Эйнштейн однажды назвал скорость света «пределом скорости Вселенной»: ничто не может двигаться быстрее скорости света, равной 299 792,458 километра в секунду. Но почему это так?
До 17-го века большинство людей считали, что свет распространяется мгновенно. Галилей одним из первых предположил, что свет движется с конечной скоростью.
В 1638 году он попытался измерить её. Галилей и его помощник расположились на далеких вершинах гор с накрытыми фонарями. Идея заключалась в том, что как только помощник увидит вспышку фонаря, то он открывает свой фонарь. Галилей хотел определить, сколько времени пройдет до момента, когда он увидит ответную вспышку. Эксперимент с треском провалился! Чтобы добиться успеха, Галилею пришлось бы измерить разницу во времени, равную нескольким микросекундам. У него не было такого хронометра, да и время его реакции было намного больше.
Галилей пришел к выводу, что движение света «если не мгновенное, то необычайно быстрое».
Вскоре после этого, в 1676 году, мы получили достоверную оценку скорости света от молодого датского астронома Олафа Ремера. Он проводил наблюдения затмений Юпитера его спутником Ио. Рёмер заметил, что время между затмениями немного меняется. В то время, когда Земля удалялась от Юпитера, время между затмениями постепенно увеличивалось, а по мере сближения уменьшалось. Разное время обращения Ио отражало разные расстояния, которые должен был пройти свет. Это позволило Ремеру оценить скорость света в 214 000 км/с. Неплохо!
Первое экспериментальное измерение скорости света было сделано 150 лет спустя Гипполи Физо. Он гениально усовершенствовал метод Галилея. В его эксперименте луч света проецировался на быстро вращающееся зубчатое колесо. Зубья вращающейся шестерни разбивали свет на очень короткие импульсы, которые направлялись на зеркало, расположенное на расстоянии 8 километров. Физо наблюдал отраженные импульсы, которые проходили к нему через один из зазоров в зубчатом колесе.
При малых скоростях вращения световой импульс всегда возвращался к Физо через один и тот же промежуток в зубцах шестерни. Но по мере того, как скорость вращения зубчатого колеса увеличивалась, при определенной скорости импульс попадал на следующий зуб. Таким образом, зная скорость вращения зубчатого колеса, Физо смог рассчитать, сколько времени потребуется свету, чтобы преодолеть расстояние в 16 километров. Полученный им замечательный результат в 315 000 км/с находится всего в пределах 5% погрешности от наших самых последних измерений с использованием лазеров.
Хорошо. Мы знаем, что свет распространяется с конечной скоростью. Но почему она конечна?
Этот вопрос заставил Альберта Эйнштейна задуматься. Если свет имеет конечную скорость, то что будет, если вы закрепите фонарик на передней части движущейся ракеты? Разве свет, исходящий от этого фонарика, не будет двигаться быстрее скорости света? Эйнштейн долго ломал голову над этой проблемой. Проделав нескольких «мысленных экспериментов», он пришел к неожиданному выводу: движение объекта должно каким-то образом замедлять время. Время перестало быть постоянным, так родилась его относительность.
Многие ученые тщательно проверяли предсказания Эйнштейна, проводя различные эксперименты.
В 1964 году профессор Уильям Бертоцци из Массачусетского технологического института проводил эксперименты с ускорением электронов, разгоняя их до очень высоких скоростей. Чем больше энергии он использовал для ускорения, тем быстрее становились электроны. Можно было предположить, что достаточно увеличить прикладываемую энергию, чтобы их скорость увеличилась бы до скорости света. Однако оказалось, что электроны не могут двигаться с такой скоростью. Увеличение прикладываемой энергии не привело к пропорциональному увеличению скорости. Бертоцци приходилось прикладывать все больше и больше энергии, а прибавки в скорости частиц становились все меньше и меньше. Скорость электронов медленно приближалась к скорости света, но ее они так никогда и не достигли.
Другой важный эксперимент провели физики Джозеф Хафеле и Ричард Э. Китинг, перемещаясь с синхронизированными, сверхточными цезиевыми атомными часами на авиалайнерах вокруг земного шара. После их полетов часы, которые находились в движении, были рассогласованы друг с другом и с эталонными часами в лаборатории. Время шло медленнее для движущихся часов, как и предсказывал Эйнштейн.
Таким образом, чем быстрее что-то движется, тем массивнее оно становится, и тем больше замедляется время – пока вы, наконец, не достигнете скорости света, после чего время полностью остановится. А если время останавливается, то и скорость тоже. Поэтому ничто не может двигаться быстрее скорости света.
Кстати, когда вы пользуетесь своим смартфоном, имейте в виду, что спутники GPS, находящиеся на орбите Земли, учитывают замедление времени. Если отключить эти релятивистские поправки, то современный мир уже не будет прежним.
Чтобы первыми узнавать о последних космических открытиях и новых интересных фактах о Вселенной подписывайтесь на канал «Глубины космоса» в Телеграм
