Спросите Итана: почему скорость света такая, какая есть?

https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2016/12/17/ask-ethan-whats-the-deal-with-the-speed-of-light/
  • Перевод
image
Вне зависимости от цвета, длины волны или энергии, скорость, с которой свет перемещается в вакууме, остаётся постоянной. Она не зависит от местоположения или направлений в пространстве и времени

Ничто во Вселенной не способно двигаться быстрее света в вакууме. 299 792 458 метров в секунду. Если это массивная частица, она может лишь приблизиться к этой скорости, но не достичь её; если это безмассовая частица, она всегда должна двигаться именно с этой скоростью, если дело происходит в пустом пространстве. Но откуда нам это известно и что тому причиной? На этой неделе наш читатель задаёт нам три связанных со скоростью света вопроса:
Почему скорость света конечна? Почему она именно такая, какая есть? Почему не быстрее и не медленнее?

Вплоть до XIX века у нас даже не было подтверждений этим данным.

image
Иллюстрация света, проходящего через призму и разделяющегося на чёткие цвета.

Если свет проходит через воду, призму или любую другую среду, он разделяется на разные цвета. Красный цвет преломляется не под тем углом, под которым это делает синий, из-за чего и возникает что-то типа радуги. Это можно наблюдать и вне видимого спектра; инфракрасный и ультрафиолетовый свет ведут себя так же. Это было бы возможно, только если скорость света в среде отличается для света разных длин волн/энергий. Но в вакууме, вне всякой среды, всякий свет перемещается с одной и той же конечной скоростью.

image
Разделение света на цвета происходит из-за разных скоростей движения света, зависящих от длины волны, через среду

До этого додумались только в середине XIX века, когда физик Джеймс Клерк Максвелл показал, что на самом деле представляет собой свет: электромагнитную волну. Максвелл впервые поставил независимые явления электростатики (статичные заряды), электродинамики (движущиеся заряды и токи), магнитостатики (постоянные магнитные поля) и магнитодинамики (наведённые токи и переменные магнитные поля) на единую, объединённую платформу. Управляющие ею уравнения – уравнения Максвелла – позволяют вычислять ответ на простой вроде бы вопрос: какие типы электрических и магнитных полей могут существовать в пустом пространстве вне электрических или магнитных источников? Без зарядов и без токов можно было бы решить, что никакие – но уравнения Максвелла удивительным образом доказывают обратное.

image
Табличка с уравнениями Максвелла с обратной стороны его памятника

Ничто – одно из возможных решений; но возможно и другое – колеблющиеся в одной фазе взаимно перпендикулярные электрическое и магнитное поля. У них есть определённые амплитуды. Их энергия определяется частотой колебаний полей. Они передвигаются с определённой скоростью, определяемой двумя константами: ε0 и µ0. Эти константы определяют величину электрического и магнитного взаимодействий в нашей Вселенной. Получаемое уравнение описывает волну. И, как у всякой волны, у неё есть скорость, 1/√ε0 µ0, которая оказывается равной c, скорости света в вакууме.

image
Колеблющиеся в одной фазе взаимно перпендикулярные электрическое и магнитное поля, распространяющиеся со скоростью света, определяют электромагнитное излучение

С теоретической точки зрения, свет – безмассовое электромагнитное излучение. По законам электромагнетизма он обязан двигаться со скоростью 1/√ε0 µ0, равной c – вне зависимости от остальных его свойств (энергии, импульса, длины волны). ε0 можно измерить, сделав и измерив конденсатор; µ0 точно определяется из ампера, единицы электрического тока, что и даёт нам c. Та же фундаментальная константа, впервые выведенная Максвеллом в 1865 году, с тех пор появлялась во многих других местах:

• Это скорость любой безмассовой частицы или волны, включая гравитационные.
• Это фундаментальная константа, соотносящая ваше движение в пространстве с вашим движением во времени в теории относительности.
• И это фундаментальная константа, связывающая энергию с массой покоя, E = mc2

image
Наблюдения Рёмера снабдили нас первыми измерениями скорости света, полученными при помощи геометрии и измерения времени, необходимого на то, чтобы свет прошёл расстояние, равное диаметру орбиты Земли.

Первые измерения этой величины были сделаны во время астрономических наблюдений. Когда луны Юпитера входят и выходят в положение затмения, они кажутся видимыми или невидимыми с Земли в определённой последовательности, зависящей от скорости света. Это привело к первому количественному измерению с в XVII веке, которое определили в 2,2 × 108 м/с. Отклонение звёздного света – из-за движения звезды и Земли, на которой установлен телескоп – тоже можно оценить численно. В 1729 году этот метод измерения с показал значение, отличающееся от современного всего на 1,4%. К 1970-м с определили равным 299 792 458 м/с с погрешностью всего в 0,0000002%, большая часть которой проистекала из невозможности точного определения метра или секунды. К 1983 году секунду и метр переопределили через с и универсальные свойства излучения атома. Теперь скорость света равна точно 299 792 458 м/с.

image
Атомный переход с орбитали 6S, δf1, определяет метр, секунду и скорость света

Так почему же скорость света не больше и не меньше? Объяснение такое же простое, как указанный на рис. Выше атом. Атомные переходы происходят так, как происходят, из-за фундаментальных квантовых свойств строительных блоков природы. Взаимодействия атомного ядра с электрическим и магнитными полями, создаваемыми электронами и другими частями атома приводят к тому, что разные энергетические уровни оказываются чрезвычайно близко друг к другу, но всё же немного отличаются: это называется сверхтонким расщеплением. В частности, частота перехода сверхтонкой структуры цезия-133 испускает свет совершенно определённой частоты. Время, за которое проходит 9 192 631 770 таких циклов, определяет секунду; расстояние, которое свет проходит за это время, равняется 299 792 458 метрам; скорость, с которой распространяется этот свет, определяет с.

image
Пурпурный фотон переносит в миллион раз больше энергии, чем жёлтый. Космический гамма-телескоп Ферми не показывает никаких задержек какого-либо из фотонов, пришедших к нам от гамма-всплеска, что подтверждает постоянство скорости света для всяких энергий

Чтобы поменять это определение, нужно, чтобы с этим атомным переходом или с идущим от него светом произошло что-то фундаментально отличное от его текущей природы. Этот пример также даёт нам ценный урок: если бы атомная физика и атомные переходы работали бы в прошлом или на дальних расстояниях по-другому, это было бы свидетельством изменения скорости света со временем. Пока что все проводимые нами измерения лишь накладывают дополнительные ограничения на постоянство скорости света, и эти ограничения весьма строги: изменение не превосходит 7% от текущего значения за последние 13,7 млрд лет. Если бы по какой-то из этих метрик скорость света оказалась не постоянной, или же она отличалась бы у разных типов света, это привело бы к крупнейшей научной революции со времён Эйнштейна. Вместо этого все свидетельства говорят в пользу Вселенной, в которой все законы физики всегда, везде, во всех направлениях, во все времена остаются одинаковыми, включая и физику самого света. В каком-то смысле это тоже достаточно революционные сведения.

Итан Сигель – астрофизик, популяризатор науки, автор блога Starts With A Bang! Написал книги «За пределами галактики» [Beyond The Galaxy], и «Трекнология: наука Звёздного пути» [Treknology].
Поделиться публикацией
Ой, у вас баннер убежал!

Ну. И что?
Реклама
Комментарии 230
    +29
    Вот все же Итан часто как-то так отвечает, что ответа на оригинальный вопрос не видно. Ведь я как понимаю — изначальный вопрос был — почему у нас максимальное ограничение скорости вот именно такое, а не допустим 1млн км/с. А мне в итоге дают выражение скорости света через атом цезия-133. Полезная информация, которую мы изучали в школе, но которая совершенно не отвечает на вопрос. /sarcasm/ Или все же в нашей невозможности летать к другим звездам за полчаса виноваты атомы цезия-133?/sarcasm/
      –2
      Или есть простое пояснение, почему в квадрате?
      почему например не E=mc или не E=2mc?
        +2
        Ну тут как раз проще — эти преобразования идут от формулы кинетической энергии, и более менее понятно. А вот почему мы доходя до скорости, равной скорости света упираемся в стену — совершенно непонятно. Почему сделать небольшое дополнительное усилие и превысить ее? Математика нам говорит, что такое усилие потребует бесконечной энергии, с одной стороны, но бесконечность в физический мир как-то не очень вписывается.
          +2
          А вот почему мы доходя до скорости, равной скорости света упираемся в стену — совершенно непонятно.
          — мы до нее не доходим, и как быстро бы вы не летели вы ровно настолько же далеки от достижения СС как если бы вы стояли наместе. Вопрос о том почему СС недостижима сродни вопросу о том, почему на плоскости две параллельные прямые не пересекаются — ведь если на них смотреть то кажеться что ну они же так близко подходят друг к другу, уходя за горизонт, почему они не пересекаются? Именно потому и СС недостижима.
            0
            мы до нее не доходим

            Смотря с какой стороны посмотреть. Относительно кванта света из фонарика в руке, вы движетесь в противоположном направлении со скоростью света.
              0
              Насколько я помню из предыдущих статей, и если не ошибаюсь, у безмассовых частиц в движении со скоростью света нет понятия времени. Для них (с допущением — если бы они могли это ощутить) весь путь мгновенен.
                0
                А те кванты, что улетают в бесконечность где оказываются в конце пути?)
                  0
                  Кванты которые улетают в бесконечность поглощаются веществом с параметрами ε0 и µ0, переходят в разряд потенциальной энергии (или в никуда). Это общеизвестный факт, особенно в радиотехнике. В формулу затухатия при распространении радиоволн входит коэфф. затухания в зависимости от частоты. Чем выше частота тем затухание больше. Вещество с параметрами ε0 и µ0 (вакуум) состоит из элементов которые имеют намного меньшие размеры чем длина волны ЭМВ. Здесь не упомянута дифракция света в призме, а как раз с разложением света призмой наглядно показывает что для синего цвета размеры элементов вещества с отличными от ε0 и µ0 по сравнению с длиной волны синего цвета наиболее существенны. Для движения света с большей скоростью чем в вакууме необходимо и достаточно убрать вещество с параметрами ε0 и µ0. Например магнитным полем и или другими способами.
            +7
            Потому, что С это модуль 4-вектора. А то, что вам кажется ускорением, на самом деле является его поворотом из временной компоненты в протранственную. То есть, в 4-мерном пространстве-времени абсолютно все движется с одной скоростью, и эта скорость — С.

            А вот почему это получается именно так, вам уже никто не скажет.
              0
              То есть, в 4-мерном пространстве-времени абсолютно все движется с одной скоростью, и эта скорость — С.


              Звучит как «Хрен вам, а не межзвездные перелеты». Но все же надеюсь в будущем откроют способ перемещаться быстрее скорости света.
                +2
                Пока что физика говорит, что такие технологии невозможны, неважно насколько долго ученые будут изобретать.
                  0
                  Погодите, а как же варп-двигатель. Физика как раз говорит что он вполне себе возможен
                    +4
                    Во-первых, это всё гипотетические концепции, следующие из некоторых уравнений, которые вовсе не должны оказаться верными (напомню, что Стандартная Модель и ОТО не могут быть верны одновременно, и у них есть границы применимости, а Теории Всего ещё нет).

                    У сверхсветового движения есть огромная проблема, связанная с нарушением причинности. Хоккинг и многие другие верят в гипотезу защиты мироздания, и что ничто, нарушающее причинность, существовать не может.

                    Зато организмы с пренебрежимым старением точно существуют, в отличие от сверхсветового движения чего-то, кроме больших кусков вселенной. Победа над старением людей решает проблемы межзвездных перелётов не хуже сверхсвета. И лично для Вас даёт шансы увидеть звезды вблизи. Разве Вам не хочется?
                      0
                      Так вроде тут Итан (в переводе конечно) отписывал что там нет движения быстрее скорости света и законы не нарушаются. Всего-то надо научиться сжимать и расширять пространство. А лететь миллион лет бессмертным, так себе перспектива… к тому же которая не позволит добраться до некоторых галактик, как долго мы бы не летели
                        +1
                        Так вроде тут Итан (в переводе конечно) отписывал что там нет движения быстрее скорости света и законы не нарушаются.


                        Если Вы можете двигаться быстрее скорости света в обе стороны, то Вы можете выйти за конус горизонта событий и нарушить причинность — например, вернуться раньше старта. Сверхсветовое разбегание галактик не нарушает принципа причинности, т.к. они разбегаются в одну сторону. А пузырь Алькубьере, как он описан, позволит двигаться в любую сторону, он нарушит. Поэтому, мне кажется, он невозможен, и мы просто не знаем ещё физику достаточно хорошо, что бы понять, что помешает ему существовать (имхо)

                        А лететь миллион лет бессмертным, так себе перспектива…


                        Если поменять восприятие времени, то это может быть не так и скучно.
                          –2
                          Не понимаю связи скорости света с путешествиями во времени и нарушениями причинности :((… время во всей вселенной же идет с одинаковой скоростью. Если есть чиркнуть спичкой, а потом за 2 секунды слетать на миллиард км в одну сторону и вернутся… вы никак не попадете к тому моменту, когда чиркали спичку… время никуда не девается, все события уже произошли. Можно конечно увидеть процесс зажигания спички снова и снова, обгоняя фронт волны света, но это просто картинка, она ничего не даст поменять. То есть невидно никаких преград для перемещений с искривлением пространства. Как бы вы не старались, но в прошлое не попадете, хотя в соседнюю галактику прыгнуть можно за минуту.
                            +2
                            Время относительно. Начните с «кратчайщей истории времени» Хокинга.
                              +2
                              время никуда не девается


                              м?? Оно же не абсолютно, а относительно :(
                                0
                                Так єто ж как раз и вьіходит из ограничения, накладьіваемого скоростью света.
                                0
                                Вы правильно пишите. И поэтому тот же Хокинг и его друг Новиков пишут, что для путешествий во времени понадобится высокая скорость (не обязательно c) и червоточина.
                                  +1

                                  После мгновенного перемещения в соседнюю галактику вы достаете из кармана телескоп и наблюдаете как по земле бродят динозавры, то есть с точки зрения теории относительности вы перемещаетесь в прошлое.

                                    0

                                    А если сейчас и здесь достать из кармана телескоп и понаблюдать за динозаврами в соседней галактике, которые уже миллионы лет назад там вымерли — это не считается перемещением в прошлое?

                                      0
                                      А если достать телескоп, который работает на том же принципе, который вас туда переместил, то окажется, что Вы вполне себе в настоящем? А если посмотреть на динозавров и мгновенно вернуться, то, видимо пройдет столько времени, сколько Вы провели там за наблюдениями.
                                        0
                                        то есть с точки зрения теории относительности вы перемещаетесь в прошлое

                                        Ок, и я хочу взять одного динозаврика к себе, перемещаюсь обратно, и наблюдаю реактивные самолёты и космические станции. Динозавров и в помине нет.
                                        То есть я могу наблюдать прошлое, но не могу с ним взаимодействовать. Точно так же я смотрю на видео моих родственников, которых уже нет, но не могу с ними общаться и тем более ничего изменить.

                                        Собственно, где нарушение причинности?
                                          +1
                                          Ок, и я хочу взять одного динозаврика к себе, перемещаюсь обратно, и наблюдаю реактивные самолёты и космические станции


                                          Нет, выйдя за конус событий Вы прилетите раньше отправления. Точно так же как Вы обогнали свет=время в движении от Земли, так же обгоните и в обратном путешествии. Когда прилетите? Зависит от параметров прыжка. Но можно и к динозаврам. Абсолютного времени не существует. Во вселенной нет таких часов, которые бы отсчитывали универсальное время, как Вы почему-то думаете. Нет нарушений причинности только для сверхсветового движения в одну сторону, вроде расширения Вселенной.

                                          Как Вы не понимаете, что формула сложения скоростей Галилея, которой Вы сейчас интуитивно пытаетесь воспользоваться, не работает для реального мира, а работает только для небольших скоростей/расстояний?

                                          Собственно, где нарушение причинности?


                                          В том, что Вы сможете нарушить условия, по которым Вы отправились в полёт.
                                            0
                                            Я, может, туплю, но фигня какая-то… По-моему, это (парадоксы) просто артефакты классического мышления. Если рассуждать в терминах 4-векторов, то разве все это будет иметь смысл?
                                              +1
                                              Нет, я то понимаю, как всё работает в реальности, но просто не могу встретить ни одну простую аналогию, объясняющую на пальцах, почему причинность будет нарушена.
                                              Нет, выйдя за конус событий Вы прилетите раньше отправления

                                              В реальности — да. Но забудем про неё, и придумаем одно вселенское время. И две планеты, с расстоянием в один световой год. На них возникает событие одновременно (по нашему универсальному времени), итого — с первой планеты мы узнаем о том, что оно произошло на второй, ровно через год, и наоборот. И мгновенно переместившись с первой на вторую я буду знать, что событие произошло, но повлиять-то не смогу? Верно ведь? Так же и обратно.

                                              Я к тому, что «универсальное время» не нарушает принципов причинности такими умозаключениями. И как объяснить обратное, например, студентам (без формул и прочей прелести), я не знаю и не встречал.
                                                0
                                                Но забудем про неё, и придумаем одно вселенское время.


                                                А зачем его придумывать?

                                                И как объяснить обратное, например, студентам (без формул и прочей прелести), я не знаю и не встречал.


                                                Очевидно, нужно сказать, что нет никакого универсального времени, у каждого своё, а совпадает оно когда сходятся геодезические линии. И в этом случае, при сверхсветовом движении, математически получается и путешествие в прошлое.
                                                0
                                                Вы просто обгоните фотон который несёт информацию, реальный объект который был источником этого фотона так и останется в прошлом, действие произошло, точка. Это как с сверхзвуковой скоростью, вы просто обгоняете волну и всё.Никакая причинность не нарушается даже если превысить скорость света.
                                                  0

                                                  просто превысить скорость света — не так уж и сложно, вот если обогнать свет в вакууме, тогда вы сможете смотаться до черной дыры и обратно, нарушать будущую причинность (то, что должно было быть, когда свет\гравитация долетит) и т.д.

                                          0
                                          Дело же не в скуке ни разу. Можно удлинять жизнь до миллиарда лет, можно ложиться в гибернацию, чтобы было не так скучно сидеть и пялиться в иллюминатор по сто лет, но все это не решает главной проблемы таких длинных межзвездных перелётов: их бесполезности. Вы никогда не построите межзвездную империю на скоростях в 0.1с, она просто развалится. И даже просто торговлю не организуете, когда закупки нужно планировать на 300 лет вперёд. Максимум — научные исследования.
                                            +2
                                            Вы никогда не построите межзвездную империю на скоростях в 0.1с, она просто развалится


                                            Ооо, об этом можно почитать у Вернора Винджа в «Глубине в Небе»
                                              +2
                                              Вы никогда не построите межзвездную империю

                                              И это лучшее, что есть в межзвездных перелетах. К черту империи и государства. Межзвездные перелеты и робототехника позволят любой группе людей, а в перспективе и даже каждому конкретному человеку, отделиться от остальных и жить как угодно.
                                                0
                                                Можно вечно жить на мирах кораблях, двигающихся на скоростях 0.1c относительно друг друга. Благодаря этому пространство относительно кораблей будет сжато во много раз и межзвездные путешествия между друг другом будут занимать короткое время. Но, относительно звезд время будет идти очень быстро, что приведет к проматыванию жизни вселенной, хорошо это или плохо.
                                            +1
                                            СМ уже заведомо неверна за счёт, например, нейтринных осцилляций, из первого приходящего в голову.
                                              0
                                              Ну тот же бозон Хиггса, к примеру, она предсказала. Тут скорее можно говорить не о неверности, а о неполноте и границах применимости(как впрочем и для любой другой теории).
                                                0
                                                Ну, в СМ нейтрино безмассовые, а безмассовые нейтрино не могут осциллировать. Не уверен, что это неполнота, больше похоже на некорректные предсказания свойств некоторых частиц.
                                                  +1
                                                  Я думаю это скорее границы применимости. Т.к. в определенных условиях ее предсказания достаточно точные, и на БАКе не смогли пока что найти достоверных отклонений от нее. Это как с плоской землей — теория не перестала работать, просто теперь землю считают плоской, если допустим строят здание(упрощенный пример), т.к. брать модель геоида — нерационально в случае проектирования здания размерами 100x100 метров. Или точно так же, как не перестали работать законы Ньютона при появлении релятивисткой механик, и т.п. Я думаю что СМ — это далеко не конец познания устройства мира(насколько помню — есть достаточное количество косвенных свидетельств существования физики за пределами СМ), но считаю, что от появления новой модели — СМ не утратит актуальность.
                                            +1
                                            Эм, физика вообще-то говорит, что варп-двигатель (как и много чего другого интересного из разряда кротовых нор и сверхсветовых туннелей), возможен, но при одном небольшом условии — если в нашей вселенной существует отрицательная масса. Только такого зверя тоже никто в нашем лесу пока не видал.
                                            –1
                                            Абсолютно несогласен с доводами такого типа. Да, согласно современным представлениям сверхскоростные перемещения невозможны — но ведь законы физики эмпирические, и ничего не мешает существовать процессам, позволяющим разогнаться до любой скорости. Просто пока что человечество не наблюдало такого.
                                              +1
                                              Ничто не мешает существовать розовым единорогам. Просто, биология — наука эмпирическая, и мы их пока не видели.
                                                +1
                                                Интересное сравнение, но по-моему есть весьма существенная разница. Земля — достаточно изученная сфера, поэтому можно спокойно утверждать об отсутствии здесь розовых единорогов. По сравнению с этим физика высоких энергий, ото, квантовая теория — непаханное поле. Вон, не зря же наши коллеги продолжают проводить весьма дорогие и сложные эксперименты по их проверке и уточнению. И всяких неожиданных результатов и эффетов в физике сейчас полно, просто обычно они существенно что-то меняют в узкой области и не становятся повсеместно известными.
                                                  0
                                                  Это не сравнение — это демонстрация логической ошибки. Совершенно очевидно, что таким образом можно постулировать существование чего угодно.
                                              0
                                              А как же пузырь Алькубьере?
                                              +1
                                              Звучит как «Хрен вам, а не межзвездные перелеты». Но все же надеюсь в будущем откроют способ перемещаться быстрее скорости света.


                                              Не всё так плохо. Физика нам говорит, что нет никаких законов природы, не дающих жить вечно очень долго. А биология приводит в пример множество животных с
                                              пренебрежимым старением
                                              или
                                              почти не страдающих от онкологических заболеваний

                                              Как говорится, если гора не идёт к Магомеду, то Магомед идёт к горе. Если нельзя двигаться быстрее скорости света, то почему бы не двигаться медленнее? Не стареющий и не болеющий онкологическими заболеваниями экипаж звездолёта перенесёт полёт в течение нескольких десятков или сотен лет.
                                              Ведите здоровый образ жизни, постарайтесь дожить до победы над старением, и тогда лично у Вас может быть шанс увидеть закат Альфы или Беты или Проксимы Центавра :)
                                                0
                                                Но ведь до многих мест лететь так долго, аж до гибели Вселенной, не так ли?
                                                  0
                                                  Важен же процесс. До многих стран так дорого ехать, что за пол жизни не заработаешь, но можно в пределах России довольно интересно путешествовать пол жизни и бед не знать.
                                                0
                                                Как раз-таки перелеты возможны, если будет достаточно энергии для разгона (ну… вопрос еще в том, чтоб пережить перегрузки, связанные с сильным ускорением, но то мелочи). Дело в том, что когда вы будете лететь в неком космическом корабле, в вашей системе отсчета при разгоне пространство вдоль вектора ускорения сократится (rtfm Лоренцовское сокращение длин). И его можно таким образом сокращать сколь угодно сильно (но скорости света никогда не достигнуть), и соответственно до звезды можно будет долететь за сколь угодно малое время. Однако это лишь в вашей неинерциальной системе отсчета. В системе отсчета Земли вы преодолеете это расстояние не быстрее света :)
                                                0
                                                А вот почему это получается именно так, вам уже никто не скажет.

                                                Но можно предположить, что это скорость перехода причины в следствие.
                                                Или скажем такт «процессора» которым эмулируется наш универсум.
                                                Или угловая скорость с которой «калейдоскоп» (в котором картинкой наш универсум является) дискретно крутится, на минимальный угол при котором картинка меняется.
                                                  +1
                                                  Но этот ответ настолько же бесполезен.
                                                0
                                                а не асимптоту ли нам преодолеть нужно будет, если рассмотреть зависимость скорость — инергия? в таком случае бесконечность нам тоже не поможет, ибо все упрется в неопределенность.
                                                  +2
                                                  Мы никуда не упираемся, совершенно. И даже больше того, с точки зрения пассажиров космического корабля можно долететь до другого конца галактики за несколько месяцев, несмотря на то, что в момент старта расстояние было в десятки тысяч световых лет! Но есть фундаментальное ограничение — если слетать туда и обратно за пару лет, на земле пройдёт больше сотни тысяч лет, что делает такие путешествия довольно бесполезными.
                                                  Всё дело в релятивистских эффектах — они искажают не только время, но и пространство, таким образом, что решительно невозможно сказать с какой абсолютной скоростью движется какая-либо система, любая система, любая точка зрения в любой момент времени стоит на месте. Разгоняющийся космический корабль, если угодно, ускоряет всю вселенную себе на встречу, как в футураме, с тем только отличием, что так делают любые ускоряющиеся системы, а не только межпланетный экспресс; даже просто идя по улице мы двигаем ногами целую вселенную, если смотреть с нашей точки зрения. Возвращаясь к путешествию через галактику, из-за релятивистских эффектов пространство с точки зрения путешественников искажается таким образом, что расстояния вперёд и назад по направлению движения сокращаются, так что для них галактика «скукоживается» в блинчик так, что другой конец вместо десятков тысяч световых лет становится, что называется, рукой подать. К слову, для фотонов вселенная вообще становится идеально плоской, тоньше листка бумаги, только таких плоских вселенных две — спереди и позади, на минимально физически возможном расстоянии. И сам фотон на кратчайший миг оказывается между этими двумя мембранами, позади он касается места, откуда он был испущен, а впереди — места где он будет поглощён.
                                                  Вот такой вот он, релятивизм.
                                                  +4
                                                  Размерности не совпадут :)
                                                  +2

                                                  Вселенной в общем то всё равно куда Вы полетите — но дать нарушить принцип причинности она не позволит.
                                                  А вот конкретное значение скорости света подобрано под другие константы — будь они другие и скорость была бы другой.


                                                  Последовательность событий зависит от системы отсчёта в случае неконстантности скорости света

                                                  Если пространственное расстояние между двумя событиями А и В больше, чем промежуток времени между ними, умноженный на c, то существуют такие системы отсчёта, в которых А предшествует B, и другие, в которых B предшествует А, а также такие, в которых события А и B одновременны. В результате, если объект двигался бы быстрее скорости света относительно некоторой инерциальной системы отсчёта, то в другой системе отсчёта он бы путешествовал назад во времени, и принцип причинности был бы нарушен

                                                    0
                                                    Почему же, позволит конечно! Только не всякий сможет: )

                                                    ЗЫ по статье. Так и не понял «ответа» на сабж…
                                                      0
                                                      А действительно ли принцип причинности невозможно нарушить? Из чего он вообще следует?
                                                        0
                                                        О, это извечный вопрос! Еще помнится, Стругацкие А и Б задавались такими вопросами в Пикнике и Миллиарде… Я бы с удовольствием пофилосовствовал на эту тему…
                                                          0
                                                          Гонят парни порожняк. Утверждение справедливо только для макромира и только в рамках нынешней общепринятой интерпретации квантовой механики
                                                            0
                                                            Да фиг знает. Citation needed.
                                                              0
                                                              только в рамках нынешней общепринятой интерпретации квантовой механики

                                                              Эм, а в какой интерпретации это не так?
                                                              0
                                                              Принцип причинности не из чего не следует, он аксиома.
                                                                0
                                                                Аксиома это предмет веры, а мне казажется, что вере в физике нет места, только хардкор, только доказательства!
                                                                  0
                                                                  В Любой системе гипотез Вы обязаны на чем то основываться. Такие утверждения называются аксиомами. Выбирать те или иные утверждения в качестве аксиом -Ваше право, но в любом случае они (аксиомы) должны присутствовать. Три закона ньютона например-аксиомы
                                                                    +1
                                                                    Ну с точки зрения современной физики третий закон Ньютона — это предельный случай закона сохранения импульса. А сам закон сохранения импульса выводится теоремой Нетер из требований первого закона Ньютона (где про… движется равномерно и прямолинейно)
                                                                      0
                                                                      Это не принципиально, пусть будет два закона ньютона, я имел в виду, что часть утверждений принимается без доказательств и таких утверждений всегда не пустое множество
                                                                        0
                                                                        Ни один из законов ньютона не является аксиомой. Даже первый (он является тупо определением инерции).
                                                                          0
                                                                          Вообще-то нет, не только.
                                                                          Первый закон выдвигает требования к пространству и времени (они должны быть плоскими и однородными).
                                                                            0
                                                                            Ну однородность пространства и времени следует из сохранения аддитивных интегралов движения. Если под плоскостью подразумевается анизотропность, то тоже. Или они неявно содержат первый закон? Че-то я слегка туплю.
                                                                              0
                                                                              Плоское пространство — имеется в виду с нулевой кривизной. Хоть скалярной, хоть тензорной.
                                                                              Теорема Нетер выводит сохранение инвариантов из требований плоскости и однородности, но не наоборот. Существуют искривлённые геометрии, в которых законы сохранения всё ещё будут работать. Собственно, в ОТО наша вселенная не является абсолютно плоской в любой точке, однако законы сохранения «в целом» (для некоего удаленного от сильно искривлённых частей наблюдателя) никто не отменял.
                                                                                0
                                                                                Существуют искривлённые геометрии, в которых законы сохранения всё ещё будут работать.
                                                                                Разве из этого не следует, что I закон не требует плоскость?
                                                                                  0
                                                                                  Первый закон требует «равномерного и прямолинейного движения». Выделил специально для вас.
                                                                                  Кэп передаёт, что в искривлённом пространстве линии движения по инерции (мировые линии) искривлены.
                                                                                    0
                                                                                    Нет. Он говорит, что тела движутся равномерно и прямолинейно в инерциальных системе отсчета при нулевой равнодействующей. Соответственно, в неинерциальной системе просто вводится сила инерции и все снова хорошо.
                                                                        0
                                                                        Можем назвать их постулатами, они не нуждаются в доказательстве, они должны быть непротиворечивы и давать проверяемые последствия и все
                                                                        0
                                                                        Без принципа причинности возникает, кроме того, ряд методологических проблем и проблем в области философии науки.
                                                                        0
                                                                        Оксиома это не предмет веры.
                                                                      0
                                                                      Как вы себе представляете его нарушение?
                                                                    0
                                                                    А по-моему он как раз ответил:
                                                                    «Атомные переходы происходят так, как происходят, из-за фундаментальных квантовых свойств строительных блоков природы».

                                                                    По сути вся статья сводится к тому, что «скорость света такая, потому что она такой создана».
                                                                      +2
                                                                      Вот и сказал бы прямо «ну просто так получилось, мы не знаем, почему».
                                                                      0
                                                                      А по-моему он ответил ) И объяснил он всё отнюдь на формулами:
                                                                      Так почему же скорость света не больше и не меньше? Объяснение такое же простое, как указанный на рис. Выше атом. Атомные переходы происходят так, как происходят, из-за фундаментальных квантовых свойств строительных блоков природы.
                                                                        0
                                                                        почему у нас максимальное ограничение скорости вот именно такое, а не допустим 1млн км/с


                                                                        Возможно, упираемся в частоту CPU, на котором нас эмулируют ;)
                                                                        (отсылка к гипотезе Ника Бострома).
                                                                        +2
                                                                        Мне почему-то все это как-то интуитивно понятно. Если есть масса, то эта масса при приближении к скорости света требует все больше усилий, чтобы её ещё чуть-чуть разогнать. Причём сам процесс добавления тютельки скорости повышает требование к усилиям, требуемым к добавлению ещё тютельки.

                                                                        Что касается привязки к цезию — то в действительности привязка может быть к чему угодно. Цезий просто самый удобный оказался.

                                                                        Почему скорость именно такая? Да потому, что она хоть какая-то да должна быть. Была бы миллион км/с, мы бы спрашивали, почему именно миллион, а не к примеру 299 тыс.

                                                                        Потому, что мы находимся именно в таком мире. Мы же должны находиться в каком-то из вариантов миров, если естьварианты. Ну, вот мы — в этом. А наши аналоги, возможно находящиеся в другом мире, имеют другую скорость света, и тоже удивляются.
                                                                          +5
                                                                          Это все понятно, но не отвечает на вопрос. И на самом деле, ответа быть не может.
                                                                          Итан же заумными словами говорит что-то вроде «ну скорость света равна С потому, что вот так вот мы выбрали эталоны длины и времени». Это конечно верно, но какая польза от такого ответа? Можно также сказать «ну потому, что С это модуль 4-вектора». Ок, это тоже так, но почему?

                                                                          Кстати, то, что вы назвали интуитивно понятным, на самом деле является вовсе не интуитивным. Это прямое следствие из инвариантности скорости света. Ваши слова обьясняют, почему недостижима скорость света для массивных обьектов, но не почему сама скорость света конечна.
                                                                            0
                                                                            Уважаемый Михаил, я не совсем уверен, каковы критерии удовлетворительного для Вас ответа на вопрос «почему».

                                                                            Возможно, ответ таков: «среди всех возможных вариантов миров с разными предельными скоростями света и с неограниченной скоростью света, а также с отсутствием скорости и с отсутствием верхнего предела скорости, видимо, есть подмножество миров, в которых принципиально возможно возникновение разумной жизни; в остальных мирах разумная жизнь невозможна по законам тех миров; мы, очевидно, находимся в одном из миров, в которых жизнь возможна; видимо, в этом подмножестве присутствуют миры, в которых скорость не может превысить 299 тыс км/с; мы находимся в одном из таких миров; почему мы там находимся? потому что тут возможна разумная жизнь, и эта вероятность воплотилась; почему в нашем мире скорость света ограничена? видимо, потому, что это является одной из определяющих сам мир констант, а мы появились именно в таком мире, так как это было вероятное событие для такого мира;

                                                                            другими словами: не „почему в нашем мире ограничена скорость“, а „скорость ограничена, это просто условие существования этого мира, поэтому мир таков, каков есть; была бы не ограничена, мир был бы другим, а этого мира не было бы“;

                                                                            еще другими словами: „не существует причины ограничения скорости; напротив, это явление есть одна из основопологающих причин существования нашего мира“
                                                                              +2
                                                                              Я достаточно близок с физикой, чтобы для меня вообще не стояло этого вопроса. И да, меня полностью устраивает отсутствие ответа на него. Меня не устраивает то, что Итан регулярно уклоняется от прямого ответа и буквально топит первичный вопрос в тоннах офтопа. Ваши два ответа в конце меня устраивают. Они так же бесполезны, как и текст Итана, только короче на пару порядков. А вот в формулирове антропного принципа у вас неточности.
                                                                                0
                                                                                В физике я не профессионал, увы. Высказываюсь в меру своего понимания, и, возможно, где-то ошибаюсь.
                                                                                Что касается Итана и его ответов на вопросы — полагаю, и от него есть польза.
                                                                                «И терпентин на что-нибудь полезен!»
                                                                                Он вопросы эти выносит на всеобщее обозрение, и хотя не всегда полно, доступно и точно отвечает… но популяризирует эту тематику, и это мне кажется хорошим и полезным. Конечно, было бы лучше, если бы он это делал лучше. Но в такие моменты я вспоминаю, что если мне что-то не нравится — то надо сделать самому лучше или заткнуться. Лучше я сделаю едва ли (я же не астрофизик), поэтому я затыкаюсь.
                                                                                  +1
                                                                                  Вы знаете, мне иногда кажется, что он антипопуляризатор. Создает ощущение, что физика это какая-то заумная муть, а физики не умеют последовательно излагать мысли и прямо отвечать на вопросы. В этом плане я большой фанат Фейнмана. Или Рэндала Монро с его what-if.

                                                                                  Я тоже не астрофизик — просто более/менее прилично знаю курс общей физики. Но и вопрос про свет не из астрофизики, а скорее из научной методологии. И вот именно в таких моментах научная честность и прямота очень важны, имхо. Хотя я допускаю, что Итан можнт и правда нраивится огромному числу людей со слабыми познаниями в физике (но тогда не ясно, как они что-то понимают в его писанине. я бы не скзаал, что у него вот прямо простые обьяснения).
                                                                          +3

                                                                          Или я тупой…
                                                                          Я этот обзац вообще не понял:


                                                                          В частности, частота перехода сверхтонкой структуры цезия-133 испускает свет совершенно определённой частоты. Время, за которое проходит 9 192 631 770 таких циклов, определяет секунду; расстояние, которое свет проходит за это время, равняется 9 192 631 770 метрам; скорость, с которой распространяется этот свет, определяет с.
                                                                            0

                                                                            ну вот были раньше — стадии, лиги, лье, футы, мили и прочие свои аршины.


                                                                            Но, благодаря развитию наук и порывам к стандартизации, решили чтобы сделать международные эталоны, для длины — по историческим причинам было предложено отталкиваться от размеров Земли (чтобы никому не было обидно), но чтобы это был меридиан, проходящий через Париж (ученый, который делал триангуляцию был из Франции :) ). Так и было принято, что 1 метр — это 1/40000 от этого меридиана. Точности на тот момент хватало всем, и думали, что "надо будет точнее — еще раз померяем, более тонко".


                                                                            А потом, спустя время, получилось, что Земля не совсем круглая, да еще и непостоянной формы, и если сравнить — то переходы между состояними в атоме (1) считаются легче (не нужно никуда ездить, все в лаборатории под рукой), и (2) считаются точнее (не зависят от фаз луны, приливов и т.д.). Аналогично — скорость света в вакууме: взять трубку с вакуумом и померять — а за сколько таких переходов фотон света пролетел от конца и до конца (или померять — сколько он "сделал" за время одного перехода), тоже гораздо легче и точнее, чем перемерять какой-то там меридиан.


                                                                            Так что посчтиали один раз, округлили до ближайшего целого и постановили:
                                                                            1) время мерять в переходах — 1сек, это Н переходов.
                                                                            2) расстояние мерять в "сколько пролетит свет в вакууме" за Н переходов.
                                                                            вот и всё

                                                                              +4
                                                                              > 2) расстояние мерять в «сколько пролетит свет в вакууме» за Н переходов.

                                                                              Но ведь свет пролетает за 1 секунду не 9 млрд. метров, а только 300 млн. метров.

                                                                              >> Время, за которое проходит 9 192 631 770 таких циклов, определяет секунду; расстояние, которое свет проходит за это время, равняется 9 192 631 770 метрам
                                                                                0

                                                                                извините за опечатку — там не Н переходов, а в одном случае М переходов, а во-втором случае — К переходов (конкретньіе числа можно найти в справочниках)

                                                                              0
                                                                                0

                                                                                Скорее всего под словом «определяет» имеется ввиду не «равняется», а «пропорционально».

                                                                                0
                                                                                Меня больше интересует вопрос: каким образом свет всегда умудряется идти по кратчайшему пути?
                                                                                  0
                                                                                  А в чем вопрос? Просто по определению.
                                                                                    +1
                                                                                    Вопрос в том, что свет может идти по очень сложной траектории (разные среды с разными показателями преломления, нелинейные среды и т.п.). И не зная заранее всего пути построить идеальную траекторию невозможно. А свет сразу «знает» где и как поворачивать.
                                                                                    Я вспоминаю гипотезу о том, что фотон изначально «растянут» по всему пути, поэтому «идеальная траектория» просто вопрос терминологии…
                                                                                    Ну и насколько помню, это фундаментальный вопрос из области «научного индетерминизма».
                                                                                      0
                                                                                      указанная в константе скорость света — это скорость света в вакууме, а не в «специальной среде».
                                                                                        0
                                                                                        Я бы сказал, что свет движется по прямой на некоторой изоповерхности. Ну и да, у фотонов нет собственного времени.
                                                                                          0
                                                                                          Гипотеза растянутого фотона хорошо согласуется с «гипотезой вектора С». Ведь всё, что мы видим вокруг себя, движется во времени с приблизительно одинаковой нами скоростью. А для безмассовых частиц проекция вектора во время нулевая и значит во временном измерении они должны быть довольно протяженными, чтобы мы их могли наблюдать. :-)
                                                                                        +5
                                                                                        У Фейнмана же было — свет идет по всем путям одновременно, но «не самые короткие» взаимно погашаются через деструктивную интерференцию, так что в среднем остается только наиболее прямой.
                                                                                          0
                                                                                          Я правильно понимаю, что и электрический ток идет по кратчайшему пути точно так же? Идет как бы везде, но «не самые короткие» пути схлопываются?
                                                                                            0

                                                                                            Не совсем так… Точнее совсем не так: электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц и это движение может содержать сложные непрямолинейные компоненты (в т.ч. вихревые)

                                                                                              0
                                                                                              А по кривому проводу как? Ток идёт по пути наименьшего сопротивления, а свет и другие частицы двигаются по прямой в отсутствии внешних сил. Это ещё Ньютон вычислил, точнее постулировал
                                                                                                +2

                                                                                                Почему электрический ток идёт по кратчайшему пути?
                                                                                                Возьмём 100-килоомный SMD-резистор, длинной 1 миллиметр. Включим параллельно ему метровую медную проволоку. Для определённости, тоже миллиметрового сечения. И ток в основном пойдёт именно по длинному пути через метровую проволоку, а не по кратчайшему пути через миллиметровый резистор :)

                                                                                                  0
                                                                                                  Ладно, я правда глупо сформулировал. Правильнее будет — откуда ток «знает», где именно будет путь наименьшего сопротивления?
                                                                                                    +1
                                                                                                    Пробует на ощупь :). На самом он течёт по всем путям. Просто где сопротивление меньше, то там ток больше
                                                                                                      +1
                                                                                                      А он и не знает, и течёт везде. То, что ток течёт по пути наименьшего сопротивления — классическое заблуждение.
                                                                                                      Просто путь с бОльшим сопротивлением активнее отбирает энергию у носителей заряда, тем самым снижая ток.
                                                                                                        0
                                                                                                        Если бы длинный путь «активнее отбирал энергию», то на нём совершалось бы бОльшая работа, следовательно он бы нагревался сильнее. А по факту работа по бОльшей части совершается на участке пути с наименьшем сопротивлением (там ток выше)
                                                                                                          0
                                                                                                          Просто это «отбирание энергии» уменьшает силу тока, при том не линейно, а квадратично, то и работы получается меньше.

                                                                                                          Аналогия: представьте две одинаковых параллельных трубы с водой, вода течёт одинаковым потоком. Ставим в одну трубу вентилятор (турбинку) для отбора энергии — она естественно тормозит поток. Во вторую ставим 10 таких вентиляторов. Так вот, суммарная энергия от 10 турбин будет меньше, чем от одной, из-за того, что вода практически не проходит через вторую трубу. Нет движения — нет работы.
                                                                                                        0
                                                                                                        У вас есть два сопротивления отличающиеся как 99+1. и 100000 электронов. Электроны бегут во всех направлениях, но в направлении меньшего сопротивления они быстрее проходят. Как и вода по трубам разной толщины.

                                                                                                        Тоесть у вас из 100000 только 1000 пройдут по большему сопротивлению(собственно сопротивление и показывает соотношение) за то время, за которое оставшиеся пройдут по меньшему.
                                                                                                      –1
                                                                                                      Электрический ток — это вроде как поток электронов, а не фотонов.
                                                                                                        0
                                                                                                        В металлах да. Но в жидкостях, к примеру, это поток ионов. Поэтому принятое определение «течение электрически заряженных частиц» (а положительный или отрицательный заряд, не особо важно). Забавно, что с этим связана путанница. Для удобства считается, что ток течет (в цепи) от плюса к минусу. Но по факту, электроны движутся от минуса к плюсу.
                                                                                                          0

                                                                                                          Причем со скоростью, очень далекой от скорости света (часто встречался и с таким заблуждением) — порядка миллиметров в секунду.

                                                                                                        0
                                                                                                        Ток идет вдоль градиента поля.
                                                                                                        0
                                                                                                        То есть как? Была энергия и вдруг «погасилась»? Мы ничего фундаментального в данной интерпретации не нарушаем?
                                                                                                          +1
                                                                                                          Имхо тут то же самое как когда электрон проходит через две щели одновременно. Если что-то и нарушается, то в обоих случаях.
                                                                                                            +2
                                                                                                            Нет, энергия не гасится при интерференции, а только перераспределяется по пространству.
                                                                                                            0
                                                                                                            вот здесь очень хорошая ассоциация
                                                                                                          +10
                                                                                                          Скорость света ничему не равна. Она равна одну единицу пространства за одну единицу времени, если выбрать более естественные для физики единицы.
                                                                                                          В качестве аналогии можно представить тактовую частоту процессора с точки зрения персонажа компьютерной игры. Персонаж никак не может зафиксировать эту скорость изнутри программы (считаем, что таймер недоступен). Персонаж может измерять скорость только относительно других событий в игре.
                                                                                                          Вопрос сводится к тому, почему расстояние которое удобно показать человеческими руками (метр) свет пробегает аж 300000000 раз за один удар сердца человека. Почему, например не 10 раз?
                                                                                                          Тут вопрос сводится к тому, почему человеческий организм такой медленный по отношению к предельно возможной скорости (скорости света)? Очевидно, что если бы кровь бежала по жилам с субсветовой скоростью, организм был бы разрушен. Но тогда можно представить мир, в котором между атомами действуют гораздо большие силы, не позволяющие организму разрушиться. Чем плох такой мир? Может ли жизнь возникнуть в недрах нейтронных звезд, где все происходит очень быстро? Разница будет в том, что на каждое событие таких ультра-быстрых организмов будет приходиться меньшее количество «вычислительного ресурса» — минимально различимых физических событий. Можно предположить, что в этом случае разнообразие возможностей и сложность процессов будет недостаточной для эволюции жизни. И поэтому организмы должны быть достаточно медленными по отношению к скорости света. Как-то так.
                                                                                                            0
                                                                                                            Согласен с Вами. Скорость света просто единица. Это примерно как аксиомы в математике, утверждение не нуждающееся в доказательстве. Можно конечно выбрать другие аксиомы для построения физики, но такой альтернативный выбор должен иметь какое нибудь внятное обоснование. А выбор нами метров и секунд -это совсем другая история
                                                                                                              0
                                                                                                              Вы как раз привели пример принципа антропной селекции к скорости света
                                                                                                              0
                                                                                                              Ничто во Вселенной не способно двигаться быстрее света в вакууме
                                                                                                              Теоретически свет может быть может двигаться немного быстрее скорости света в вакууме: Эффект Шарнхорста. Дело за экспериментом.
                                                                                                                0
                                                                                                                Эксперимент, который должен оследить время, которое фотон тратит между взаимодействиями с двумя последовательными виртуальными частицами?
                                                                                                                  0
                                                                                                                  Скорость фотона в узкой щели в сравнении со скоростью фотона в свободном вакууме.
                                                                                                                    0
                                                                                                                    Тут скорее ближе аналогии — движение фотона по маленьким волнам в сравнении с движением по большим
                                                                                                                      0
                                                                                                                      Какова должна быть величина «щели»?
                                                                                                                        0
                                                                                                                        Я выше дал ссылку Эффект Шарнхорста
                                                                                                                        … чем ближе будут располагаться пластины, тем выше будет скорость света. Однако предсказанный эффект будет минимальным. Фотон, проходящий между двумя пластинами, расположенными на расстоянии 1 мкм, увеличит скорость на 10–36...
                                                                                                                          0
                                                                                                                          Это скорее не движение быстрее скорости света, а движение в более чистом вакууме чем абсолютный. То есть в таком вакууме где кроме реальных частиц мы убираем еще и виртуальные. Правда, дальше возникает философский вопрос — а до какой степени возможно делать вакуум «более чистым»? Допустим, удалось бы исключить появление всех виртуальных частиц — но при приближении на более микроскопические уровни все равно обнаруживалась бы рябь пространства, пусть недостаточная для образования виртуальных частиц, но возможно замедляющая свет. Что получилось бы в пределе?
                                                                                                                          –1
                                                                                                                          А если пускать свет не поперёк щели, а вдоль? Расстояние можно сделать теоретически сколь угодно большим, а значит, и временные эффекты пропорционально увеличатся.
                                                                                                                  0
                                                                                                                  Каждый раз, когда я читаю про 4-вектор, не могу отделаться от придуманной когда-то 3D аналогии: нарисованные двухмерные существа движутся сквозь пачку листов бумаги, за счёт силы тяжести и явления диффузии. Как ни старайся, двигаться по своим двум осям X и Y быстрее, чем скорость протекания чернил сквозь бумагу, у них не получится.

                                                                                                                  Где же та сила, которая тащит нас вперёд по времени?
                                                                                                                    0
                                                                                                                    А сила точно необходима? Попробуйте рассматривать это как инерцию от большого взрыва=)
                                                                                                                    // это не имеющее прямого отношения к физике предложение.
                                                                                                                      0
                                                                                                                      Ну мы же туда движемся, не затрачивая собственной энергии со скоростью |c|. :)

                                                                                                                      Вообще, если следовать векторной интерпретации, безмассовая частица вообще не имеет проекции скорости на время. Что, наверное, говорит о связи силы, которая нас туда тащит с уже знакомым нам полем Хиггса. :-))

                                                                                                                      // Оба предложения не имеют прямого отношения к физике. Так, рассуждения над геометрической теорией.
                                                                                                                        0
                                                                                                                        Так это. Движение по инерции не требует энергозатрат (ну там 1 закон Ньютана). Все взаимодействия в трехмерном мире приводят только к повороту 4-векторов (типа как тангенсальное ускорение не меняет скорость).

                                                                                                                        // Что-то исходная мыль мне уже не кажется такой шуточной…
                                                                                                                          0
                                                                                                                          Да, я уже понял. Мы затрачиваем энергию на то, чтобы начать двигаться в трёхмерном мире, это уменьшает проекцию 4-вектора во время. Потом затрачиваем энергию, чтобы остановиться и снова поворачиваем вектор во временное полупространство.
                                                                                                                            0
                                                                                                                            Вообще-то, все гораздо интереснее, ибо 4D пространство не обычное евклидово, а псевдоевклидово. Т. е. в теорему Пифагора для этого пространства квадраты пространственных координат входят с противоположным знаком относительно квадрата временной координаты (ds² = dt² − dx² + dy² + dz²). Поэтому, когда мы увеличиваем проекцию 4-вектора на пространство, проекция на время тоже увеличивается. А для безмассовых частиц проекции на время и пространство равны (и бесконечны, к тому же).
                                                                                                                    –1
                                                                                                                    Это привело к первому количественному измерению с в XVII веке, которое определили в 2,2 × 108 м/с. Отклонение звёздного света – из-за движения звезды и Земли, на которой установлен телескоп – тоже можно оценить численно. В 1729 году этот метод измерения с показал значение, отличающееся от современного всего на 1,4%.


                                                                                                                    (в оригинале примерно то же самое)

                                                                                                                    то ли я туп, то ли (2.9-2.2)/2.9 ~= 24%
                                                                                                                      0
                                                                                                                      посмотрел в вики: в 1729 метод на основе аббераций (а не тот же самый) дал результат 3.01 (но и всё равно это 3.8%, а не 1.4%)
                                                                                                                        0
                                                                                                                        поправка — если считать ошибку используя точно значение c, а не 2.9 — то ошибка даже меньше 1%
                                                                                                                      +2
                                                                                                                      Просто мы живем в симуляции. Скорость света константа. Шутка. Надеюсь…
                                                                                                                        0
                                                                                                                        Мне одному показалось, что термин "
                                                                                                                          0
                                                                                                                          Опять эти бесконечные философские трактаты…
                                                                                                                          +1
                                                                                                                          А мне вот интересно, если скорость света замедляется в стеклянной призме, возможно ли создать вещество которое замедлит проходящий свет вполовину, до с/4, или вообще близко к 0? Тогда можно было бы облучить предмет из этого вещества светом, перевести его на новое место — и там он будет излучать захваченные фотоны с той же интенсивностью, с которой поглощал.

                                                                                                                          А еще. Вот ученые придумали очень черную субстанцию Vantablack, поглощает 99.965 % падающего излучения. А какие максимально зеркальные субстанции изобретены, какой максимальный коэффициент отражения? Если бы было такое вещество с отражением близким к 100%, можно было бы им покрыть внутренность полого шара, «накачать» в него через небольшое отверстие свет, потом заткнуть дырку и перевезти в темное место.

                                                                                                                          А если соединить: взять полый шар, покрыть его внутреннюю поверхность веществом из п.2, и заполнить его веществом из п.1, то эффективность захвата света заметно увеличится. :)
                                                                                                                            +1
                                                                                                                            Так с 2003 уже останавливают: Scientists freeze beam of light, правда условия для этого ужас какие нужны.
                                                                                                                              0
                                                                                                                              Ага, спасибо, нашел про это на Хабре.
                                                                                                                              Если задачу ставить захватить как можно больше света в одном месте и перевести в другое (либо захватить и выпустить через 12 часов в том же месте), то необязательно делать полную 100% остановку света. Хватит его сильно замедлить в среде, и окружить среду зеркальной поверхностью, как я описал выше. Если КПД такого светового накопителя/излучателя будет выше КПД системы «Солнечная панель --> аккумулятор --> лампочка», то это уже будет прорывом.

                                                                                                                              А еще интересно: с каким КПД и какой максимальной интенсивности электромагнитное излучение (свет) можно передать по оптико-волоконной линии длиной в полмеридиана? Смысл тот же: проложить ВОЛ (без С) от тропиков к высоким широтам, в одном месте собирать свет зеркалами, качать по линии, и излучать на другом.
                                                                                                                                0
                                                                                                                                Хотя со временем, возможно, эффективнее будет расположить зеркала в космосе ближе к Солнцу, направлять излучение на зеркала на орбите Земли, и оттуда перенаправлять на города на ночной стороне Земли.
                                                                                                                                  0
                                                                                                                                  расположить зеркала в космосе ближе к Солнцу, направлять излучение на зеркала на орбите Земли, и оттуда перенаправлять на города на ночной стороне Земли.

                                                                                                                                  Зеркала должны быть очень нехилых размеров :) Во сколько раз площадь зеркала будет меньше площади освещаемой поверхности во столько раз и уровень освещения будет ниже по сравнению с прямым солнечным светом :)

                                                                                                                                    0
                                                                                                                                    Поскольку зеркало будет расположено на орбите гораздо ближе к Солнцу, соответственно оно будет принимать на себя гораздо больше излучения. На орбите Меркурия солнечное излучение в 11 раз выше, чем на орбите Земли.

                                                                                                                                    Если зеркало точно сфокусирует захваченный поток света на второе зеркало на орбите Земли, потери передачи будут минимальные.
                                                                                                                                      0
                                                                                                                                      Там кстати (на орбите возле Солнца) можно расположить не зеркало, а линзу с переменным фокусным расстоянием. То есть она должна менять форму в зависимости от взаимного расположения Солнца — линза — зеркало — Земля таким образом, чтобы захваченный свет без потерь доходил до адресата.
                                                                                                                                        +1

                                                                                                                                        Это еще более фантастично :) Представьте себе большой зенитный прожектор, позволяющий освещать самолеты на расстоянии в несколько десятков километров. И Вы предлагаете использовать зеркало или линзу диаметром в десятые доли миллиметра для отвода части излучения этого прожектора чтобы подсветить комара на тех же десятках километров :)


                                                                                                                                        На орбите Меркурия солнечное излучение в 11 раз выше, чем на орбите Земли.

                                                                                                                                        В семь вроде бы :) "интенсивность солнечных лучей составляет 9140 Вт на квадратный метр на орбите Меркурия, но лишь 1370 Вт на орбите Земли (на ту же площадь)"
                                                                                                                                        Или возьмем Венеру диаметром 12000 км с ее очень неслабым альбедо в районе 0,7. Зеркало или линза диаметром 12 км должны в 1000 раз более эффективно передавать свет, чтобы только сравняться по яркости с Венерой.

                                                                                                                                          0
                                                                                                                                          Я нашел вот это: Солнечная постоянная на земной орбите составляет 1366 Вт/м2. На орбите Марса солнечная постоянная составляет 586 Вт/м2, а Меркурий может похвастаться и вдесятеро большей солнечной постоянной, нежели Земля — на его орбите она составляет 13 600 Вт/м2.
                                                                                                                                            0

                                                                                                                                            Земля в среднем дальше Меркурия от Солнца в 2.68 раза. Согласно закону обратных квадратов на орбите Земли та же площадь будет получать энергии от Солнца в 2.68^2=7.17 раза меньше.

                                                                                                                                              0
                                                                                                                                              Наверное, расхождение из-за этого: Меркурий движется вокруг Солнца по довольно сильно вытянутой эллиптической орбите (эксцентриситет 0,205) на среднем расстоянии 57,91 млн км (0,387 а. е.). В перигелии Меркурий находится в 45,9 млн км от Солнца (0,3 а. е.), в афелии — в 69,7 млн км (0,46 а. е.), таким образом, в перигелии Меркурий более чем в полтора раза ближе к Солнцу, чем в афелии.
                                                                                                                                                0

                                                                                                                                                Поэтому я и написал "в среднем" :)

                                                                                                                                            0
                                                                                                                                            Венера — сфероид, рассеивает лучи во все стороны. Мы же говорим о концентрированном пучке света, перенаправленном от околосолнечной линзы или зеркала.
                                                                                                                                              0

                                                                                                                                              Пучок не будет бесконечно концентрированным, энергии в нем будет не больше, чем получит на свою площадь само зеркало или линза. А это всего в 7.17 раз больше, чем на орбите Земли при стоимости в сотни или тысячи раз больше :) И при условии, что не будет никаких потерь, что так же малореально.

                                                                                                                                                0
                                                                                                                                                Ночное освещение в городе не обязательно делать по интенсивности = дневному свету в солнечную погоду. Если будет света как в пасмурный день — это уже позволит отказаться от уличного освещения. И околосолнечную линзу не обязательно располагать на орбите Меркурия — можно и ближе, насколько выдержат материалы. Она должна быть максимально прозрачной (либо зеркало — с максимальной отражающей способностью) чтобы не сгореть.
                                                                                                                                                  0

                                                                                                                                                  Боюсь, что дальнейшее приближение к Солнцу будет давать уже не такой заметный эффект, т.к. Солнце на таком расстоянии уже не совсем точечный источник, для которого справедлив закон квадрата расстояния.
                                                                                                                                                  И да, абсолютная прозрачность или абсолютное отражение должно быть практически во всех диапазонах.

                                                                                                                                  +2
                                                                                                                                  Если бы было такое вещество с отражением близким к 100%, можно было бы им покрыть внутренность полого шара, «накачать» в него через небольшое отверстие свет, потом заткнуть дырку и перевезти в темное место.

                                                                                                                                  Предположим, есть шар диаметром 1 метр с коэффициентом отражения внутренней поверхности 0.99999999 (99,999999%). Для упрощения предположим, что свет внутри при переотражениях всегда проходит весь диаметр шара — 1 метр. Теряя при каждом переотражении всего 0.00000001 часть. Через пол-секунды от него останется 22%, через секунду 5%, а через две секунды всего 0,25%. На самом деле затухание будет гораздо более быстрым потому что путь переотражения редко будет равен полному диаметру шара :)
                                                                                                                                  Так что отражение должно быть очень-очень-очень близким к 100% :)

                                                                                                                                    0
                                                                                                                                    Или шар очень большим
                                                                                                                                      0
                                                                                                                                      Вы забыли про п.1 — внутреннее вещество, которое замедлит перемещения света внутри шара, и соответственно количество переотражений. И да, размер накопителя имеет значение. :)
                                                                                                                                        0

                                                                                                                                        Я помню про п.1, но вроде бы еще не создали вещество, замедляющее свет в десятки тысяч раз, при этом совершенно не поглощая его, то есть абсолютно прозрачное :)

                                                                                                                                      0

                                                                                                                                      Лет 10 назад читал фантастический рассказ про "медленное стекло". Автор Боб Шоу, "Свет былого".

                                                                                                                                      +16
                                                                                                                                      Ответ какой то универсальный.

                                                                                                                                      — Почему ты приперся с удочкой, длиной 7 метров?!
                                                                                                                                      — Потому что цезий бла-бла, вот так и получается, что это 7 метров

                                                                                                                                      — Обвиняемый, почему вы ехали по городу 120 км в час и сбили бабушку?
                                                                                                                                      — Потому что цезий, сука. А выбрали бы не цезий, было бы 1 хренохрень и старушка бы осталась здорова, т.к. 1 меньше 50 в 50 раз

                                                                                                                                      — А почему у вас в проекте скорость воды в этой трубе 500 метров в секунду
                                                                                                                                      — а, это из за цезия, так считается скорость.

                                                                                                                                      — Дорогой, а зачем ты купил 50 килограмм огурцов?
                                                                                                                                      — Видишь ли, эталон килограмма определен как…. И поэтому вот эта куча, которую я приволок, считается 50 кг.

                                                                                                                                      Круто, в общем.
                                                                                                                                        +11
                                                                                                                                        И каждый из ответов следует начинать с классического: «Дело в том, что наблюдаемая нами сейчас Вселенная возникла примерно 13,77 млрд лет назад...»
                                                                                                                                          +1
                                                                                                                                          И обязательно картинку в конце, тыц

                                                                                                                                          image
                                                                                                                                          0

                                                                                                                                          Другой скорости света просто не завезли нам.
                                                                                                                                          Поэтому что имеем, то имеем.
                                                                                                                                          И пытаемся подогнать объяснения под существующую (?) действительность.

                                                                                                                                          0
                                                                                                                                          ИМХО прежде чем спрашивать почему скорость света равна именно Х м/с, надо спросить почему метр определяет длину Y а секунда определяет промежуток времени Z )

                                                                                                                                          скорость света может быть любой, в зависимости чем мерить, но константой
                                                                                                                                            +2

                                                                                                                                            Так вопрос не про м/с, а "Почему она именно такая, какая есть? Почему не быстрее и не медленнее?" :)

                                                                                                                                            –1
                                                                                                                                            Чудовищно низкое значение c — это, наверное, самый несправедливый из законов Вселенной. Ведь он означает, что мы никогда не сможем добраться до других галактик — время, которое требуется для этого, сравнимо со временем существования всей нашей цивилизации, так что даже эффект замедления времени не поможет.
                                                                                                                                            Эта константа должна бы быть по крайней мере в сорок тысяч раз больше.
                                                                                                                                              0
                                                                                                                                              Ну почему же, добраться сможете. И вернуться тоже. Ну, при наличии бесконечного источника энергии.
                                                                                                                                              Вот те кто на Земле останутся — вот они да, не смогут дождаться вашего возвращения.
                                                                                                                                                0
                                                                                                                                                Когда человеческие мозги смогут загружать в компьютер. Можно миллионы лет путешествовать по галактике. Причем время путешествия от одной звезды к другой, будет занимать мгновение. Во время отлета отключается сознание. Во время прилета сознание включается.
                                                                                                                                                  0
                                                                                                                                                  Если мозги загрузят в компьютер, их можно будет передавать направленным лучом.
                                                                                                                                                    –2

                                                                                                                                                    Тогда это будет копия, а не оригинал.

                                                                                                                                                      +1
                                                                                                                                                      А загруженный в компьютер, типа оригинал?
                                                                                                                                                0
                                                                                                                                                Очень сильно поржу, если окажется, что у фотонов ненулевая масса покоя. Звучит еретичненько, но вообще-то в физике принято проверять вообще все, и в частности, массу покоя фотонов. На сегодня оценка сверху порядка 10-10 эВ/c2. Т.е. больше быть точно не может, а вот меньше — вероятность ненулевая.
                                                                                                                                                Вообще, ноль — это очень особенное значение для физики. Любое другое значение — вполне рабочее, оно известно с какой-то точностью, оно участвует в каких-то ограничениях типа неравенств Гейзенберга, можно рассуждать о «других временах» или «параллельных Вселенных», где значение было чуть другим. Но ноль никаких таких вольностей не позволяет, это полный ноль без всяких там плюс-минус или «допустим».
                                                                                                                                                Количество констант-нулей в современной физике постоянно сокращается. В ХХ веке считались равными нулю масса нейтрино, космологическая постоянная, энергия вакуума и т.п. — и для всех из них были обнаружены очень малые, но ненулевые значения, типа 10-29 г/см3 для лямбды. И каждое такое открытие моментально отправляло на свалку истории горы учебников и миллионы статей.
                                                                                                                                                Ненулевая масса фотона окажется просто-таки библиотечной катастрофой, потому что уничтожит сам язык физики. Сверхсветовое движение окажется таки возможным, а саму константу c придется переименовывать.
                                                                                                                                                Ждать осталось собственно не так уж и долго. Нужно достроить еще два гравитационных телескопа — в Италии и Индии — и тогда можно будет определять координаты событий, породивших гравитационные волны. Включая время.
                                                                                                                                                Зная координаты, можно будет поднять записи телескопов, смотревших в нужное время в нужном направлении. Слияние массивных объектов — это то еще светопредставление, его должно быть видно во всех диапазонах длин волн. И вот тут может оказаться, что свет приходит позднее, чем гравитоны. И это будет концом современной физической литературы.
                                                                                                                                                  0
                                                                                                                                                  " будет концом" — Кстати а почему? Ну возьмут за константу скорость гравитонов, которая судя по всему в точности равна скорости света или чуть быстрее ( на 0.0000… х процента) если у фотонов есть небольшая масса покоя или они все таки взаимодействуют с вакуумом. Все остальные построения вроде останутся в силе. Только место предельной скорости займёт скорость гравитонов
                                                                                                                                                    +1
                                                                                                                                                    Читайте цитату до конца, там написано «будет концом современной литературы».
                                                                                                                                                    Смотрите, еще 20 лет назад у каждого из 4 взаимодействий была своя безмассовая частица, хоть и очень разные по природе и «выполняемым» функциям.
                                                                                                                                                    Потом доказали наличие массы у нейтрино. Благодаря тому, что нейтрино не является переносчиком своего (слабого) взаимодействия, особой катастрофы не произошло, но формально все старые, 20-го века учебники враз устарели.
                                                                                                                                                    Если будет показано различие в массах покоя фотона и гравитона (в любую сторону), это сразу поставит вопрос и по массе покоя глюонов (переносчиков сильного взаимодействия).
                                                                                                                                                    С глюонами, кстати, возникнет тот еще затык
                                                                                                                                                    Глюоны относятся к частицам только потому, что изучаются в разделе физики элементарных частиц. Но частицами они не являются от слова совсем. Глюоны — это конфигурации (возмущения) сильных ядерных полей, которыми кварки склеиваются друг с другом внутри адронов (протонов, нейтронов и т.д.). Глюоны не могут оторваться от своих кварков и улететь вдаль аки фотоны. И остановиться тоже не могут, как не может остановиться текущая с крыши вода. В словосочетании «масса покоя глюона» не больше физического смысла, чем в массе покоя комариного писка. Значение 0 еще куда ни шло (ну нет и нет, не применимо), а вот некоторое отличное от нуля число… Хотя о чем я, «если вам кажется, что вы понимаете квантовую механику, значит вы не понимаете квантовую механику».

                                                                                                                                                    Ну так вот, сейчас константа c появляется в каждой второй формуле, но имеет разный физический смысл. В уравнениях электродинамики это именно скорость фотонов, в ОТО — скорость гравитонов, в квантовой механике — черт ногу сломит, и нужно поднимать вывод каждой формулы на предмет «не сократили ли мы в этой дроби скорость фотона со скоростью глюона». В любом случае придется вводить три разных константы и три разных названия, предавать термин «скорость света» анафеме (чтобы отличать новые тексты от старорежимных), поднимать и перепроверять все формулы во всех учебниках, и все описания к этим формулам. Т.е. переписывать все с нуля.
                                                                                                                                                    Именно это я имел в виду под концом уже существующей литературы. Того же Ландафшица или Фейнмана. Да и большинство статей резко станут неактуальными.
                                                                                                                                                      0
                                                                                                                                                      Спасибо за подробное разъяснение. Не могу сказать, что сильно расстроюсь по этому поводу, ведь может оно и к лучшему, а то сейчас ощущение тупика и непонятно куда дальше все идёт. Очень много противоречий и ещё больше непроверяемых путей их разрешения
                                                                                                                                                    +1
                                                                                                                                                    С практической точки зрения мало чего изменится. Ну, окажется, что на гравитационных волнах можно передать телеграмму в туманность Андромеды на целых три сотых секунды быстрее. Строители эксаэлектронвольтного коллайдера почешут щупальцем репу и введут поправку в член двадцатого порядка учёта потерь на циклотронное излучение. И начнут продавать концентрат успокоенных фотонов в банках.
                                                                                                                                                    0

                                                                                                                                                    не туда

                                                                                                                                                      0
                                                                                                                                                      все больше кажется, что мир собран по инструкции.
                                                                                                                                                      Если завтра скорость фотона упадет или возрастет, что затронется еще? Я к тому, что скорость фотонов, как я понял, нельзя вывести/вычислить, а только измерить.
                                                                                                                                                        +2
                                                                                                                                                        Если бы скорость света (скорость распространения волн любой природы) была бесконечной — Вселенная возникла и исчезла бы мгновенно. Возможно, такие Вселенные были, но их физическая сущность не позволила им просуществовать хоть какое-то время. :)
                                                                                                                                                          0
                                                                                                                                                          Она бы исчезла из места возникновения мгновенно.
                                                                                                                                                          Разлетевшись в горизонт событий с нулевой толщиной.
                                                                                                                                                          Кто знает, сколько таких пузырей вокруг нашей Метагалактики разлетаются…
                                                                                                                                                          0

                                                                                                                                                          Почему скорость света именно такая — это надо спрашивать того кто создал вселенную. Или же если вселенная — это эмуляция, то скорость света — это максимальная частота процессора, на котоом запущена вселенная.

                                                                                                                                                            0
                                                                                                                                                            А планковское время — это его такт.
                                                                                                                                                              0
                                                                                                                                                              А кстати интересная мысль) Если пытаться превысить скорость света то начнутся лаги, тормоза, и вселенная просто сгорит :D
                                                                                                                                                              +1
                                                                                                                                                              Это было бы возможно, только если скорость света в среде отличается для света разных длин волн/энергий.

                                                                                                                                                              Обожаю статьи, в которых объяснение начинается с тезиса, который неочевиден, сам требует объяснения и при этом никак не поясняется. Браво. Так вот, дорогой Итан, такое было бы возможно даже при одинаковых скоростях света в среде. Вопрос почему она разная? Или это просто результат наблюдения которому у нас нет пока объяснения?

                                                                                                                                                                0
                                                                                                                                                                По Уилеру наш мир представляет собой колебания 11-мерной среды, которую он называет суперсилой. Скорость распостранения колебаний в ней = С.
                                                                                                                                                                Расчеты дают плотность около 80 гр на см куб. Мы находимся внутри сверхплотной кристаллической структуры, а частицы нашей материи — что-то типа фононов в ней.
                                                                                                                                                                  –1
                                                                                                                                                                  Пожалуйста, кто-нибудь, объясните на пальцах почему свет, являясь волной, распространяется там где нет среды распространения, ни эликтрических, ни магнитных полей.
                                                                                                                                                                  Никак этого понять не могу.
                                                                                                                                                                    +2
                                                                                                                                                                    Поля есть везде.
                                                                                                                                                                      0
                                                                                                                                                                      Даже в межгалактическом вакууме? Какой там источник этих полей?
                                                                                                                                                                        0
                                                                                                                                                                          +2
                                                                                                                                                                          Если вам нужны источники, то они те же, что и везде. Одного единственного электрона достаточно для заполнения полем всей вселенной. Поле же бесконечно.
                                                                                                                                                                            0

                                                                                                                                                                            А в самом начале обсуждения статьи говорят, что бесконечность и физический мир не очень соотносятся. Кому верить?

                                                                                                                                                                              +1
                                                                                                                                                                              В начале обсуждения говорят про бесконечность энергии, а тут говорят про бесконечность пространства. Бесконечность бесконечности рознь.
                                                                                                                                                                        0
                                                                                                                                                                        Изменяющееся электро-магнитное поле само себя порождает. Если с радио-волнами ситуация понятна, то со светом происходит точно так же.
                                                                                                                                                                          0
                                                                                                                                                                          Свет это цепь из бубликов.
                                                                                                                                                                          Допустим, у нас есть катушка индуктивности, вокруг которой создалось вихревое магнитное поле — т.е. поле, силовые линии которого замкнуты в кольцо сами на себя. Пока оно статическое, ничего не происходит. Но если поле переменное (меняется ток в катушке), то оно порождает вокруг себя кольцо переменного электрического поля (см. третье уравнение Максвелла, оно же закон Фарадея). Кольца магнитного и электрического полей вдеты друг в друга как звенья одной цепи. Дальше переменное электрическое поле порождает новое кольцо магнитного, и процесс повторяется до бесконечности.
                                                                                                                                                                            0
                                                                                                                                                                            Имхо, когда говорят что нечто является волной, то имеют ввиду что это нечто описывается волновым уравнением, которое в наиболее простом случае имеет вид че-то типа d2f/dt2=d2f/dx2 — не больше и не меньше. Конкретная физическая природа, наличие же «среды» и все такое не имеет значения. В случае фотонов, ситуация скорее наоборот — когда их много собирается в одном месте, создается впечатление существования «непрерывной среды»; альтернативн