлэв. Эцсийн эцэст, нэг метр бол Парисын ойролцоох музейд хэн нэгний мартсан цагаан алт-иридиум савхны урт юм!

Эхлээд стандарт тоолуур нэвтрүүлэх санаа үнэхээр сайхан санагдсан. Хашаа, хөл болон бусад ташуу хонхорхойд өртөхгүйн тулд 1791 онд францчууд энэ зайнаас арван саяны нэгийг авахаар шийджээ. Хойд туйлПарисыг дайран өнгөрөх меридианы дагуу экватор руу. Тэд энэ зайг тухайн үеийн нарийвчлалтайгаар хэмжиж, цагаан алт-иридиум (илүү нарийвчлалтай бол эхлээд гууль, дараа нь цагаан алт, дараа нь цагаан алт-иридиум) хайлшаар саваа цутгаж, Парисын жин хэмжүүрийн танхимд хийжээ. дээж. Энэ нь цааш явах тусам улам их болж байна дэлхийн гадаргууөөрчлөгдөж, тивүүд гажигтай, голчид шилжиж, арван саяны нэгээр нь оноо авч, Парисын "бунхан"-ын болор авсанд байх савааны уртыг метрээр тоолж эхлэв.

Ийм шүтээн шүтэх нь жинхэнэ эрдэмтэнд тохирохгүй, энэ бол Улаан дөрвөлжин биш (!) бөгөөд 1960 онд тоолуурын тухай ойлголтыг бүрэн тодорхой тодорхойлолт болгон хялбарчлахаар шийдсэн - метр нь шилжилтийн үед ялгардаг 1,650,763.73 долгионы урттай яг тэнцүү байна. хоорондын электронууд эрчим хүчний түвшинВакуум дахь Криптон-86 элементийн өдөөгдөөгүй изотопын 2p10 ба 5d5. За, илүү ойлгомжтой байх уу?

Энэ нь 23 жилийн турш үргэлжилсэн бөгөөд вакуум дахь гэрлийн хурдыг улам бүр нарийвчлалтайгаар хэмжиж байтал 1983 он хүртэл хамгийн зөрүүд чимэгүүд ч гэрлийн хурд нь хамгийн зөв бөгөөд хамгийн тохиромжтой тогтмол хэмжигдэхүүн гэдгийг ойлгосон. криптоны изотоп. Тэгээд бүх зүйлийг орвонгоор нь эргүүлэхээр шийдсэн (илүү нарийн, хэрэв та энэ талаар бодож байгаа бол бүх зүйлийг эргүүлэхээр шийдсэн), одоо гэрлийн хурд -тайнь жинхэнэ тогтмол ба метр нь гэрлийн вакуумд (1/299,792,458) секундэд өнгөрөх зай юм.

Гэрлийн хурдны бодит үнэ цэнийг өнөөдрийг хүртэл тодруулсаар байгаа ч хамгийн сонирхолтой нь шинэ туршилт болгондоо эрдэмтэд гэрлийн хурдыг бус харин тоолуурын жинхэнэ уртыг тодруулдаг. Ирэх хэдэн арван жилд гэрлийн хурдыг илүү нарийвчлалтай олох тусам бид тоолуурыг илүү нарийвчлалтай авах болно.

Эсрэгээр нь биш.

За одоо хонь руугаа буцъя. Манай орчлон ертөнцийн вакуум дахь гэрлийн хурд яагаад хамгийн их, хязгаарлагдмал, тогтмол байдаг вэ? Би үүнийг ингэж ойлгож байна.

Металл болон бараг бүх хатуу биет дэх дууны хурд нь агаар дахь дууны хурдаас хамаагүй өндөр гэдгийг хүн бүр мэддэг. Үүнийг шалгахад маш хялбар бөгөөд чихээ төмөр замд наахад л та ойртож буй галт тэрэгний дууг агаараас хамаагүй эрт сонсох боломжтой болно. Яагаад ийм байна вэ? Дуу нь үндсэндээ адилхан бөгөөд түүний тархалтын хурд нь орчин, энэ орчинг бүрдүүлдэг молекулуудын тохиргоо, нягтрал, параметрүүдээс хамаардаг нь ойлгомжтой. болор тор- товчхондоо дуу дамжуулах орчны одоогийн төлөв байдлаас.

Гэрэлтэгч эфирийн тухай ойлголт аль эрт орхигдсон ч цахилгаан соронзон долгион тархдаг вакуум нь бидэнд хичнээн хоосон мэт санагдаж байсан ч туйлын юу ч биш юм.

Энэ зүйрлэл нь зарим талаараа хол зөрүүтэй гэдгийг би ойлгож байна, гэхдээ энэ нь үнэн хуруугаараа™адилхан! Яг хүртээмжтэй зүйрлэл болгон, ямар ч байдлаар физик хуулиудын нэг багцаас бусад руу шууд шилжихгүйгээр би танаас цахилгаан соронзон (мөн ерөнхийдөө глюон ба таталцлыг оролцуулан) чичиргээний тархалтын хурдыг төсөөлөхийг хүсч байна. ган дахь дууны хурдыг төмөр замд “оёдог” шиг. Эндээс бид бүжиглэнэ.

UPD: Дашрамд хэлэхэд, би "одтой уншигчдыг" "хэцүү вакуумд" гэрлийн хурд тогтмол хэвээр байгаа эсэхийг төсөөлөхийг урьж байна. Жишээлбэл, 10-30 К температурт вакуум нь виртуал тоосонцортой буцлахаа больж, "буцалж" эхэлдэг гэж үздэг. сансрын даавуу хэсэг хэсгээрээ унах, Планкийн хэмжигдэхүүнүүд бүдгэрч, физик утгаа алддаг гэх мэт. Ийм вакуум дахь гэрлийн хурд үүнтэй тэнцүү байх болов уу в, эсвэл энэ эхлэх болно шинэ онолХэт хурдтай үед Лоренцын коэффициент гэх мэт залруулга бүхий "харьцангуй вакуум"? Мэдэхгүй ээ, мэдэхгүй ээ, цаг хугацаа л харуулна...

Хурд (туулсан зай/хүргэсэн хугацаа) тодорхойлохын тулд бид зай, цагийн стандартыг сонгох ёстой. Өөр өөр стандартууд нь өөр өөр хурдны хэмжилтийг өгч болно.

Гэрлийн хурд тогтмол уу?

[Үнэндээ тогтмол нарийн бүтэцэрчим хүчний хэмжүүрээс хамаардаг боловч энд бид түүний бага энергийн хязгаарыг хэлж байна.]

Харьцангуйн тусгай онол

SI систем дэх тоолуурын тодорхойлолт нь мөн харьцангуйн онол зөв гэсэн таамаглал дээр суурилдаг. Харьцангуйн онолын үндсэн постулатын дагуу гэрлийн хурд тогтмол байна. Энэхүү постулат нь хоёр санааг агуулна.

• Гэрлийн хурд нь ажиглагчийн хөдөлгөөнөөс хамаардаггүй.
• Гэрлийн хурд нь цаг хугацаа, орон зайн координатаас хамаардаггүй.

Гэрлийн хурд нь ажиглагчийн хурдаас хамааралгүй гэсэн санаа нь сөрөг юм. Зарим хүмүүс энэ санааг логиктой гэдэгтэй ч санал нийлэхгүй байна. 1905 онд Эйнштейн орон зай, цаг хугацааны туйлын мөн чанарын тухай таамаглалаас татгалзвал энэ санаа логикийн хувьд зөв болохыг харуулсан.

1879 онд дуу чимээ агаар болон бусад бодисоор дамждаг шиг сансар огторгуйд ямар нэгэн орчинд гэрэл дамжих ёстой гэж үздэг. Мишельсон, Морли наржилийн турш нартай харьцуулахад дэлхийн хөдөлгөөний чиглэл өөрчлөгдөхөд гэрлийн хурд өөрчлөгдөхийг ажиглан эфирийг илрүүлэх туршилт хийсэн. Тэдний гайхшралд гэрлийн хурд өөрчлөгдөөгүй.

Гэрлийн хурд гэдэг нь гэрлийн нэгж хугацаанд туулах зай юм. Энэ утга нь гэрэл тархах бодисоос хамаарна.

Вакуум орчинд гэрлийн хурд 299,792,458 м/с байна. Энэ бол хүрч болох хамгийн дээд хурд юм. Тусгай нарийвчлал шаарддаггүй асуудлыг шийдвэрлэхдээ энэ утгыг 300,000,000 м/с-тэй тэнцүү авна. Бүх төрлийн цахилгаан соронзон цацраг нь гэрлийн хурдаар вакуум орчинд тархдаг гэж үздэг: радио долгион, хэт улаан туяаны цацраг, харагдах гэрэл, хэт ягаан туяа, рентген туяа, гамма цацраг. Энэ нь захидлаар тодорхойлогддог -тай .

Гэрлийн хурдыг хэрхэн тодорхойлсон бэ?

IN эртний цаг үеЭрдэмтэд гэрлийн хурдыг хязгааргүй гэж үздэг. Хожим нь энэ асуудлаар эрдэмтдийн дунд хэлэлцүүлэг эхэлсэн. Кеплер, Декарт, Фермат нар эртний эрдэмтдийн саналтай санал нийлж байв. Галилео, Хук нар хэдийгээр гэрлийн хурд маш өндөр боловч хязгаарлагдмал утгатай хэвээр байна гэж үздэг.

Галилео Галилей

Гэрлийн хурдыг хэмжих гэж оролдсон хүмүүсийн нэг бол Италийн эрдэмтэн Галилео Галилей юм. Туршилтын үеэр тэрээр болон түүний туслах өөр өөр толгод дээр байсан. Галилео дэнлүүнийхээ хаалтыг нээв. Туслах энэ гэрлийг харсан тэр агшинд тэр дэнлүүтэйгээ ижил үйлдэл хийх шаардлагатай болсон. Галилейгаас туслах хүртэл, буцаж ирэхэд гэрэл зарцуулсан хугацаа маш богино байсан тул Галилео гэрлийн хурд маш өндөр гэдгийг ойлгосон бөгөөд гэрэл бараг тархдаг тул ийм богино зайд үүнийг хэмжих боломжгүй юм. тэр даруй. Түүний бичсэн цаг нь зөвхөн хүний ​​хариу үйлдэл үзүүлэх хурдыг л харуулдаг.

Гэрлийн хурдыг анх 1676 онд Данийн одон орон судлаач Олаф Рёмер одон орон судлалын зайг ашиглан тогтоожээ. Бархасбадийн сарны Ио хиртэлтийг дурангаар ажиглахдаа тэрээр Дэлхий Бархасбадь гарагаас холдох тусам дараагийн хиртэлт бүр тооцоолсон цагаасаа хожуу болдог гэдгийг олж мэдсэн. Дэлхий нарны нөгөө тал руу шилжиж, дэлхийн тойрог замын диаметртэй тэнцэх зайд Бархасбадь гарагаас холдох үед хамгийн их саатал 22 цаг байна. Тухайн үед дэлхийн яг диаметр тодорхойгүй байсан ч эрдэмтэн түүний ойролцоо утгыг 22 цагт хувааж, ойролцоогоор 220,000 км/с-ийн утгыг гаргажээ.

Олаф Рөмер

Ромерын олж авсан үр дүн нь эрдэмтдийн дунд үл итгэх байдлыг үүсгэв. Харин 1849 онд Францын физикч Арманд Ипполит Луис Физо гэрлийн хурдыг эргэдэг хаалтны аргаар хэмжжээ. Түүний туршилтанд эх үүсвэрийн гэрэл эргэдэг дугуйны шүдний хооронд дамжиж, толин тусгал руу чиглэв. Түүнээс эргэцүүлээд буцаж ирэв. Дугуйны эргэлтийн хурд нэмэгдэв. Энэ нь тодорхой хэмжээнд хүрэхэд толинд туссан туяа хөдөлж буй шүдээр хойшлогдож, тухайн үед ажиглагч юу ч хараагүй.

Физогийн туршлага

Физо гэрлийн хурдыг дараах байдлаар тооцоолжээ. Гэрэл өөрийн замаар явдаг Л -тэй тэнцэх хугацаанд дугуйнаас толинд t 1 = 2л/c . Дугуйг ½ оролтоор эргүүлэхэд шаардагдах хугацаа t 2 = T / 2N , Хаана Т - дугуй эргэх хугацаа; Н - шүдний тоо. Эргэлтийн хурд v = 1/T . Ажиглагч гэрлийг харахгүй байх мөч нь хэзээ тохиолддог t 1 = t 2 . Эндээс бид гэрлийн хурдыг тодорхойлох томъёог олж авна.

c = 4LNv

Энэ томъёог ашиглан тооцоолол хийсний дараа Физо үүнийг тогтоов -тай = 313,000,000 м/с. Энэ үр дүн илүү үнэн зөв байсан.

Арманд Ипполит Луис Физо

1838 онд Францын физикч, одон орон судлаач Доминик Франсуа Жан Араго гэрлийн хурдыг тооцоолохын тулд эргэдэг толины аргыг ашиглахыг санал болгов. Энэ санааг Францын физикч, механикч, одон орон судлаач Жан Бернар Леон Фуко хэрэгжүүлж, 1862 онд гэрлийн хурдны (298,000,000±500,000) м/с утгыг олж авсан.

Доминик Франсуа Жан Араго

1891 онд Америкийн одон орон судлаач Саймон Ньюкомбын хийсэн үр дүн нь Фукогийн үр дүнгээс илүү нарийвчлалтай байсан. Түүний тооцооллын үр дүнд -тай = (99,810,000±50,000) м/с.

Эргэдэг найман өнцөгт толь бүхий төхөөрөмж ашигласан Америкийн физикч Альберт Абрахам Мишельсоны хийсэн судалгаагаар гэрлийн хурдыг илүү нарийвчлалтай тодорхойлох боломжтой болсон. Эрдэмтэн 1926 онд хоёр уулын оройг 35.4 км-тэй тэнцэх зайг туулахад гэрэл зарцуулсан цагийг хэмжиж, олж авсан байна. -тай = (299,796,000±4,000) м/с.

Хамгийн нарийвчлалтай хэмжилтийг 1975 онд хийсэн бөгөөд мөн онд Жин хэмжүүрийн ерөнхий бага хурлаас гэрлийн хурдыг 299,792,458 ± 1.2 м/с-тэй тэнцүү гэж үзэхийг зөвлөжээ.

Гэрлийн хурд юунаас хамаардаг вэ?

Вакуум дахь гэрлийн хурд нь жишиг хүрээ эсвэл ажиглагчийн байрлалаас хамаардаггүй. Энэ нь тогтмол хэвээр байгаа бөгөөд 299,792,458 ± 1.2 м/с байна. Гэхдээ янз бүрийн тунгалаг орчинд энэ хурд нь вакуум дахь хурдаасаа бага байх болно. Аливаа тунгалаг орчин нь оптик нягтралтай байдаг. Энэ нь өндөр байх тусам түүний дотор гэрлийн хурд удаан тархдаг. Жишээлбэл, агаар дахь гэрлийн хурд нь усан дахь хурдаасаа их, харин цэвэр оптик шилэнд уснаас бага байдаг.

Хэрэв гэрэл нягтрал багатай орчноос нягт руу шилжих юм бол түүний хурд буурдаг. Хэрэв шилжилт нь илүү нягтралаас бага нягт руу шилжих юм бол хурд нь эсрэгээрээ нэмэгддэг. Энэ нь хоёр мэдээллийн хэрэгслийн хоорондох шилжилтийн хил дээр гэрлийн туяа яагаад хазайж байгааг тайлбарладаг.

Хэрхэн хэмжих, гэрлийн хурд гэж юу болох тухай сэдэв эрт дээр үеэс эрдэмтдийн сонирхлыг татсаар ирсэн. Энэ бол эрт дээр үеэс шинжлэх ухааны маргааны объект байсаар ирсэн маш сонирхолтой сэдэв юм. Ийм хурд нь хязгаарлагдмал, хүрэх боломжгүй, тогтмол байдаг гэж үздэг. Энэ нь хязгааргүй мэт, хүрэхийн аргагүй бөгөөд тогтмол юм. Үүний зэрэгцээ энэ нь хязгаарлагдмал юм. Энэ нь сонирхолтой физик, математикийн оньсого болж хувирдаг. Энэ асуудлыг шийдэх нэг хувилбар бий. Эцсийн эцэст гэрлийн хурдыг хэмжсэн хэвээр байв.

Эрт дээр үед сэтгэгчид үүнд итгэдэг байсан гэрлийн хурд- энэ бол хязгааргүй хэмжигдэхүүн юм. Энэ үзүүлэлтийн анхны тооцоог 1676 онд өгсөн. Олаф Рөмер. Түүний тооцоогоор гэрлийн хурд ойролцоогоор 220 мянган км/с байжээ. Энэ нь бүхэлдээ үнэн зөв үнэ цэнэ биш байсан ч үнэнтэй ойролцоо байв.

Төгсгөл, гэрлийн хурдыг тооцоолох нь хагас зуун жилийн дараа батлагдсан.

Ирээдүйд эрдэмтэн ФизоГэрлийн хурдыг гэрлийн туяаг тодорхой зайд туулах хугацаанаас нь тодорхойлох боломжтой байв.

Тэрээр туршилт хийсэн (зураг харна уу), энэ үеэр гэрлийн туяа S эх үүсвэрээс салж, 3-р толинд тусч, 2-р шүдтэй дискээр тасалдаж, суурийг (8 км) өнгөрөв. Дараа нь 1-р толинд туссан бөгөөд диск рүү буцаж ирэв. Шүдний завсарт туссан гэрэл нь нүдний шилээр 4-р ажиглагдаж байв. Цацрагийн суурийн дундуур өнгөрөх хугацааг дискний эргэлтийн хурдаас хамааруулан тодорхойлсон. Физогийн олж авсан утга нь: c = 313300 км/с.

Аливаа тодорхой орчинд цацрагийн тархалтын хурд нь вакуум дахь энэ хурдаас бага байна. Үүнээс гадна өөр өөр бодисын хувьд энэ үзүүлэлт өөр өөр утгыг авдаг. Хэдэн жилийн дараа Фукодискийг хурдан эргэдэг толин тусгалаар сольсон. Эдгээр эрдэмтдийн дагалдагчид тэдний арга барил, судалгааны загварыг олон удаа ашигласан.

Линз бол суурь юм оптик хэрэгсэл. Үүнийг хэрхэн тооцдогийг та мэдэх үү? Та манай нийтлэлүүдийн аль нэгийг унших замаар олж мэдэх боломжтой.

Ийм линзээс бүрдсэн оптик харааг хэрхэн яаж тохируулах талаар та мэдээлэл олж авах боломжтой. Манай материалыг уншаарай, танд энэ сэдвээр асуулт байхгүй болно.

Вакуум дахь гэрлийн хурд хэд вэ?

Гэрлийн хурдыг хамгийн зөв хэмжсэн тоо нь цагт 1,079,252,848.8 километр буюу 299 792 458 м/с. Энэ тоо нь вакуум орчинд бий болсон нөхцөлд л хүчинтэй.

Гэхдээ асуудлыг шийдэхийн тулд индикаторыг ихэвчлэн ашигладаг 300,000,000 м/с. Вакуум орчинд гэрлийн хурд нь Планкийн нэгжээр 1. Иймд гэрлийн энерги 1 Планкийн уртын 1 нэгжийг Планкийн хугацаанд 1 нэгжээр дамжуулдаг. Хэрэв вакуум үүссэн бол байгалийн нөхцөл, тэгвэл рентген туяа ийм хурдтай тархаж чадна, гэрлийн долгионүзэгдэх спектр ба таталцлын долгион.

Эрдэмтдийн дунд масстай бөөмс гэрлийн хурдтай аль болох ойрхон хурдтай байж чадна гэсэн тодорхой үзэл бодол байдаг. Гэвч тэд үзүүлэлтээ биелүүлж, давж чадахгүй байна. Судалгааны явцад гэрлийн хурдтай ойролцоо хамгийн өндөр хурдыг тэмдэглэв сансрын туяамөн хурдасгуур дахь тодорхой бөөмсийн хурдатгалын үед.

Аливаа орчин дахь гэрлийн хурд нь энэ орчны хугарлын илтгэгчээс хамаарна.

Өөр өөр давтамжийн хувьд энэ үзүүлэлт өөр байж болно. Хэмжигдэхүүнийг зөв хэмжих нь бусад физик үзүүлэлтүүдийг тооцоолоход чухал ач холбогдолтой. Жишээлбэл, оптик хүрээ, радар, гэрлийн хүрээ болон бусад хэсэгт гэрлийн эсвэл радио дохиог дамжуулах үеийн зайг тодорхойлох.

Орчин үеийн эрдэмтэд гэрлийн хурдыг тодорхойлохын тулд янз бүрийн арга хэрэглэдэг. Зарим шинжээчид одон орны аргууд, түүнчлэн туршилтын технологийг ашиглан хэмжилтийн аргыг ашигладаг. Сайжруулсан Fizeau аргыг ихэвчлэн ашигладаг. Энэ тохиолдолд араа дугуйг гэрлийн модулятороор сольж, гэрлийн туяаг сулруулж эсвэл тасалдаг. Энд хүлээн авагч нь фотоэлектрик үржүүлэгч эсвэл фотоэлел юм. Гэрлийн эх үүсвэр нь лазер байж болох бөгөөд энэ нь хэмжилтийн алдааг багасгахад тусалдаг. Гэрлийн хурдыг тодорхойлохСуурь дамжих цаг хугацааны дагуу үүнийг шууд болон шууд бус аргаар хийж болох бөгөөд энэ нь үнэн зөв үр дүнд хүрэх боломжийг олгодог.

Гэрлийн хурдыг ямар томъёогоор тооцоолох вэ?

1. Вакуум дахь гэрлийн тархалтын хурд нь үнэмлэхүй утга юм. Физикчид үүнийг "c" үсгээр тэмдэглэдэг. Энэ бол тайлагнах системийн сонголтоос хамаардаггүй үндсэн бөгөөд тогтмол үнэ цэнэ бөгөөд цаг хугацаа, орон зайг бүхэлд нь тодорхойлдог. Эрдэмтэд энэ хурдыг бөөмийн хөдөлгөөний хамгийн дээд хурд гэж үздэг.

   Гэрлийн хурдны томъёовакуумд:

   s = 3 * 10^8 = 299792458 м / с

   энд c нь вакуум дахь гэрлийн хурдны үзүүлэлт юм.

2. Эрдэмтэд үүнийг нотолсон агаар дахь гэрлийн хурдвакуум дахь гэрлийн хурдтай бараг давхцдаг. Үүнийг дараах томъёогоор тооцоолж болно.