Большая Советская Энциклопедия.

Большая Советская Энциклопедия (цитаты)

Скорость света

Скорость света (далее С) в свободном пространстве (вакууме) с, скорость распространения любых электромагнитных волн (в т. ч. световых); одна из фундаментальных физических постоянных, огромная роль которой в современной физике определяется тем, что она представляет собой предельную скорость распространения любых физических воздействий (см. Относительности теория) и инвариантна (т. е. не меняется) при переходе от одной системы отсчета к другой. Никакие сигналы не могут быть переданы со скоростью, большей с, а со скоростью с их можно передать лишь в вакууме. Величина с связывает массу и полную энергию материального тела; через нее выражаются преобразования координат, скоростей и времени при изменении системы отсчета (Лоренца преобразования); она входит во многие другие соотношения. Под С в среде с" обычно понимают лишь скорость распространения оптического излучения (света); она зависит от преломления показателя среды n, различного, в свою очередь, для разных частот v излучения (дисперсия света); с"(n) = c/n (n). Эта зависимость приводит к отличию групповой скорости от фазовой скорости света в среде, если речь идет не о монохроматическом свете (для С в вакууме эти две величины совпадают). Экспериментально определяя с", всегда измеряют групповую С либо т. н. скорость сигнала, или скорость передачи энергии, только в некоторых специальных случаях не равную групповой.

  Как можно более точное измерение величины с чрезвычайно важно не только в общетеоретическом плане и для определения значений других физических величин, но и для практических целей (см. ниже). Впервые С определил в 1676 О. К. Ремер по изменению промежутков времени между затмениями спутника Юпитера Ио. В 1728 то же проделал Дж. Брадлей, исходя из своих наблюдений аберрации света звезд. На Земле С первым измерил - по времени прохождения светом точно известного расстояния (базы) - в 1849 А. И. Л. Физо. (Показатель преломления воздуха очень мало отличается от 1, и наземные измерения дают величину, весьма близкую к с.) В опыте Физо пучок света периодически прерывался вращающимся зубчатым диском, проходил базу (около 8 км) и, отразившись от зеркала, возвращался на периферию диска (рис. 1). Падая при этом на зубец, свет не достигал наблюдателя, попадая в промежуток между зубцами, - регистрировался наблюдателем. По известным скоростям вращения диска определялось время прохождения светом базы. Физо получил с = 315 300 км/сек.

  В 1862 Ж. Б. Л. Фуко реализовал высказанную в 1838 идею Д. Араго, применив вместо зубчатого диска быстровращающееся (512 об/сек) зеркало. Отражаясь от зеркала, пучок света направлялся на базу и по возвращении вновь попадал на это же зеркало, успевшее повернуться на некоторый малый угол (рис. 2). При базе всего в 20 м Фуко нашел, что С равна 298000 ± 500 км/сек. Схемы и основные идеи опытов Физо и Фуко были многократно использованы на более совершенной технической основе др. учеными, измерявшими С Наибольшего развития метод Фуко достиг в работах А. Майкельсона (1879, 1902, 1926). Полученное им в 1926 значение с = 299/96 ± 4 км/сек было тогда самым точным и вошло в интернациональные таблицы физических величин.

  Измерения С в 19 в. не только выполнили свою непосредственную задачу, но и сыграли чрезвычайно большую роль в физике. Они дополнительно подтвердили волновую теорию света (см. Оптика), уже достаточно обоснованную другими экспериментами (Фуко, 1850, сравнение С одной и той же частоты n в воздухе и воде), а также установили тесную связь оптики с теорией электромагнетизма - измеренная С совпала со скоростью электромагнитных волн, вычисленной из отношения электромагнитной и электростатических единиц электрического заряда (опыты В. Вебера и Ф. Кольрауша в 1856 и последующие более точные измерения Дж. К. Максвелла). Последнее явилось одним из отправных пунктов при создании Максвеллом электромагнитной теории света в 1864-73. Кроме того, измерения С вскрыли глубокое противоречие в основных теоретических посылках физики того времени, связанных с представлением о мировом эфире. Эти измерения давали аргументы в пользу взаимоисключающих гипотез о поведении эфира при движении через него материальных тел (анализ явления аберрации света английским физиком Дж. Б. Эри в 1871 и Физо опыт 1851, повторенный в 1886 Майкельсоном и Э. Морли, результаты которых поддерживали концепцию частичного увлечения эфира; Майкельсона опыт 1881 и 1887 - последний совместно с Морли, - отвергший какое-либо увлечение эфира). Разрешить это противоречие удалось лишь в специальной теории относительности (А. Эйнштейн, 1905).

  В современных измерениях С используется модернизированный метод Физо (модуляционный метод) с заменой зубчатого колеса на электрооптический, дифракционный, интерференционный или какой-либо иной модулятор света, полностью прерывающий или ослабляющий световой пучок (см. Модуляция света). Приемником излучения служит фотоэлемент или фотоэлектронный умножитель. Применение лазера в качестве источника света, ультразвукового модулятора со стабилизированной частотой и повышение точности измерения длины базы позволили снизить погрешности измерений и получить значение с = 299792,5 ± 0,15 км/сек. Помимо прямых измерений С по времени прохождения известной базы широко применяются т. н. косвенные методы, дающие еще большую точность. Так, методом микроволнового вакуумированного резонатора (английский физик К. Фрум, 1958) при длине волны излучения l = 4 см получено значение с = 299792,5 ±  0,1 км/сек. Погрешность определения С как частного от деления независимо найденных l и n или молекулярных спектральных линий еще меньше. Американский ученый К. Ивенсон и его сотрудники в 1972 по стандарту частоты (см. Квантовые стандарты частоты) нашли с точностью до 11 знаков частоту излучения СН4-лазера, а по криптоновому стандарту частоты - его длину волны (около 3,39 мкм) и получили с = 299792456,2 ± 0,8 м/сек. К настоящему времени (1976) по решению XII Генеральной ассамблеи Международный союза по радиосвязи (1957) принято считать С в вакууме равной 299792 ± 0,4 км/сек.

  Знание точной величины С имеет большое практическое значение, в частности в связи с определением расстояний по времени прохождения радио- или световых сигналов в радиолокации, оптической локации и дальнометрии. Особенно широко этот метод применяется в геодезии и в системах слежения за искусственными спутниками Земли; он использован для точного измерения расстояния между Землей и Луной и для решения ряда других задач.

  Лит.: Вафиади В. Г., Попов Ю. В., С и ее значение в науке и технике, Минск, 1970; Тейлор Б. Н., Паркер В., Лангенберг Д., Фундаментальные константы и квантовая электродинамика, пер. с англ., М., 1972; Розенберг Г. В., С в вакууме, "Успехи физических наук", 1952, т. 48, в. 4; Froome К. D., "Proceedings of Royal Society", 1958, ser A, v. 247, p. 109; Eveitson . et al, 1972 Annual Meeting of the Optical Society of America, San Francisco, 1972.

  А. М. Бонч-Бруевич.



Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска


Новости 16.01.2018 22:40:18

21:53 Трамп открестился от своего мнения о «сраных дырах»
21:44 Названа дата боя Нурмагомедова и Фергюсона за титул чемпиона UFC
21:09 Названа стоимость нового лимузина Путина
20:54 Ким Кардашьян и Канье Уэст в третий раз стали родителями
20:22 Всемирный банк пригрозил снять Украину с финансирования
20:09 Интимные фото пользователей обнаружили в руках тайных модераторов