No sólo conecta fundamentalmente el tiempo y el espacio, sino que también garantiza el futuro.
No antes del pasado. Por eso podría ser sorprendente que alguien diga que podemos detener la luz.
Mientras lees esta frase, Michael Schumacher conduce el suyo.
Un Ferrari recorre 300 metros y la luz puede viajar de un lado a otro entre la Tierra y la Luna. La Luz
Se ha movido tan rápido que ha recorrido gran parte de la historia de la humanidad.
Es instantáneo. Ahora sabemos que, por supuesto, este no es el caso y hemos aprendido a controlarlo.
La velocidad de la luz. Podemos ralentizar o incluso detener el movimiento de la luz con solo un toque.
El interruptor hace que se mueva nuevamente. Podemos ver la luz superándola en la carrera.
También puedes utilizar la velocidad de la luz para medir la edad del universo. Incluso puede determinar tu altura.
El primer cálculo exitoso lo realizó el astrónomo danés Ole Roemer en el siglo XVII.
Fuera de la velocidad de la luz. Usó el movimiento orbital regular de una de las lunas de Júpiter como cronometrador.
Cada vez que la luna era oscurecida por un planeta gigante (Júpiter), grababa uno.
Tic tac. Pero descubrió que las garrapatas no aparecían como se esperaba desde la perspectiva de la Tierra.
Piénselo de esta manera con regularidad, a veces unos minutos más rápido y otras veces unos minutos más lento a lo largo del año.
Romer calculó que uno de estos retrasos se produce cuando Júpiter y la Tierra orbitan alrededor del sol.
Provocada por cambios en la distancia entre ellos. Al calcular las posiciones relativas de la Tierra, Júpiter y sus lunas en sus órbitas durante un año, calculó la velocidad de la luz a través del espacio. Romoio presentó sus resultados a la Academia Francesa de Ciencias en 1676, y el valor es uno de los valores reconocidos actualmente.
La diferencia no es más de 30.
La discusión teórica sobre la naturaleza de la luz también ha permitido comprender la velocidad de la luz. En la década de 1860
A mediados de la década de 1990, el científico escocés James Clerk Maxwell creó un grupo.
Ecuaciones que describen el comportamiento de los campos electromagnéticos en el espacio. La solución a esta ecuación muestra que las ondas electromagnéticas deben propagarse a una velocidad de unos 300.000 kilómetros por segundo en el vacío, lo que está bastante cerca de las mediciones de Romer y sus posteriores. .
Michael Faraday de la Royal Institution de Londres explica cómo utilizar los conceptos de campos eléctricos y magnéticos.
Fuerzas electrostáticas y magnéticas, y demostraron que la luz se ve afectada por los campos magnéticos. Esto confirma lo de la luz visible.
De hecho, forma parte del espectro electromagnético. Para otras partes del espectro electromagnético (microondas, rojo, ultravioleta, rayos X y rayos gamma), las mediciones directas de las velocidades de propagación muestran que todas tienen la misma velocidad en el vacío.
Los experimentos utilizados para medir la velocidad de la luz son cada vez más precisos. En la década de 1950, los dispositivos electrónicos de cronometraje habían reemplazado a los antiguos dispositivos mecánicos. En la década de 1980, midiendo la luz láser, la frecuencia (F) y la longitud de onda (λ), la luz se calculaba utilizando la fórmula c=fλ.
Velocidad (°c). Estos cálculos se basaron en las definiciones estándar de metros y segundos, tal como se utilizan ahora.
1 metro se define como 1.650.763,73 veces la longitud de onda de la luz producida por una fuente de criptón-86, determinada durante 1 segundo.
El significado es 9.192.631.770 veces la frecuencia de la radiación liberada por la transición hiperfina de los átomos de cesio-133.
Esto permite a C lograr una precisión muy alta, con un error de sólo unas pocas partes por mil millones.
En 1983, la velocidad de la luz reemplazó al metro como estándar de definición, y el acuerdo fue el siguiente
299, 792, 458 metros por segundo, el valor estaba en línea con la definición del metro en ese momento. La definición de segundos y la velocidad de la luz
El valor, que representa 1 metro, se define como la distancia que recorre la luz en el vacío en 1/299.792.458 segundos.
Vete. Por lo tanto, no importa cuán precisa sea nuestra medición de la velocidad de la luz desde 1983, las correcciones no afectarán la velocidad de la luz, pero sí la longitud del metro. ¿cuánto mide?
Realmente definido por la velocidad de la luz.
Pero la velocidad de la luz también define algo más fundamental que la longitud. El trabajo de Albert Anse
Tan demuestra la verdadera importancia de la velocidad de la luz. Gracias a su aportación sabemos que la velocidad de la luz no es sólo la velocidad de los fotones que se mueven en el vacío, sino también la conexión entre el tiempo y el espacio.
Constantes fundamentales.
Cuando Einstein era joven, una vez se preguntó si las personas podían moverse lo suficientemente rápido.
Debemos seguir los pasos de la luz y cómo se ve la luz. En teoría, parecería que tienes un pico estacionario a tu alrededor, pero Einstein sabía que las ecuaciones de Maxwell no lo permitirían.
Este resultado ocurre. Concluyó que cualquiera de las dos teorías de Maxwell no se aplicaba.
Para un observador en movimiento, la mecánica del movimiento relativo debe cambiar.
Einstein resolvió este problema en su teoría especial de la relatividad publicada en 1905.
Esta teoría se basa en un principio general: en relación con cualquier observador que se mueve a una velocidad uniforme,
En términos generales, no importa cuál sea la velocidad, los principios físicos son los mismos que la velocidad de la luz. La propia teoría de la relatividad especial de Stein cambió por completo nuestro concepto del espacio y el tiempo.
, enfatizando el estatus fundamental de la velocidad de la luz en la física.
Imagina que estás en un cohete, lanzándose hacia el espacio con pulsos láser.
Los observadores en la Tierra verían desaparecer este pulso a la velocidad de la luz. ¿Estás en relación con la Tierra?
¿Cuál es la velocidad del movimiento? Por ejemplo, la velocidad de la luz es 99. La luz todavía te supera a la velocidad de la luz.
Parece absurdo, pero es cierto. La única manera de que eso suceda es si lo haces.
Los habitantes de los cohetes y los observadores en la superficie de la Tierra miden el tiempo y el espacio de diferentes maneras.
El tiempo y el espacio ciertamente se ven diferentes dependiendo de si estás en la Tierra o no.
Está en el espacio. La teoría general de la relatividad de Einstein describe la gravedad como la geometría del espacio-tiempo.
La estructura está distorsionada. Un corolario de esta afirmación es seguir siempre el camino más corto posible.
La luz que viaja a través del tiempo y el espacio se curva cerca de objetos masivos. Esto fue durante el eclipse solar de 1919.
Demostrado que la luz de las estrellas que pasa cerca del sol es desviada por la masa del sol. Esta observación condujo a la eventual aceptación de la teoría de Einstein y le valió el reconocimiento mundial.
Reputación.
Pero según los principios mecánicos básicos, si la luz se desvía, se acelerará. ¿Cambiará esto la velocidad de la luz y sacudirá el principio fundamental de la relatividad? En cierto sentido, eso es cierto.
Sí, la velocidad de la luz que observamos desde la tierra es así cuando pasa cerca del sol.
Cambiar. Sin embargo, no se puede abandonar la teoría de la relatividad y el principio de la velocidad constante de la luz.
El engaño de la gravedad: ver para creer
Einstein se dio cuenta de que la gravedad la experimentaba un observador que no tenía libertad para moverse.
Un poco una ilusión. Imagínate saltar de una pared. Durante la caída libre, no sentirás la fuerza de gravedad moviéndose a tu alrededor, pero cualquiera que te vea caer lo entenderá.
Explica que tu movimiento es causado por la gravedad. Lo mismo ocurre con los vuelos espaciales a estaciones espaciales.
Los miembros también aplican: siempre se les conoce como si estuvieran en un entorno de "gravedad cero", pero
Mirando hacia arriba desde la superficie de la Tierra, explicaríamos su órbita alrededor de la Tierra por atracción gravitacional.
Movimiento Tao. Entonces, cuando miramos desde la Tierra, la luz que pasa cerca del Sol parece buena.
Doblarnos y acelerar, pero si estuviéramos cayendo libremente hacia el sol, parecería que la luz
nos pasa en línea recta a velocidad constante. Para cualquier observador en caída libre, la luz que lo atraviesa se mueve a velocidad constante.
Sin embargo, un objeto vacío parece doblarse y acelerarse a medida que lo atraviesa y distorsiona su entorno.
Otro extraño corolario de la teoría de la relatividad es que nada puede acelerar a la velocidad de la luz.
A menos que construyamos potentes cohetes, nunca alcanzarán la luz.
Velocidad. Esto se debe a que cuanto más rápido se mueve un objeto, mayor es su energía cinética y mayor su inercia. El propio Stein señaló en su fórmula E=mc2 que la energía está relacionada con la masa o la inercia.
Así, a medida que aumenta la energía cinética de un objeto, también aumenta su inercia, haciendo cada vez más difícil continuar.
Acelera. Es un principio de rendimientos decrecientes: cuanto más trabajo se hace sobre un objeto, más pesado se vuelve y más débil es el efecto de aceleración.
Acelerar un solo electrón a la velocidad de la luz requiere energía infinita, afirman físicos de partículas.
Los científicos son muy conscientes de esta limitación. Los protones entran en Fermi en Batavia, Illinois, EE.UU.
Cuando el acelerador Tevatron del laboratorio está en funcionamiento, su velocidad ha alcanzado el 99% de la velocidad de la luz.
La etapa final del acelerador aumenta 100 veces la energía del protón, pero sólo aumenta la velocidad.
La velocidad de la luz es 99,99995, que es menos de 1 mayor que la velocidad a la que entran en el acelerador.
Sin embargo, la teoría cuántica, que siempre ha estado en conflicto con la teoría de la relatividad, parece permitir que la materia
se mueva más rápido que la velocidad de la luz. En la década de 1920, la teoría cuántica demostró un sistema.
Se pueden conectar instantáneamente diferentes componentes que se encuentran muy separados. Por ejemplo, cuando un fotón de alta energía se desintegra en dos fotones de baja energía, su estado (por ejemplo, giro en el sentido de las agujas del reloj o en el sentido contrario a las agujas del reloj) es incierto hasta que se observa uno de ellos.
La otra partícula pareció sentir que su compañera estaba siendo observada y resultó ser Ren.
Cómo la medición de la segunda partícula siempre será consistente con la medición de la primera partícula
Los resultados. Una conexión instantánea de larga distancia parece un mensaje de tamaño infinito.
La velocidad se transfiere entre partículas. Einstein lo llamó "trabajo fantasma a distancia".
“Usar” suena increíble, pero es un fenómeno real.
En 1993, Raymond Chiao de la Universidad de California, Berkeley, demostró que
La teoría cuántica también permite otro tipo de viajes más rápidos que la luz: los túneles cuánticos. Imagínate frente a una pared
Jugar al fútbol contra una pared sólida. La mecánica newtoniana predice que rebotará, pero la mecánica cuántica predice que existe una pequeña posibilidad de que aparezca al otro lado de la pared. Considere una de las siguientes situaciones.
El método consiste en imaginar que puede "tomar prestada" suficiente energía para pasar a través de la pared a otra pared
y luego devolver inmediatamente la energía a la cara. Esto no viola las leyes de la física porque se conservan la energía, el momento y otras propiedades resultantes. Medición del físico alemán Wiener Heisenberg
El principio de incertidumbre establece que en un sistema siempre hay alguna propiedad, en este caso.
Pero el valor de la energía es incierto, por lo que los principios de la física cuántica benefician al sistema.
Con esta incertidumbre, podemos tomar prestada algo de energía extra por un corto periodo de tiempo. En el caso de los túneles, la necesidad de que las partículas desaparezcan por un lado del obstáculo y reaparezcan por el otro es casi insignificante.
En teoría, la barrera puede ser arbitrariamente gruesa, pero a medida que aumenta el espesor, hay menos túneles de partículas.
Esta proporción está cayendo rápidamente hacia cero.
Chiao Lizhong lo demostró midiendo el tiempo de túnel de los fotones de luz visible a través de un filtro específico.
Comprender la existencia del efecto túnel "más rápido que la luz". Para ello creó estos fotones
Comparando fotones que viajaron por el vacío en tiempos similares. Como resultado, los fotones del túnel llegan primero al punto de detección.
Chiao Lizhong demostró que su velocidad a través del filtro puede ser 1,7 veces la velocidad de la luz.
En 1994, Ferenc Kraus de la Universidad Técnica de Viena demostró que el tiempo de túnel no depende del límite superior del espesor del obstáculo y representa el tiempo que tarda un fotón en atravesar el obstáculo. .
Sin límite superior. Gunter Niemz, de la Universidad de Colonia (Alemania), también lo logró utilizando microondas.
"Superligero" Incluso moduló la Sinfonía nº 40 de Mozart en la señal
4,7 veces la velocidad de la luz para transmitirla a través de un obstáculo de 12 cm de espesor.
A toda velocidad: los límites de la transferencia de información
Todas estas ideas parecen hacer tambalear el principio de la relatividad que prohíbe velocidades más rápidas que la luz. Ese no es el caso
porque lo que prohíbe la teoría de la relatividad es en realidad la propagación de información más rápido que la luz.
Los experimentos demuestran que una "conexión instantánea" entre dos objetos cuánticos no se puede utilizar para entregar cartas.
Descansa. La construcción de túneles está sujeta a las mismas limitaciones. Esto se debe a que la teoría cuántica es intrínseca.
Leyes estadísticas, que dependen de las propiedades de un gran número de grupos de partículas. Entonces, cuando pasan algunos fotones,
el tiempo no se puede utilizar para transmitir información. La tunelización distorsiona la forma de onda de entrada y hace que se produzca.
Generar un pico que podrá recibirse antes de lo esperado. Sin embargo, la información no es transportada por una única cresta de onda, sino que se transmite a través de todo el paquete de ondas, que no se mueve más rápido que la luz.
Un análisis cuidadoso del efecto túnel parece respaldar que el contenido de información de la señal todavía se ve afectado por la luz.
Límites de velocidad, aunque todavía es un tema controvertido.
Este límite de velocidad de transmisión de información protege la ley de causa y efecto, es decir, el resultado de un evento.
No podría haber sucedido antes de este evento. De lo contrario, las observaciones se mueven a diferentes velocidades
Los investigadores nunca llegarán a la misma conclusión sobre la secuencia de una serie de eventos relacionados. Sí
Algunas personas pueden golpear la taza de té y ver sus pedazos esparcidos, mientras que otro observador
pero es posible que usted vea los pedazos primero y luego que la taza se caiga. Sin velocidad de transmisión de información
Con este límite, el universo se vería extraño.
Aunque es imposible que una partícula masiva se mueva más rápido que la luz en el vacío,
Este no es el caso de sustancias con un "índice de refracción" superior a 1. Por ejemplo, en el agua, la velocidad de la luz
es 60 veces su velocidad en el vacío. La velocidad de la luz en distintos materiales transparentes será
Hablando poco a poco, esto se descubrió hace 300 años. Explica la refracción y dispersión de la luz y es el principio detrás de todos los instrumentos ópticos. La refracción se produce debido a la luz.
Los neutrones (unidades individuales de energía que componen la luz) interactúan con los electrones dentro de los átomos.
Uso. Los fotones viajan a toda velocidad entre los átomos, pero repetidamente a medida que atraviesan el material.
Se absorben y se liberan nuevamente, por lo que se reduce la velocidad a la que transportan la información.
Por lo tanto, partículas como los electrones de alta energía pueden estar en el mismo medio que la luz en el agua.
Muévete rápido. En este caso, producen ondas electromagnéticas, que no se mueven a la misma velocidad.
Cuando las partículas viajan muy rápido, se agrupan en la dirección de su movimiento, formando violentas ondas de choque, a diferencia de las velocidades supersónicas.
El mecanismo de explosión sónica de los aviones de alta velocidad es el mismo. Producida por partículas en un medio material que se mueven más rápido que la velocidad de la luz
Esta radiación se llama radiación de Cherenkov y se suele utilizar para detectar otros movimientos más rápidos que la luz.
Partículas invisibles, como el Instituto de Investigación de Rayos Cósmicos de Tokio-Instalación de Investigación de Partículas Cósmicas de Kamioka.
Buscando neutrinos en un detector gigante lleno de agua.
La mayor parte de la materia no ralentiza significativamente la velocidad de la luz. En la materia ordinaria, la velocidad de la luz puede reducirse.
La caída no podrá exceder del 50. Sin embargo, 1998 Lene de la Universidad de Harvard en Estados Unidos.
Vestergaard Hou anunció que había reducido la velocidad de la luz a 17 metros por segundo. En 2001, apagó las luces por completo.
Por supuesto, su equipo de investigación no utiliza materiales ordinarios, sino la llamada quinta materia (después de los sólidos, líquidos, gases y plasmas).
Estado de masa: Condensado de Bose-Einstein.
Esta inusual sustancia está formada por un grupo de átomos enfriados.
Una millonésima de grado por encima del cero absoluto, formándose un condensado de Bose-Einstein. Es esencialmente un único objeto cuántico, un poco como átomos gigantes, todos los cuales están en el mismo estado cuántico y se mueven de la misma manera como si fueran una unidad. .
Un objeto.
El truco para ralentizar la luz es iluminar los condensados de Bose-Einstein. Uno de ellos transporta información y se llama luz de detección; el otro se llama luz de acoplamiento. Cuando la luz acoplada incide sobre el condensado, éste se vuelve completamente transparente, permitiendo el paso de la luz de detección.
Hay un electrón en la órbita más externa del átomo de sodio, entre la luz de detección y este electrón.
La interacción entre ellos es crucial en este proceso. Cuando un átomo absorbe uno de la velocidad de la luz detectada.
Cuando hay 10 fotones, el electrón exterior salta a un nivel de energía superior. Después de un corto período de tiempo,
vuelve a su nivel de energía original, liberando un fotón. Desafortunadamente, este proceso es completamente aleatorio, por lo que se pierde toda la información del haz original.
Los componentes de las diferentes frecuencias de pulso de la luz de la sonda tienen diferentes velocidades a medida que pasan a través del condensado.
El resultado es que los pulsos de entrada se reúnen en una nube de átomos de sodio y pasan despacio.
Al mismo tiempo, el espín de los átomos cambia bajo la influencia del pulso. Si la luz acoplada se elimina en este momento
De lo contrario, el pulso de luz (o al menos la información que contiene) quedará vinculado al patrón de giro de los átomos
En la habitación , el rayo básicamente se detendrá. Cuando la luz de acoplamiento se vuelve a encender, la condensación se libera nuevamente.
Pulso de luz.
Reducir o detener la velocidad de la luz puede tener aplicaciones prácticas en las operaciones. Física
Los científicos llevan mucho tiempo queriendo construir computadoras ópticas que utilicen la velocidad de la luz en lugar de los electrones para transmitir letras.
No., realizar la operación. También esperan construir una computadora cuántica utilizando los estados cuánticos de los átomos.
Y extraños principios cuánticos para crear procesadores con superpotencia de computación. Trabajar con luz
La tecnología también puede ayudar a los científicos a simular el comportamiento de la luz cerca de los agujeros negros. De hecho, estudiar
estudiar la velocidad de la luz puede ser uno de los misterios más profundos del universo: esos misterios que están determinados por la velocidad de la luz.
-La mejor manera.
Suplemento 1: Travesuras e ilusiones lumínicas en el espacio
Hay muchos ejemplos de objetos que parecen moverse más rápido que la velocidad de la luz. Pero en realidad no violaron el principio de relatividad. Por ejemplo, la línea trazada por un haz de electrones que recorre una pantalla de televisión.
En teoría, puede moverse más rápido que la velocidad de la luz. La causa de este fenómeno es la fluorescencia constante en la pantalla.
Los píxeles ópticos son excitados por diferentes electrones. Entonces, esencialmente no es más que luz.
Avanzar rápidamente de un punto a otro simplemente porque se disparan en un orden determinado.
Brillante, por eso se ve así.
Los astrónomos han visto ilusiones superluminales en el espacio: a veces los quásares entran en erupción.
Chorros que parecen viajar mucho más rápido que la luz. Para medir la velocidad de estos chorros, los astrónomos necesitan realizar dos mediciones de su posición para determinar el tiempo entre las dos mediciones.
Calcular la velocidad de inyección. Pero si esta velocidad es mucho más rápida que la velocidad de la luz, es suficiente.
Motivo: Porque el chorro estalla directamente hacia el observador. Por lo tanto, el siguiente punto
es necesario considerar que el flujo de aire está más cerca del observador y que la luz emitida debe llegar a la tierra.
Se reduce el tiempo.
Esto hace que parezca que el avión ha recorrido una distancia mayor entre observaciones de la que realmente es.
Dos astrónomos estadounidenses, Edwin Hubble y Vestor Shriver, tenían 20 años.
En la década de 1920 se descubrió otra ilusión. Descubrieron que el universo se está expandiendo y que las galaxias están muy separadas unas de otras como fragmentos de explosiones. Pero en este caso, entre galaxias, cuanto mayor es la distancia, mayor es la velocidad de separación. Si las galaxias están lo suficientemente lejos, retrocederán.
Viajar más rápido que la luz. Entonces, si esta aparente expansión es causada por galaxias que recorren el espacio, nada puede viajar más rápido que el principio relativista de la luz.
Está roto. Pero, de hecho, esto también es una ilusión. El movimiento de las galaxias más rápido que la luz en realidad significa que el espacio entre galaxias se está expandiendo. Independientemente de lo que la gente crea que ve,
la velocidad de la luz aún no ha sido superada.
Suplemento 2: ¿Es desigual la velocidad de la luz en un universo uniforme?
En cosmología, existe un problema llamado "problema del horizonte de sucesos"
Problema: Es posible que la velocidad de la luz no siempre sea tan grande como lo es ahora. Si con el tiempo, el cambio fue mucho más rápido en el pasado que ahora, podría ayudar a resolver el universo.
El secreto del aprendizaje.
Si la velocidad de la luz es el límite superior de la velocidad a la que puede viajar cualquier señal, en aquellas zonas más alejadas del universo
No hay ninguna razón para que esa región alcance el equilibrio térmico. En pocas palabras, es porque no hay nada.
- incluido el calor - esta distancia podría recorrerse en el tiempo transcurrido desde el Big Bang.
Si las dos zonas no pueden intercambiar calor, no alcanzarán la misma temperatura.
Sin embargo, el universo es bastante uniforme a gran escala, por lo que debe haber existido en el pasado.
Hasta cierto punto, la explicación más razonable para esto se conoce como teoría de la inflación. Este principio
Teóricamente, la expansión de Yoyo se encontró en Harbin desde muy temprano.
Antes de comenzar, el universo pasó por un período de expansión exponencial.
Pero esta rápida expansión enfrenta su propio problema de velocidad de la luz, lo que impulsó a la física.
Los científicos creen que la velocidad de la luz en el universo primitivo puede haber sido diferente a la actual. Si la velocidad de la luz hubiera sido mucho más rápida de lo que es ahora, se habría extendido aún más el "evento", permitiendo alcanzar calor.
Equilibrio.
No está claro si esta audaz teoría puede integrarse en otras teorías físicas.
Sin embargo, todavía muestra que la velocidad de la luz ocupa una posición central en nuestra comprensión del universo.