Dritë e ngadaltë. Shpejtësia e dritës në një medium

Doktor i Shkencave Teknike A. GOLUBEV.

Në mesin e vitit të kaluar në revista doli një reportazh i bujshëm. Një grup studiuesish amerikanë kanë zbuluar se një impuls lazer shumë i shkurtër udhëton qindra herë më shpejt në një mjedis të zgjedhur posaçërisht sesa në një vakum. Ky fenomen dukej absolutisht i pabesueshëm (shpejtësia e dritës në një mjedis është gjithmonë më e vogël se në një vakum) dhe madje shkaktoi dyshime rreth vlefshmërisë së teorisë speciale të relativitetit. Ndërkohë, një objekt fizik superluminal - një impuls lazer në një mjedis amplifikues - u zbulua për herë të parë jo në vitin 2000, por 35 vjet më parë, në 1965, dhe mundësia e lëvizjes superluminale u diskutua gjerësisht deri në fillim të viteve '70. Sot, diskutimi rreth këtij fenomeni të çuditshëm është ndezur me energji të përtërirë.

Shembuj të lëvizjes "superluminale".

Në fillim të viteve 1960, pulset e shkurtra të dritës me fuqi të lartë filluan të merren duke kaluar një blic lazer përmes një amplifikuesi kuantik (një medium me një popullsi të kundërt).

Në një mjedis amplifikues, rajoni fillestar i një pulsi drite shkakton emetim të stimuluar të atomeve në mjedisin amplifikues dhe rajoni i tij përfundimtar shkakton thithjen e energjisë prej tyre. Si rezultat, vëzhguesit do t'i duket se pulsi po lëviz më shpejt se drita.

Eksperimenti i Lijun Wong.

Një rreze drite që kalon nëpër një prizëm të një materiali transparent (siç është qelqi) thyhet, domethënë, përjeton shpërndarje.

Një impuls drite është një grup lëkundjesh me frekuenca të ndryshme.

Ndoshta të gjithë - madje edhe njerëzit larg fizikës - e dinë se shpejtësia maksimale e mundshme e lëvizjes së objekteve materiale ose përhapja e ndonjë sinjali është shpejtësia e dritës në vakum. Është shënuar me shkronjën Me dhe është gati 300 mijë kilometra në sekondë; vlerën e saktë Me= 299 792 458 m/s. Shpejtësia e dritës në vakum është një nga konstantet themelore fizike. Pamundësia për të arritur shpejtësi mbi Me, rrjedh nga teoria speciale e relativitetit (SRT) e Ajnshtajnit. Nëse do të ishte e mundur të vërtetohej se transmetimi i sinjaleve me shpejtësi superluminale është i mundur, teoria e relativitetit do të binte. Deri më tani, kjo nuk ka ndodhur, pavarësisht përpjekjeve të shumta për të hedhur poshtë ndalimin e ekzistencës së shpejtësive më të mëdha se Me. Megjithatë, studimet e fundit eksperimentale kanë zbuluar disa dukuri shumë interesante, që tregojnë se në kushte të krijuara posaçërisht është e mundur të vëzhgohen shpejtësi superluminale pa shkelur parimet e teorisë së relativitetit.

Për të filluar, le të kujtojmë aspektet kryesore që lidhen me problemin e shpejtësisë së dritës. Para së gjithash: pse është e pamundur (në kushte normale) të tejkalohet kufiri i dritës? Sepse atëherë shkelet ligji themelor i botës sonë - ligji i shkakësisë, sipas të cilit efekti nuk mund të tejkalojë shkakun. Askush nuk e ka parë ndonjëherë që, për shembull, një ari fillimisht ra i vdekur, dhe më pas një gjuetar qëlloi. Me shpejtësi që tejkalojnë Me, sekuenca e ngjarjeve është e kundërt, kaseta kohore është rikthyer. Kjo mund të shihet lehtësisht nga arsyetimi i thjeshtë i mëposhtëm.

Le të supozojmë se jemi në një anije të caktuar mrekullie kozmike që lëviz më shpejt se drita. Pastaj gradualisht do të kapnim dritën e emetuar nga burimi në momentet e mëparshme dhe më të hershme në kohë. Së pari, ne do të kapnim foton e emetuar, të themi, dje, pastaj - të emetuara pardje, pastaj - një javë, një muaj, një vit më parë, e kështu me radhë. Nëse burimi i dritës do të ishte një pasqyrë që pasqyron jetën, atëherë ne fillimisht do të shihnim ngjarjet e djeshme, pastaj pardje, e kështu me radhë. Mund të shihnim, le të themi, një plak i cili gradualisht shndërrohet në një mesoburrë, pastaj në një djalë të ri, në një rini, në një fëmijë ... Dmth koha do të kthehej pas, ne do të kalonim nga e tashmja në e shkuara. Më pas, shkaku dhe efekti do të përmbyseshin.

Megjithëse ky argument injoron plotësisht detajet teknike të procesit të vëzhgimit të dritës, nga një këndvështrim themelor tregon qartë se lëvizja me një shpejtësi superluminale çon në një situatë që është e pamundur në botën tonë. Sidoqoftë, natyra ka vendosur kushte edhe më të rrepta: lëvizja është e paarritshme jo vetëm me shpejtësi superluminale, por edhe me një shpejtësi të barabartë me shpejtësinë e dritës - mund t'i afroheni vetëm asaj. Nga teoria e relativitetit rrjedh se me një rritje të shpejtësisë së lëvizjes, lindin tre rrethana: masa e një objekti në lëvizje rritet, madhësia e tij zvogëlohet në drejtimin e lëvizjes dhe kalimi i kohës në këtë objekt ngadalësohet (nga këndvështrimi i një vëzhguesi të jashtëm "pushues"). Me shpejtësi të zakonshme, këto ndryshime janë të papërfillshme, por ndërsa i afrohemi shpejtësisë së dritës, ato bëhen gjithnjë e më të dukshme, dhe në kufi - me një shpejtësi të barabartë me Me, - masa bëhet pafundësisht e madhe, objekti humbet plotësisht madhësinë e tij në drejtim të lëvizjes dhe koha ndalon mbi të. Prandaj, asnjë trup material nuk mund të arrijë shpejtësinë e dritës. Vetëm drita ka një shpejtësi të tillë! (Dhe gjithashtu grimca "gjithpërfshirëse" - neutrinoja, e cila, ashtu si fotoni, nuk mund të lëvizë me një shpejtësi më të vogël se Me.)

Tani në lidhje me shpejtësinë e transmetimit të sinjalit. Këtu është e përshtatshme të përdoret paraqitja e dritës në formën e valëve elektromagnetike. Çfarë është një sinjal? Ky është një informacion për t'u transmetuar. Një valë elektromagnetike ideale është një sinusoid i pafund me rreptësisht një frekuencë dhe nuk mund të mbajë asnjë informacion, sepse çdo periudhë e një sinusoidi të tillë saktësisht përsërit atë të mëparshmen. Shpejtësia me të cilën lëviz faza e valës sinus - e ashtuquajtura shpejtësi fazore - mund të tejkalojë shpejtësinë e dritës në vakum në kushte të caktuara. Këtu nuk ka kufizime, pasi shpejtësia e fazës nuk është shpejtësia e sinjalit - nuk ekziston ende. Për të krijuar një sinjal, duhet të bëni një lloj "shenje" në valë. Një shenjë e tillë mund të jetë, për shembull, një ndryshim në cilindo nga parametrat e valës - amplituda, frekuenca ose faza fillestare. Por sapo të bëhet shenja, vala humbet sinusoidalitetin e saj. Ai bëhet i moduluar, i përbërë nga një grup valësh të thjeshta sinusoidale me amplituda, frekuenca dhe faza fillestare të ndryshme - një grup valësh. Shpejtësia e lëvizjes së shenjës në valën e moduluar është shpejtësia e sinjalit. Kur përhapet në një mjedis, kjo shpejtësi zakonisht përkon me shpejtësinë e grupit që karakterizon përhapjen e grupit të mësipërm të valëve në tërësi (shih "Shkenca dhe jeta" nr. 2, 2000). Në kushte normale, shpejtësia e grupit, dhe rrjedhimisht shpejtësia e sinjalit, është më e vogël se shpejtësia e dritës në vakum. Nuk është rastësi që këtu përdoret shprehja "në kushte normale", sepse në disa raste shpejtësia e grupit mund të kalojë edhe Me apo edhe të humbasë kuptimin, por atëherë nuk vlen për përhapjen e sinjalit. Është vërtetuar në SRT se është e pamundur të transmetohet një sinjal me një shpejtësi më të madhe se Me.

Pse është kështu? Sepse pengesa për transmetimin e çdo sinjali me shpejtësi më të madhe se Me zbatohet i njëjti ligj i shkakësisë. Le të imagjinojmë një situatë të tillë. Në një pikë A, një blic drite (ngjarja 1) ndez një pajisje që dërgon një sinjal radio të caktuar, dhe në një pikë të largët B, nën veprimin e këtij sinjali radio, ndodh një shpërthim (ngjarja 2). Është e qartë se ngjarja 1 (shpërthimi) është shkaku, dhe ngjarja 2 (shpërthimi) është efekti që ndodh më vonë se shkaku. Por nëse sinjali i radios përhapet me një shpejtësi superluminale, një vëzhgues afër pikës B fillimisht do të shihte një shpërthim dhe vetëm atëherë - që e arrinte atë me një shpejtësi. Me ndezje drite, shkaku i shpërthimit. Me fjalë të tjera, për këtë vëzhgues, ngjarja 2 do të kishte ndodhur para ngjarjes 1, domethënë, efekti do t'i kishte paraprirë shkakut.

Është me vend të theksohet se "ndalimi superluminal" i teorisë së relativitetit vendoset vetëm mbi lëvizjen e trupave materialë dhe transmetimin e sinjaleve. Në shumë situata është e mundur të lëvizësh me çdo shpejtësi, por do të jetë lëvizja e objekteve dhe sinjaleve jomateriale. Për shembull, imagjinoni dy sundimtarë mjaft të gjatë të shtrirë në të njëjtin plan, njëri prej të cilëve ndodhet horizontalisht dhe tjetri e kryqëzon atë në një kënd të vogël. Nëse vija e parë zhvendoset poshtë (në drejtimin e treguar nga shigjeta) me shpejtësi të madhe, pika e kryqëzimit të linjave mund të bëhet që të ecë në mënyrë arbitrare shpejt, por kjo pikë nuk është një trup material. Një shembull tjetër: nëse merrni një elektrik dore (ose, të themi, një lazer që jep një rreze të ngushtë) dhe përshkruani shpejt një hark në ajër, atëherë shpejtësia lineare e pikës së dritës do të rritet me distancën dhe, në një distancë mjaft të madhe, do të tejkalojë Me. Pika e dritës do të lëvizë ndërmjet pikave A dhe B me shpejtësi superluminale, por kjo nuk do të jetë një transmetim sinjali nga A në B, pasi një pikë e tillë drite nuk mbart asnjë informacion për pikën A.

Duket se çështja e shpejtësive superluminale është zgjidhur. Por në vitet 60 të shekullit të njëzetë, fizikanët teorikë parashtruan hipotezën e ekzistencës së grimcave superluminale, të quajtura takione. Këto janë grimca shumë të çuditshme: ato janë teorikisht të mundshme, por për të shmangur kontradiktat me teorinë e relativitetit, atyre u duhej caktuar një masë pushimi imagjinare. Masa imagjinare fizike nuk ekziston, është një abstraksion thjesht matematikor. Sidoqoftë, kjo nuk shkaktoi shumë shqetësim, pasi takionët nuk mund të pushojnë - ato ekzistojnë (nëse ekzistojnë!) Vetëm me shpejtësi që tejkalojnë shpejtësinë e dritës në vakum, dhe në këtë rast masa e takionit rezulton të jetë reale. Këtu ka një analogji me fotonet: një foton ka masë pushimi zero, por kjo thjesht do të thotë se fotoni nuk mund të jetë në qetësi - drita nuk mund të ndalet.

Gjëja më e vështirë ishte, siç pritej, të pajtohej hipoteza e takjonit me ligjin e shkakësisë. Përpjekjet e bëra në këtë drejtim, megjithëse ishin mjaft të zgjuara, nuk çuan në sukses të dukshëm. Askush nuk ka qenë në gjendje të regjistrojë në mënyrë eksperimentale as takionët. Si rezultat, interesi për takionet si grimca elementare superluminale u zbeh gradualisht.

Sidoqoftë, në vitet '60 u zbulua eksperimentalisht një fenomen, i cili fillimisht i çoi fizikantët në konfuzion. Kjo përshkruhet në detaje në artikullin e A. N. Oraevsky "Valët superluminale në media përforcuese" (UFN Nr. 12, 1998). Këtu ne përmbledhim shkurtimisht thelbin e çështjes, duke i referuar lexuesit të interesuar për detajet në artikullin në fjalë.

Menjëherë pas zbulimit të lazerëve, në fillim të viteve 1960, lindi problemi i marrjes së impulseve të dritës të shkurtër (me një kohëzgjatje të rendit prej 1 ns = 10 -9 s) me fuqi të lartë. Për ta bërë këtë, një impuls i shkurtër lazer kaloi përmes një amplifikuesi kuantik optik. Pulsi u nda nga një pasqyrë që ndante rreze në dy pjesë. Njëri prej tyre, më i fuqishëm, u dërgua në amplifikator, dhe tjetri u përhap në ajër dhe shërbeu si një impuls referues, me të cilin ishte e mundur të krahasohej pulsi që kalonte përmes amplifikatorit. Të dy pulset u furnizuan me fotodetektorë dhe sinjalet e tyre dalëse mund të vëzhgoheshin vizualisht në ekranin e oshiloskopit. Pritej që pulsi i dritës që kalon përmes amplifikatorit do të pësonte një vonesë në të në krahasim me pulsin e referencës, domethënë, shpejtësia e përhapjes së dritës në amplifikator do të ishte më e vogël se në ajër. Cila ishte habia e studiuesve kur zbuluan se pulsi përhapej përmes amplifikatorit me një shpejtësi jo vetëm më të madhe se në ajër, por edhe disa herë më të madhe se shpejtësia e dritës në vakum!

Pasi u shëruan nga tronditja e parë, fizikanët filluan të kërkonin arsyen e një rezultati kaq të papritur. Askush nuk kishte as dyshimin më të vogël për parimet e teorisë speciale të relativitetit, dhe pikërisht kjo ndihmoi për të gjetur shpjegimin e saktë: nëse parimet e SRT ruhen, atëherë përgjigja duhet kërkuar në vetitë e mediumit përforcues. .

Pa hyrë këtu në detaje, vetëm theksojmë se një analizë e hollësishme e mekanizmit të veprimit të mediumit amplifikues e ka sqaruar plotësisht situatën. Çështja ishte një ndryshim në përqendrimin e fotoneve gjatë përhapjes së pulsit - një ndryshim për shkak të një ndryshimi në fitimin e mediumit deri në një vlerë negative gjatë kalimit të pjesës së pasme të pulsit, kur mediumi është tashmë thithjen e energjisë, sepse rezerva e saj tashmë është përdorur për shkak të transferimit të saj në pulsin e dritës. Thithja nuk shkakton rritje, por ulje të impulsit, dhe kështu impulsi forcohet në pjesën e përparme dhe dobësohet në pjesën e pasme të tij. Le të imagjinojmë se ne vëzhgojmë pulsin me ndihmën e një instrumenti që lëviz me shpejtësinë e dritës në mediumin e një përforcuesi. Nëse mediumi do të ishte transparent, do të shihnim një impuls të ngrirë në palëvizshmëri. Në mjedisin në të cilin zhvillohet procesi i përmendur më sipër, forcimi i skajit kryesor dhe dobësimi i skajit pasues të pulsit do t'i shfaqen vëzhguesit në atë mënyrë që mediumi, si të thuash, e ka çuar pulsin përpara. . Por meqenëse pajisja (vëzhguesi) lëviz me shpejtësinë e dritës, dhe impulsi e kapërcen atë, atëherë shpejtësia e impulsit e kalon shpejtësinë e dritës! Është ky efekt që u regjistrua nga eksperimentuesit. Dhe këtu në të vërtetë nuk ka asnjë kontradiktë me teorinë e relativitetit: thjesht procesi i amplifikimit është i tillë që përqendrimi i fotoneve që dolën më herët rezulton të jetë më i madh se ata që dolën më vonë. Nuk janë fotonet që lëvizin me shpejtësi superluminale, por mbështjellja e pulsit, veçanërisht maksimumi i tij, që vërehet në oshiloskop.

Kështu, ndërsa në mediat e zakonshme ka gjithmonë një dobësim të dritës dhe një ulje të shpejtësisë së saj, e përcaktuar nga indeksi i thyerjes, në median aktive laserike, vërehet jo vetëm përforcimi i dritës, por edhe përhapja e një pulsi me shpejtësi superluminale.

Disa fizikanë janë përpjekur të provojnë eksperimentalisht praninë e lëvizjes superluminale në efektin e tunelit, një nga fenomenet më të mahnitshme në mekanikën kuantike. Ky efekt konsiston në faktin se një mikrogrimcë (më saktë, një mikroobjekt që shfaq si vetitë e një grimce ashtu edhe vetitë e një valë në kushte të ndryshme) është në gjendje të depërtojë në të ashtuquajturën pengesë potenciale - një fenomen që është plotësisht i pamundur. në mekanikën klasike (në të cilën një situatë e tillë do të ishte analoge: një top i hedhur në një mur do të përfundonte në anën tjetër të murit, ose lëvizja e valëzuar e dhënë nga një litar i lidhur në mur do të transmetohej në një litar të lidhur me muri në anën tjetër). Thelbi i efektit të tunelit në mekanikën kuantike është si më poshtë. Nëse një mikro-objekt me një energji të caktuar ndesh gjatë rrugës së tij një zonë me energji potenciale që tejkalon energjinë e mikroobjektit, kjo zonë është një pengesë për të, lartësia e së cilës përcaktohet nga diferenca e energjisë. Por mikro-objekti “rrjedh” përmes barrierës! Këtë mundësi ia jep lidhja e njohur e pasigurisë së Heisenberg-ut, e shkruar për energjinë dhe kohën e ndërveprimit. Nëse ndërveprimi i mikroobjektit me barrierën ndodh për një kohë mjaft të caktuar, atëherë energjia e mikroobjektit, përkundrazi, do të karakterizohet nga pasiguria, dhe nëse kjo pasiguri është e rendit të lartësisë së barrierës, atëherë kjo e fundit pushon. të jetë një pengesë e pakapërcyeshme për mikroobjektin. Është shkalla e depërtimit përmes barrierës së mundshme që është bërë objekt studimi nga një numër fizikantësh të cilët besojnë se mund të tejkalojë Me.

Në qershor 1998, një simpozium ndërkombëtar mbi problemet e lëvizjeve superluminale u mbajt në Këln, ku u diskutuan rezultatet e marra në katër laboratorë - në Berkeley, Vjenë, Këln dhe Firence.

Dhe së fundi, në vitin 2000, u raportuan dy eksperimente të reja në të cilat u shfaqën efektet e përhapjes superluminale. Një prej tyre u krye nga Lijun Wong dhe bashkëpunëtorët e një instituti kërkimor në Princeton (SHBA). Rezultati i tij është se një puls drite që hyn në një dhomë të mbushur me avull ceziumi rrit shpejtësinë e tij me një faktor prej 300. Doli se pjesa kryesore e pulsit largohet nga muri i largët i dhomës edhe përpara se pulsi të hyjë në dhomë përmes murit të përparmë. Një situatë e tillë bie ndesh jo vetëm me sensin e shëndoshë, por, në thelb, edhe me teorinë e relativitetit.

Raporti i L. Wong nxiti diskutime intensive midis fizikanëve, shumica e të cilëve nuk janë të prirur të shohin në rezultatet e marra një shkelje të parimeve të relativitetit. Sfida, besojnë ata, është të shpjegohet saktë ky eksperiment.

Në eksperimentin e L. Wong, pulsi i dritës që hynte në dhomë me avujt e ceziumit kishte një kohëzgjatje prej rreth 3 μs. Atomet e ceziumit mund të jenë në gjashtëmbëdhjetë gjendje të mundshme mekanike kuantike, të quajtura "nënnivele magnetike hiperfine të gjendjes bazë". Duke përdorur pompimin optik me lazer, pothuajse të gjithë atomet u sollën vetëm në një nga këto gjashtëmbëdhjetë gjendje, që korrespondon me temperaturën pothuajse zero absolute në shkallën Kelvin (-273,15 o C). Gjatësia e dhomës së ceziumit ishte 6 centimetra. Në vakum, drita udhëton 6 centimetra në 0,2 ns. Siç treguan matjet, pulsi i dritës kaloi përmes dhomës me cezium në një kohë 62 ns më të shkurtër se në vakum. Me fjalë të tjera, koha e kalimit të një pulsi përmes një mediumi ceziumi ka një shenjë "minus"! Në të vërtetë, nëse zbresim 62 ns nga 0,2 ns, marrim një kohë "negative". Kjo "vonesë negative" në medium - një kërcim kohor i pakuptueshëm - është i barabartë me kohën gjatë së cilës pulsi do të bënte 310 kalime nëpër dhomë në vakum. Pasoja e këtij "përmbysjeje kohore" ishte se impulsi që dilte nga dhoma arriti të largohej prej saj me 19 metra përpara se impulsi në hyrje të arrinte në murin e afërt të dhomës. Si mund të shpjegohet një situatë kaq e pabesueshme (përveç nëse, sigurisht, nuk ka dyshim për pastërtinë e eksperimentit)?

Duke gjykuar nga diskutimi në vazhdim, një shpjegim i saktë nuk është gjetur ende, por nuk ka dyshim se vetitë e pazakonta të dispersionit të mediumit luajnë një rol këtu: avulli i ceziumit, i përbërë nga atome të ngacmuara nga drita lazer, është një mjedis me shpërndarje anormale. . Le të kujtojmë shkurtimisht se çfarë është.

Dispersioni i një substance është varësia e indeksit të thyerjes së fazës (e zakonshme). n në gjatësinë valore të dritës l. Me shpërndarje normale, indeksi i thyerjes rritet me zvogëlimin e gjatësisë valore, dhe ky është rasti në xhami, ujë, ajër dhe të gjitha substancat e tjera transparente ndaj dritës. Në substancat që thithin fuqishëm dritën, kursi i indeksit të thyerjes ndryshon me një ndryshim në gjatësinë e valës dhe bëhet shumë më i pjerrët: me një ulje në l (një rritje në frekuencën w), indeksi i thyerjes zvogëlohet ndjeshëm dhe në një gamë të caktuar gjatësi vale bëhet më pak se uniteti (shpejtësia e fazës V f > Me). Kjo është dispersioni anormal, në të cilin modeli i përhapjes së dritës në një substancë ndryshon rrënjësisht. shpejtësia e grupit V cp bëhet më e madhe se shpejtësia fazore e valëve dhe mund të tejkalojë shpejtësinë e dritës në vakum (dhe gjithashtu të bëhet negative). L. Wong thekson këtë rrethanë si arsyen që qëndron në themel të mundësisë për të shpjeguar rezultatet e eksperimentit të tij. Megjithatë, duhet theksuar se gjendja V gr > Meështë thjesht formal, pasi koncepti i shpejtësisë së grupit u prezantua për rastin e shpërndarjes së vogël (normale), për mediat transparente, kur një grup valësh pothuajse nuk e ndryshon formën e tij gjatë përhapjes. Megjithatë, në rajonet e dispersionit anormal, pulsi i dritës deformohet me shpejtësi dhe koncepti i shpejtësisë së grupit humbet kuptimin e tij; në këtë rast prezantohen konceptet e shpejtësisë së sinjalit dhe shpejtësisë së përhapjes së energjisë, të cilat në media transparente përkojnë me shpejtësinë e grupit, ndërsa në media me absorbim mbeten më të vogla se shpejtësia e dritës në vakum. Por ja çfarë është interesante për eksperimentin e Wong: një puls drite, që kalon përmes një mediumi me shpërndarje anormale, nuk deformohet - ai ruan saktësisht formën e tij! Dhe kjo korrespondon me supozimin se impulsi përhapet me shpejtësinë e grupit. Por nëse është kështu, atëherë rezulton se nuk ka përthithje në medium, megjithëse shpërndarja anormale e mediumit është pikërisht për shkak të përthithjes! Vetë Wong, duke pranuar se shumë gjëra mbeten të paqarta, beson se ajo që po ndodh në organizimin e tij eksperimental mund të shpjegohet qartë si një përafrim i parë si më poshtë.

Një impuls drite përbëhet nga shumë komponentë me gjatësi vale (frekuenca) të ndryshme. Figura tregon tre nga këta komponentë (valët 1-3). Në një moment, të tre valët janë në fazë (maksimumi i tyre përputhet); këtu ata, duke u shtuar, përforcojnë njëri-tjetrin dhe formojnë një impuls. Ndërsa valët përhapen më tej në hapësirë, ato janë jashtë fazës dhe kështu “shuarin” njëra-tjetrën.

Në rajonin e dispersionit anormal (brenda qelizës cezium), vala që ishte më e shkurtër (vala 1) bëhet më e gjatë. Në të kundërt, vala që ishte më e gjata nga tre (vala 3) bëhet më e shkurtra.

Rrjedhimisht, fazat e valëve gjithashtu ndryshojnë në përputhje me rrethanat. Kur valët kanë kaluar nëpër qelizën e ceziumit, frontet e tyre valore rikthehen. Pasi i janë nënshtruar një modulimi fazor të pazakontë në një substancë me shpërndarje anormale, të tre valët e konsideruara e gjejnë veten përsëri në fazë në një moment. Këtu ata mblidhen përsëri dhe formojnë një puls të së njëjtës formë si ai që hyn në mjedisin cezium.

Zakonisht në ajër, dhe në të vërtetë në çdo mjedis transparent normalisht shpërndarës, një puls drite nuk mund të ruajë me saktësi formën e tij kur përhapet në një distancë të largët, domethënë, të gjithë përbërësit e tij nuk mund të jenë në fazë në asnjë pikë të largët përgjatë rrugës së përhapjes. Dhe në kushte normale, një puls drite në një pikë kaq të largët shfaqet pas ca kohësh. Megjithatë, për shkak të vetive anormale të mediumit të përdorur në eksperiment, pulsi në pikën e largët rezultoi të jetë i ndarë në të njëjtën mënyrë si kur hynte në këtë medium. Kështu, pulsi i dritës sillet sikur të kishte një vonesë kohore negative në rrugën e tij për në një pikë të largët, domethënë do të kishte mbërritur në të jo më vonë, por më herët se sa të kalonte mediumin!

Shumica e fizikanëve janë të prirur ta lidhin këtë rezultat me shfaqjen e një pararendësi me intensitet të ulët në mjedisin shpërndarës të dhomës. Fakti është se në zbërthimin spektral të pulsit, spektri përmban përbërës të frekuencave arbitrare të larta me amplitudë të papërfillshme, të ashtuquajturin pararendës, i cili shkon përpara "pjesës kryesore" të pulsit. Natyra e krijimit dhe forma e pararendësit varen nga ligji i dispersionit në medium. Me këtë në mendje, sekuenca e ngjarjeve në eksperimentin e Wong-ut propozohet të interpretohet si më poshtë. Vala hyrëse, duke “shtrirë” pararojën para vetes, i afrohet kamerës. Përpara se kulmi i valës hyrëse të godasë murin e afërt të dhomës, pararendësi fillon shfaqjen e një pulsi në dhomë, i cili arrin në murin e largët dhe reflektohet prej tij, duke formuar një "valë të kundërt". Kjo valë përhapet 300 herë më shpejt Me, arrin në murin afër dhe takohet me valën hyrëse. Majat e njërës valë takohen me koritë e tjetrës, kështu që anulojnë njëra-tjetrën dhe asgjë nuk mbetet. Rezulton se vala hyrëse "ia kthen borxhin" atomeve të ceziumit, të cilët i "huazuan" energji në skajin tjetër të dhomës. Dikush që shikonte vetëm fillimin dhe fundin e eksperimentit do të shihte vetëm një puls drite që "kërceu" përpara në kohë, duke lëvizur më shpejt Me.

L. Wong beson se eksperimenti i tij nuk është në përputhje me teorinë e relativitetit. Deklarata për paarritshmërinë e shpejtësisë superluminale, beson ai, është e zbatueshme vetëm për objektet me masë pushimi. Drita mund të përfaqësohet ose në formën e valëve, për të cilat koncepti i masës është përgjithësisht i pazbatueshëm, ose në formën e fotoneve me një masë pushimi, siç dihet, e barabartë me zero. Prandaj, shpejtësia e dritës në vakum, sipas Wong, nuk është kufiri. Megjithatë, Wong pranon se efekti që ai zbuloi nuk bën të mundur transmetimin e informacionit me një shpejtësi më të madhe se Me.

"Informacioni këtu gjendet tashmë në skajin kryesor të pulsit," thotë P. Milonni, një fizikant në Laboratorin Kombëtar të Los Alamos në SHBA.

Shumica e fizikanëve besojnë se puna e re nuk u jep një goditje dërrmuese parimeve themelore. Por jo të gjithë fizikanët besojnë se problemi është zgjidhur. Profesor A. Ranfagni, i grupit kërkimor italian që kreu një tjetër eksperiment interesant në vitin 2000, thotë se pyetja është ende e hapur. Ky eksperiment, i kryer nga Daniel Mugnai, Anedio Ranfagni dhe Rocco Ruggeri, zbuloi se valët e radios me valë centimetër përhapen në ajrin e zakonshëm me një shpejtësi që tejkalon Me me 25%.

Duke përmbledhur, mund të themi sa vijon. Punimet e viteve të fundit tregojnë se në kushte të caktuara, shpejtësia superluminale mund të ndodhë vërtet. Por çfarë saktësisht po lëviz me shpejtësi superluminale? Teoria e relativitetit, siç është përmendur tashmë, e ndalon një shpejtësi të tillë për trupat materialë dhe për sinjalet që bartin informacion. Megjithatë, disa studiues janë shumë këmbëngulës në përpjekjet e tyre për të demonstruar tejkalimin e barrierës së dritës posaçërisht për sinjalet. Arsyeja për këtë qëndron në faktin se në teorinë speciale të relativitetit nuk ekziston një justifikim rigoroz matematik (bazuar, le të themi, në ekuacionet e Maxwell për një fushë elektromagnetike) për pamundësinë e transmetimit të sinjaleve me një shpejtësi më të madhe se Me. Një pamundësi e tillë në SRT përcaktohet, mund të thuhet, thjesht aritmetikisht, bazuar në formulën e Ajnshtajnit për mbledhjen e shpejtësive, por në një mënyrë themelore kjo konfirmohet nga parimi i shkakësisë. Vetë Ajnshtajni, duke marrë në konsideratë çështjen e transmetimit të sinjalit superluminal, shkroi se në këtë rast "...ne jemi të detyruar të konsiderojmë të mundshëm një mekanizëm të transmetimit të sinjalit, kur përdorim të cilin veprimi i arritur i paraprin shkakut. Por, megjithëse kjo rezulton nga një logjikë e pastër. këndvështrimi nuk përmban vetveten, për mendimin tim, nuk ka kontradikta, megjithatë bie në kundërshtim me karakterin e gjithë përvojës sonë aq shumë sa pamundësia për të supozuar V > c duket se është vërtetuar mjaftueshëm. "Parimi i shkakësisë është guri i themelit që qëndron në themel të pamundësisë së transmetimit të sinjalit superluminal. Dhe ky gur, me sa duket, do të pengojë të gjitha kërkimet për sinjale superluminale, pa përjashtim, pavarësisht se sa shumë eksperimentues do të donin të zbulonin të tilla. sinjale sepse kjo është natyra e botës sonë.

Si përfundim, duhet theksuar se të gjitha sa më sipër vlejnë në mënyrë specifike për botën tonë, për Universin tonë. Një rezervë e tillë është bërë sepse kohët e fundit janë shfaqur hipoteza të reja në astrofizikë dhe kozmologji që lejojnë ekzistencën e shumë Universeve të fshehura prej nesh, të lidhur me tunele topologjike - kërcyes. Ky këndvështrim ndahet, për shembull, nga astrofizikani i njohur N. S. Kardashev. Për një vëzhgues të jashtëm, hyrjet në këto tunele janë të shënuara nga fusha gravitacionale anormale, të ngjashme me vrimat e zeza. Lëvizjet në tunele të tilla, siç sugjerohen nga autorët e hipotezave, do të bëjnë të mundur anashkalimin e kufizimit të shpejtësisë së lëvizjes të vendosur në hapësirën e zakonshme nga shpejtësia e dritës dhe, për rrjedhojë, realizimin e idesë së krijimit të një makine kohe... gjera. Dhe megjithëse deri më tani hipoteza të tilla të kujtojnë shumë komplote nga trillimet shkencore, vështirë se duhet të refuzohet kategorikisht mundësia themelore e një modeli me shumë elementë të strukturës së botës materiale. Një gjë tjetër është se të gjitha këto Universe të tjera, ka shumë të ngjarë, do të mbeten ndërtime thjesht matematikore të fizikantëve teorikë që jetojnë në Universin tonë dhe që përpiqen të gjejnë botët e mbyllura për ne me fuqinë e mendimeve të tyre...

Shihni në një dhomë me të njëjtën temë

Vërtet, si? Si të matni shpejtësinë më të lartë në Universi në kushtet tona modeste, tokësore? Ne nuk kemi më nevojë të shqetësohemi për këtë - në fund të fundit, për disa shekuj kaq shumë njerëz kanë punuar në këtë çështje, duke zhvilluar metoda për matjen e shpejtësisë së dritës. Le ta fillojmë historinë me radhë.

shpejtësia e dritësështë shpejtësia e përhapjes së valëve elektromagnetike në vakum. Shënohet me shkronjën latine c. Shpejtësia e dritës është afërsisht 300,000,000 m/s.

Në fillim, askush nuk mendoi fare për çështjen e matjes së shpejtësisë së dritës. Ka dritë - kjo është e mrekullueshme. Më pas, në epokën e antikitetit, tek filozofët shkencorë mbizotëronte mendimi se shpejtësia e dritës ishte e pafundme, domethënë e menjëhershme. Pastaj ishte Mesjeta me Inkuizicionin, kur pyetja kryesore e njerëzve të menduar dhe përparimtar ishte pyetja "Si të mos futemi në zjarr?" Dhe vetëm në epokë Rilindja Dhe iluminizmi mendimet e shkencëtarëve janë edukuar dhe, natyrisht, të ndara.

Kështu që, Dekarti, Keplerit Dhe Fermë ishin të të njëjtit mendim si shkencëtarët e lashtësisë. Por ai besonte se shpejtësia e dritës është e kufizuar, megjithëse shumë e lartë. Në fakt, ai bëri matjen e parë të shpejtësisë së dritës. Më saktësisht, ai bëri përpjekjen e parë për ta matur atë.

Përvoja e Galileos

Përvoja Galileo Galilei ishte e shkëlqyer në thjeshtësinë e saj. Shkencëtari kreu një eksperiment për të matur shpejtësinë e dritës, i armatosur me mjete të thjeshta të improvizuara. Në një distancë të madhe dhe të njohur nga njëri-tjetri, në kodra të ndryshme, Galileo dhe ndihmësi i tij qëndronin me fenerë të ndezur. Njëri prej tyre hapi qepen në fener dhe i dyti duhej të bënte të njëjtën gjë kur pa dritën e fenerit të parë. Duke ditur distancën dhe kohën (vonesa përpara se asistenti të hapte fenerin), Galileo priste të llogariste shpejtësinë e dritës. Fatkeqësisht, në mënyrë që ky eksperiment të kishte sukses, Galileo dhe ndihmësi i tij duhej të zgjidhnin kodrat që janë disa miliona kilometra larg njëra-tjetrës. Dëshiroj t'ju kujtoj se mundeni duke plotësuar një aplikacion në sit.

Eksperimentet e Roemer dhe Bradley

Eksperimenti i parë i suksesshëm dhe çuditërisht i saktë në përcaktimin e shpejtësisë së dritës ishte përvoja e astronomit danez. Olaf Romer. Roemer aplikoi metodën astronomike të matjes së shpejtësisë së dritës. Në 1676, ai vëzhgoi hënën e Jupiterit Io përmes një teleskopi dhe zbuloi se koha e eklipsit të satelitit ndryshon ndërsa Toka largohet nga Jupiteri. Koha maksimale e vonesës ishte 22 minuta. Duke supozuar se Toka po largohet nga Jupiteri në një distancë të diametrit të orbitës së Tokës, Roemer ndau vlerën e përafërt të diametrit me kohën e vonesës dhe mori një vlerë prej 214,000 kilometra në sekondë. Sigurisht, një llogaritje e tillë ishte shumë e përafërt, distancat midis planetëve njiheshin vetëm përafërsisht, por rezultati doli të ishte relativisht afër së vërtetës.

Përvoja e Bradley. Në 1728 James Bradley vlerësoi shpejtësinë e dritës duke vëzhguar devijimin e yjeve. lajthitjeështë një ndryshim në pozicionin e dukshëm të një ylli i shkaktuar nga lëvizja e tokës në orbitën e tij. Duke ditur shpejtësinë e Tokës dhe duke matur këndin e devijimit, Bradley mori një vlerë prej 301,000 kilometra në sekondë.

Përvoja e Fizeau

Rezultati i eksperimentit të Roemer dhe Bradley u trajtua me mosbesim nga bota e atëhershme shkencore. Sidoqoftë, rezultati i Bradley ishte më i sakti për më shumë se njëqind vjet, deri në 1849. Atë vit shkencëtari francez Armand Fizeau mati shpejtësinë e dritës duke përdorur metodën e grilave rrotulluese, pa vëzhguar trupat qiellorë, por këtu në Tokë. Në fakt, kjo ishte metoda e parë laboratorike pas Galileos për të matur shpejtësinë e dritës. Më poshtë është një diagram i konfigurimit të tij laboratorik.

Drita e reflektuar nga pasqyra kalonte nëpër dhëmbët e timonit dhe reflektohej nga një pasqyrë tjetër, 8.6 kilometra larg. Shpejtësia e timonit u rrit derisa drita ishte e dukshme në hendekun tjetër. Llogaritjet e Fizeau dhanë një rezultat prej 313,000 kilometrash në sekondë. Një vit më vonë, një eksperiment i ngjashëm me një pasqyrë rrotulluese u krye nga Léon Foucault, i cili mori rezultatin prej 298,000 kilometrash në sekondë.

Me ardhjen e maserëve dhe lazerëve, njerëzit kanë mundësi dhe mënyra të reja për të matur shpejtësinë e dritës, dhe zhvillimi i teorisë bëri të mundur edhe llogaritjen e shpejtësisë së dritës në mënyrë indirekte, pa bërë matje të drejtpërdrejta.

Vlera më e saktë për shpejtësinë e dritës

Njerëzimi ka grumbulluar përvojë të madhe në matjen e shpejtësisë së dritës. Deri më sot, vlera më e saktë e shpejtësisë së dritës konsiderohet të jetë vlera 299 792 458 metra në sekondë marrë në vitin 1983. Është interesante se matja e mëtejshme, më e saktë e shpejtësisë së dritës doli të jetë e pamundur për shkak të gabimeve në matje metra. Tani vlera e njehsorit është e lidhur me shpejtësinë e dritës dhe është e barabartë me distancën që drita kalon në 1/299,792,458 sekonda.

Së fundi, si gjithmonë, ju sugjerojmë të shikoni një video informuese. Miq, edhe nëse përballeni me një detyrë të tillë si matja e pavarur e shpejtësisë së dritës me mjete të improvizuara, mund t'i drejtoheni me siguri autorëve tanë për ndihmë. ju mund të plotësoni një aplikim në faqen e internetit të Korrespondencës. Ju dëshirojmë një studim të këndshëm dhe të lehtë!

Drita në çdo kohë zinte një vend të rëndësishëm në mbijetesën e njerëzve dhe në krijimin e një qytetërimi të përparuar që shohim sot. Shpejtësia e dritës gjatë gjithë historisë së zhvillimit njerëzor ka ngacmuar mendjet e filozofëve dhe natyralistëve në fillim, e më pas shkencëtarëve dhe fizikantëve. Kjo është konstanta themelore e ekzistencës së universit tonë.

Shumë shkencëtarë në periudha të ndryshme kërkuan të zbulonin se çfarë është përhapja e dritës në media të ndryshme. Me rëndësi më të madhe për shkencën ishte llogaritja e vlerës që ka shpejtësia e dritës në vakum. Ky artikull do t'ju ndihmojë të kuptoni këtë çështje dhe të mësoni shumë gjëra interesante rreth asaj se si drita sillet në vakum.

Drita dhe çështja e shpejtësisë

Drita në fizikën moderne luan një rol kyç, sepse, siç doli, është e pamundur të kapërcehet vlera e shpejtësisë së saj në këtë fazë të zhvillimit të qytetërimit tonë. U deshën shumë vite për të matur shpejtësinë e dritës. Para kësaj, shkencëtarët kanë bërë shumë kërkime, duke u përpjekur t'i përgjigjen pyetjes më të rëndësishme "sa është shpejtësia e përhapjes së dritës në vakum?".
Në këtë pikë në kohë, shkencëtarët kanë vërtetuar se shpejtësia e dritës (CPC) ka karakteristikat e mëposhtme:

• ajo është konstante;
• ajo është e pandryshueshme;
• ajo është e paarritshme;
• ajo është e fundme.

Shënim! Shpejtësia e dritës në momentin aktual në zhvillimin e shkencës është një vlerë absolutisht e paarritshme. Fizikanët kanë vetëm disa supozime se çfarë ndodh me një objekt që në mënyrë hipotetike arrin vlerën e shpejtësisë së përhapjes së një fluksi drite në vakum.

Shpejtësia e dritës

Pse është kaq e rëndësishme sa shpejt udhëton drita në vakum? Përgjigja është e thjeshtë. Në fund të fundit, vakuumi është në hapësirë. Prandaj, duke mësuar se cili tregues dixhital ka shpejtësinë e dritës në vakum, do të jemi në gjendje të kuptojmë se me çfarë shpejtësie maksimale të mundshme është e mundur të lëvizim nëpër hapësirat e sistemit diellor dhe më gjerë.
Grimcat elementare që bartin dritën në universin tonë janë fotone. Dhe shpejtësia me të cilën drita lëviz në vakum konsiderohet një vlerë absolute.

Shënim! SRS i referohet shpejtësisë me të cilën lëvizin valët elektromagnetike. Është interesante se drita përfaqëson njëkohësisht grimcat elementare (fotonet) dhe një valë. Kjo rrjedh nga teoria e valëve korpuskulare. Sipas tij, në situata të caktuara, drita sillet si një grimcë, dhe në të tjera si një valë.

Në këtë pikë kohore, përhapja e dritës në hapësirë ​​(vakum) konsiderohet të jetë një konstante themelore, e cila nuk varet nga zgjedhja e kornizës inerciale të përdorur të referencës. Kjo vlerë i referohet konstanteve themelore fizike. Në këtë rast, vlera e CPC karakterizon në përgjithësi vetitë themelore të gjeometrisë hapësirë-kohë.
Idetë moderne karakterizojnë CPC si një konstante, e cila është vlera maksimale e lejueshme për lëvizjen e grimcave, si dhe përhapjen e ndërveprimit të tyre. Në fizikë, kjo sasi shënohet me shkronjën latine "c".

Historia e studimit të çështjes

Në kohët e lashta, çuditërisht, edhe mendimtarët e lashtë pyesnin veten për përhapjen e dritës në universin tonë. Atëherë besohej se kjo është një vlerë e pafund. Vlerësimi i parë i fenomenit fizik të shpejtësisë së dritës u dha nga Olaf Remer vetëm në vitin 1676. Sipas llogaritjeve të tij, përhapja e dritës ishte afërsisht 220 mijë km/s.

Shënim! Olaf Remer dha një vlerë të përafërt, por, siç doli më vonë, jo shumë larg asaj reale.

Vlera e saktë për shpejtësinë me të cilën drita udhëton në vakum u përcaktua vetëm gjysmë shekulli pas Olaf Roemer. Këtë e ka bërë fizikani francez A.I.L. Fizeau duke kryer një eksperiment të veçantë.

Eksperimenti Fizeau

Ai ishte në gjendje të matë këtë fenomen fizik duke matur kohën që i duhej rrezes për të udhëtuar nëpër një zonë specifike dhe të matur saktësisht.
Përvoja dukej kështu:

• burimi S lëshonte një fluks të ndritshëm;
• reflektohej nga pasqyra (3);
• pas kësaj, fluksi ndriçues u ndërpre me anë të një disku të dhëmbëzuar (2);
• pastaj kaloi bazën, distanca e së cilës ishte 8 km;
• pas kësaj, fluksi i dritës u reflektua nga pasqyra (1) dhe shkoi në rrugën e kthimit në disk.

Gjatë eksperimentit, fluksi i dritës ra në boshllëqet midis dhëmbëve të diskut dhe mund të vëzhgohej përmes okularit (4). Fizeau përcaktoi kohën e kalimit të rrezes nga shpejtësia e rrotullimit të diskut. Si rezultat i këtij eksperimenti, ai mori vlerën c = 313,300 km/s.
Por ky nuk është fundi i hulumtimit që i është kushtuar kësaj çështjeje. Formula përfundimtare për llogaritjen e një konstante fizike u krijua falë shumë shkencëtarëve, duke përfshirë Albert Ajnshtajnin.

Ajnshtajni dhe vakuumi: rezultatet përfundimtare të llogaritjes

Sot, çdo person në Tokë e di se vlera maksimale e lejueshme për lëvizjen e objekteve materiale, si dhe çdo sinjal, konsiderohet të jetë shpejtësia e dritës në vakum. Vlera e saktë e këtij treguesi është pothuajse 300 mijë km / s. Për të qenë të saktë, shpejtësia e dritës në vakum është 299,792,458 m/s.
Teoria se është e pamundur të tejkalohet kjo vlerë u parashtrua nga fizikani i famshëm i së kaluarës Albert Einstein në teorinë e tij speciale të relativitetit ose SRT.

Shënim! Teoria e relativitetit të Ajnshtajnit konsiderohet e palëkundur derisa të ketë prova reale që transmetimi i sinjalit është i mundur me shpejtësi që tejkalojnë CPC në vakum.

Teoria e relativitetit të Ajnshtajnit

Por sot, disa studiues kanë zbuluar fenomene që mund të shërbejnë si parakusht për faktin se SRT e Ajnshtajnit mund të ndryshohet. Në kushte të caktuara të dhëna posaçërisht, është e mundur të gjurmohet pamja e shpejtësive superluminale. Është interesante se në këtë rast nuk ndodh shkelja e teorisë së relativitetit.

Pse nuk mund të lëvizësh më shpejt se drita?

Deri më sot, ka disa "kurthe" në këtë çështje. Për shembull, pse në kushte normale konstanta CPC nuk mund të kapërcehet? Sipas teorisë së pranuar, në këtë situatë do të cenohet parimi themelor i strukturës së botës sonë, përkatësisht ligji i kauzalitetit. Ai argumenton se efekti, sipas përkufizimit, nuk është në gjendje të tejkalojë shkakun e tij. E thënë në mënyrë figurative, nuk mund të ndodhë që në fillim ariu të bjerë i vdekur dhe vetëm atëherë të dëgjohet krisma e gjahtarit që e qëlloi. Por nëse CPC tejkalohet, atëherë ngjarjet duhet të fillojnë të ndodhin në rend të kundërt. Si rezultat, koha do të fillojë drejtimin e saj të kundërt.

Pra, sa është shpejtësia e përhapjes së një rreze drite?

Pas studimeve të shumta që u cituan për të përcaktuar vlerën e saktë të asaj që është CPC, u morën numra specifikë. Sot c = 1,079,252,848.8 km/h ose 299,792,458 m/s. dhe në njësitë Planck, ky parametër përcaktohet si një. Kjo do të thotë se energjia e dritës përshkon 1 njësi të gjatësisë së Plankut në 1 njësi të kohës së Plankut.

Shënim! Këto shifra janë të vlefshme vetëm për kushtet që ekzistojnë në vakum.

Formula e vlerës konstante

Por në fizikë, për një mënyrë më të thjeshtë të zgjidhjes së problemeve, përdoret një vlerë e rrumbullakosur - 300,000,000 m / s.
Ky rregull në kushte normale zbatohet për të gjitha objektet, si dhe për rrezet X, valët gravitacionale dhe të lehta të spektrit të dukshëm për ne. Përveç kësaj, shkencëtarët kanë vërtetuar se grimcat me masë mund të afrohen me shpejtësinë e një rreze drite. Por ata nuk janë në gjendje ta arrijnë ose ta tejkalojnë atë.

Shënim! Shpejtësia maksimale, afër shpejtësisë së dritës, është marrë në studimin e rrezeve kozmike të përshpejtuara në përshpejtues të veçantë.

Vlen të theksohet se kjo konstante fizike varet nga mediumi në të cilin matet, përkatësisht nga indeksi i thyerjes. Prandaj, shkalla e saj aktuale mund të ndryshojë në varësi të frekuencave.

Si të llogaritet vlera e një konstante themelore

Deri më sot, ekzistojnë metoda të ndryshme për përcaktimin e SRS. Ajo mund të jetë:

• metoda astronomike;
• metodë e përmirësuar Fizeau. Këtu, rrota e ingranazheve zëvendësohet me një modulator modern.

Shënim! Shkencëtarët kanë vërtetuar se treguesit e CPC në ajër dhe në vakum janë pothuajse të njëjtë. Dhe është më pak se rreth 25% ujë.

Formula e mëposhtme përdoret për të llogaritur sasinë e përhapjes së një rreze drite.

Formula për llogaritjen e shpejtësisë së dritës

Kjo formulë është e përshtatshme për llogaritjet me vakum.

konkluzioni

Drita në botën tonë është shumë e rëndësishme dhe momenti kur shkencëtarët mund të provojnë mundësinë e ekzistencës së shpejtësive superluminale mund të ndryshojë plotësisht botën tonë të njohur. Çfarë do të thotë ky zbulim për njerëzit është madje e vështirë të vlerësohet. Por padyshim që do të jetë një zbulim i jashtëzakonshëm!

Si të zgjidhni dhe instaloni sensorë vëllimi për kontrollin automatik të dritës
Furnizimet me energji të rregullueshme të transistorit të bërë në shtëpi: montim, aplikim praktik

Shpejtësia e dritës është vlera absolute e shpejtësisë së përhapjes së valëve elektromagnetike në vakum. Në fizikë, tradicionalisht shënohet me shkronjën latine "c" (shqiptohet si [tse]). Shpejtësia e dritës në vakum është një konstante themelore, e pavarur nga zgjedhja e kornizës së referencës inerciale (ISR). Ai i referohet konstanteve fizike themelore që karakterizojnë jo vetëm trupat individualë, por vetitë e hapësirë-kohës në tërësi. Sipas koncepteve moderne, shpejtësia e dritës në vakum është shpejtësia kufizuese e grimcave dhe përhapja e ndërveprimeve. Gjithashtu i rëndësishëm është fakti që kjo vlerë është absolute. Ky është një nga postulatet e SRT.

Në vakum (zbrazëti)

Në vitin 1977, u bë e mundur të llogaritet shpejtësia e përafërt e dritës, e barabartë me 299,792,458 ± 1.2 m / s, e llogaritur në bazë të një matësi referimi të vitit 1960. Për momentin, besohet se shpejtësia e dritës në vakum është një konstante fizike themelore, sipas përkufizimit saktësisht e barabartë me 299,792,458 m/s, ose afërsisht 1,079,252,848.8 km/h. Vlera e saktë është për faktin se që nga viti 1983 standardi i njehsorit ka qenë distanca e përshkuar nga drita në vakum në një interval kohor të barabartë me 1/299,792,458 sekonda. Shpejtësia e dritës shënohet me shkronjën c.

Përvoja themelore e Michelson për SRT tregoi se shpejtësia e dritës në vakum nuk varet nga shpejtësia e burimit të dritës, as nga shpejtësia e vëzhguesit. Në natyrë, shpejtësia e dritës përhapet:

drita aktuale e dukshme

lloje të tjera të rrezatimit elektromagnetik (valët e radios, rrezet x, etj.)

Nga teoria speciale e relativitetit del se nxitimi i grimcave që kanë masë pushimi në shpejtësinë e dritës është i pamundur, pasi kjo ngjarje do të shkelte parimin themelor të shkakësisë. Kjo do të thotë, tejkalimi i shpejtësisë së dritës nga sinjali, ose lëvizja e masës me një shpejtësi të tillë, përjashtohet. Megjithatë, teoria nuk përjashton lëvizjen e grimcave në hapësirë-kohë me shpejtësi superluminale. Grimcat hipotetike që lëvizin me shpejtësi superluminale quhen takione. Matematikisht, takionët përshtaten lehtësisht në transformimin e Lorencit - këto janë grimca me një masë imagjinare. Sa më e madhe të jetë shpejtësia e këtyre grimcave, aq më pak energji bartin dhe anasjelltas, sa më afër shpejtësisë së dritës, aq më e madhe është energjia e tyre - ashtu si energjia e grimcave të zakonshme, energjia e takioneve priret në pafundësi kur duke iu afruar shpejtësisë së dritës. Kjo është pasoja më e dukshme e transformimit të Lorencit, i cili nuk lejon që grimca të përshpejtohet në shpejtësinë e dritës - është thjesht e pamundur t'i japësh grimcës një sasi të pafundme energjie. Duhet të kuptohet se, së pari, takionët janë një klasë grimcash, dhe jo vetëm një lloj grimcash, dhe së dyti, asnjë ndërveprim fizik nuk mund të përhapet më shpejt se shpejtësia e dritës. Nga kjo rrjedh se takionët nuk shkelin parimin e shkakësisë - ato nuk ndërveprojnë me grimcat e zakonshme në asnjë mënyrë, dhe ndryshimi midis shpejtësive të tyre gjithashtu nuk mund të jetë i barabartë me shpejtësinë e dritës.

Grimcat e zakonshme që lëvizin më ngadalë se drita quhen tardyone. Tardions nuk mund të arrijnë shpejtësinë e dritës, por mund t'i afrohen asaj sa të duan, pasi në këtë rast energjia e tyre bëhet pafundësisht e madhe. Të gjitha vonesat kanë një masë pushimi, ndryshe nga fotonet dhe gravitonët pa masë, të cilët lëvizin gjithmonë me shpejtësinë e dritës.

Në njësitë Planck, shpejtësia e dritës në vakum është 1, domethënë drita udhëton 1 njësi Planck gjatësi për njësi të kohës së Plankut.

Në një mjedis transparent

Shpejtësia e dritës në një mjedis transparent është shpejtësia me të cilën drita udhëton në një mjedis të ndryshëm nga vakum. Në një mjedis me dispersion dallohen shpejtësia e fazës dhe grupit.

Shpejtësia e fazës lidh frekuencën dhe gjatësinë e valës së dritës monokromatike në një mjedis (λ=c/ν). Kjo shpejtësi është zakonisht (por jo domosdoshmërisht) më e vogël se c. Raporti i shpejtësisë fazore të dritës në vakum me shpejtësinë e dritës në një mjedis quhet indeksi i thyerjes së mediumit. Shpejtësia e grupit të dritës në një mjedis ekuilibër është gjithmonë më e vogël se c. Megjithatë, në mjediset joekuilibri mund të kalojë c. Sidoqoftë, në këtë rast, skaji kryesor i pulsit ende lëviz me një shpejtësi që nuk e kalon shpejtësinë e dritës në vakum.

Armand Hippolyte Louis Fizeau vërtetoi me përvojë se lëvizja e një mediumi në lidhje me një rreze drite mund të ndikojë gjithashtu në shpejtësinë e përhapjes së dritës në këtë mjedis.

Mohimi i postulatit për shpejtësinë maksimale të dritës

Vitet e fundit, shpesh janë shfaqur raporte se në të ashtuquajturin teleportim kuantik, ndërveprimi përhapet më shpejt se shpejtësia e dritës. Për shembull, më 15 gusht 2008, ekipi hulumtues i Dr. Nicolas Gisin i Universitetit të Gjenevës, duke studiuar gjendjet e fotoneve të lidhura të ndara me 18 km në hapësirë, dyshohet se tregoi se "ndërveprimi midis grimcave kryhet me një shpejtësi prej rreth njëqind mijë herë më e madhe se shpejtësia e Sveta". I ashtuquajturi paradoksi i Hartmann - shpejtësia superluminale në efektin e tunelit - u diskutua gjithashtu më herët.

Analiza shkencore e rëndësisë së këtyre dhe rezultateve të ngjashme tregon se në parim ato nuk mund të përdoren për transmetimin superluminal të ndonjë sinjali ose lëvizje të materies.

Historia e matjeve të shpejtësisë së dritës

Shkencëtarët e lashtë, me përjashtime të rralla, e konsideronin shpejtësinë e dritës si të pafundme. Në kohët moderne, kjo çështje u bë objekt diskutimi. Galileo dhe Hooke supozuan se ishte e fundme, edhe pse shumë e madhe, ndërsa Kepleri, Dekarti dhe Fermat ende mbronin pafundësinë e shpejtësisë së dritës.

Vlerësimi i parë i shpejtësisë së dritës u dha nga Olaf Römer (1676). Ai vuri re se kur Toka dhe Jupiteri janë në anët e kundërta të Diellit, eklipset e hënës së Jupiterit Io vonohen me 22 minuta në krahasim me llogaritjet. Nga kjo ai mori një vlerë për shpejtësinë e dritës prej rreth 220,000 km/sek - e pasaktë, por afër vlerës së vërtetë. Gjysmë shekulli më vonë, zbulimi i devijimit bëri të mundur konfirmimin e kufijve të shpejtësisë së dritës dhe përsosjen e vlerësimit të saj.

Shpejtësia e dritës është distanca që përshkon drita për njësi të kohës. Kjo vlerë varet nga mjedisi në të cilin përhapet drita.

Në vakum, shpejtësia e dritës është 299,792,458 m/s. Kjo është shpejtësia më e lartë që mund të arrihet. Gjatë zgjidhjes së problemeve që nuk kërkojnë saktësi të veçantë, kjo vlerë merret e barabartë me 300,000,000 m/s. Supozohet se të gjitha llojet e rrezatimit elektromagnetik përhapen me shpejtësinë e dritës në një vakum: valët e radios, rrezatimi infra të kuqe, drita e dukshme, rrezatimi ultravjollcë, rrezet x, rrezatimi gama. Caktojeni atë me një letër Me .

Si përcaktohet shpejtësia e dritës?

Në kohët e lashta, shkencëtarët besonin se shpejtësia e dritës ishte e pafundme. Më vonë, në komunitetin shkencor filluan diskutimet për këtë çështje. Kepler, Descartes dhe Fermat u pajtuan me mendimin e shkencëtarëve të lashtë. Dhe Galileo dhe Hooke besonin se, megjithëse shpejtësia e dritës është shumë e lartë, ajo ende ka një vlerë të kufizuar.

Galileo Galilei

Një nga të parët që mati shpejtësinë e dritës ishte shkencëtari italian Galileo Galilei. Gjatë eksperimentit, ai dhe ndihmësi i tij ishin në kodra të ndryshme. Galileo hapi damperin në fenerin e tij. Në atë moment, kur asistenti pa këtë dritë, ai duhej të bënte të njëjtën gjë me fenerin e tij. Koha për të cilën drita udhëtoi nga Galileo te asistenti dhe mbrapa doli të ishte aq e shkurtër sa Galileo kuptoi se shpejtësia e dritës ishte shumë e lartë dhe është e pamundur ta matësh atë në një distancë kaq të shkurtër, pasi drita përhapet pothuajse menjëherë. . Dhe koha e regjistruar prej tij tregon vetëm shpejtësinë e reagimit të një personi.

Shpejtësia e dritës u përcaktua për herë të parë në 1676 nga astronomi danez Olaf Römer duke përdorur distancat astronomike. Duke vëzhguar me teleskop eklipsin e hënës së Jupiterit Io, ai zbuloi se ndërsa Toka largohet nga Jupiteri, çdo eklips pasues vjen më vonë se sa ishte llogaritur. Vonesa maksimale, kur Toka lëviz në anën tjetër të Diellit dhe largohet nga Jupiteri në një distancë të barabartë me diametrin e orbitës së Tokës, është 22 orë. Edhe pse në atë kohë diametri i saktë i Tokës nuk dihej, shkencëtari e ndau vlerën e saj të përafërt me 22 orë dhe doli me një vlerë prej rreth 220,000 km / s.

Olaf Romer

Rezultati i marrë nga Römer shkaktoi mosbesim midis shkencëtarëve. Por në 1849, fizikani francez Armand Hippolyte Louis Fizeau mati shpejtësinë e dritës duke përdorur metodën e grilave rrotulluese. Në eksperimentin e tij, drita nga një burim kaloi midis dhëmbëve të një rrote rrotulluese dhe drejtohej në një pasqyrë. I reflektuar prej tij, ai u kthye prapa. Shpejtësia e rrotave u rrit. Kur arriti një vlerë të caktuar, rrezja e reflektuar nga pasqyra u vonua nga dhëmbi i lëvizur dhe vëzhguesi në atë moment nuk pa asgjë.

Përvoja e Fizeau

Fizeau llogariti shpejtësinë e dritës si më poshtë. Drita kalon rrugën L nga rrota në pasqyrë në një kohë të barabartë me t1 = 2L/s . Koha që i duhet timonit për të bërë një kthesë ½ slot është t 2 \u003d T / 2N , Ku T - periudha e rrotullimit të rrotave, N - numri i dhëmbëve. Frekuenca e rrotullimit v = 1/T . Vjen momenti kur vëzhguesi nuk e sheh dritën t1 = t2 . Nga këtu marrim formulën për përcaktimin e shpejtësisë së dritës:

c = 4LNv

Pas llogaritjes së kësaj formule, Fizeau përcaktoi se Me = 313,000,000 m/s. Ky rezultat ishte shumë më i saktë.

Armand Hippolyte Louis Fizeau

Në 1838, fizikani dhe astronomi francez Dominique François Jean Arago propozoi përdorimin e metodës së pasqyrave rrotulluese për të llogaritur shpejtësinë e dritës. Kjo ide u zbatua nga fizikani, mekaniku dhe astronomi francez Jean Bernard Léon Foucault, i cili në 1862 mori vlerën e shpejtësisë së dritës (298,000,000 ± 500,000) m/s.

Dominique Francois Jean Arago

Në 1891, rezultati i astronomit amerikan Simon Newcomb doli të ishte një rend i madhësisë më i saktë se rezultati i Foucault. Si rezultat i llogaritjeve të tij Me = (99 810 000±50 000) m/s.

Studimet e fizikanit amerikan Albert Abraham Michelson, i cili përdori një instalim me një pasqyrë oktaedrale rrotulluese, bënë të mundur përcaktimin më të saktë të shpejtësisë së dritës. Në vitin 1926, shkencëtari mati kohën gjatë së cilës drita përshkoi distancën midis majave të dy maleve, e barabartë me 35.4 km, dhe mori Me = (299 796 000±4 000) m/s.

Matja më e saktë u bë në vitin 1975. Në të njëjtin vit, Konferenca e Përgjithshme për Peshat dhe Masat rekomandoi që shpejtësia e dritës të konsiderohej e barabartë me 299,792,458 ± 1,2 m/s.

Çfarë përcakton shpejtësinë e dritës

Shpejtësia e dritës në vakum nuk varet nga korniza e referencës ose nga pozicioni i vëzhguesit. Ajo mbetet konstante, e barabartë me 299,792,458 ± 1,2 m/s. Por në media të ndryshme transparente kjo shpejtësi do të jetë më e ulët se shpejtësia e saj në vakum. Çdo medium transparent ka një densitet optik. Dhe sa më i lartë të jetë, aq më ngadalë përhapet drita në të. Kështu, për shembull, shpejtësia e dritës në ajër është më e lartë se shpejtësia e saj në ujë, dhe në xhamin e pastër optik është më e vogël se në ujë.

Nëse drita kalon nga një mjedis më pak i dendur në një mjedis më të dendur, shpejtësia e saj zvogëlohet. Dhe nëse kalimi ndodh nga një medium më i dendur në një më pak të dendur, atëherë shpejtësia, përkundrazi, rritet. Kjo shpjegon pse rrezja e dritës devijohet në kufirin e tranzicionit të dy mediave.