Что такое скорость света?

Уже в V веке до н.э. греческие философы, такие как Эмпедокл и Аристотель, расходились во мнениях о природе скорости света. Эмпедокл предполагал, что свет, из чего бы он ни был сделан, должен путешествовать и, следовательно, должен иметь скорость движения. Аристотель же в своем трактате «О чувственном восприятии» написал опровержение этой гипотезы, утверждая, что свет, в отличие от звука и запаха, распространяется мгновенно, а значит, не может иметь скорость. Аристотель, конечно, ошибался, но на то, чтобы доказать это, ушли бы сотни лет.

В середине 1600-х годов итальянский астроном Галилео Галилей вместе со своим коллегой провел эксперимент. Ученые стояли на холмах на расстоянии меньше мили друг от друга, при этом каждый из них держал фонарь. Суть испытания заключалась в том, что один из ученых должен был включить свой фонарь, а второй должен был сделать то же самое, но только когда увидит свет первого фонаря. К сожалению, в эксперименте Галилея расстояние между холмами было недостаточно большим, чтобы измерить скорость света, однако ученый все же смог сделать вывод, что свет движется по крайней мере в 10 раз быстрее звука.

В 1670-х годах датский астроном Оле Ремер попытался создать надежное расписание для моряков в море, но случайно придумал новый способ оценки скорости света. Чтобы создать астрономические часы, он записал точное время затмений спутника Юпитера Ио, которые были видны с Земли. Со временем Ремер заметил, что затмения Ио часто отличались от его расчетов. Он обратил внимание на то, что затмения будто опаздывали в те моменты, когда Земля и Юпитер отдалялись друг от друга. В современном мире это явление известно как эффект Доплера — так называют изменение частоты и длины волны излучения вследствие движения источника излучения относительно наблюдателя. Более подробно об эффекте можете узнать из этого материала «TechInsider».

Наблюдая за интересным явлением, Ремер интуитивно предположил, что он иногда ошибается в своих прогнозах из-за увеличивающего расстояния между Ио и Землей, а значит, свету все же требуется какое-то время, чтобы добраться из точки А в точку Б. Беря за основу свои догадки, Ремер попробовал использовать свои наблюдения для оценки скорости света. Поскольку размеры Солнечной системы и орбиты Земли еще не были точно известны, провести вычисления было довольно сложно, но в результате ученому удалось представить первые значения скорости света - 200 000 000 м/с.

В 1728 году английский физик Джеймс Брэдли придумал новый способ расчета скорости света, основанный на изменении видимого положения звезд. По данным Американского физического общества, в результате своих исследований он оценил скорость света в 301 000 000 м/с.

В середине 1800-х годов были предприняты еще две попытки найти более точное значение скорости света — французский физик Ипполит Физо направил луч света на быстро вращающееся зубчатое колесо с зеркалом, расположенным на расстоянии 8 километров. Идея эксперимента заключалась в том, чтобы измерить количество времени, которое понадобится отразившемуся лучу, чтобы вернуться назад. Примерно в это же время другой французский физик Леон Фуко провел практически идентичный опыт, только вместо колеса он использовал вращающееся зеркало. Оба эксперимента дали очень похожие результаты - около 1000 миль в секунду или 1 609 000 м/с.

По данным Университета Вирджинии (США), еще одним ученым, решившим разгадать загадку скорости света, стал уроженец Польши Альберт А.Михельсон, выросший в Калифорнии в период золотой лихорадки. К физике он пристрастился во время учебы в Военно-морской академии США. И в 1879 году он попытался повторить эксперимент Фуко для определения скорости света, однако Майкельсон внес в него некоторые коррективы — он увеличил расстояние между зеркалами и использовал чрезвычайно качественные зеркала и линзы.

В результате исследователь получил значение в 299 910 000 км/с, которое считалось самым точным измерением скорости света в течение следующих 40 лет, пока Майкельсон самостоятельно не изменил его. Во время своей второй попытки измерить скорость света ученый пытался определить время, за которое свет пройдет четко выверенное расстояние между двумя холмами. А незадолго до своей смерти в 1931 году он предпринял третью попытку, в ходе которой построил трубу длиной в милю из гофрированной стали. Условия внутри этой трубы были очень приближены к вакууму, чтобы предотвратить влияние каки-либо факторов, в том числе воздуха, на конечный результат. В итоге ученому удалось добиться своего — он получил число, максимально приближенное к современному значению скорости света.

Современная научная фантастика любит идею перемещения в пространстве со скоростью, превышающей скорость света. Такие путешествия делают бесчисленные научно-фантастические франшизы реалистичными — имея некое варп-ядро герои могут преодолевать огромные космические пространства за считанные секунды. Например, такой возможностью обладают персонажи «Звездного пути».

Но хотя перемещения быстрее скорости света нельзя назвать однозначно невозможными, человечеству для этого необходимо использовать довольно экзотическую физику. Проблема в том, что специальная теория относительности гарантирует, что человеческое тело будет уничтожено задолго до того момента, как мы достигнем достаточно высокой скорости. Поэтому для путешествий быстрее скорости света может понадобиться специальный корабль, который сможет образовать пространственно-временной пузырь вокруг себя. Согласитесь, звучит здорово!