epigraf
U?itel se pt?: D?ti, co je nejrychlej?? v?c na sv?t??
Tanechka ??k?: Slovo je nejrychlej??. Pr?v? jsi ?ekl, ?e se nevr?t??.
Van??ka ??k?: Ne, sv?tlo je nejrychlej??.
Jen jsem stiskl vyp?na? a m?stnost se okam?it? rozsv?tila.
A Vovochka nam?t?: Pr?jem je nejrychlej?? v?c na sv?t?.
Jednou jsem byl tak netrp?liv?, ?e ani slovo
Nem?l jsem ?as ??ct, nerozsv?til jsem sv?tlo.

P?em??leli jste n?kdy nad t?m, pro? je rychlost sv?tla v na?em vesm?ru maxim?ln?, kone?n? a konstantn?? To je velmi zaj?mav? ot?zka a hned, jako spoiler, prozrad?m stra?liv? tajemstv? odpov?di na ni - nikdo p?esn? nev? pro?. Je br?na rychlost sv?tla, tzn. du?evn? p?ijat pro konstantu a na tomto postul?tu, stejn? jako na my?lence, ?e v?echny inerci?ln? vzta?n? soustavy jsou si rovny, Albert Einstein vybudoval svou speci?ln? teorii relativity, kter? u? sto let p?iv?d? v?dce k ??lenstv? a umo??uje Einsteinovi uk?zat sv?j jazyk sv?t beztrestn? a s ?sm?vem v rakvi nad velikost? prasete, kter? nasadil cel?mu lidstvu.

Ale pro? je to vlastn? tak konstantn?, takov? maximum a takov? kone?n? odpov??, na to nen? odpov??, to je pouze axiom, tzn. tvrzen?, kter? je pova?ov?no za samoz?ejm?, podep?en? pozorov?n?m a zdrav?m rozumem, ale nen? odkudkoliv logicky ani matematicky odvozeno. A je pravd?podobn?, ?e to nen? a? tak pravda, ale nikdo to zat?m nedok?zal vyvr?tit ??dnou zku?enost?.

M?m sv? vlastn? my?lenky na tuto z?le?itost, o nich pozd?ji, ale prozat?m, jednoduch?m zp?sobem, na prstech™ Pokus?m se odpov?d?t alespo? na jednu ??st - co znamen? rychlost sv?tla "konstantn?".

Ne, nebudu v?s zat??ovat ment?ln?mi experimenty, co se stane, kdy? se rozsv?t? sv?tlomety v raket? let?c? rychlost? sv?tla atd., to je te? trochu mimo t?ma.

Pokud se pod?v?te do referen?n? knihy nebo wikipedie, rychlost sv?tla ve vakuu je definov?na jako z?kladn? fyzik?ln? konstanta, kter? je p?esn? tak se rovn? 299 792 458 m/s. Tedy p?ibli?n? ?e?eno, bude to asi 300 000 km/s, ale kdyby p?esn? p?esn?- 299 792 458 metr? za sekundu.

Zd? se, odkud poch?z? takov? p?esnost? Jak?koli matematick? nebo fyzik?ln? konstanta, cokoliv si vezmete, dokonce i p?, dokonce i z?klad p?irozen?ho logaritmu E, i kdy? gravita?n? konstanta G neboli Planckova konstanta h, v?dy n?jak? obsahuj? ??sla za desetinnou ??rkou. V Pi je v sou?asn? dob? zn?mo, ?e tato desetinn? m?sta jsou asi 5 bilion? (a?koli pouze prvn?ch 39 ??slic m? n?jak? fyzik?ln? v?znam), gravita?n? konstanta je dnes definov?na jako G ~ 6,67384(80)x10-11 a konstantn? deska h~ 6,62606957(29)x10-34.

Rychlost sv?tla ve vakuu je hladk? 299 792 458 m/s, ani o centimetr v?ce, ani o nanosekundu m?n?. Chcete v?d?t, odkud takov? p?esnost poch?z??

V?e za?alo jako obvykle u star?ch ?ek?. V?da jako takov? v modern?m slova smyslu neexistovala. Filosofov? starov?k?ho ?ecka byli proto naz?v?ni filozofy, proto?e si nejprve vymysleli n?jakou kravinu v hlav? a pak se ji pomoc? logick?ch z?v?r? (a n?kdy i skute?n?ch fyzik?ln?ch experiment?) sna?ili dok?zat nebo vyvr?tit. Vyu?it? re?ln?ch fyzik?ln?ch m??en? a jev? v?ak pova?ovali za „druhot??dn?“ d?kazy, kter? nelze srovn?vat s prvot??dn?mi logick?mi z?v?ry z?skan?mi p??mo z hlavy.

Prvn?, kdo p?em??lel o existenci vlastn? rychlosti sv?tla, je filozof Empidocles, kter? prohl?sil, ?e sv?tlo je pohyb a pohyb mus? m?t rychlost. Nam?tal proti n?mu Aristoteles, kter? tvrdil, ?e sv?tlo je prost? p??tomnost n??eho v p??rod?, a to je v?e. A nic se neh?be. Ale to je v?c! Euklides a Ptolemaios tak obecn? v??ili, ?e sv?tlo je vyza?ov?no z na?ich o?? a pot? dopad? na p?edm?ty, a proto je vid?me. Stru?n? ?e?eno, sta?? ?ekov? byli hloup?, jak mohli, dokud je neporazili stejn? starov?c? ??man?.

Ve st?edov?ku v?t?ina v?dc? nad?le v??ila, ?e rychlost sv?tla je nekone?n?, mezi nimi byli nap??klad Descartes, Kepler a Fermat.

Ale n?kte??, jako Galileo, v??ili, ?e sv?tlo m? rychlost, co? znamen?, ?e ji lze m??it. V?eobecn? je zn?m? zku?enost Galilea, kter? rozsv?til lampu a posv?til na asistenta, kter? byl od Galilea n?kolik kilometr? daleko. Kdy? asistent vid?l sv?tlo, rozsv?til lampu a Galileo se pokusil zm??it prodlevu mezi t?mito okam?iky. P?irozen? se mu to nepoda?ilo a nakonec byl nucen ve sv?ch spisech napsat, ?e m?-li sv?tlo rychlost, pak je extr?mn? velk? a nelze ji lidsk?m ?sil?m zm??it, a proto ji lze pova?ovat za nekone?nou.

Prvn? zdokumentovan? m??en? rychlosti sv?tla je p?ipisov?no d?nsk?mu astronomovi Olafovi Roemerovi z roku 1676. V tomto roce astronomov?, vyzbrojen? dalekohledy toho sam?ho Galilea, pozorovali satelity Jupitera s velkou silou a dokonce po??tali jejich rota?n? periody. V?dci zjistili, ?e Io, m?s?c nejbli??? Jupiteru, m? dobu rotace p?ibli?n? 42 hodin. Roemer si v?ak v?iml, ?e Io se n?kdy objev? za Jupiterem o 11 minut d??ve a n?kdy o 11 minut pozd?ji. Jak se uk?zalo, Io se objevuje d??ve v t?ch obdob?ch, kdy se Zem? ob?haj?c? kolem Slunce p?ibli?uje k Jupiteru na minim?ln? vzd?lenost a zaost?v? o 11 minut, kdy? je Zem? na opa?n?m m?st? ob??n? dr?hy, co? znamen?, ?e je d?le. z Jupiteru.

Hloup?m vyd?len?m pr?m?ru zemsk? ob??n? dr?hy (a v t? dob? u? to bylo v?cem?n? zn?m?) 22 minutami, dostal Remer rychlost sv?tla 220 000 km/s, asi t?etina chyb? skute?n? hodnot?.

V roce 1729 anglick? astronom James Bradley pozoroval paralaxa(lehk? odchylka um?st?n?) hv?zdy Etamin (Dragon Gamma) otev?ely efekt aberace sv?tla, tj. zm?na polohy n?m na obloze nejbli???ch hv?zd vlivem pohybu Zem? kolem Slunce.

Z efektu sv?teln? aberace, kter? objevil Bradley, lze tak? odvodit, ?e sv?tlo m? kone?nou rychlost ???en?, ?eho? se Bradley chopil a vypo??tal ji na p?ibli?n? 301 000 km/s, co? je ji? s p?esnost? 1 % zn?m? hodnoty. dnes.

Pak n?sledovala v?echna objas?uj?c? m??en? ostatn?ch v?dc?, ale proto?e se v??ilo, ?e sv?tlo je vlna a vlna se nem??e ???it sama o sob?, je t?eba se n??eho „ob?vat“, my?lenka existence „ luminiferous ether“ vznikl, jeho? objev se u americk?ho fyzika Alberta Michelsona krut? nezda?il. Neobjevil ??dn? sv?t?lkuj?c? ?ter, ale v roce 1879 up?esnil rychlost sv?tla na 299 910 ± 50 km/s.

P?ibli?n? ve stejn? dob? Maxwell publikoval svou teorii elektromagnetismu, co? znamen?, ?e bylo mo?n? nejen p??mo m??it rychlost sv?tla, ale tak? ji odvodit z hodnot elektrick? a magnetick? permeability, co? bylo provedeno zp?esn?n?m hodnota rychlosti sv?tla na 299 788 km/s v roce 1907.

Nakonec Einstein prohl?sil, ?e rychlost sv?tla ve vakuu je konstantn? a nez?vis? v?bec na ni?em. Naopak v?e ostatn? – s??t?n? rychlost? a hled?n? spr?vn?ch vzta?n?ch soustav, vlivy dilatace ?asu a zm?n vzd?lenost? p?i pohybu vysokou rychlost? a mnoho dal??ch relativistick?ch efekt? z?vis? na rychlosti sv?tla (proto?e je zahrnuta ve v?ech vzorce jako konstanta). Stru?n? ?e?eno, v?e na sv?t? je relativn? a rychlost sv?tla je relativn? hodnota, ke kter? jsou relativn? v?echny ostatn? v?ci v na?em sv?t?. Tady by mo?n? m?l Lorentz dostat dla?, ale nebu?me obchodn?ci, Einstein je Einstein.

P?esn? ur?ov?n? hodnoty t?to konstanty pokra?ovalo po cel? 20. stolet?, s ka?d?m desetilet?m v?dci nach?zeli st?le v?ce ??slic za desetinnou ??rkou rychlost? sv?tla, a? se v jejich hlav?ch za?alo rodit nejasn? podez?en?.

Kdy? v?dci st?le p?esn?ji ur?ovali, kolik metr? uraz? sv?tlo ve vakuu za sekundu, za?ali se pt?t, co v?echno m???me v metrech? V?dy? metr je jen d?lka n?jak? platino-iridiov? ty?inky, kterou n?kdo zapomn?l v n?jak?m muzeu u Pa???e!

A n?pad na zaveden? standardn?ho m??i?e se zpo??tku zd?l skv?l?. Aby netrp?li yardy, nohama a jin?mi ?ikm?mi s?hy, rozhodli se Francouzi v roce 1791 vz?t jako standardn? m?ru d?lky jednu desetimiliontinu vzd?lenosti od severn?ho p?lu k rovn?ku pod?l poledn?ku proch?zej?c?ho Pa????. Zm??ili tuto vzd?lenost s p?esnost? dostupnou v t? dob?, odlili h?l ze slitiny platina-iridium (p?esn?ji nejprve mosaz, potom platina a teprve potom platina-iridium) a vlo?ili ji do stejn? pa???sk? komory z?va?? a m?r. , jako vzorek. ??m d?le, t?m v?ce je z?ejm?, ?e se zemsk? povrch m?n?, kontinenty se deformuj?, meridi?ny se posouvaj? a dos?hli desetimiliont?ho d?lu a za?ali uva?ovat o d?lce ty?e, kter? le?? v k?i???lov? rakvi. pa???sk? „mauzoleum“ jako metr.

Takov? modl??stv? se skute?n?mu v?dci nehod?, tohle nen? Rud? n?m?st? pro v?s (!) a v roce 1960 bylo rozhodnuto zjednodu?it pojem metr na zcela zjevnou definici - metr se p?esn? rovn? 1 650 763,73 vlnov?m d?lk?m vyza?ovan?m p?echod elektron? mezi energetick?mi hladinami 2p10 a 5d5 nevybuzen?ho izotopu prvku Krypton-86 ve vakuu. No, o kolik jasn?j???

Tak to pokra?ovalo 23 let, zat?mco rychlost sv?tla ve vakuu byla m??ena se vzr?staj?c? p?esnost?, a? v roce 1983 kone?n? i t?m nejzarputilej??m retrogr?d?m do?lo, ?e rychlost sv?tla je nejp?esn?j?? a nejide?ln?j?? konstanta, a ne n?jak? izotopu kryptonu. A bylo rozhodnuto obr?tit v?e vzh?ru nohama (p?esn?ji, kdy? se nad t?m zamysl?te, bylo rozhodnuto obr?tit v?e zp?t vzh?ru nohama), nyn? rychlost sv?tla S je skute?n? konstanta a metr je vzd?lenost, kterou sv?tlo uraz? ve vakuu za (1/299 792 458) sekundy.

Skute?n? hodnota rychlosti sv?tla se st?le zp?es?uje i dnes, ale zaj?mav? je, ?e s ka?dou novou zku?enost? v?dci neuv?d?j? rychlost sv?tla, ale skute?nou d?lku metru. A ??m p?esn?j?? bude rychlost sv?tla v nadch?zej?c?ch desetilet?ch, t?m p?esn?j?? metr nakonec z?sk?me.

A ne naopak.

No a te? zp?t k na?im ove?k?m. Pro? je rychlost sv?tla ve vakuu na?eho vesm?ru maxim?ln?, kone?n? a konstantn?? Ch?pu to takhle.

Ka?d? v?, ?e rychlost zvuku v kovu a vlastn? v t?m?? ka?d?m pevn?m t?lese je mnohem vy??? ne? rychlost zvuku ve vzduchu. Je velmi snadn? to zkontrolovat, sta?? p?ilo?it ucho ke kolejnici a zvuky bl???c?ho se vlaku usly??te mnohem d??ve ne? vzduchem. pro? tomu tak je? Je z?ejm?, ?e zvuk je v podstat? stejn? a rychlost jeho ???en? z?vis? na prost?ed?, na konfiguraci molekul, ze kter?ch se toto prost?ed? skl?d?, na jeho hustot?, na parametrech jeho krystalov? m???ky – zkr?tka na proudu stav m?dia, kter?m je zvuk p?en??en.

A p?esto?e my?lenka sv?t?lkuj?c?ho ?teru byla dlouho opu?t?na, vakuum, kter?m se ???? elektromagnetick? vlny, nen? zrovna absolutn? nic, bez ohledu na to, jak pr?zdn? se n?m m??e zd?t.

Uv?domuji si, ?e ta analogie je trochu p?ita?en? za vlasy, ?e? na prstech™ stejn?! Jako dostupnou analogii a v ??dn?m p??pad? jako p??m? p?echod od jednoho souboru fyzik?ln?ch z?kon? k jin?m v?s pouze ??d?m, abyste si p?edstavili, ?e rychlost ???en? elektromagnetick?ch (a obecn? jak?chkoli, v?etn? gluonov?ch a gravita?n?ch) vibrac?, stejn? jako v kolejnici je rychlost zvuku v oceli „v?it?“. Odtud tan??me.

UPD: Mimochodem "?ten???m s hv?zdi?kou" navrhuji zafantaz?rovat, zda v "obt??n?m vakuu" z?st?v? rychlost sv?tla konstantn?. Nap??klad se m? za to, ?e p?i energi?ch ??dov? teploty 10 30 K p?estane vakuum prost? v??t virtu?ln?mi ??sticemi, ale za?ne se "odva?ovat", tzn. tkanina prostoru se rozpad?, Planckovy hodnoty jsou rozmazan? a ztr?cej? sv?j fyzick? v?znam a tak d?le. Byla by rychlost sv?tla v takov?m vakuu st?le? C nebo to bude znamenat za??tek nov? teorie „relativistick?ho vakua“ s korekcemi jako Lorentzovy koeficienty p?i extr?mn?ch rychlostech? Nev?m, nev?m, ?as uk??e...

Pro ur?en? rychlosti (ujet? vzd?lenost / uplynul? ?as) mus?me zvolit standardy vzd?lenosti a ?asu. R?zn? normy mohou poskytovat r?zn? v?sledky m??en? rychlosti.

Je rychlost sv?tla konstantn??

[Ve skute?nosti konstanta jemn? struktury z?vis? na energetick? stupnici, ale zde m?me na mysli jej? n?zkou energetickou mez.]

Speci?ln? teorie relativity

Definice metru v soustav? SI je tak? zalo?ena na p?edpokladu, ?e teorie relativity je spr?vn?. Rychlost sv?tla je konstanta v souladu se z?kladn?m postul?tem teorie relativity. Tento postul?t obsahuje dv? my?lenky:

• Rychlost sv?tla nez?vis? na pohybu pozorovatele.
• Rychlost sv?tla nez?vis? na sou?adnic?ch v ?ase a prostoru.

My?lenka, ?e rychlost sv?tla je nez?visl? na rychlosti pozorovatele, je kontraintuitivn?. N?kte?? lid? nemohou ani souhlasit s t?m, ?e tato my?lenka je logick?. V roce 1905 Einstein uk?zal, ?e tato my?lenka je logicky spr?vn?, pokud se opust? p?edpoklad absolutn? povahy prostoru a ?asu.

V roce 1879 se v??ilo, ?e sv?tlo se mus? ???it n?jak?m prost?ed?m ve vesm?ru, stejn? jako se zvuk ???? vzduchem a jin?mi l?tkami. Michelson a Morley uspo??dat experiment na detekci ?teru pozorov?n?m zm?ny rychlosti sv?tla, kdy? se b?hem roku m?n? sm?r pohybu Zem? v??i Slunci. K jejich p?ekvapen? nebyla zji?t?na ??dn? zm?na rychlosti sv?tla.

Fyzici z americk? laborato?e s?dl?c? v Los Alamos uvedli, ?e p?ed 2 miliardami let byla absolutn? hodnota rychlosti sv?tla men?? ne? nyn?. Pokud se toto tvrzen? vezme za z?klad, pak Einsteinova teorie projde v??nou prom?nou a mnoho z?kladn?ch koncept? bude muset b?t radik?ln? revidov?no.

Fakt, ?e se rychlost sv?tla m?n?, je teoreticky p?ipou?t?n u? dlouho. Nebyly pro to v?ak ??dn? d?kazy. V tomto p??pad? mluv?me o ???en? elektromagnetick?ho z??en? ve vakuu a ne o n?jak?ch um?l?ch instalac?ch schopn?ch zpomalit sv?tlo. To znamen?, ?e implikuje konstantu p?irozen?ho sv?ta, kter? je vlastn? cel?mu vesm?ru.

Odv??n? Ameri?an? v?ak p?edlo?ili my?lenku, ?e konstanta takov? v?bec nen?. A sv? ?vahy podlo?ili v?po?tem konstanty jemn? struktury – alfa. Je rovna 0,00729735 a je nep??mo ?m?rn? rychlosti sv?tla. Tato jemn? struktura je p??mo z?visl? na elektronov?m n?boji a Planckov? konstant?. A ty, jak v?te, byly v?dy pova?ov?ny za konstanty. Pokud tedy alfa podl?h? v?kyv?m, pak by m?ly b?t pozorov?ny odpov?daj?c? v?kyvy v rychlosti sv?tla.

Poprv? austral?t? v?dci pochybovali o st?losti alfa v roce 1998. M??ili elektromagnetick? z??en? poch?zej?c? z kvasar? p?es mezigalaktick? plynov? kupy. V?po?ty uk?zaly, ?e p?ed 12 miliardami let byla hodnota alfa ni???, a tedy i rychlost sv?tla byla vy???.

Z toho plyne n?zor, ?e alfa se v pr?b?hu ?asu plynule m?n?. Samotn? proces je zvln?n?. To znamen?, ?e hodnota stoup? a kles?. Ne v?ichni fyzici v?ak s t?mto tvrzen?m souhlasili. Odp?rci Australan? se odvol?vali na jadern? reakce, kter? ud?vaj? st?lost alfa na 8. desetinn? m?sto. Faktem ale je, ?e jemn? struktura je spojena s izotopy v jadern?ch reakc?ch. P?esn? toho se chopili Ameri?an? z Los Alamos.

V z?padn? Africe vznikl p??rodn? jadern? reaktor p?ed 2 miliardami let. Vznikla hluboko pod zem? v uranov?ch rud?ch s obsahem uhl? a p??stupem k podzemn? vod?. Pojmenovali ji Oklo podle n?zvu oblasti, ve kter? se nach?zela.

V reaktoru prob?hala jadern? reakce. Z?rove? byl doprov?zen oh?evem horniny, uvol?ov?n?m z??en? a produkc? izotop?. K dne?n?mu dni reakce skon?ila, ale Oklo obsahuje hodn? uranu-235, samarium, skandium, rubidium, palladium, technecium atd.

Anal?za toho v?eho ji? byla provedena, ale Ameri?an? se rozhodli znovu pe?liv? zkontrolovat v?echny v?po?ty. A uk?zalo se, ?e b?hem provozu reaktoru se alfa sn??ilo na 8. desetinn? m?sto. V souladu s t?m se tak? zm?nila rychlost sv?tla: zv??ila se.

Je t?eba poznamenat, ?e p?esnost v?po?tu alfa pokr?v? v?ce ne? 15 znak?. Proto 8. znak nazna?uje v??n? zm?ny. A to nazna?uje z?v?r, ?e ??dn? konstanta neexistuje. Ameri?an? chyby ve v?po?tech vylu?uj?. Ale v ka?d?m p??pad? jsou zapot?eb? ?etn? a d?kladn? kontroly, proto?e jsou zpochyb?ov?ny z?kladn? pojmy fyziky.

Pokud jde o v?dce, n?kter?m by v?bec nevadilo, kdyby se alfa neuk?zala jako konstanta. A cel? z?le?itost spo??v? na ne?e?iteln?m „probl?mu horizontu“. Jde o to, ?e obrovsk? plochy vesm?ru vykazuj? stejn? teplotn? pozad?. To nazna?uje, ?e p?ed dlouhou dobou byly tyto oblasti bl?zko sebe a v?m?nou energie vyrovnaly sv? teploty.

Ran? model vesm?ru tomu v?ak odporuje. Pokud by se ale dok?zalo, ?e se rychlost sv?tla m?n?, pak by v?e zapadlo na sv? m?sto. Zde by se toti? m?sto mal?ch vzd?lenost? dalo vych?zet z vy???ch rychlost? elektromagnetick?ho z??en?.

Nekonzistence alfa tak? zvy?uje ?anci na pln? uzn?n? teorie strun (dynamika interakce jednorozm?rn?ch roz???en?ch objekt?), extra prostorov? dimenze a n?kter? dal?? teorie. Dnes jsou v pop?ed? fyziky, ale vy?aduj? revizi mnoha z?kladn?ch pojm? a my?lenek.

• P?eklad

Bez ohledu na barvu, vlnovou d?lku nebo energii z?st?v? rychlost, kterou se sv?tlo ???? ve vakuu, konstantn?. Nez?le?? na um?st?n? nebo sm?rech v prostoru a ?ase

Nic ve vesm?ru se nem??e pohybovat rychleji ne? sv?tlo ve vakuu. 299 792 458 metr? za sekundu. Pokud je to hmotn? ??stice, m??e se t?to rychlosti pouze p?ibl??it, ale nedos?hnout; pokud se jedn? o bezhmotnou ??stici, mus? se v?dy pohybovat touto rychlost?, pokud je v pr?zdn?m prostoru. Jak to ale pozn?me a co to zp?sobuje? Tento t?den se n?s n?? ?ten?? pt? na t?i ot?zky souvisej?c? s rychlost? sv?tla:

Pro? je rychlost sv?tla kone?n?? Pro? je takov?, jak? je? Pro? ne rychleji nebo pomaleji?

Pokud sv?tlo proch?z? vodou, hranolem nebo jin?m m?diem, rozd?l? se do r?zn?ch barev. ?erven? se nel?me pod stejn?m ?hlem jako modr?, co? vytv??? n?co jako duhu. To lze pozorovat i mimo viditeln? spektrum; infra?erven? a ultrafialov? sv?tlo se chovaj? stejn?. To by bylo mo?n? pouze tehdy, pokud by rychlost sv?tla v m?diu byla r?zn? pro sv?tlo r?zn?ch vlnov?ch d?lek/energi?. Ale ve vakuu, mimo jak?koli m?dium, se v?echno sv?tlo ???? stejnou kone?nou rychlost?.

K separaci sv?tla do barev doch?z? v d?sledku r?zn?ch rychlost? sv?tla v z?vislosti na vlnov? d?lce v m?diu.

Teprve v polovin? 19. stolet? fyzik James Clerk Maxwell uk?zal, co sv?tlo skute?n? je: elektromagnetick? vln?n?. Maxwell byl prvn?, kdo dal nez?visl? jevy elektrostatiky (statick? n?boje), elektrodynamiky (pohybuj?c? se n?boje a proudy), magnetostatiky (permanentn? magnetick? pole) a magnetodynamiky (indukovan? proudy a st??dav? magnetick? pole) na jedinou sjednocenou platformu. Rovnice, kter? ji ??d? – Maxwellovy rovnice – n?m umo??uj? vypo??tat odpov?? na zd?nliv? jednoduchou ot?zku: jak? typy elektrick?ch a magnetick?ch pol? mohou existovat v pr?zdn?m prostoru mimo elektrick? nebo magnetick? zdroje? Bez n?boj? a bez proud? by se dalo rozhodnout, ?e ??dn? neexistuj? – ale Maxwellovy rovnice p?ekvapiv? dokazuj? opak.

Deska s Maxwellov?mi rovnicemi na zadn? stran? jeho pomn?ku

Nic nen? jedn?m z mo?n?ch ?e?en?; ale mo?n? je i n?co jin?ho - vz?jemn? kolm? elektrick? a magnetick? pole osciluj?c? v jedn? f?zi. Maj? ur?it? rozsahy. Jejich energie je ur?ena frekvenc? kmit? pole. Pohybuj? se ur?itou rychlost? ur?enou dv?ma konstantami: e 0 a µ 0 . Tyto konstanty ur?uj? velikost elektrick?ch a magnetick?ch interakc? v na?em vesm?ru. V?sledn? rovnice popisuje vlnu. A jako ka?d? vlna m? rychlost 1/?e 0 µ 0 , kter? se rovn? c, rychlosti sv?tla ve vakuu.

Vz?jemn? kolm? elektrick? a magnetick? pole osciluj?c? v jedn? f?zi, ????c? se rychlost? sv?tla, ur?uj? elektromagnetick? z??en?

Z teoretick?ho hlediska je sv?tlo bezhmotn? elektromagnetick? z??en?. Podle z?kon? elektromagnetismu se mus? pohybovat rychlost? 1/?e 0 µ 0 rovnou c - bez ohledu na jeho dal?? vlastnosti (energie, hybnost, vlnov? d?lka). e 0 lze m??it vyroben?m a m??en?m kondenz?toru; µ 0 je p?esn? ur?eno z amp?ru, jednotky elektrick?ho proudu, kter? n?m d?v? c. Stejn? z?kladn? konstanta, poprv? odvozen? Maxwellem v roce 1865, se od t? doby objevila na mnoha dal??ch m?stech:

To je rychlost jak?koli bezhmotn? ??stice nebo vlny, v?etn? gravita?n?ch.
Toto je z?kladn? konstanta spojuj?c? v?? pohyb v prostoru s va??m pohybem v ?ase v teorii relativity.
A to je z?kladn? konstanta spojuj?c? energii s klidovou hmotnost?, E = mc 2

Roemerova pozorov?n? n?m poskytla prvn? m??en? rychlosti sv?tla, z?skan? geometri? a m??en?m doby pot?ebn? k tomu, aby sv?tlo urazilo vzd?lenost rovnaj?c? se pr?m?ru ob??n? dr?hy Zem?.

Prvn? m??en? t?to veli?iny byla provedena b?hem astronomick?ch pozorov?n?. Jak Jupiterovy m?s?ce p?ich?zej? a odch?zej? ze zatm?n?, zdaj? se b?t viditeln? nebo neviditeln? ze Zem? v sekvenci, kter? z?vis? na rychlosti sv?tla. To vedlo k prvn?mu kvantitativn?mu m??en? c v 17. stolet?, kter? bylo ur?eno na 2,2 x 10 8 m/s. Odchylku sv?tla hv?zd – v d?sledku pohybu hv?zdy a Zem?, na kter? je dalekohled um?st?n – lze odhadnout i ??seln?. V roce 1729 tento zp?sob m??en? c vykazoval hodnotu, kter? se od modern? li?ila pouze o 1,4 %. Sedmdes?t?mi l?ty, s bylo ur?eno b?t 299,792,458 m/s s chybou pouze 0,0000002 %, z nich? v?t?ina pramenila z neschopnosti p?esn? ur?it metr nebo sekundu. V roce 1983, sekunda a metr byly p?edefinov?ny p?es s a univerz?ln? vlastnosti atomov?ho z??en?. Nyn? je rychlost sv?tla p?esn? 299 792 458 m/s.

Atomov? p?echod z orbitalu 6S, df 1 , ur?uje metr, sekundu a rychlost sv?tla

Pro? tedy nen? rychlost sv?tla v?t?? a ne men??? Vysv?tlen? je stejn? jednoduch? jako na obr. Nad atomem. Atomov? p?echody se d?j? tak, jak k nim doch?z?, kv?li z?kladn?m kvantov?m vlastnostem stavebn?ch kamen? p??rody. Interakce atomov?ho j?dra s elektrick?mi a magnetick?mi poli vytvo?en?mi elektrony a jin?mi ??stmi atomu zp?sobuj?, ?e r?zn? energetick? hladiny jsou extr?mn? bl?zko sebe, ale p?esto se m?rn? li??: tomu se ??k? hyperjemn? ?t?pen?. Zejm?na frekvence p?echodu hyperjemn? struktury cesia-133 vyza?uje sv?tlo velmi specifick? frekvence. Doba, za kterou projde 9 192 631 770 takov?ch cykl?, ur?uje sekundu; vzd?lenost, kterou sv?tlo uraz? b?hem t?to doby, je 299 792 458 metr?; rychlost, kterou se toto sv?tlo ????, ur?uje c.

Fialov? foton nese milionkr?t v?ce energie ne? ?lut?. Fermiho kosmick? dalekohled Gamma Ray nevykazuje ??dn? zpo?d?n? u ??dn?ho z foton?, kter? k n?m p?i?ly z GRB, co? potvrzuje st?lost rychlosti sv?tla pro v?echny energie.

Aby se tato definice zm?nila, mus? se s t?mto atomov?m p?echodem nebo sv?tlem z n?j vych?zej?c?m st?t n?co z?sadn? odli?n?ho od jeho sou?asn? povahy. Tento p??klad n?m tak? d?v? cenn? ponau?en?: pokud by atomov? fyzika a atomov? p?echody fungovaly v minulosti nebo na velk? vzd?lenosti jinak, bylo by to d?kazem zm?ny rychlosti sv?tla v ?ase. Zat?m v?echna na?e m??en? ukl?daj? pouze dal?? omezen? st?losti rychlosti sv?tla a tato omezen? jsou velmi p??sn?: zm?na nep?esahuje 7 % sou?asn? hodnoty za posledn?ch 13,7 miliard let. Pokud by podle n?kter? z t?chto metrik nebyla rychlost sv?tla konstantn? nebo by se pro r?zn? typy sv?tla li?ila, vedlo by to k nejv?t?? v?deck? revoluci od dob Einsteina. M?sto toho v?echny d?kazy hovo?? ve prosp?ch vesm?ru, ve kter?m v?echny fyzik?ln? z?kony z?st?vaj? stejn? ve v?ech dob?ch, v?ude, ve v?ech sm?rech, v ka?d?m ?ase, v?etn? fyziky samotn?ho sv?tla. V jist?m smyslu je to tak? docela revolu?n? informace.

Po velk?m pod?kov?n? od v?decky vyhladov?l? populace t?to zem? jsme se rozhodli pokra?ovat ve vzd?l?vac?m programu pro ty, kte?? v d?tstv? snili st?t se v?dcem, ale n?jak to nevy?lo. Navzdory v?em specialist?m a kandid?t?m, poru?uj?c?m ka?dou jednotlivou metodologii a pravidla dobr?ho v?deck?ho textu, p??eme p??stupn?m jazykem o objevech modern? (a ne tak) v?dy a p?ipojujeme k tomu n?hodn? obr?zky z internetu.
Dnes si pov?me o rychlosti sv?tla, pro? je konstantn?, pro? v?ichni touto rychlost? "b???" a div? se j? a co se to sakra d?je.

Ve skute?nosti se za?ali pokou?et m??it rychlost sv?tla ji? velmi d?vno. V?echny druhy Kepler? a dal??ch v??ili, ?e rychlost sv?tla je nekone?n?, a Galileo nap??klad v??il, ?e je mo?n? ur?it rychlost, ale bylo to obt??n?, proto?e bylo velmi velk?.
Uk?zalo se, ?e Galileo a jemu podobn? m?li pravdu. V 17. stolet? jist? R?mer nep?esn? spo??tal rychlost sv?tla, kdy? pozoroval zatm?n? Jupiterov?ch m?s?c?. V?deck? a technologick? pokrok v budoucnu kone?n? dal v?e na sv? m?sto a uk?zalo se, ?e rychlost sv?tla je p?ibli?n? 300 000 kilometr? za sekundu.

Ale jak? je tento v?znam? Pro? je tato rychlost tak d?le?it?? moje rychlost lisapeda lze tak? vypo??tat, ale nikdo nep?em??l? o v??nosti a struktu?e vesm?ru.

H??ek je v tom, ?e rychlost sv?tla je V?DY 300 000 kilometr? za sekundu.
Na z?klad? m? vlastn? cestovatelsk? zku?enosti lisapedah, p?edstavte si situaci: vy a p??tel jedete na kole: v?? p??tel je o n?co rychlej?? a vy o n?co pomalej??. ?ekn?me s rychlostmi 20, respektive 15 km/h. A pokud se vy, pohybuj?c? se svou vlastn? rychlost?, rozhodnete zm??it (n?jak) rychlost kamar?da, pak si spo??t?te, ?e se v?? kamar?d pohybuje vzhledem k v?m rychlost? 5 km/h.

To jsou jednoduch? pravidla pro p?id?v?n? rychlost?. Tady, douf?me, je v?e jasn?. Pokud zv???te rychlost na 20 km/h a dohon?te kamar?da, bude m?t v?? kamar?d vzhledem k v?m rychlost nula.

To je logick? a vypl?v? to z ?ivotn? zku?enosti. Rychlost motorov?ho ?lunu, kter? se pohybuje s proudem, se tak? skl?d? z vlastn? rychlosti ?lunu a rychlosti ?eky.

A te? zkusme ud?lat stejn? trik se sv?tlem. V?? p??tel n?hle anihiloval a prom?nil se v paprsek sv?tla. Rozhodl ses ho pron?sledovat a usilovn? ses o to sna?il. Zrychlil jsi na rychlost docela bl?zko rychlosti sv?tla. A ?ist? pro z?bavu, z v?deck?, tak??kaj?c, zv?davosti jsme se tak? rozhodli zm??it rychlost va?eho b?val?ho kamar?da. Samoz?ejm? m?te jistotu, ?e dostanete ?e?en? rovnaj?c? se rychlosti sv?tla m?nus va?e vlastn? rychlost.

A zde na v?s ?ek? p?ekvapen?. V?po?tem a zku?enostmi zjist?te, ?e relativn? rychlost va?eho paprskov?ho kamar?da je st?le 300 000 m/s. Bez ohledu na to, jak rychle se osobn? pohybujete, bez ohledu na sm?r: rovnob??n? s pohybem sv?tla, sm?rem ke sv?tlu, kolmo atd. - rychlost sv?tla bude v?dy 300 000 m/sec.

Poprv? si t?to nesrovnalosti v?imla na po??tku 20. stolet? dvojice v?dc? Michelson a Morley.

Mnoho experiment? n?sledn? potvrdilo: bez ohledu na to, jak zm???te rychlost sv?tla, je rovna jeho konstantn? hodnot? za jak?chkoli podm?nek relativn?ho pohybu. Mnoho lid? tomu st?le odm?t? v??it a ?arlat?ni z v?dy prosazuj? teorie vyvracen? st?losti rychlosti sv?tla. A? do roku 1905 nikdo nedok?zal vysv?tlit, pro? rychlost sv?tla nechce b?t relativn?, dokud nep?i?el Einstein a nep?i?el na to, co se d?je.

Rychlost sv?tla, jak se uk?zalo, n?s pot??ila n?kolika dal??mi n?hl?mi z?zraky. Einstein bez v?h?n? ?ekl sv?tu o dal??ch zvl??tnostech vysokorychlostn?ch re?im?.

Faktem je, ?e ??m v?t?? rychlost, t?m pomaleji jdou na?e hodiny. Se zvy?uj?c? se rychlost? se ?as zpomaluje. Pokud si mysl?te, ?e jde o teoretick? a matematick? vtipy bez skute?n?ch d?kaz?, pak jste uv?zli ve st?edov?ku.

Bohu?el, ale skute?n? experimenty byly prov?d?ny v minul?m stolet?. Vzali velmi p?esn? p?r hodinek ukazuj?c?ch stejn? ?as. Jednu kopii hodinek vzali na palubu proudov?ho letadla a druh? hodinky z?staly na zemi. Prvn? hodiny ve velk? rychlosti oblet?ly planetu n?kolikr?t. A pak zkontrolovali ?as. Hodiny z letadla byly pozadu.

A ??m bl??e se n?kdo p?ibli?uje rychlosti sv?tla, t?m pomaleji jdou jeho hodiny (on s?m si toho nev?imne a v???, ?e jeho hodiny b??? spr?vn?, ale to jsou paradoxy teorie relativity, o nich te? nemluv?me) .

Pokud by tedy n?kdo s hodinami zrychlil na rychlost sv?tla, pak by se pro n?j zastavil ?as. Jak ??kaj? fyzici: hodiny na fotonu nefunguj?.
A pokud by bylo mo?n? p?ekonat rychlost sv?tla, pak n?m matematika ??k?, ?e v tomto p??pad? p?jde ?as opa?n?m sm?rem. To je jeden z d?vod? nemo?nosti nadsv?teln?ch rychlost? - bude naru?ena p???inn? souvislost, v?te. Zrychlili jste na rychlost 400 000 km/s a ocitli jste se v minulosti ....

Ve zrychlen? na rychlost sv?tla n?m ale br?n? v??n?j?? d?vody, ne? je dilatace ?asu. V?echno, co m? hmotnost, nem??e l?tat rychlost? sv?tla, bohu?el. Jakmile za?neme zrychlovat, na?e hmotnost se zv?t?? a ??m bl??e jsme rychlosti sv?tla, t?m v?t?? m?me hmotnost. A t?m v?ce energie je pot?eba k na?emu urychlen?. P?i hodnot?ch velmi bl?zk?ch rychlosti sv?tla se na?e hmotnost st?v? prakticky nekone?nou, a proto pro na?e dal?? zrychlen? pot?ebujeme nekone?nou energii. V matematice to vypad? jako d?len? nulou.

Pro? se foton pohybuje rychlost? sv?tla? - zept? se zv?dav? a d?vtipn? ?ten??. Proto?e nem? vlastn? hmotnost (odborn?ci, poml?te o rozd?lu mezi klidovou hmotnost?, setrva?n? hmotnost a dal?? nuance - zjednodu?ujeme, nezat??ujeme).

Ano, ano, kdy? je elektron urychlov?n v t?chto va?ich urychlova??ch, ani jeho nepatrn? hmota nem??e b?t vyst?elena rychlost? sv?tla.

Nem??eme si pomoci, ale citovat n?jakou u?ebnici: " Pokud je rychlost ??stice pouze o 90 km/s men?? ne? rychlost sv?tla, pak se jej? hmotnost zv?t?? 40kr?t. V?konn? urychlova?e elektron? jsou schopny urychlit tyto ??stice na rychlosti, kter? jsou pouze o 35-50 m/s men?? ne? rychlost sv?tla. V tomto p??pad? se hmotnost elektronu zv??? asi 2000kr?t. Aby se takov? elektron udr?el na kruhov? dr?ze, mus? na n?j ze strany magnetick?ho pole p?sobit s?la 2000x v?t??, ne? by se dalo o?ek?vat, nepo??t?me-li z?vislost hmotnosti na rychlosti.„P?em??lejte o tom, ne? za?nete pl?novat stavbu stroje ?asu.

Proto a? si zase jednou p?e?tete, ?e n?kdo objevil n?co, co p?ekra?uje rychlost sv?tla, a nyn? na z?klad? t?to technologie prod?v? torzn? l?ky na za??vac? pot??e, vzpome?te si na n?? ?l?nek.
Rychlost sv?tla je ??asn? fyzik?ln? veli?ina. Pokud se nap??klad ?as vyn?sob? rychlost? sv?tla (se z?skan?mi „metrick?mi“ hodnotami), z?sk?me stejnou ?tvrtou osu ?ty?rozm?rn?ho prostoru, se kterou cel? teorie relativity operuje: d?lka, ???ka, v??ka , ?as. Toto je extr?mn? zu?iv? teorie, ale z?v?ry z n? jsou n?dhern? a st?le udivuj? nezral? mysli mlad?ch fyzik?.

V?imn?te si, ?e modern? fyzika nepop?r? mo?nost p?ekonat rychlost sv?tla. V?echny tyto p?edpoklady se ale net?kaj? p?ekon?n? rychlosti „na ?elo“. Mluv?me o pohybu v prostoru za ?as krat??, ne? p?ekon? sv?tlo. A to m??e b?t d?sledkem jak?hokoli druhu neobjeven?ch nebo nevy?e?en?ch interakc? (jako je kvantov? teleportace), nebo zak?iven?m prostoru (jako jsou hypotetick? ?erv? d?ry) nebo existenc? ??stic, ve kter?ch jde ?as opa?n?m sm?rem ( jako jsou teoretick? tachyony).

To je v?e, co m?me. Bylo to naps?no na p??kaz organizac?, kter? l?mou duchovn? pouta a propaguj? ???en? hanebn? v?dy proti vzd?l?vac?m program?m na t?chto va?ich REN-TV a TNT. D?kuji za pozornost. Pokra?ov?n? p???t?.

Pozn.: V?echny obr?zky jsou p?evzaty z Googlu (vyhled?v?n? obr?zk?) – tam se ur?uje autorstv?.
Neleg?ln? kop?rov?n? textu je st?h?no, potla?ov?no, no, v?te...