Гэрлийн хурдны томъёоны гарал үүсэл. Утга ба ойлголт. Удаан гэрэл. Дундаж дахь гэрлийн хурд

Эйнштейний хуулиудын дагуу гэрлийн хурд нь орчлон ертөнцийн давж гаршгүй дээд хэмжээ гэдгийг бид сургуулийн үеэс л мэддэг байсан. Гэрэл нарнаас дэлхий рүү 8 минутын дотор хүрдэг бөгөөд энэ нь ойролцоогоор 150,000,000 км юм. Далай ван гаригт хүрэхэд ердөө 6 цаг зарцуулдаг ч сансрын хөлөг ийм зайг туулахад хэдэн арван жил шаардагддаг. Гэхдээ гэрлийг дамжуулж буй орчиноос хамааран хурдны үнэ цэнэ ихээхэн ялгаатай болохыг хүн бүр мэддэггүй.

Гэрлийн хурдны томъёо

Вакуум дахь гэрлийн хурдыг (c ≈ 3 * 10 8 м / с) мэдэж байгаа тул та үүнийг бусад орчинд n-ийн хугарлын индекс дээр үндэслэн тодорхойлж болно. Гэрлийн хурдны томъёо нь физикийн механикийн хуулиудтай, эс тэгвээс цаг хугацаа, объектын хурдыг ашигласан зайны тодорхойлолттой төстэй юм.

Жишээ нь 1.5 хугарлын илтгэгчтэй шилийг авч үзье. Гэрлийн v = c \ n хурдны томъёоны дагуу бид энэ орчин дахь хурд ойролцоогоор 200,000 км / с-тэй тэнцүү байна. Хэрэв бид ус гэх мэт шингэнийг авбал түүний доторх фотонуудын (гэрлийн хэсгүүд) тархах хурд нь 1.33 хугарлын илтгэгчтэй 226,000 км / с байна.

Агаар дахь гэрлийн хурдны томъёо

Агаар нь бас дунд юм. Үүний үр дүнд, хэрэв вакуумд фотонууд замдаа саад тотгор учруулахгүй бол тэдгээр нь атомын бөөмсийг өдөөхөд хэсэг хугацаа зарцуулдаг. Хүрээлэн буй орчин хэдий чинээ нягт байна, төдий чинээ их сэтгэл хөдөлгөхөд цаг хугацаа шаардагдана. Агаар дахь хугарлын илтгэгч (n) нь 1.000292 байна. Мөн энэ нь 299,792,458 м/с хязгаараас тийм ч их хазайхгүй.

Америкийн эрдэмтэд гэрлийн хурдыг бараг тэг хүртэл удаашруулж чаджээ. 1/299,792,458 секундээс их. гэрлийн хурдыг даван туулж чадахгүй. Гол нь гэрэл нь адилхан цахилгаан соронзон долгионрентген туяа, радио долгион эсвэл дулаан гэх мэт. Ганц ялгаа нь долгионы урт ба давтамжийн ялгаа юм.

Сонирхолтой баримт бол фотонд масс байхгүй бөгөөд энэ нь энэ бөөмийн цаг хугацаа байхгүй байгааг харуулж байна. Энгийнээр хэлэхэд хэдэн сая, бүр хэдэн тэрбум жилийн өмнө төрсөн фотоны хувьд нэг секунд ч өнгөрөөгүй.

Гэрлийн хурд нь өнөөг хүртэл мэдэгдэж байгаа хамгийн ер бусын хэмжүүр юм. Гэрлийн тархалтын үзэгдлийг тайлбарлахыг оролдсон анхны хүн бол Альберт Эйнштейн юм. Тэр хүн болгоныг авчирсан мэдэгдэж байгаа томъёо Э = mc² , хаана Эбиеийн нийт энерги, мнь масс, ба внь вакуум дахь гэрлийн хурд юм.

Уг томъёог анх 1905 онд Annalen der Physik сэтгүүлд нийтэлсэн. Ойролцоогоор Эйнштейн үнэмлэхүй хурдтай хөдөлж буй биед юу тохиолдох тухай онолыг дэвшүүлсэн. Гэрлийн хурд нь тогтмол утга гэдгийг үндэслэн орон зай, цаг хугацаа өөрчлөгдөх ёстой гэсэн дүгнэлтэд хүрсэн.

Тиймээс гэрлийн хурдаар объект хязгааргүй агшиж, масс нь хязгааргүй нэмэгдэж, цаг хугацаа бараг зогсох болно.

1977 онд гэрлийн хурдыг тооцоолох боломжтой байсан бөгөөд секундэд 299,792,458 ± 1.2 метр гэж нэрлэжээ. Илүү бүдүүлэг тооцооллын хувьд 300,000 км/с-ийн утгыг үргэлж авдаг. Энэ утгаас бусад бүх сансрын хэмжилтийг үгүйсгэдэг. Ийм л ойлголт " гэрлийн жил"ба" парсек "(3.26 гэрлийн жил).

Гэрлийн хурдаар хөдөлж чадахгүй, үүнээс гадна үүнийг даван туулах боломжгүй юм. Наад зах нь хүний ​​хөгжлийн энэ үе шатанд. Нөгөөтэйгүүр, шинжлэх ухааны зөгнөлт зохиолчид 100 орчим жилийн турш зохиолынхоо хуудсанд энэ асуудлыг шийдэх гэж оролдсоор ирсэн. Магадгүй хэзээ нэгэн цагт уран зөгнөл бодит байдал болж магадгүй, учир нь 19-р зуунд Жюль Верн нисдэг тэрэг, нисэх онгоц, цахилгаан сандал зэргийг урьдчилан таамаглаж байсан бөгөөд дараа нь энэ нь цэвэр уран зөгнөл байсан юм!

Доктор техникийн шинжлэх ухаанА.ГОЛУБЕВ.

Өнгөрсөн оны дундуур сэтгүүлд шуугиан тарьсан мэдээлэл гарсан. Бүлэг Америкийн судлаачидмаш богино лазерын импульс тусгайлан сонгосон орчинд вакуумаас хэдэн зуу дахин хурдан тархдаг болохыг олж мэдсэн. Энэ үзэгдэл үнэхээр итгэмээргүй мэт санагдаж байсан (гэрлийн хурд нь вакуум дахь гэрлийн хурдаас үргэлж бага байдаг) бөгөөд тэр ч байтугай хүчинтэй эсэхэд эргэлзээ төрүүлэв. тусгай онолхарьцангуйн онол. Үүний зэрэгцээ, хэт гэрэлтдэг физик объект - өсгөгч орчин дахь лазер импульс - анх 2000 онд биш, харин 35 жилийн өмнө буюу 1965 онд нээгдсэн бөгөөд 70-аад оны эхэн үе хүртэл хэт гэрэлтэх хөдөлгөөний боломжийн талаар өргөн хүрээнд яригдаж байсан. Энэ талаар өнөөдрийн хэлэлцүүлэг хачирхалтай үзэгдэлшинэ эрч хүчээр дүрэлзэв.

"Супер гэрэлтдэг" хөдөлгөөний жишээ.

1960-аад оны эхээр лазерын флэшийг квант өсгөгчөөр (урвуу популяци бүхий орчин) дамжуулж өндөр чадлын богино гэрлийн импульс авч эхэлсэн.

Өсгөгч орчинд гэрлийн импульсийн эхний муж нь өсгөгчийн орчинд атомуудын өдөөгдсөн ялгаруулалтыг үүсгэдэг ба түүний эцсийн муж нь тэдгээрт энерги шингээхэд хүргэдэг. Үүний үр дүнд ажиглагчид импульс гэрлээс хурдан хөдөлж байгаа мэт харагдах болно.

Лижун Вонгийн туршилт.

Призмээр дамжин өнгөрөх гэрлийн туяа ил тод материал(жишээлбэл, шил), хугардаг, өөрөөр хэлбэл тархалтыг мэдэрдэг.

Гэрлийн импульс нь янз бүрийн давтамжийн хэлбэлзлийн багц юм.

Магадгүй хүн бүр, тэр ч байтугай физикээс хол хүмүүс ч гэсэн материаллаг объектын хөдөлгөөний хурд эсвэл аливаа дохионы тархалтын хамгийн дээд хурд нь вакуум дахь гэрлийн хурд гэдгийг мэддэг байх. Энэ нь үсгээр тэмдэглэгдсэн байдаг -тайсекундэд бараг 300 мянган километр; яг үнэ цэнэ -тай= 299 792 458 м/с. Вакуум дахь гэрлийн хурд нь үндсэн физик тогтмолуудын нэг юм. хурдыг давах боломжгүй -тай, Эйнштейний харьцангуйн тусгай онолоос (SRT) гардаг. Хэрэв хэт гэрлийн хурдаар дохио дамжуулах боломжтой гэдгийг батлах боломжтой байсан бол харьцангуйн онол унах байсан. Үүнээс илүү хурдтай байхыг хориглохыг олон удаа оролдсон ч өнөөг хүртэл ийм зүйл болоогүй байна. -тай. Гэсэн хэдий ч, онд туршилтын судалгааСүүлийн үед маш сонирхолтой үзэгдлүүдийг олж илрүүлсэн нь тусгайлан бүтээсэн нөхцөлд харьцангуйн онолын зарчмуудыг зөрчихгүйгээр хэт гэрлийн хурдыг ажиглах боломжтойг харуулж байна.

Эхлэхийн тулд гэрлийн хурдтай холбоотой гол асуудлуудыг эргэн санацгаая. Юуны өмнө: яагаад болохгүй гэж (хэзээ хэвийн нөхцөл) гэрлийн хязгаараас хэтэрсэн үү? Учир нь тэр үед манай ертөнцийн үндсэн хууль буюу учир шалтгааны хууль зөрчигддөг бөгөөд үүний дагуу үр дагавар нь шалтгааныг давж гарах боломжгүй юм. Жишээлбэл, баавгай эхлээд унасан, дараа нь анчин буудсаныг хэн ч ажиглаж байгаагүй. Илүү хурдтай үед -тай, үйл явдлын дараалал урвуу болж, цаг хугацааны соронзон хальс ухрах болно. Үүнийг дараах энгийн үндэслэлээс амархан харж болно.

Бид гэрлээс хурдан хөдөлж буй сансрын гайхамшигт хөлөг онгоцон дээр байна гэж бодъё. Дараа нь бид эх үүсвэрээс ялгарах гэрлийг цаг хугацааны өмнөх болон өмнөх цэгүүдэд аажмаар гүйцэх болно. Эхлээд бид өчигдөр, дараа нь өмнөх өдөр, дараа нь долоо хоног, сар, жилийн өмнө гэх мэт ялгарсан фотонуудыг гүйцэх болно. Хэрэв гэрлийн эх үүсвэр нь амьдралыг тусгадаг толь байсан бол бид эхлээд өчигдрийн, дараа нь өмнөх өдөр гэх мэт үйл явдлуудыг харах болно. Аажмаар дунд эргэм насны эр болж, дараа нь залуу, залуу, хүүхэд болж хувирдаг хөгшнийг бид харж болно ... Өөрөөр хэлбэл, цаг хугацаа эргэж, бид одоогоос шилжих болно. өнгөрсөн. Дараа нь шалтгаан, үр дагавар нь эсрэгээрээ байх болно.

Хэдийгээр энэ аргументыг бүрэн үл тоомсорлодог техникийн дэлгэрэнгүй мэдээлэлГэрлийг ажиглах үйл явцын үндсэн үүднээс авч үзвэл хэт гэрэлтэх хурдтай хөдөлгөөн нь манай ертөнцөд боломжгүй нөхцөл байдалд хүргэдэг гэдгийг тодорхой харуулж байна. Гэсэн хэдий ч байгаль нь бүр ч хатуу нөхцөлийг тавьсан: хөдөлгөөн нь зөвхөн хэт гэрэлтэх хурдаар зогсохгүй гэрлийн хурдтай тэнцэх хурдтай байх боломжгүй - та зөвхөн түүнд ойртож болно. Харьцангуйн онолоос харахад хөдөлгөөний хурд нэмэгдэхийн хэрээр гурван нөхцөл байдал үүсдэг: хөдөлж буй объектын масс нэмэгдэж, хөдөлгөөний чиглэлд түүний хэмжээ буурч, энэ объект дээр цаг хугацаа удааширдаг. гадны "амрах" ажиглагчийн үзэл бодол). Энгийн хурдтай үед эдгээр өөрчлөлтүүд үл тоомсорлодог боловч гэрлийн хурд руу ойртох тусам тэдгээр нь улам бүр мэдэгдэхүйц болж, хязгаарт - ижил хурдтай байдаг. -тай, - масс нь хязгааргүй том болж, объект хөдөлгөөний чиглэлд бүрэн хэмжээгээрээ алдаж, цаг хугацаа зогсдог. Тиймээс ямар ч материаллаг бие гэрлийн хурдад хүрч чадахгүй. Зөвхөн гэрэл өөрөө ийм хурдтай байдаг! (Мөн "бүх нэвтэрдэг" бөөмс - нейтрино нь фотон шиг хурдаас бага хурдтай хөдөлж чадахгүй. -тай.)

Одоо дохио дамжуулах хурдны тухай. Энд цахилгаан соронзон долгион хэлбэрээр гэрлийн дүрслэлийг ашиглах нь зүйтэй. Дохио гэж юу вэ? Энэ бол дамжуулах ёстой зарим мэдээлэл юм. Тохиромжтой цахилгаан соронзон долгион нь нэг давтамжтай хязгааргүй синусоид бөгөөд ямар ч мэдээлэл авч чадахгүй, учир нь ийм синусоидын үе бүр өмнөхийг яг давтдаг. Синусын долгионы үе шат шилжих хурдыг фазын хурд гэж нэрлэдэг - тодорхой нөхцөлд вакуум дахь гэрлийн хурдыг давж чаддаг. Энд ямар ч хязгаарлалт байхгүй, учир нь фазын хурд нь дохионы хурд биш юм - энэ нь хараахан байхгүй байна. Дохио үүсгэхийн тулд долгион дээр ямар нэгэн "тэмдэглэгээ" хийх хэрэгтэй. Ийм тэмдэг нь жишээлбэл, долгионы аль нэг параметрийн өөрчлөлт байж болно - далайц, давтамж эсвэл эхний үе шат. Гэхдээ тэмдэглэгээ хиймэгц долгион нь синусоид чанараа алддаг. Энэ нь өөр өөр далайц, давтамж, эхний үе шат бүхий энгийн синусоид долгионуудын багцаас бүрдэх модуляцлагддаг. Модуляцлагдсан долгион дахь тэмдгийн хөдөлгөөний хурд нь дохионы хурд юм. Дундаж орчинд тархах үед энэ хурд нь ихэвчлэн дээрх бүлгийн долгионы тархалтыг тодорхойлдог бүлгийн хурдтай давхцдаг ("Шинжлэх ухаан ба амьдрал" 2000 оны 2-р дугаарыг үзнэ үү). Хэвийн нөхцөлд бүлгийн хурд, улмаар дохионы хурд нь вакуум дахь гэрлийн хурдаас бага байдаг. "Хэвийн нөхцөлд" гэсэн хэллэгийг энд ашигласан нь санамсаргүй хэрэг биш юм, учир нь зарим тохиолдолд бүлгийн хурд мөн давж болно. -тайэсвэл бүр утгаа алддаг ч энэ нь дохионы тархалтад хамаарахгүй. Үүнээс илүү хурдтай дохио дамжуулах боломжгүй гэдгийг SRT-д тогтоосон -тай.

Яагаад ийм байгаа юм бэ? -аас илүү хурдтай аливаа дохиог дамжуулахад саад учирдаг учраас -тайучир шалтгааны ижил хууль үйлчилнэ. Ийм нөхцөл байдлыг төсөөлөөд үз дээ. А цэг дээр гэрлийн гялбаа (1-р үйл явдал) тодорхой радио дохиог илгээдэг төхөөрөмжийг асааж, алсын В цэгт энэ радио дохионы нөлөөн дор дэлбэрэлт үүсдэг (2-р үйл явдал). 1-р үзэгдэл (дэгдэлт) нь шалтгаан, 2-р үзэгдэл (дэлбэрэлт) нь үүссэн үр дагавар болох нь тодорхой байна. хожмын шалтгаанууд. Гэхдээ радио дохио хэт гэрлийн хурдаар тархсан бол В цэгийн ойролцоох ажиглагч эхлээд дэлбэрэлтийг харж, зөвхөн дараа нь түүнд маш хурдтайгаар хүрдэг. -тайгэрлийн гялбаа, дэлбэрэлтийн шалтгаан. Өөрөөр хэлбэл, энэ ажиглагчийн хувьд 2-р үйл явдал 1-р үйл явдлаас өмнө болох байсан, өөрөөр хэлбэл нөлөөлөл нь шалтгаанаас өмнө байх байсан.

Харьцангуйн онолын "хэт гэрлийн хориг" нь зөвхөн материаллаг биеийн хөдөлгөөн, дохио дамжуулахад л ногддог гэдгийг онцлон тэмдэглэх нь зүйтэй. Олон нөхцөл байдалд ямар ч хурдтайгаар хөдөлж болох боловч энэ нь материаллаг бус объект, дохионы хөдөлгөөн байх болно. Жишээлбэл, нэг хавтгайд хэвтэж байгаа нэлээд урт хоёр захирагчийг төсөөлөөд үз дээ, тэдгээрийн нэг нь хэвтээ байрлалтай, нөгөө нь түүнийг жижиг өнцгөөр огтолж байна. Хэрэв эхний мөрийг доош (сумаар заасан чиглэлд) өндөр хурдтайгаар хөдөлгөвөл шугамуудын огтлолцлын цэгийг дур зоргоороо хурдан ажиллуулах боломжтой боловч энэ цэг нь материаллаг бие биш юм. Өөр нэг жишээ: хэрэв та гар чийдэн (эсвэл нарийн туяа өгдөг лазер) аваад агаарт байгаа нумыг хурдан дүрсэлвэл шугамын хурдгэрлийн толбо зайнаас ихсэх ба хангалттай хол зайд хэтрэх болно -тай.Гэрлийн толбо нь А ба В цэгүүдийн хооронд хэт гэрлийн хурдаар шилжих боловч ийм гэрлийн цэг нь А цэгийн талаар ямар ч мэдээлэл агуулаагүй тул энэ нь А-аас В хүртэл дохио дамжуулахгүй.

Хэт гэрлийн хурдны тухай асуудал шийдэгдсэн юм шиг санагдаж байна. Гэвч 20-р зууны 60-аад онд онолын физикчид тахион гэж нэрлэгддэг хэт гэрэлтдэг бөөмс байдаг гэсэн таамаглал дэвшүүлсэн. Эдгээр нь маш хачирхалтай тоосонцор юм: тэдгээр нь онолын хувьд боломжтой боловч харьцангуйн онолтой зөрчилдөхөөс зайлсхийхийн тулд тэдэнд төсөөллийн амралтын массыг хуваарилах шаардлагатай байв. Физик төсөөллийн масс гэж байдаггүй, энэ бол цэвэр математикийн хийсвэрлэл юм. Гэсэн хэдий ч энэ нь тийм ч их санаа зовсонгүй, учир нь тахионууд тайван байх боломжгүй - тэд байдаг (хэрэв байгаа бол!) Зөвхөн вакуум дахь гэрлийн хурдаас давсан хурдаар л байдаг бөгөөд энэ тохиолдолд тахионы масс бодит болж хувирдаг. Энд фотонуудтай ижил төстэй байдал бий: фотон нь тэг масстай, гэхдээ энэ нь фотон амарч чадахгүй, гэрэл зогсох боломжгүй гэсэн үг юм.

Хамгийн хэцүү зүйл бол таамаглаж байсанчлан тахионы таамаглалыг учир шалтгааны хуультай эвлэрүүлэх явдал байв. Энэ чиглэлд хийсэн оролдлого нь нэлээд ухаалаг байсан ч тодорхой амжилтанд хүргэсэнгүй. Хэн ч тахионыг туршилтаар бүртгэж чадаагүй. Үүний үр дүнд хэт гэрэлтдэг элементар тоосонцор болох тахионуудын сонирхол аажмаар алга болжээ.

Гэсэн хэдий ч 60-аад онд нэгэн үзэгдэл туршилтаар нээсэн бөгөөд энэ нь эхлээд физикчдийг төөрөгдөлд оруулав. Үүнийг А.Н.Ораевскийн "Өсгөх орчин дахь хэт гэрлийн долгион" (UFN No 12, 1998) өгүүлэлд дэлгэрэнгүй тайлбарласан болно. Энд бид асуудлын мөн чанарыг товчхон дүгнэж, дэлгэрэнгүй мэдээллийг сонирхож буй уншигчдад дээрх нийтлэлд хандах болно.

Лазерыг нээсний дараахан буюу 1960-аад оны эхээр богино (1 ns = 10-9 секундын дараалалтай) өндөр чадлын гэрлийн импульс авах асуудал гарч ирэв. Үүнийг хийхийн тулд богино лазер импульсийг оптик квант өсгөгчөөр дамжуулсан. Судасны цохилтыг цацраг хуваах толины тусламжтайгаар хоёр хэсэгт хуваасан. Тэдгээрийн нэг нь илүү хүчирхэг, өсгөгч рүү илгээгдсэн бол нөгөө нь агаарт тархаж, өсгөгчөөр дамжсан импульсийг харьцуулах боломжтой байв. Хоёр импульс хоёулаа фотодетекторуудад тэжээгддэг байсан бөгөөд тэдгээрийн гаралтын дохиог осциллографын дэлгэц дээр нүдээр харж болно. Өсгөгчөөр дамжин өнгөрөх гэрлийн импульс нь лавлагаа импульстэй харьцуулахад бага зэрэг хоцрох болно, өөрөөр хэлбэл өсгөгч дэх гэрлийн тархалтын хурд нь агаараас бага байх болно. Өсгөгчөөр импульс нь агаарт төдийгүй вакуум дахь гэрлийн хурдаас хэд дахин их хурдтай тархдаг болохыг олж мэдээд судлаачид ямар их гайхсан бэ!

Эхний цочролоосоо эдгэрсний дараа физикчид ийм гэнэтийн үр дүнгийн шалтгааныг хайж эхлэв. Харьцангуйн тусгай онолын зарчмуудын талаар хэн ч өчүүхэн ч эргэлзээгүй байсан бөгөөд энэ нь зөв тайлбарыг олоход тусалсан зүйл юм: хэрэв SRT-ийн зарчмууд хадгалагдвал хариултыг өсгөх орчны шинж чанараас хайх хэрэгтэй. .

Энд дэлгэрэнгүй ярихгүйгээр бид зөвхөн үүнийг онцлон тэмдэглэж байна нарийвчилсан шинжилгээөсгөгч орчны үйл ажиллагааны механизм нь нөхцөл байдлыг бүрэн тодруулсан. Гол нь импульсийн тархалтын явцад фотонуудын концентрацийн өөрчлөлт байсан - орчин дахь олшруулах хүчин зүйлийн өөрчлөлтөөс үүдэлтэй өөрчлөлт. сөрөг утгаимпульсийн арын хэсэг дамжин өнгөрөх үед, орчин нь аль хэдийн энерги шингээж байх үед, учир нь гэрлийн импульс руу шилжсэний улмаас өөрийн нөөц нь аль хэдийн дууссан байна. Шингээлт нь импульсийн өсөлтийг үүсгэдэггүй, харин импульс багасч, улмаар импульс нь урд талдаа бэхжиж, ар талд нь суларч байна. Өсгөгчийн орчинд гэрлийн хурдаар хөдөлж буй багажийн тусламжтайгаар импульсийг ажиглаж байна гэж төсөөлье. Хэрэв орчин ил тод байсан бол бид хөдөлгөөнгүй байдалд хөлдсөн импульсийг харах болно. Дээр дурдсан үйл явц явагдаж буй орчинд импульсийн урд ирмэг бэхжиж, арын ирмэг суларч байгаа нь ажиглагчид ийм байдлаар харагдах бөгөөд энэ нь импульсийг урагшлуулсан мэт харагдах болно. . Гэхдээ төхөөрөмж (ажиглагч) гэрлийн хурдаар хөдөлж, импульс нь түүнийг гүйцэж түрүүлдэг тул импульсийн хурд нь гэрлийн хурдаас давж гарна! Туршилтынхан энэ нөлөөг тэмдэглэжээ. Энд харьцангуйн онолтой ямар ч зөрчилдөөн байхгүй: зүгээр л олшруулах үйл явц нь эрт гарч ирсэн фотонуудын концентраци дараа гарч ирсэн фотонуудаас их болж хувирдаг. Энэ нь хэт гэрлийн хурдаар хөдөлдөг фотонууд биш, харин импульсийн дугтуй, ялангуяа осциллограф дээр ажиглагддаг хамгийн дээд хэмжээ юм.

Тиймээс энгийн орчинд гэрлийн хүч суларч, хугарлын индексээр тодорхойлогддог хурд нь үргэлж буурч байдаг бол идэвхтэй лазер орчинд зөвхөн гэрлийн хүч нэмэгдүүлээд зогсохгүй хэт гэрлийн хурдаар импульсийн тархалт ажиглагддаг.

Зарим физикчид туннелийн эффектэд хэт гэрэлтэх хөдөлгөөн байгааг туршилтаар нотлохыг оролдсон нь гайхалтай үзэгдлүүд in квант механик. Энэ нөлөө нь бичил бөөмс (илүү нарийвчлалтай, бичил биет, дотор өөр өөр нөхцөл байдалбөөмийн шинж чанар ба долгионы шинж чанарыг хоёуланг нь харуулсан) боломжит саад гэж нэрлэгддэг саадыг нэвтлэх чадвартай - сонгодог механикт огт боломжгүй үзэгдэл (үүнтэй ижил төстэй нөхцөл байдал: хана руу шидсэн бөмбөг хананы нөгөө талд байх эсвэл хананд уясан олсоор өгөгдсөн долгион шиг хөдөлгөөнийг нөгөө талд нь хананд холбосон олсоор дамжуулна). Мөн чанар туннелийн эффектквант механикт дараах байдалтай байна. Хэрэв тодорхой энерги бүхий бичил биет замдаа тухайн бичил биетийн энергиэс давсан боломжит энергитэй газартай тулгарвал энэ хэсэг нь түүний хувьд хаалт болж, өндөр нь энергийн зөрүүгээр тодорхойлогддог. Гэхдээ бичил биет нь хаалтаар "алддаг"! Энэ боломжийг түүнд эрчим хүч, харилцан үйлчлэлийн хугацаанд зориулж бичсэн алдарт Гейзенбергийн тодорхойгүй байдлын хамаарал өгсөн. Хэрэв бичил биетийн саад тотгортой харилцан үйлчлэл нь хангалттай тодорхой хугацаанд явагддаг бол микро объектын энерги нь эсрэгээр тодорхойгүй байдлаар тодорхойлогддог бөгөөд хэрэв энэ тодорхойгүй байдал нь саадны өндрийн дарааллаар тодорхойлогддог. дараа нь сүүлийнх нь бичил объектын хувьд даван туулах боломжгүй саад бэрхшээл байхаа болино. Энэ нь боломжит саад тотгорыг даван туулах хурд нь үүнийг давах боломжтой гэж үздэг олон тооны физикчдийн судалгааны сэдэв болсон юм. -тай.

1998 оны 6-р сард Кельн хотод хэт гэрэлтэх хөдөлгөөний асуудлын талаархи олон улсын симпозиум болж, Беркли, Вена, Кельн, Флоренц зэрэг дөрвөн лабораторид гарсан үр дүнг хэлэлцэв.

Эцэст нь 2000 онд хэт гэрлийн тархалтын үр нөлөө гарч ирсэн хоёр шинэ туршилтыг мэдээлэв. Тэдний нэгийг Лижун Вонг болон Принстон (АНУ) дахь судалгааны хүрээлэнгийн хамтран ажиллагчид гүйцэтгэсэн байна. Түүний үр дүн нь цезийн уураар дүүрсэн камерт орж буй гэрлийн импульс нь түүний хурдыг 300 дахин нэмэгдүүлдэг. Импульсийн гол хэсэг нь импульс урд талын ханаар дамжин тасалгаанд орохоос өмнө тасалгааны алслагдсан ханыг орхидог болох нь тогтоогджээ. Ийм нөхцөл байдал нь зөвхөн эрүүл саруул ухаанд төдийгүй харьцангуйн онолтой зөрчилддөг.

Л.Вонгийн илтгэл физикчдийн дунд ширүүн хэлэлцүүлэг өрнүүлсэн бөгөөд тэдний ихэнх нь харьцангуйн онолын зарчмуудыг зөрчсөн үр дүнг олж харах дургүй байдаг. Тэдний үзэж байгаагаар сорилт бол энэ туршилтыг зөв тайлбарлах явдал юм.

Л.Вонгийн туршилтанд цезийн ууртай камерт орж буй гэрлийн импульсийн үргэлжлэх хугацаа нь ойролцоогоор 3 мкс байв. Цезийн атомууд нь "үндсэн төлөвийн хэт нарийн соронзон дэд түвшин" гэж нэрлэгддэг арван зургаан квант механик төлөвт байж болно. Оптик лазерын шахуургыг ашиглан бараг бүх атомыг эдгээр арван зургаан төлөвийн зөвхөн аль нэгэнд нь авчирсан бөгөөд энэ нь Кельвиний хэмжүүрээр бараг үнэмлэхүй тэг температурт (-273.15 ° C) тохирч байв. Цезийн камерын урт нь 6 сантиметр байв. Вакуум орчинд гэрэл 0.2 нс-ээр 6 см-ээр дамждаг. Хэмжилтээс харахад гэрлийн импульс нь вакуумтай харьцуулахад 62 ns богино хугацаанд цезийн танхимаар дамждаг. Өөрөөр хэлбэл цезийн орчинд импульсийн дамжих хугацаа нь "хасах" тэмдэгтэй байна! Үнэн хэрэгтээ, хэрэв бид 0.2 ns-ээс 62 ns-ийг хасвал "сөрөг" цагийг авна. Дундаж дахь энэхүү "сөрөг саатал" - үл ойлгогдох хугацааны үсрэлт нь вакуум дахь тасалгааны импульс 310 удаа дамжих хугацаатай тэнцүү юм. Энэхүү "цаг хугацааны эргэлт"-ийн үр дагавар нь танхимаас гарч буй импульс нь ирж буй импульс танхимын ойролцоох хананд хүрэхээс өмнө 19 метрийн зайд холдож чадсан явдал байв. Ийм гайхалтай нөхцөл байдлыг хэрхэн тайлбарлах вэ (мэдээж туршилтын цэвэр байдалд эргэлзэхгүй бол)?

Үргэлжилж буй хэлэлцүүлгээс харахад яг тодорхой тайлбар хараахан олдоогүй байгаа боловч орчны ер бусын тархалтын шинж чанарууд энд үүрэг гүйцэтгэдэг гэдэгт эргэлзэх зүйл алга: лазерын гэрлээр өдөөгдсөн атомуудаас бүрдэх цезийн уур нь хэвийн бус тархалттай орчин юм. . Энэ нь юу болохыг товчхон санацгаая.

Бодисын тархалт нь фазын (ердийн) хугарлын илтгэгчийн хамаарал юм nгэрлийн долгионы урт дээр l. Хэвийн тархалттай үед хугарлын илтгэгч долгионы урт багасах тусам нэмэгддэг бөгөөд энэ нь шил, ус, агаар болон гэрэлд тунгалаг бусад бүх бодист тохиолддог. Гэрлийг хүчтэй шингээдэг бодисуудад хугарлын илтгэгчийн явц долгионы уртын өөрчлөлтөөр урвуу болж, илүү эгц болдог: l-ийн бууралтаар (w давтамж нэмэгдэх) хугарлын илтгэгч огцом буурч, тодорхой долгионы уртад хугарлын илтгэлцүүр огцом буурдаг. нэгдлээс бага болно (фазын хурд В f > -тай). Энэ бол бодис дахь гэрлийн тархалтын хэв маяг эрс өөрчлөгддөг хэвийн бус тархалт юм. бүлгийн хурд В cp нь долгионы фазын хурдаас их болж, вакуум дахь гэрлийн хурдаас хэтрэх боломжтой (мөн сөрөг болдог). Л.Вонг туршилтынхаа үр дүнг тайлбарлах боломжийн үндэс нь энэ нөхцөл байдлыг онцолж байна. Гэсэн хэдий ч нөхцөл байдал гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй Вгр > -тайБүлэг долгион тархах явцад хэлбэрээ бараг өөрчилдөггүй тунгалаг орчинд жижиг (хэвийн) тархалтын тохиолдолд бүлгийн хурдны тухай ойлголтыг нэвтрүүлсэн тул энэ нь цэвэр албан ёсны шинж чанартай байдаг. Гэсэн хэдий ч хэвийн бус тархалтын бүс нутагт гэрлийн импульс хурдан гажиж, бүлгийн хурдны тухай ойлголт нь утгаа алддаг; Энэ тохиолдолд дохионы хурд ба энергийн тархалтын хурд гэсэн ойлголтыг нэвтрүүлсэн бөгөөд энэ нь тунгалаг орчинд бүлгийн хурдтай давхцдаг бол шингээлттэй орчинд вакуум дахь гэрлийн хурдаас бага хэвээр байна. Гэхдээ Вонгийн туршилтын сонирхолтой зүйл бол хэвийн бус тархалттай орчинд дамждаг гэрлийн импульс нь хэв гаждаггүй - энэ нь хэлбэрээ яг таг хадгалдаг! Мөн энэ нь импульс бүлгийн хурдтай хамт тархдаг гэсэн таамаглалтай тохирч байна. Гэхдээ хэрэв тийм бол орчин дахь хэвийн бус тархалт нь яг шингээлтээс үүдэлтэй боловч орчинд шингээлт байхгүй болно! Вонг өөрөө маш их зүйл тодорхойгүй байгааг хүлээн зөвшөөрч, түүний туршилтын тохиргоонд юу болж байгааг дараах байдлаар эхний ойролцоо байдлаар тодорхой тайлбарлаж болно гэж үзэж байна.

Гэрлийн импульс нь янз бүрийн долгионы урттай (давтамж) олон бүрэлдэхүүн хэсгээс бүрдэнэ. Зураг дээр эдгээр бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн гурвыг (1-3 долгион) харуулж байна. Хэзээ нэгэн цагт бүх гурван долгион нь үе шатанд байна (тэдний максимум давхцдаг); Энд тэд нэмж, бие биенээ бэхжүүлж, импульс үүсгэдэг. Долгионууд орон зайд цааш тархах тусам фазаас гарч, улмаар бие биенээ "унтруулдаг".

Аномаль тархалтын бүсэд (цезийн эсийн дотор) богино байсан долгион (1-р долгион) урт болдог. Үүний эсрэгээр, гурвын хамгийн урт нь байсан долгион (3-р давалгаа) хамгийн богино нь болдог.

Үүний дагуу долгионы үе шатууд өөрчлөгддөг. Цезийн эсээр долгион өнгөрөхөд тэдгээрийн долгионы фронт сэргээгддэг. Аномаль тархалттай бодис дахь ер бусын фазын модуляцийг хийсний дараа авч үзсэн гурван долгион хэзээ нэгэн цагт дахин фазын шатанд ордог. Энд тэд дахин нэгдэж, цезийн орчинд орохтой яг ижил хэлбэртэй импульс үүсгэдэг.

Ихэвчлэн агаарт, үнэн хэрэгтээ ямар ч ил тод орчинд байдаг хэвийн тархалтГэрлийн импульс нь алслагдсан зайд тархах үед хэлбэрээ зөв хадгалж чадахгүй, өөрөөр хэлбэл түүний бүх бүрэлдэхүүн хэсэг нь тархалтын замын аль ч алслагдсан цэгт фазтай байж чадахгүй. Мөн хэвийн нөхцөлд ийм алслагдсан цэг дээр гэрлийн импульс хэсэг хугацааны дараа гарч ирдэг. Гэсэн хэдий ч туршилтанд ашигласан орчны хэвийн бус шинж чанараас шалтгаалан алслагдсан цэгийн импульс нь энэ орчинд орохтой адил үе шаттай болж хувирав. Тиймээс, гэрлийн импульс нь алслагдсан цэг рүү явахдаа цаг хугацааны сөрөг сааталтай байсан юм шиг аашилдаг, өөрөөр хэлбэл тэр дундаа өнгөрөхөөсөө хожим биш, харин эрт хүрэх байсан!

Ихэнх физикчид энэ үр дүнг камерын тархалтын орчинд бага эрчимтэй прекурсор үүссэнтэй холбох хандлагатай байдаг. Баримт нь импульсийн спектрийн задралын үед спектр нь импульсийн "үндсэн хэсэг" -ээс түрүүлж явдаг урьдач гэж нэрлэгддэг үл тоомсорлодог далайцтай дур зоргоороо өндөр давтамжийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг агуулдаг. Байгуулалтын шинж чанар, прекурсорын хэлбэр нь орчин дахь тархалтын хуулиас хамаарна. Үүнийг харгалзан Вонгийн туршилтын үйл явдлын дарааллыг дараах байдлаар тайлбарлахыг санал болгож байна. Ирж буй долгион нь урдуураа "сунгаж" камер руу ойртоно. Ирж буй долгионы оргил нь тасалгааны ойролцоох хананд хүрэхээс өмнө прекурсор нь тасалгаанд импульсийн дүр төрхийг эхлүүлж, алс холын хананд хүрч, түүнээс ойж, "урвуу долгион" үүсгэдэг. Энэ долгион нь 300 дахин хурдан тархдаг -тай, ойрын хананд хүрч ирж буй долгионтой уулздаг. Нэг долгионы оргилууд нөгөө давалгаатай таарч, бие биенээ таслан зогсоож, юу ч үлдэхгүй. Ирж буй долгион нь тасалгааны нөгөө үзүүрт энерги "зээлсэн" цезийн атомуудад "өрийг буцаадаг" болж байна. Туршилтын зөвхөн эхлэл, төгсгөлийг ажигласан хүн зөвхөн цаг хугацааны хувьд урагш "үсэрч" илүү хурдан хөдөлж буй гэрлийн импульсийг л хардаг. -тай.

Түүний туршилт харьцангуйн онолтой нийцэхгүй гэж Л.Вонг үзэж байна. Хэт гэрлийн хурдад хүрэх боломжгүй гэсэн мэдэгдэл нь зөвхөн тайван масстай объектуудад хамаарна гэж тэр үзэж байна. Гэрлийг массын тухай ойлголтыг ерөнхийд нь хэрэглэх боломжгүй долгион хэлбэрээр эсвэл тэгтэй тэнцүү тайван масстай фотон хэлбэрээр төлөөлж болно. Тиймээс Вонгийн хэлснээр вакуум дахь гэрлийн хурд нь хязгаар биш юм. Гэсэн хэдий ч Вонг түүний нээсэн үр нөлөө нь мэдээллийг илүү хурдтай дамжуулах боломжгүй гэдгийг хүлээн зөвшөөрсөн. -тай.

АНУ-ын Лос Аламосын үндэсний лабораторийн физикч П.Милонни "Энд байгаа мэдээлэл импульсийн хамгийн дээд хэсэгт аль хэдийн агуулагдаж байна" гэж хэлэв.

Ихэнх физикчид үүнд итгэдэг шинэ ажилүндсэн зарчмуудад цохилт өгөхгүй. Гэхдээ бүх физикчид асуудал шийдэгдсэн гэдэгт итгэдэггүй. 2000 онд бас нэгэн сонирхолтой туршилт хийсэн Италийн судалгааны багийн профессор А.Ранфагни энэ асуулт нээлттэй хэвээр байна гэж мэдэгджээ. Даниел Мугнай, Анедио Ранфагни, Рокко Руггери нарын хийсэн энэхүү туршилт нь энгийн агаарт сантиметр долгионы радио долгион нь илүү хурдтай тархдаг болохыг тогтоожээ. -тай 25% -иар.

Дүгнэж хэлэхэд бид дараахь зүйлийг хэлж чадна. Ажилладаг Сүүлийн жилүүдэдтодорхой нөхцөлд хэт гэрэлтэх хурд үнэхээр явагдах боломжтойг харуулж байна. Гэхдээ хэт гэрлийн хурдаар яг юу хөдөлж байна вэ? Харьцангуйн онол нь аль хэдийн дурдсанчлан материаллаг биетүүд болон мэдээлэл дамжуулах дохионы хувьд ийм хурдыг хориглодог. Гэсэн хэдий ч зарим судлаачид дохионы гэрлийн саад тотгорыг даван туулж байгааг харуулахыг хичээж байна. Үүний шалтгаан нь харьцангуйн тусгай онолд нарийн математик үндэслэл байхгүй (жишээлбэл, Максвеллийн тэгшитгэл дээр үндэслэсэн) оршдог. цахилгаан соронзон орон) илүү хурдтай дохио дамжуулах боломжгүй -тай. SRT-д ийм боломжгүй байдал нь хурдыг нэмэх Эйнштейний томъёонд тулгуурлан цэвэр арифметик байдлаар тогтоогдсон гэж хэлж болно, гэхдээ энэ нь үндсэн утгаараа учир шалтгааны зарчмаар нотлогддог. Эйнштейн өөрөө хэт гэрэлтдэг дохионы дамжуулалтын асуудлыг авч үзэхдээ, энэ тохиолдолд "... бид дохио дамжуулах механизмыг ашиглах боломжтой гэж үзэхээс өөр аргагүйд хүрч байна, үүнийг ашиглах үед хүрсэн үйлдэл нь шалтгаанаас түрүүлж байдаг. Гэхдээ энэ нь цэвэр логикийн үр дүн юм. үзэл бодол нь өөрийгөө агуулаагүй, миний бодлоор, ямар ч зөрчилдөөнгүй, гэхдээ энэ нь бидний бүх туршлагын шинж чанартай маш их зөрчилдөж байгаа тул таамаглах боломжгүй юм. V > вЭнэ нь хангалттай нотлогдсон юм шиг харагдаж байна. "Учир шалтгааны зарчим нь хэт гэрлийн дохио дамжуулах боломжгүй байдлын үндэс суурь юм. Энэ чулуу нь ийм дохиог илрүүлэхийг хичнээн их хүсч байгаагаас үл хамааран энэхүү чулуу нь хэт гэрлийн дохиог хайх бүх хайлтыг үл тоомсорлох болно. Учир нь энэ бол бидний ертөнцийн мөн чанар юм.

Эцэст нь хэлэхэд, дээр дурдсан бүх зүйл нь манай ертөнц, бидний Орчлон ертөнцөд хамаатай гэдгийг онцлон тэмдэглэх нь зүйтэй. Учир нь энэ заалтыг хийсэн сүүлийн үедастрофизик ба сансар судлалд топологийн хонгил - холбогчоор холбогдсон олон орчлон ертөнц оршин тогтнох боломжийг олгодог шинэ таамаглал гарч ирэв. Энэ үзэл бодлыг жишээлбэл, нэрт астрофизикч Н.С.Кардашев хуваалцдаг. Гадны ажиглагчийн хувьд эдгээр хонгилын үүд нь хар нүхнүүдтэй төстэй хэвийн бус таталцлын талбараар тэмдэглэгдсэн байдаг. Таамаглалыг зохиогчдын санал болгосноор ийм хонгилд хөдөлгөөн хийх нь ердийн орон зайд гэрлийн хурдаар тогтоосон хурдны хязгаарыг тойрч гарах, улмаар цаг хугацааны машин бүтээх санааг хэрэгжүүлэх боломжийг олгоно. зүйлс. Хэдийгээр ийм таамаглалууд нь шинжлэх ухааны уран зөгнөлт зохиолыг хэтэрхий санагдуулдаг ч материаллаг ертөнцийн бүтцийн олон элементийн загвар болох үндсэн боломжийг эрс үгүйсгэх аргагүй юм. Өөр нэг зүйл бол эдгээр бусад бүх орчлон ертөнц цэвэр ариун хэвээр байх магадлалтай математик байгууламжуудМанай Орчлонд амьдардаг онолын физикчид өөрсдийн бодлын хүчээр бидэнд хаалттай ертөнцийг олохыг хичээдэг...

Өрөөнд ижил сэдвээр үзнэ үү

Гэрэл бол оптик физикийн гол ойлголтуудын нэг юм. Гэрэл бол хүний ​​нүдэнд харагдах цахилгаан соронзон цацраг юм.

Олон арван жилийн турш шилдэг оюун ухаантнууд гэрэл хэр хурдан тархдаг, энэ нь юу болохыг тодорхойлох, түүнтэй холбоотой бүх тооцоололтой тэмцэж ирсэн. 1676 онд физикчдийн хүрээлэлд хувьсгал болов. Данийн одон орон судлаач Оле Ромер гэрэл нь орчлон ертөнцөөр хязгааргүй хурдтайгаар тархдаг гэсэн мэдэгдлийг үгүйсгэв.

1676 онд Оле Рёмер вакуум дахь гэрлийн хурдыг тогтоожээ 299792458 м/с.

Тохиромжтой болгох үүднээс энэ тоог дугуйрсан. 300,000 м / с-ийн нэрлэсэн үнэ одоо ч ашиглагдаж байна.

Энэхүү дүрэм нь бидний хувьд ердийн нөхцөлд бидний нүдэнд мэдрэгдэх спектрийн рентген туяа, гэрлийн болон таталцлын долгион зэрэг бүх объектод хамаарна.

Оптикийг судалж буй орчин үеийн физикчид гэрлийн хурдны утга нь хэд хэдэн шинж чанартай болохыг нотолсон.

• тогтмол байдал;
• хүрэх боломжгүй;
• мөч.

Төрөл бүрийн хэвлэл мэдээллийн хэрэгслийн гэрлийн хурд

Физик тогтмол нь түүний хүрээлэн буй орчин, ялангуяа хугарлын индексээс шууд хамаардаг гэдгийг санах нь зүйтэй. Үүнтэй холбоотойгоор яг тодорхой утга нь өөрчлөгдөж болно, учир нь энэ нь давтамжтай холбоотой юм.

Гэрлийн хурдыг тооцоолох томъёог дараах байдлаар бичнэ c = 3 * 10^8 м/с.

Сонирхсон

Усан дахь гэрлийн хурд нь вакуум дахь гэрлийн хурдаас ялгаатай. Үүний утгыг мэдэхийн тулд та 299 792 458 тоог 1.33-т хуваах хэрэгтэй. Үр дүн нь тоо юм 225407 км/сЭнэ бол усанд гэрлийн тархалтын хурд юм.

Агаар дахь гэрлийн хурд км байна 1,079,252,848.8 (эсвэл 299,700 км/с). Үүнийг олохын тулд вакуум дахь гэрлийн хурдыг агаарын хугарлын илтгэгчээр хуваах хэрэгтэй. Хариултыг цагт км эсвэл секундэд метрээр харуулах боломжтой.

Гэрлийн хурд хамгийн хурдан боломжит утга мөн үү?

Олон сургуулийн сурагчид, оюутнууд гайхаж байна: гэрлийн хурдаас ямар хурд илүү вэ? Ер нь ийм зүйл байдаг уу? Хариулт нь тодорхойгүй: үгүй!

Вакуум дахь гэрлийн тархалтын хурдыг хүрэх боломжгүй утга гэж үздэг. Эрдэмтэд энэ хязгаарт хүрсэн атомуудад юу тохиолдох талаар зөвшилцөлд хүрээгүй байна.

Судлаачид бусад зүйлсийн дотор масстай бөөмс гэрлийн цацрагийн хурдтай ойртож болохыг олж мэдэв. Гэхдээ тэр түүнийг гүйцэж чадахгүй, бүр ч илүү. Гэрлийн хамгийн дээд хурд ижил хэвээр байна.

Хамгийн ойрын тоон үзүүлэлтийг сансрын туяаг судлахад олж авсан. Тэдгээрийг долгионы уртыг харгалзан тусгайлан тоноглогдсон бөөмийн хурдасгуурт тараасан.

Энэ тоо яагаад ийм чухал вэ? Үнэн хэрэгтээ вакуум нь бүх зүйлийг бүрхдэг орон зай. Вакуум орчинд гэрэл хэрхэн ажилладагийг мэдсэнээр бид орчлон ертөнцийн хөдөлгөөний хамгийн дээд хурд гэж юу болохыг төсөөлж чадна.

Яагаад гэрлээс хурдан явах боломжгүй вэ?

Тэгвэл яагаад ХКН тогтмолыг хэвийн нөхцөлд давж болохгүй гэж? Онолын үндсэн дээр бид хэт их нөхцөл байдалд дэлхийн бүтээн байгуулалтын үндсэн хууль, ялангуяа учир шалтгааны хууль зөрчигдөнө гэж бид баттай хэлж чадна. Энэ хуулийн дагуу үр дагавар нь шалтгаанаасаа түрүүлж чадахгүй.

Энэ парадоксыг авч үзье тодорхой жишээ: буга эхлээд үхсэн байж болохгүй, үүний дараа л анчин түүнийг буудаж, бууддаг. Тиймээс ХКН-ийн хэмжээ нэмэгдэхийн хэрээр хэрэгжүүлэх арга хэмжээ нь урвуу дарааллаар эхлэх ёстой. Үүний үр дүнд цаг хугацаа буцах ёстой бөгөөд энэ нь физикийн тогтоосон бүх хуультай зөрчилдөж байна.

Эйнштейн ба вакуум: тооцооллын эцсийн үр дүн

Одоогийн байдлаар манай гаригийн ихэнх хүмүүс материаллаг объектын хөдөлгөөн, янз бүрийн дохионы зөвшөөрөгдөх дээд хэмжээ нь вакуум дахь гэрлийн хурд гэдгийг мэддэг. Энэ тухай хэн хамгийн түрүүнд бодсон бэ?

Гэрлийн хурдыг давах боломжгүй гэсэн санааг агуу физикч Альберт Эйнштейн илэрхийлжээ. Тэрээр ажиглалтаа албан ёсоор гаргаж, харьцангуйн онол гэж нэрлэжээ.

Эйнштейний хамгийн агуу онол хөдлөшгүй хэвээр байна. Тэднийг танилцуулах мөч хүртэл энэ нь хэвээр байх болно бодит нотолгоовакуум орчинд CPC-ээс давсан хурдтай дохио дамжуулах боломжтой гэсэн баримт. Энэ мөч хэзээ ч ирэхгүй байж магадгүй.

Гэсэн хэдий ч Эйнштейний хамгийн алдартай онолын зарим зүйлийг тасалдуулж буй хэд хэдэн судалгааг аль хэдийн хийсэн. Өгөгдсөн нөхцөлд хэт гэрлийн хурдыг хэмжих боломжтой болсон. Харьцангуйн онол бүрэн зөрчигдөөгүй нь анхаарал татаж байна.

Дашрамд хэлэхэд. Вакуум дахь гэрлийн хурд ба өөр орчин дахь гэрлийн хурд эрс ялгаатай байж болно. Жишээлбэл, Америкт (харамсалтай нь би аль лабораторид байсныг санахгүй байна) тэд гэрлийг бараг бүрэн зогсоох хүртэл удаашруулж чадсан.

Гэвч секундын 1/299792458-аас илүү гэрэл хурдыг хөгжүүлж чадахгүй, учир нь. гэрэл нь ердийн цахилгаан соронзон долгион (рентген эсвэл дулаан, радио долгионтой адил), зөвхөн долгионы урт, давтамж, дараа нь орчин үеийн үзэл бодолЭнэ нь давхраалаг орон зай-цаг хугацааны долгион бөгөөд энэ долгионыг квантчлах үед бид фотон (гэрлийн квант) авдаг. Энэ бол массгүй бөөмс тул фотон үүсэх цаг байхгүй. Энэ нь хэдэн тэрбум жилийн өмнө төрсөн фотоны хувьд (өнөөгийн ажиглагчтай харьцуулахад) цаг хугацаа огт өнгөрөөгүй гэсэн үг юм. E = MC2 (масс нь энергитэй тэнцүү) томъёоны дагуу гэрлийн хурдыг постулат гэж үзэж болно, хэрэв та тэгээс өөр масстай бөөмсийг (жишээлбэл, электрон) хурдасгах нь тодорхой болно. гэрлийн хурд, дараа нь түүнд хязгааргүй их хэмжээний энерги шахагдах ёстой бөгөөд энэ нь физикийн хувьд боломжгүй юм. Үүнээс үзэхэд массгүй фатоны 1/299792458 секундын хурд (гэрлийн хурд) нь бидний харагдах ертөнц дэх хамгийн дээд хурд юм.

гэрлийн хурд тодорхойлолтоор 299 792 458 м/с-тэй тэнцүү байна.

Өнөөгийн чиг хандлага бол үндсэн физик тогтмолууд, байгалийн өндөр тогтвортой үйл явц дээр суурилсан физик нэгжийн стандартыг тодорхойлох явдал юм. Тийм ч учраас үндсэн физик хэмжигдэхүүн нь цаг хугацаа (давтамжаар тодорхойлогддог) юм, учир нь техникийн хувьд хамгийн их тогтвортой байдал (тиймээс нарийвчлал) нь давтамжийн стандартад яг хүрдэг. Тиймээс бусад хэмжүүрүүд нь давтамж болон үндсэн тогтмолыг багасгахыг оролдож байна. Тиймээс тоолуур нь dyne-ийн нэгж болох давтамжаар тодорхойлогддог бөгөөд хамгийн нарийн тогтмол утга, үндсэн тогтмол нь гэрлийн хурд юм.

Жижигхэн тэмдэглэл: тоолуурын тодорхойлолт, тоолуурын стандарт нь хоёр өөр зүйл юм. Тодорхойлолтметр нь гэрлийн секундын 1/299792458-д хүрэх зай юм. ГЭХДЭЭ лавлагаатоолуур бол дизайныг бусад зүйл дээр үндэслэн хийх боломжтой техникийн төхөөрөмж юм.

Илүү хялбар ойлгохын тулд гэрлийн хурдыг секундэд 300,000 км гэж үзэж болно. Харьцуулбал: Дэлхийн экваторын урт нь 40,000 км, өөрөөр хэлбэл нэг секундын дотор гэрэл экваторын шугамын дагуу ч гэсэн дэлхийг 7-оос дээш удаа тойрч чаддаг. Энэ бол маш өндөр хурд юм. Хүмүүс дууны хурднаас ердөө 2-3 дахин их хурдтай, өөрөөр хэлбэл цагт 3-4 мянган км, секундэд 1 км орчим хурдалсан байна. Энэ бол гэрлийн хурдыг хүн төрөлхтний одоо байгаа технологитой харьцуулах явдал юм.

Вакуум дахь гэрлийн хамгийн нарийвчлалтай хурд нь 299,792,458 м/с буюу цагт 1,079,252,848.8 километр бөгөөд үүнийг 1975 онд жишиг хэмжигч дээр үндэслэн хийжээ.

Wikipedia-д бичсэнээр гэрлийн хурд

299,792,458 м/с бол вакуум дахь гэрлийн хурд юм. Тохиромжтой болгох үүднээс асуудлыг шийдвэрлэхдээ 300,000,000 м/с гэсэн тоог ашигладаг.Вакуум дахь гэрлийн хурдыг дараах томъёогоор тодорхойлно.

Хэрэв бид ямар нэгэн орчинд гэрлийн хурдны тухай ярих юм бол

Агаар дахь гэрлийн хурд нь вакуум дахь гэрлийн хурдтай бараг тэнцүү юм.



Гэхдээ аль хэдийн усанд энэ нь агаараас 25% бага байдаг.

Одоо компьютер, интернеттэй болсон бидний үед гэрлийн хурд гэж юу болохыг олж мэдэх нь асуудал биш юм. нээлттэй мэдээлэлбөгөөд энэ утга нь дараах байдалтай байна.

секундэд 299,792,458 метр.

Ийм өгөгдлийг олж мэдсэний дараа хүн бага зэрэг цочирдох нь ойлгомжтой, учир нь энэ бол асар том хурд бөгөөд одоог хүртэл үүнийг давж гарах боломжгүй юм.

Сонирхолтой өгөгдөл бүхий өөр нэг сонирхолтой хүснэгт энд байна:





1975 онд үйлдвэрлэсэн хамгийн том нээлт, тухайлбал, гэрлийн хурдыг хэмждэг бөгөөд энэ нь:



Илүү сайн ойлгохын тулд би зургийг харахыг санал болгож байна.



Нарны гэрэл дэлхийд хүрэхэд ойролцоогоор 8 минут 19 секунд зарцуулдаг.

Доорх видео клип дээр бид гэрлийн хурд гэх мэт утгыг илүү хүртээмжтэй хэлээр тайлбарлахыг оролдсон бөгөөд энэ нь хэр хурдан болохыг төсөөлөх болно. хүний ​​ойлголтмөн нөхөн үржихүйн боломжгүй.

Одоогийн байдлаар гэрлийн хурд секундэд 299,792,458 метр гэж үздэг.

Гэхдээ хэрэв танд шинжлэх ухааны нарийвчлалтай энэ үнэ цэнэ хэрэггүй бол, жишээлбэл, сургуулийн асуудалд энэ утгыг секундэд 300,000,000 метр, тэдний хэлснээр секундэд 300,000 километр хүртэл дугуйлах нь заншилтай байдаг.

Хэрэв өмнө нь гэрлийн хурд гэдэг ойлголт нь хэт өндөр утгатай байсан бол одоо тэд 2030 он гэхэд ашиглалтад орох ёстой хэт авианы сөнөөгч онгоцуудыг бүтээж байна.

Гэрлийн хурд нь секундэд 299,792,458 метр буюу хэрэв бид цагт 1,079,252,848.8 км гэж орчуулбал 1676 онд Дани О.К.Рмер анх тодорхойлсон байдаг.

• • Вакуум дахь гэрлийн хурд хэд вэ?

  Тийм гэж итгэдэг гэрлийн хурд нь(хамгийн нарийвчлалтай хэмжилт) 299792458 м/с = 299,792.458 км/с. Нэг Планкийн нэгж гэж тооцдог. Ихэнхдээ эдгээр тоонууд нь дугуйрсан байдаг (жишээлбэл, физикийн сургуулийн асуудалд). 300,000,000 м/с = 300,000 км/с.

  Өндөр сонирхолтой нийтлэл(илүү нарийн яривал 9-р ангийн физикийн сурах бичгийн бүлэг) Данийн эрдэмтэн хэрхэн О.Рмер 1676 онд анх удаа гэрлийн ойролцоох хурдыг хэмжиж байжээ. Мөн энд бас нэг нийтлэл байна.

  • Төрөл бүрийн тунгалаг орчинд гэрлийн тархалтын хурд хэд вэ?

  Төрөл бүрийн тунгалаг орчин дахь гэрлийн хурд нь вакуум дахь гэрлийн хурдаас үргэлж бага байдаг, учир нь аливаа тунгалаг орчинд гэрлийн хурдыг олж авахын тулд бид вакуум дахь гэрлийн хурдыг энэ орчны хугарлын илтгэгчээр хуваадаг. Вакуум хугарлын илтгэгч нэгтэй тэнцүү байна.

  V (тодорхой орчин дахь гэрлийн хурд) авахын тулд c (вакуум дахь гэрлийн хурд) -ийг n-д хуваах хэрэгтэй. Тиймээс аливаа тунгалаг орчинд гэрлийн тархалтыг дараах томъёогоор тодорхойлно.

  • Агаар дахь гэрлийн хурд хэд вэ?

  Агаар дахь гэрлийн тархалтын хурд, бид вакуум дахь гэрлийн хурдыг аль хэдийн олж мэдсэн бөгөөд бид үүнийг хуваажээ агаарын хугарлын коэффициент (индекс)., үүнийг n гэж тэмдэглэнэ. Мөн аль хэдийн энэ коэффициент нь долгионы урт, даралт, температураас хамаарна. Өөрөөр хэлбэл, өөр n-ийн хувьд агаар дахь гэрлийн хурд өөр байх боловч вакуум дахь гэрлийн хурдаас бага байх болно.

  • Шилэн дэх гэрлийн хурд хэд вэ?

  Бүх ижил томъёо, таны ойлгосноор n нь 1.47-аас 2.04 хүртэл тэнцүү байх болно. Хэрэв шилний хугарлын илтгэгчийг заагаагүй бол дундаж утгыг (n = 1.75) авна.

  • Усан дахь гэрлийн хурд хэд вэ?

  Ус нь хугарлын илтгэгчтэй байдаг(n) нь 1.33 байна. Дараа нь:

  v \u003d c: n \u003d 299 792 458 м / с: 1.33 225 407 863 м / с - усан дахь гэрлийн хурд.

  Дээр дурдсан бүх зүйл дээр би нэмж хэлмээр байна, хэрэв та гэрлийн хурд гэж юу болохыг илүү тодорхой ойлгохыг хүсч байвал сарнаас дэлхий хүртэлх гэрэл 1.255 секундын зайд дамждаг болохыг тэмдэглэж болно. нарны гэрэл 150 сая км (!) замыг 8 минут 19 секундэд туулдаг.

  Гэрлийн хурдаар зөвхөн гэрэл төдийгүй бусад зүйлүүд үрждэг. цахилгаан соронзон цацраг(радио долгион (хэт уртаас), хэт улаан туяа, хэт ягаан, терагерц ба рентген туяа, мөн гамма цацраг).

  

Үндсэн физик тогтмол - вакуум дахь гэрлийн хурд нь 299,792,458 м/с бөгөөд гэрлийн хурдыг хэмжих энэхүү хэмжилтийг 1975 онд хийсэн. Сургуульд энэ утгыг ихэвчлэн 300,000,000 м / с гэж бичиж, асуудлыг шийдвэрлэхэд ашигладаг.

Эрт дээр үед ч тэд энэ үнэ цэнийг олохыг оролдсон боловч олон эрдэмтэд гэрлийн хурдыг тогтмол үнэ цэнэ гэж үздэг байв. Зөвхөн 1676 онд Данийн одон орон судлаач Олаф Ремер гэрлийн хурдыг анх хэмжсэн бөгөөд түүний тооцоолсноор секундэд 220 мянган км-тэй тэнцэж байжээ.

Гэрлийн хурд тэг байна!

За, бүх спектрийн гэрэл нь харагдахгүй байдгаас эхэлье.

Бид гэрлийг харахгүй байна!

Бид зөвхөн энэ гэрлийг тусгах чадвартай объектуудыг хардаг.

Жишээ нь: Бид харанхуй тэнгэр дэх одыг хардаг (энэ нь чухал) бөгөөд хэрэв бидний нүд болон од руу чиглэсэн чиглэлийн хооронд гэнэт үүл гарч ирвэл энэ нь үл үзэгдэх гэрлийг тусгах болно.

Энэ бол анхных нь.

Гэрэл бол байнгын долгион юм.

Гэрэл хаашаа ч гарахгүй. Гэрлийг энэ гэрлийг тусгадаг гэрэлтэгч объект, жишээлбэл, бамбартай бамбар дамжуулдаг бөгөөд бид үүнийг бамбараас туссан тусгал гэж хардаг бөгөөд үүнд урвал явагддаг.

Бамбар бол гэрлийн эх үүсвэр биш!

Бамбар нь зөвхөн бамбарын гадаргуу дээр гарч ирсэн гэрлийг тусгадаг химийн урвал.

Утастай ч мөн адил.

Бид гар чийдэн авч, түүнээс цацруулагчийг салгана харанхуй өрөөзөвхөн нэг гэрлийн чийдэн жигд гэрэлтэх болно (энэ нь чухал), зөвхөн нэлээн бага зай. Бид хичнээн их цагийг хүлээж байсан ч гэрэл өөр хаана ч хүрэхгүй. Гэрэл нь нэг газар үүрд байх болно, эсвэл утас халах үед гэрлийг тусгах (гэрэлтэх) хүртэл! Гэхдээ гэрэл тусгагч тавибал гэрэл нь туяа болон хувирч, гэрлийн хүчийг нэмэгдүүлэхгүйгээр цааш нэвтэрч чадахыг харах болно; хэрэв бид хүчийг нэмэгдүүлэхгүйгээр фокусыг өөрчилвөл гэрэл бүр ч нэвтэрнэ. цаашид, гэхдээ хязгаарлагдмал цацрагт бүр илүү нутагшсан.

Гэхдээ маш хол зайд, тэр ч байтугай цацрагийн чиглэлээс хол байсан ч бид бүрэн харанхуйд гэрэлт толбо харагдах болно. Бид нүдээ аниад юу ч харахгүй, нээгээд тэр даруй харанхуй дэвсгэр дээр гар чийдэнгээс тод толбо харагдана.

Бидний яриад байгаа гэрлийн хурд гэж юу вэ?

Гэрэлд хурд гэж байдаггүй. Гэрэл бол байнгын долгион юм. Байнгын гэрлийн долгион нь химийн урвалын хүчнээс шалтгаалан эзэлхүүн нь өөрчлөгдөөгүй, тохиргоогоо өөрчлөх чадвартай бөгөөд зогсонги долгион нь зөвхөн гэрэл тусдаг объектыг гэрэлтүүлэхэд л харагдах боломжтой. зогсож буй долгион, мөн бид үүнийг харанхуй дэвсгэр дээрх тод толбо, өөр юу ч биш гэж хардаг.

Та гэрлийн хурдыг ямар хэвлэл мэдээллийн хэрэгслээр сонирхож байгаагаа тодорхой заагаагүй тул дэлгэрэнгүй хариулт өгөх шаардлагатай болно. Анастеиша Ана вакуум дахь гэрлийн хурдны талаар үнэн зөв хэлсэн. Гэхдээ янз бүрийн орчин дахь гэрлийн хурд тогтмол биш бөгөөд вакуум дахь гэрлийн хурдаас бага байх ёстой. Түүнээс гадна ижил орчинд гэрлийн хурд өөр өөр урттайдолгион нь өөр. Мөн гэрлийн энэ шинж чанарыг маш өргөн ашигладаг, илүү нарийвчлалтай, оптикт харгалзан үздэг. Оптикийн хувьд оптик орчны хугарлын илтгэгчийн тухай ойлголтыг нэвтрүүлсэн. Энэ параметр нь тухайн орчин дахь тодорхой долгионы урттай гэрлийн хурд вакуум дахь гэрлийн хурдаас хэд дахин бага байгааг харуулдаг. Жишээлбэл, LK8 оптик шилэнд 706.52 нанометр долгионы урттай улаан гэрлийн тархах хурд нь вакуумтай харьцуулахад 1.46751 дахин бага байна. Тэдгээр. LK8 шилний улаан гэрлийн хурд ойролцоогоор 299 792 458/1.46751 = 204286484 м/с, 479.99 нанометр долгионы урттай цэнхэр гэрлийн хурд 203113916 м/с байна. Гэрлийн хурд хамаагүй бага байдаг оптик медиа байдаг. Лазерын талстуудад зарим долгионы уртын хувьд хугарлын илтгэгч 2.8-тай ойролцоо байна. Тиймээс эдгээр талст дахь гэрлийн хурд нь вакуум дахь гэрлийн хурдаас бараг гурав дахин бага байна.