131,8K подписчиков
Как достичь скорости света и что быстрее него?
Если мы говорим о чем-то действительно быстром, то можем сказать, что это происходит со скоростью света. На самом деле мало кто понимает, насколько это значительная величина и почему на практике ее крайне трудно достичь какому-либо телу, имеющему значительную массу и размер. Сейчас мы вам это объясним.
Чему равна скорость света в вакууме?
Скорость света — наибольшая скорость, которую что-либо может иметь в нашей Вселенной. С ней в вакууме распространяются не только электромагнитные волны видимого спектра, но и любое излучение.
Эта величина составляет точно 299 792 458 м/с. В 1975 году ее определили с точностью до одного метра, а с 1983 года сам метр в Международной системе единиц — это расстояние, которое свет проходит за 1/299 792 458 секунды. Поэтому это пожалуй единственная константа, значение которой не будет уточняться в будущем.
Бывают ли случаи, когда скорость света ниже?
Все вышесказанное относится только к скорости распространения электромагнитных волн в вакууме. В среде, хотя бы частично способной рассеивать их, она будет значительно ниже. Точная величина будет зависеть от длины волны и величины преломления самой среды.
Например, в абсолютно чистой воде скорость света видимого диапазона составляет около 225 341 км/с, в стекле — 200 000 км/с, а в сахаре — только 192 300 км/с. В воздухе она всего немного меньше, чем в вакууме.
Что такое «световой конус»?
Со скоростью света связано понятие «светового конуса». Любое взаимодействие между двумя объектами во Вселенной, включая передачу информации, возможно только с помощью частиц или волн. А они не могут двигаться быстрее света.
Поэтому никакое событие во Вселенной не может повлиять на другие объекты за время, меньшее, чем нужно свету, чтобы преодолеть расстояние между ними. Например, событие, произошедшее на Луне, никак не может повлиять на Землю раньше, чем за секунду с четвертью.
Для Солнца эта величина уже составляет почти 8,5 минут, для Плутона — около 4,5 часов, для α Центавра — более 4 лет, а для черной дыры Стрелец А* — 27 тыс. лет. Это и называется «световым конусом».
Что будет, если попытаться достичь скорости света?
Ньютоновская механика подсказывает нам, что если к какому-то телу постоянно прикладывать силу — например, импульс реактивных двигателей — то оно будет ускоряться, то есть его скорость будет расти. То что же мешает нам достичь скорости света?
На это дает ответ Теория относительности. Согласно ей, чем ближе скорость тела к световой, тем большая энергия необходима для того, чтобы увеличить ее на ту же самую величину для каждой единицы массы этого тела.
Для того же, чтобы разогнать хоть какую-то массу до скорости света, к ней нужно приложить бесконечное количество энергии. Именно поэтому в природе в большинстве случаев такую скорость имеют только частицы, у которых масса отсутствует — например, фотоны.
Может ли что-то двигаться быстрее света?
Хоть физика и подчеркивает, что для любого тела скорость света является пределом, существуют теории, предполагающие наличие частиц, движущихся быстрее его. Эти частицы называются тахионами — от греческого слова, означающего «быстрый». Тахионы обладают рядом странных свойств: например, их масса является мнимой. То есть она выражается числом, которое является квадратным корнем из отрицательной величины.
Никаких доказательств реального существования тахионов ученые не имеют. Кроме того, по поводу тахионных частиц и полей существуют сомнения, способны ли они передавать информацию и действительно ли все они движутся быстрее света. Однако саму возможность существования такой частицы никто окончательно исключить не может.
Эти теоретические предположения открывают захватывающие перспективы для науки, но пока они остаются лишь предметом теоретических исследований и научной фантастики. В рамках современного понимания физики, принцип причинности и ограничение скорости света как максимальной скорости во Вселенной играют ключевую роль в нашем понимании пространства и времени.