Скорость света в вакууме
"Ничто не может двигаться быстрее скорости света".
"Свет всегда движется с одинаковой скоростью".
Слышали ли вы эти высказывания раньше? Их часто цитируют как результаты теории относительности Эйнштейна. К сожалению, эти утверждения в некоторой степени вводят в заблуждение. Добавим к ним несколько слов для пояснения.
"Ничто не может двигаться быстрее скорости света в вакууме".
"Свет в вакууме всегда движется с одинаковой скоростью ".
Это дополнительное слово "в вакууме" очень важно. Вакуум – это область, в которой нет материи. Таким образом, пылесос не будет содержать частиц пыли в своем мешке, если он будет работать в вакууме (в отличие от пылесоса, который обычно полон частиц пыли в обычных условиях).
Свет, проходящий через что-либо, кроме идеального вакуума, будет рассеиваться на любых существующих частицах.
В вакууме скорость света равна
с = 2,99792458 x 10 в степени 8 м/с
Скорость света в вакууме c — это то, что описывают положения теории относительности. Когда свет находится в вакууме, его скорость имеет точное значение, независимо от того, кто ее измеряет. Действительно, c — это предельная скорость Вселенной.
Это не значит, что ничто не движется быстрее света. Когда свет проходит через различные материалы, он рассеивается на молекулах материала и замедляется. Для некоторых материалов, таких как вода, свет замедляется сильнее, чем электроны. Таким образом, электрон в воде может двигаться быстрее, чем свет в воде . Но ничто никогда не движется быстрее, чем c . Степень замедления света в данном материале описывается показателем преломления n. Показатель преломления материала определяется скоростью света в вакууме c , деленной на скорость света в материале v :
п = с / v
Ниже приведены показатели преломления некоторых распространенных материалов.
Вакуум 1
Стекло 1,52
Воздух 1,0003
Соль 1,54
Вода 1.33
Асфальт 1,635
Этиловый спирт 1,36
Плавленый кварц 1,4585
Алмаз 2.42
Китовый жир 1.460
Значения n в некоторой степени зависят от длины волны, но эта зависимость несущественна. Если вам не указано иное, предположите, что данный вам показатель преломления соответствует длине волны света, которую вы рассматриваете.
Материалы с большими показателями преломления называются оптически плотными средами (среда — это термин для обозначения типа материала). Материалы с показателями преломления, близкими к единице, называются оптически редкими средами. Будучи по природе ленивыми существами, мы обычно опускаем слово «оптический» и говорим о плотных и редких материалах. Только будьте осторожны, не путайте плотные и редкие в оптическом контексте с массовой плотностью!
Обратите внимание, что показатель преломления воздуха отличается от показателя преломления вакуума на очень небольшую величину. Для применений с точностью менее 5 знаков показатель преломления воздуха такой же, как у вакуума, n = 1,000. Вероятно, вы не столкнетесь с ситуацией, в которой разница между воздухом и вакуумом будет иметь значение, если только вы не планируете свое будущее в области точных оптических экспериментов.
Несмотря на то, что свет замедляется в материи, он по-прежнему распространяется с удивительной скоростью, даже через такой плотный материал, как свинец (хотя свет не проходит далеко через свинец, прежде чем поглотится, высокоэнергетические гамма-лучи могут пройти через свинец около сантиметра со скоростью, рассчитанной ниже). Используя определение n, мы можем найти скорость света через свинец :
v свинец = c / n свинец = (2,99792458 x 10 8 м/с)/(2,6) = 1,2 x 10 в степени 8 м/с
Даже замедленный свинцом свет движется с огромной скоростью! Это более чем в 10 000 раз превышает скорость орбитального космического корабля.