Что быстрее свет или электричество

Что быстрее свет или электричество?

Любой человек, разбирающийся в физике, скажет, что скорость движения электрического тока равна скорости света и составляет 300 тысяч километров в секунду.

Почему электричество распространяется со скоростью света?

Какая скорость у скорости света?

В прошлое время множество усилий было направлено на измерение точного значения скорости света, но сейчас достоверно известно, что скорость света в вакууме равна 299 792 458 метров в секунду. И даже длина нынешнего эталона расстояния, метра, была определена с использованием значения скорости света.

Скорость света или скорость электрического тока по проводам: что быстрее?

Одним из основных вопросов, которые возникают в связи с электрической энергией, является скорость тока по проводам. Различные источники содержат информацию о том, что скорость электрического тока может быть сравнима со скоростью света. Это заявление вызывает много вопросов и требует более детального рассмотрения.

Стоит отметить, что на первый взгляд сравнение скорости света и электрического тока может показаться некорректным. Ведь скорость света составляет порядка 300 000 000 метров в секунду, а скорость электрического тока по проводам обычно равна нескольким миллионам метров в секунду. Но если рассматривать скорость тока как скорость перемещения информации, то ситуация меняется.

Электрический ток является потоком заряженных частиц, которые передают информацию в электрической цепи. Скорость передачи информации зависит от силы тока и сопротивления проводника. Также стоит учитывать, что в электрических системах могут использоваться различные вещества в качестве материалов проводников, что также влияет на скорость тока.

История развития науки о скорости света и электрического тока

Измерения скорости света

Измерение скорости света – это важный этап в развитии науки о физике. Однако, первые попытки определить скорость света были предприняты еще в древнем мире. Например, аристотелевские ученые были уверены, что свет движется мгновенно, без замедления, поэтому не стали проводить реальные измерения его скорости.

Опыты по измерению скорости света были предприняты в XVI веке голландским ученым Оле Рёмером. Он измерил, в первую очередь, скорость освещенности Юпитера, и, на основании полученных данных, заключил, что скорость света составляет около 225 000 км/с.

Измерения скорости электрического тока

Примерно в то же время, когда ученые измеряли скорость света, начали изучать и скорость электрического тока. Одним из первых ученых, занимавшимся этой проблемой, был итальянский физик Алессандро Вольта. Он считается отцом измерения электрической скорости.

Вольта определил, что электрический ток распространяется практически с мгновенной скоростью, однако это утверждение оказалось неточным. Скорость распространения электрического тока зависит от многих факторов, включая среду, в которой он проходит. Таким образом, скорость электрического тока не может быть точно определена.

Скорость света и электрического тока на разных средах

Среда	Скорость света, км/с	Скорость электрического тока, км/с
Вакуум	299 792,458	299 792,458
Вода	225 000	225 000
Стекло	200 000	215 000

На сегодняшний день различные методы помогают ученым определить скорость света и электрического тока на разных средах. Для многих вопросов физики эти данные являются важными решениями.

Что такое скорость света и как ее измеряют?

Скорость света — это фундаментальная физическая константа, которая определяет, с какой скоростью распространяется свет в вакууме. Это значение составляет около 299 792 458 метров в секунду.

Скорость света измеряется с помощью специальной аппаратуры, такой как лазерный интерферометр. Этот инструмент позволяет определить разность фаз между двумя лазерными лучами, которые проходят разные расстояния до зеркала и возвращаются обратно. Измерение разницы фаз позволяет точно определить скорость света.

Скорость света также имеет много практических приложений. Например, в телефонной связи и интернете свет используется для передачи данных по оптическим кабелям. Более высокая скорость света обеспечивает большую пропускную способность и увеличивает скорость передачи данных.

Важно знать, что скорость света является пределом для скорости движения любого объекта. Никакое тело не может двигаться быстрее, чем свет.
Скорость света в средах с другой плотностью может отличаться от скорости в вакууме. Например, в стекле скорость света меньше, чем в вакууме.

Изучение скорости света важно для различных областей науки и технологий, таких как оптика, электроника, астрономия и аэродинамика.

Скорость электрического тока: что это такое и каковы ее особенности?

Электрический ток – это движение заряженных частиц (электронов и дырок) в проводнике. Он возможен благодаря наличию разности потенциалов между двумя концами проводника. Когда проводник подключается к источнику электрической энергии, например, к батарее или розетке, электроны в нем начинают двигаться в направлении положительного заряда. Таким образом, возникает электрический ток.

Скорость электрического тока – это скорость перемещения электрических зарядов по проводнику. Она измеряется в амперах (А) и определяется как отношение количества зарядов, прошедших через поперечное сечение проводника за одну секунду, к заряду элементарного электрона. Для примера, сила тока в 1 А соответствует перемещению 6,24 × 10^18 электронов в секунду.

Особенности скорости электрического тока зависят от физических свойств проводника, в котором он протекает, и от наличия других физических взаимодействий, таких как сопротивление провода, температура, длина провода и т.д. Чем меньше сопротивление провода, тем выше скорость тока. Однако, долгие расстояния и высокое напряжение могут привести к потерям энергии и снижению скорости тока.

Таким образом, скорость электрического тока зависит от многих факторов и может быть различной для разных материалов и условий. Но в любом случае, она является значительно меньшей, чем скорость света, которая является фундаментальной постоянной природы.

В чем различия между скоростью света и скоростью электрического тока?

Скорость света — это фундаментальная константа природы, которая описывает, как быстро свет распространяется в вакууме. Ее значение равно приблизительно 299 792 км/с. Скорость света не зависит от направления распространения.

Скорость электрического тока, напротив, зависит от проводника, частоты и типа электрического тока. В металлических проводниках электрический ток распространяется со скоростью, которая далека от скорости света и может достигать нескольких миллионов метров в секунду.

Однако, стоит отметить, что скорость электрического сигнала — это не только скорость движения электронов в проводнике, но и время, которое требуется для передачи сигнала между источником и приемником. Скорость электрического сигнала величина лимитирующая и зависящая от множества факторов, таких как ограничения кабельной системы, оборудование, используемое в сети, и т. д.

Скорость света — это независимая фундаментальная константа природы.
Скорость электрического тока зависит от проводника и типа тока.
Скорость электрического сигнала зависит от множества факторов и не является постоянной величиной.

Анализ результатов экспериментов: кто быстрее — свет или электрический ток?

Результаты эксперимента

Проведенные эксперименты показали, что скорость света является наибольшей известной скоростью в природе. Она равна приблизительно 299 792 458 м/с. Однако, скорость электрического тока по проводам также достаточно высока и может достигать 99,9% от скорости света.

Влияние среды на скорость

Важно отметить, что скорость света зависит от среды распространения, в которой она находится. Так, скорость света в вакууме — это максимальная скорость распространения света, а при прохождении через другие среды (например, воду, стекло или воздух) её скорость уменьшается.

Применение скорости света и электрического тока

Обе скорости имеют свои преимущества и применяются в разных областях науки и техники. Например, скорость света используется в оптических системах, фотонике и квантовой криптографии. Скорость электрического тока — в электронике, телекоммуникациях и электроэнергетике.

Заключение

Таким образом, можно сказать, что скорость света является более высокой скоростью, чем скорость электрического тока по проводам. Однако, скорость электрического тока также является достаточно высокой и широко используется в разнообразных областях техники и науки.

Где применяются знания о скорости света и электрического тока?

Научные исследования. Понимание скорости света и электрического тока является одним из ключевых элементов многих научных исследований. Например, при изучении оптики и фотоники необходимо знать скорость света для разработки новых методов обработки изображений. При разработке электроники и микротехнологий ключевым фактором является скорость электрического тока, что позволяет создавать более быстрые и эффективные устройства.

Коммуникации. Скорость света играет огромную роль в таких областях, как связь и передача данных. Значение скорости света позволяет разрабатывать новые мобильные сети связи, спутниковые системы и интернет-сервисы. Кроме того, электрический ток используется для передачи данных между компьютерами и другими электронными устройствами.

Медицина. Скорость света является важным фактором в медицинских исследованиях и процедурах. Она используется для измерения давления в глазах и сканирования зубов, с помощью рентгеновских лучей. Скорость электрического тока применяют при измерении электрической активности в мозге и сердце.

Промышленность. Знание скорости света и электрического тока является важным при создании промышленных устройств. Например, в промышленности производства электроэнергии используют сети высокого напряжения, работающие на скоростях электрического тока, определяемых величиной скорости света. Использование этих знаний в промышленности помогает создавать эффективные и безопасные устройства, способные работать на высоких скоростях и обеспечивать высокий уровень производительности.

Космическая техника. Знания о скорости света и электрического тока играют важную роль в космических исследованиях. Миссии к Луне и другим планетам начинаются с расчета скорости и траектории, учитывая особенности работы с электромагнитным полем в космосе. Скорость электрического тока используют при создании и работе оборудования в космических условиях.

Использование электронной связи для передачи информации

Электронная почта

Электронная почта является одним из наиболее распространенных и удобных способов обмена информацией в современном мире. Она позволяет быстро и просто передавать сообщения, документы, фото и другие файлы между пользователями, находящимися в любой точке мира.

Использование электронной почты позволяет снизить время на организацию встреч или распечатку бумажных документов. Также электронная почта может быть использована для рассылки рекламных материалов, уведомлений о новостях или событиях.

Мессенджеры

Мессенджеры, такие как WhatsApp, Telegram, Viber и другие, также являются популярными способами обмена информацией. Они предоставляют возможность общаться в реальном времени, отправлять голосовые сообщения, картинки и видео, делиться документами.

Использование мессенджеров особенно удобно для коммуникации в группах, например, в рабочих чатах или чатах с друзьями. Это позволяет быстро обмениваться информацией и решать проблемы, не затрачивая время на долгие емейл-диалоги.

Социальные сети

Социальные сети, такие как Facebook, Instagram, VKontakte и другие, также позволяют обмениваться информацией между пользователями. Они предоставляют возможность публиковать фото, видео, тексты, ссылки и другие материалы, которые могут быть просмотрены и комментированы другими пользователями.

Использование социальных сетей может быть полезно для продвижения бренда, деятельности или продукта, а также для создания сообщества единомышленников.

Выводы: что быстрее — свет или электрический ток?

В результате проведенных экспериментов было установлено: скорость света в вакууме составляет приблизительно 299 792 458 метров в секунду, что является наивысшей скоростью во Вселенной. В свою очередь, скорость электрического тока по проводам значительно меньше и зависит от материала проводника, диаметра и длины провода.

Однако, скорость электрического тока не является постоянной и может быть достигнута практически мгновенно благодаря способности электрических сигналов распространяться со скоростью близкой к скорости света и интернету.

Таким образом, можно определенно сказать, что скорость света является намного более высокой по сравнению со скоростью электрического тока по проводам. Однако, учитывая способность электрических сигналов распространяться быстро и с малыми потерями, скорость электрического тока имеет большое практическое значение и используется повсеместно в нашей повседневной жизни.

Почему ток в розетке и проводах не бежит со скоростью света? Или все-таки.

Любой человек, разбирающийся в физике, скажет, что скорость движения электрического тока равна скорости света и составляет 300 тысяч километров в секунду. С одной стороны он прав на 100%, но есть нюансы.

скорость тока в проводах Со светом все просто и прозрачно: скорость полета фотона равна скорости распространения светового луча. С электронами сложнее. Электрический ток сильно отличается от видимого излучения.

Почему считается, что скорость полета фотонов в вакууме и скорость электронов в проводнике одинакова? Утверждение основано на фактических результатах. В 1888 году немецкий ученый Генрих Герц экспериментально установил, что электромагнитная волна распространяется в вакууме так же быстро как свет. Но можно ли говорить, что электроны в проводнике летят со скоростью света? Надо разобраться с природой электричества.

Что такое электрический ток?

Из школьного курса физики известно, что электричество – это поток электронов, упорядоченно перемещающихся в проводнике. Пока источника электричества нет, электроны движутся в проводнике хаотически, в разных направлениях. Если суммировать траектории всех заряженных частиц, получится ноль. Поэтому кусок металла не бьет током.

Если металлический предмет подсоединить к электрической цепи, все электроны в нем выстроятся в цепочку и потекут от одного полюса к другому. Насколько быстро произойдет упорядочение? Со скоростью света в вакууме. Но это не означает, что электроны полетели от одного полюса к другому также стремительно. Это заблуждение. Просто люди настолько привыкли к утверждению, что электричество распространяется так же быстро как свет, что не особо задумываются над деталями.

Что быстрее: молния или гром?

Этот детский вопрос имеет простой ответ – молния. Из того же школьного курса физики известно, что скорость звука в воздухе равна примерно 331 м/сек. Почти в миллион раз медленнее электромагнитной волны. Зная это, легко понять, как высчитать расстояние до молнии.

Свет вспышки доходит до нас в момент разряда, а звук летит дольше. Достаточно засечь промежуток времени между вспышкой и громом. Теперь просто считаем, насколько далеко от нас ударила молния, по простой формуле:

L =T × 331

Где T – это время от вспышки до грома, а L – это расстояние от нас до молнии в метрах.

Например, гром прогремел через 7.2 секунды после вспышки. 331 × 7.2 = 2383. Получается, что молния ударила на высоте 2 километра 383 метра.

Скорость электромагнитной волны – это не скорость тока

Теперь будем более внимательны к цифрам и терминам. На примере молнии убедились, что маленькое неверное допущение может привести к большим промахам. Точно известно, что скорость распространения электромагнитной волны равна 300 000 километров в секунду. Однако это не означает, что электроны в проводнике перемещаются с такой же скоростью.

Представим, что две команды соревнуются, кто быстрее доставит мяч с одного края поля на другой. Обязательное условие – каждый член команды сделает несколько шагов с мячом в руках. В одной команде пять человек, а в другой – один. Пятеро, выстроившись в цепочку, сыграют в пас, сделав каждый несколько шагов в направлении от старта к финишу. Одиночке придется бежать всю дистанцию. Очевидно, что победят пятеро, потому что мяч летит быстрее, чем человек бегает.

Так же и с электричеством. Электроны «бегают» медленно (собственная скорость элементарных частиц в направленном потоке исчисляется миллиметрами в секунду), но передают друг другу «мячик» заряда очень быстро. При отсутствии разности потенциалов на разноименных концах проводника все электроны движутся хаотично. Это тепловое движение, присутствующее в каждом веществе.

Если бы электроны двигались в проводах со скоростью света

Представим, что скорость электронов в проводнике все-таки близка к световой. В этом случае современная энергетика была бы невозможна в привычном для нас виде. Если бы электроны двигались по проводам, пролетая 300 000 километров в секунду, пришлось бы решать очень сложные технические задачи.

адронный коллайдер

Самая очевидная проблема: на такой скорости электроны не смогут следовать за поворотами проводов. Разогнавшись на прямом участке, заряженные частицы будут вылетать по касательной как не вписавшиеся в вираж автомобили. Чтобы удержать летящие на космических скоростях электроны внутри энергетических магистралей, придется снабжать провода электромагнитными ловушками. Каждый участок проводки станет похожим на фрагмент адронного коллайдера.

К счастью элементарные частицы предвигаются гораздо медленнее и для передачи энергии на дальние расстояния вполне пригодны неизолированные алюминиевые провода для ЛЭП

Надеемся, что ознакомившись с этим обзором, вы нашли ответ на вопрос почему ток не бежит по кабелям со скоростью света и вспомнили кое-что из школьного курса физики, а это, согласитесь, крайне полезно в любом возрасте.

Что быстрее скорость света или электричества

Электрический ток в металле — это направленное движение электронов. Двигаться электроны заставляет электрическое поле, создаваемое источником питания. Но электрическое поле представляет собой одну компоненту поля электромагнитного и, следовательно, распространяется со скоростью света. Поэтому прибор в точке В покажет появление тока не сразу после замыкания цепи, как мы привыкли видеть, включая свет в квартире, а через час. Лампочка в точке А зажжется через два часа в полном соответствии с теорией относительности. Более того, если на пути электрического тока поставить замедляющую систему (линию задержки), можно существенно понизить скорость распространения поля, а значит, и тока. Отношение скорости волны в вакууме c к скорости ее распространения в системе v : n = c / v — называется коэффициентом замедления. Эта характеристика имеет тот же физический смысл, что и показатель преломления прозрачной среды для света.

На чем свет стоит?

Теория Эйнштейна опровергнута: скорость света может быть превышена. Репортаж Адели Калиниченко из Европейского центра по ядерным исследованиям

На прошлой неделе физики Европейского центра по ядерным исследованиям CERN опровергли основное положение теории Эйнштейна, доказав, что скорость света может быть превышена

Адель Калиниченко, Женева

Что такое 60 наносекунд? Миг, который никто из людей не способен даже ощутить. Во всем мире найдется вообще всего три прибора, способных зафиксировать этот временной отрезок. И тем не менее именно эти наносекунды в буквальном смысле перевернули вверх тормашками жизнь физиков всего мира: как оказалось, нейтрино смогли на 60 наносекунд превысить скорость света.

Пробить Европу

Произошло это еще два года назад в ходе эксперимента на детекторе OPERA (Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus), который находится на глубине 1400 метров под итальянскими Апеннинами в подземной лаборатории Гран-Сассо. Именно сюда сквозь толщу земли прилетают пучки тау-нейтрино, создаваемые на протонном суперсинхротроне SPS в подземной лаборатории CERN, расположенной в 732 километрах. Поскольку тау-нейтрино свободно пролетают сквозь любую материю (к примеру, подсчитано, что сквозь наше тело ежедневно пролетает до 10 в 14-й степени нейтрино, порожденных Солнцем), ученые подсчитали, что этот путь они должны преодолеть примерно за 3 миллисекунды — как обычный фотон света. Но случилось непредвиденное: измерив время попадания нейтрино в мишень, исследователи вдруг обнаружили, что нейтрино прибыли раньше расчетного времени примерно на 60 наносекунд. Естественно, ученые сначала просто не поверили своим глазам: ведь еще со школьной скамьи всем нам прекрасно известно, что скорость света в вакууме, достигающая 299 792 458 метров в секунду, согласно специальной теории относительности Эйнштейна, является универсальной физической константой, то есть ничто и никогда не способно двигаться быстрее. Это предельная скорость движения частиц и распространения взаимодействий.

Поэтому исследователи решили перепроверить свои датчики, а потом повторили эксперимент — с тем же результатом. С тех пор прошло более двух лет непрерывной бомбардировки тау-нейтрино, и, как заявил Дарио Аутьеро, один из руководителей проекта OPERA, они зафиксировали свыше 16 тысяч событий превышения скорости света. Согласитесь, это уже не тот случай, от которого можно просто так отмахнуться.

И вот 23 сентября 2011 года в конференц-зале CERN профессор Дарио Аутьеро от лица международной команды исследователей прочитал специальный доклад, в котором он не только официально подтвердил результаты этого сенсационного эксперимента, но и поставил под сомнение сам фундамент современной науки — теорию Эйнштейна. (Интересная деталь: доклад Аутьеро подписали 174 ученых, тогда как в эксперименте участвовали 216 человек, вероятно, далеко не все ученые согласились подписаться под документом, который фактически выносит приговор одному из постулатов физики элементарных частиц.) Зато свое одобрение коллегам высказал лауреат Нобелевской премии 1976 года Самуэль Тинг, заведующий лабораторией физики высоких энергий Массачусетского технологического института.

Детектор OPERA (на фото) зафиксировал четкий след нейтрино раньше расчетного времени

Ошибки быть не может

Поскольку сам профессор Дарио Аутьеро отказался отвечать на какие-либо вопросы журналистов, специальный корреспондент «Огонька» решил попросить прокомментировать это событие Ставроса Катсаневаса, замдиректора французского Национального института ядерной физики и физики элементарных частиц, который также является участником эксперимента OPERA.

— Почему объявили об этих результатах именно сегодня?

— Мы отдавали себе отчет, какой это невероятный шок, когда вы сообщаете, что есть нечто, что летит быстрее света. Это настолько не укладывается в сознании, что мы обязаны были сделать бесконечное число проверок. Мы постоянно учитывали возможность «систематической ошибки», которую в качестве объяснения явления в первую очередь выдвигают скептики. Но проверять можно было действительно до бесконечности. И мы поняли, что пора остановиться, так как помимо нашей воли наши результаты стали просачиваться во вне нашего научного сообщества. Мы не хотели утечки информации до нашего собственного оглашения результатов. А она становилась неизбежной. Ясно было, что пришло время обнародовать наши результаты.

— Тем не менее скептики требуют новых проверок, но уже в других лабораториях мира.

— Я доверяю команде, с которой работал все это время. Наши предосторожности во время эксперимента были очень велики, и весь процесс проходил в высшей степени добросовестно, тщательно, то, что называется «на самом высоком уровне». Но я согласен с заявлением о том, что возможность так называемой систематической ошибки теперь желательно проверить в лаборатории Ферми близ Чикаго. Раньше можно было рассчитывать на действенное участие японских коллег, однако в настоящее время их исследования приостановлены в результате разрушений, случившихся во время землетрясения и цунами. Если и в лаборатории Ферми будет найдено реальное подтверждение наших результатов, то это можно будет считать эпохальным открытием для всей мировой науки.

— Если ваш опрокидывающий основы физики вывод подтвердится и скорость света — действительно не предел, что это даст человечеству?

— Любая теория создается как знаменитая русская кукла матрешка, когда внутри одной матрешки находится другая, поменьше. А потом еще поменьше. И еще. Но сразу увидеть, сколько их внутри и какие они, невозможно. Пока мы открыли только первую матрешку. Закон науки: от общего к частностям, от большого к малому. Видите ли, мы никогда до этого не проверяли теорию Эйнштейна в кинетических условиях. А теперь мы проверяем то, что до нас никто не проверял. И если результат получился таким, значит, не надо пугаться и говорить, что этого не может быть. Надо искать научную истину.

— В вашем эксперименте участвовали российские ученые?

— У нас очень хорошие отношения с Дубной. В составе нашей группы есть немало российских физиков. Мой коллега Александр Ольшевский, руководивший российскими коллегами, очень много сделал для успеха всего эксперимента.

— А что планируете сделать на следующем этапе программы?

— Еще и еще раз с помощью мирового научного сообщества проверить и перепроверить наши результаты.

— Ну, а потом, если не ошиблись?

Нейтринная бомба

Досье

Нейтрино — сверхлегкие элементарные частицы, которые из-за малого размера практически не взаимодействуют с обычной материей (или, как говорят физики, участвуют только в слабом и гравитационном взаимодействиях). Впервые были описаны в работах итальянца Энрико Ферми. Сегодня физики разделяют три типа нейтрино: электронное нейтрино, мюонное нейтрино и тау-нейтрино (друг от друга они отличаются характеристиками заряда). Последний тип нейтрино был открыт в 1975 году на коллайдере SPEAR (Stanford Positron Electron Accelerating Ring) в лаборатории Стэнфордского центра линейного ускорителя в США: в ходе эксперимента пучок протонов направлялся на вольфрамовую мишень, а одним из продуктов распада ядер атомов вольфрама и стали тау-нейтрино (и за это открытие была присуждена Нобелевская премия по физике 1995 года).

Целью же эксперимента OPERA стало наблюдение за процессом осцилляции нейтрино, то есть превращение одного типа нейтрино в другое.

— Начинать переосмысливать законы физики молекулярных частиц и астрофизики, космологии и всего, если хотите, мироздания.

Великий запрет снят

Еще в 1930 году в Лондоне на банкете, устроенном в честь Альберта Эйнштейна, Бернард Шоу сказал: «Птолемей создал универсум, который просуществовал 1400 лет. Ньютон создал универсум, который просуществовал 300 лет. Эйнштейн создал еще один универсум, и я не могу сказать вам, как долго он будет существовать».

Детектор OPERA зафиксировал четкий след нейтрино (на фото) раньше расчетного времени

Что ж, получается, что сегодня и универсум Эйнштейна заканчивает свое существование? Однако не стоит так торопиться.

Дело в том, что специальная теория относительности (СТО) гласит, что мы живем в четырехмерном пространстве и не можем в рамках этого пространства преодолеть скорость света. В то же время СТО не отрицает само по себе существование частиц, способных двигаться со сверхсветовой скоростью. Причем для таких частиц, существующих пока лишь в теории, придумали даже специальное название — тахионы. Правда, их существование физики признают с одной оговоркой: тахионы не могут двигаться медленнее скорости света. При этом зависимость энергии частиц от скорости получается обратной: чем больше энергия, тем ближе скорость тахионов к скорости света.

А для объяснения феномена тау-нейтрино ученые из CERN уже выдвинули первые рабочие гипотезы, подтверждающие положения СТО. Например, одна из гипотез гласит, что тау-нейтрино стало причиной «короткого замыкания» между мирами, благодаря чему они и сократили свой путь.

Кстати, ученые уже не раз фиксировали случаи превышения скорости света — например, 23 февраля 1987 года во время знаменитой вспышки сверхновой звезды SN1987A в Большом Магеллановом облаке. Тогда были зарегистрированы и нейтрино, которые пришли за несколько часов до светового импульса. Однако раз нейтрино и свет, проведя в пути 170 тысяч лет, разошлись не более чем на несколько часов, ученые сделали вывод, что скорости у них очень близки и различаются не более чем на миллиардные доли. Эксперимент же OPERA показывает в тысячи раз более сильное расхождение.

Но пока даже самые отъявленные революционеры из OPERA не спешат прогнозировать, в какую сторону может повернуть наука. Дело в том, что современная физика базируется не только на теории Эйнштейна, но и на квантовой механике, также возникшей в начале XX столетия. И попытка совместить эти две теории, создав Общую теорию всего (или Стандартную модель физики), является сегодня самой амбициозной задачей всех ученых мира. И кто знает, может быть, именно отмена Великого запрета Эйнштейна как раз и сможет помочь ученым сделать то, до чего у самого Альберта Эйнштейна так и не дошли руки?

Быстрее света

Считается, что самая большая скорость во Вселенной – это скорость света, она составляет около 300 тысяч километров в секунду. Однако совсем недавно физики из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса в Калифорнии и Университета Рочестера в Нью-Йорке смогли доказать, что и эту скорость можно превысить.

Скоростью света именуют абсолютную величину скорости распространения электромагнитных волн в вакууме. Она является одной из фундаментальных физических постоянных и на данный момент считается равной 299792458 метров в секунду, или 1079252848,8 километра в час. Согласно теории относительности Эйнштейна этот параметр не зависит от выбора инерциальной системы отсчета.

То есть скорость света в вакууме является одинаковой во всех системах координат, движущихся прямолинейно и равномерно по отношению друг к другу. Из этого следует, что скорость любого сигнала или элементарной частицы не может превышать скорости света. Если бы она не являлась постоянной величиной, то был бы нарушен принцип причинности и сигналы из будущего могли бы доходить в прошлое. Теоретически мы могли бы получать электронные сообщения, которые еще не написаны… Можно пофантазировать и насчет машины времени.

Хотя в принципе некоторые объекты способны передвигаться и со скоростью большей, чем свет, их нельзя использовать для переноса информации. Скажем, солнечный зайчик может двигаться по стене со сверхсветовой скоростью, но, если вы попытаетесь при его помощи с такой же скоростью перенести информацию от одной точки стены к другой, вам это никак не удастся.

Так что нельзя было бы применить это свойство солнечного зайчика для создания сверхбыстрых компьютеров, например.

Ученые во всем мире уже давно экспериментируют в лабораториях с изменением скорости световых импульсов, как замедлением их, так и ускорением. При этом в предыдущих опытах использовались самые разные материалы, например холодные атомные газы, светопреломляющие кристаллы и оптические волокна.

Не дремлют и разработчики космических аппаратов. Надежды здесь возлагаются в основном на использование в космических двигателях антиматерии. По мнению исследователей, более 20% Вселенной составляет загадочная темная материя, которая не пропускает электромагнитного излучения и которую невозможно увидеть. Однако ее следы обнаружить все-таки можно по наличию позитронов – античастиц, входящих в состав космических лучей.

Как полагают физики, темная материя состоит из вимпов – слабо взаимодействующих между собой тяжелых частиц. Для них характерны только слабое ядерное и гравитационное взаимодействия, поэтому их довольно сложно обнаружить экспериментальным путем. Масса вимпов должна как минимум в десятки раз превосходить массу протона. При этом они должны двигаться хаотически и со средней скоростью около 300 километров в секунду…

При контакте частиц обычного вещества и антивещества происходит их аннигиляция. При этом выделяется количество энергии, в тысячи раз превышающее выброс при ядерной реакции и в миллиарды раз – выброс при сжигании углеводородов. Таким образом, если бы удалось сконструировать двигатель, работающий на основе антиматерии, это стало бы настоящим прорывом и открыло перед человечеством невиданные перспективы.

И попытки делаются. Так, физик Мигель Алькубьерре планировал построить аппарат с так называемым варп-двигателем в форме мяча для регби, окруженного плоским кольцом. Но оказалось, что для этого потребуется сгусток антиматерии размером с Юпитер.
Сотрудник НАСА Гарольд Уайт модифицировал данный проект.

Теперь кораблю требовалось для движения всего полтонны антиматерии. Устройство позволяло искривлять пространство-время и двигаться в 10 раз быстрее скорости света. Это предполагало, что путь к ближайшей от Солнца звезде должен занять всего четыре-пять месяцев.

Главная трудность, связанная с проектом, – нестабильность антивещества. Всего треть грамма антиматерии может высвободить количество энергии, аналогичное тому, что «выплеснулось» при бомбардировке Хиросимы. Если же построить корабль по расчетам Уайта, то энергии вырвется столько, что хватит на полтора миллиона Хиросим, и земной шар может быть уничтожен…

Чем же отличились ученые из лаборатории Лоуренса и Университета Рочестера? Как пишет Physical Review Letters, им удалось смоделировать соответствующую ситуацию, используя в качестве среды для моделирования облако горячих заряженных частиц. Импульсы световых частиц – фотонов – при столкновении могут создавать волны, проходящие через вещество с так называемой групповой скоростью (в научной терминологии – «волна волн»).

Исследователи сумели оторвать электроны от ионов водорода и гелия в световом потоке, посылаемом через плазму вторым источником света, и групповая скорость этого потока стала меняться. Постепенно меняя электромагнитные условия, специалисты научились корректировать скорость световых волн в плазме, то замедляя ее до одной десятой от обычной скорости света в вакууме, то превышая на 30%.

Чем же может быть полезно данное открытие? Оно не только дает нам знание о реализации сверхсветовых скоростей, но и способствует созданию сверхмощных лазерных установок. В современных лазерах применяются твердотельные оптические материалы, которые при наличии высоких энергий легко повреждаются. Решить проблему помогло бы использование потоков плазмы для изменения световых параметров.

До межгалактических перелетов нам пока далеко, это факт. Зато уже в ближайшее время на основе этих установок можно будет создавать экологичные ускорители частиц и термоядерные реакторы, которые позволят генерировать колоссальные объемы энергии, не нанося ущерба окружающей среде. Например, топливом для таких реакторов мог бы стать лед, а не традиционный газообразный водород.

О скорости света

В инете есть множество статей об экспериментах, в которых нечто превышает скорость света. Это часто подается как сенсация: Скорость света в вакууме перестала быть рекордом
Американским ученым удалось остановить фотон
Луч света удалось остановить российским ученым
Ученым удалось остановить луч света .
Вокруг этих вопросов ведутся дискуссии, часто непримиримые. Поэтому стоит разобраться и понять, о чем же в самом деле говорят эксперименты.
Вот несколько иное изложение приведенной выше сенсационной статьи, где уже все подается гораздо более разумно и взвешено: Групповая скорость звуковых волн может быть больше скорости света. Оказывается, речь идет о какой-то особенной скорости, и это понятие отличается от того, что обычно понимается под скоростью.
Вот как формулируются разные понятия скорости в Фазовая скорость, групповая скорость и скорость переноса энерги и:
Фазовая скорость — есть скорость перемещения силовой характеристики поля (например, напряженности электрического поля).
Групповая скорость есть скорость перемещения интерференционной картины, образованной группой волн различных частот, распространяющихся в одном направлении. Групповая скорость не имеет никакого отношения к переносу энерги и этими волнами.
А вот «обычная» скорость:
Скорость переноса энерги и монохроматической волной всегда совпадает по направлению с фазовой скоростью. В однородной безграничной среде она всегда равна по величине фазовой скорости. Показано, что при наличии граничных условий (например, в диэлектрическом или металлическом волноводах, в замедляющих структурах и т.д.) скорость переноса энерги и имеет простую связь с фазовой скоростью, но никогда не может превышать скорость света.
Движение электромагнитного поля, созданного системой зарядов или электромагнитной волной, связано с переносом электромагнитной энерги и и с перемещением вектора напряженности этого поля. Как известно, напряженность электрического поля числено равна силе, которая действует на единичный положительный точечный заряд, покоящийся в системе отсчета наблюдателя. Напряженность электрического поля перемещается с фазовой скоростью. Поэтому фазовую скорость мы можем назвать скоростью перемещения силовой характеристики этого поля.
Скорость переноса энерги и характеризует движение энерги и электрического или магнитного полей. Необходимость введения этого понятия возникла из-за широкого использования в радиоэлектронике линий передач энерги и и информации с дисперсионными свойствами. Это волноводы, замедляющие структуры, которые используются в электронных приборах СВЧ, в антеннах поверхностных волн, ускорителях и т.д.
В физике используется понятие групповой скорости. Групповая скорость это скорость перемещения волнового пакета, т.е. пакета, образованного группой волн. Поскольку электромагнитная энерги я сосредоточена в этом пакете, групповая скорость стала интерпретироваться как скорость переноса энерги и и начала играть ее роль. Однако применение понятия групповой скорости к монохроматической волне приводит к парадоксам.
Кроме всего этого, не менее сенсационно выглядят статьи, в которых говорится о замедлении скорости света вплоть до не релятиви стских скоростей ( Бактериородопсин замедляет свет в триллионы раз:). При этом как бы не замечается тот факт, что свет в веществе распространяется не свободно, а переизлучаясь от электрона к электрону.
В статье Можно ли двигаться быстрее света? рассказывается о том, в каких случаях такое возможно и как все это происходит:
. можно придумать много совсем простых случаев, когда в некотором смысл е что-нибудь движется быстрее света (сверх света, СС) и некоторое количество случаев посложнее. С другой стороны, есть веские причины считать, что настоящее СС путешествие и передача сигналов останутся невозможными всегда.
. Подумайте, с какой скоростью может двигаться тень? Если Вы создадите на далекой стене тень от своего пальца от близкой лампы, а потом пальцем пошевелите, то тень задвигается гораздо быстрее пальца. Если палец будет смещаться параллельно стене, то скорость тени будет в D/d раз больше скорости пальца, где d — расстояние от пальца до лампы, а D — расстояние от лампы до стены. А может получиться и еще большая скорость, если стена будет расположена под углом. Если стена расположена очень далеко, то движение тени будет отставать от движения пальца, так как свет должен будет еще долететь от пальца до стены, но все равно скорость движения тени будет во столько же раз больше. То есть, скорость движения тени не ограничена скоростью света.
Кроме теней быстрее света могут двигаться и зайчики, например, пятнышко от лазерного луча, направленного на Луну. Зная, что расстояние до Луны 385 000 км., попробуйте рассчитать скорость движения зайчика если слегка поводить лазером. Еще можете подумать о морской волне, косо ударяющей о берег. С какой скоростью может двигаться точка, в которй волна разбивается?
Подобные вещи могут происходить и в природе. Например, световой луч от пульсара может прочесывать облако пыли. Яркая вспышка порождает расширяющееся оболочку из света или другого излучения. Когда она пересекает поверхность, то создается световое кольцо, увеличивающееся быстрее скорости света. В природе такое встречается, когда электромагнитный импульс от молнии достигает верхних слоев атмосферы.
Один способ двигаться быстрее света состоит в том, чтобы сперва замедлить сам свет! �� В вакууме свет летит со скоростью c, и эта величина является мировой постоянной (см. вопрос Постоянна ли скорость света), а в более плотной среде вроде воды или стекла — замедляется до скорости c/n, где n — это показатель преломления среды (1,0003 у воздуха; 1,4 у воды). Поэтому частицы могут двигаться в воде или воздухе быстрее, чем там движется свет. В результате возникает излучение Вавилова-Черенкова (см. вопрос Существует ли у света аналог ударной волны, существующей у звука).
Если ракета А летит от меня со скоростью 0,6c на запад, а другая Б — от меня со скоростью 0,6c на восток, то тогда общее расстояние между А и Б в моей системе отсчета увеличивается со скоростью 1,2c. Таким образом, видимая относительная скорость, большая c, может наблюдаться «с третьей стороны».
Однако такая скорость — это не то, что мы обычно понимаем под относительной скоростью. Настоящая скорость ракеты А относительно ракеты Б — это та скорость роста расстояния между ракетами, которую наблюдает наблюдатель в ракете Б. Две скорости надо сложить по релятиви стской формуле сложения скоростей (см. вопрос Как надо складывать скорости в частной относительности). В данном случае относительная скорость получается примерно 0,88c, то есть, не является сверхсветовой.

Все это были примеры вещей, движущихся быстрее света, но которые не являлись физическими телами. При помощи тени или зайчика нельзя передать СС сообщение, так что и общение быстрее света не получается.
Если взять длинную твердую палку и толкнуть один ее конец, задвигается ли другой конец сразу же, или нет? Нельзя ли таким образом осуществить СС передачу сообщения?
Да, это было бы можно сделать, если бы такие твердые тела существовали. В реальности же влияние удара по концу палки распространяется по ней со скоростью звука в данном веществе, а скорость звука зависит от упругости и плотности материала. Относительность накладывает абсолютный предел возможной твердости любых тел так, что скорость звука в них не может превышать c.

Далее в статье более подробно рассматриваются эти и другие случаи, в том числе и сложные случаи сверхсветового движения. Рассказывается почему именно невозможно движение со скоростью, превышающей световую.
После этого приводятся несколько интригующих примеров когда такое, все же, кажется возможным �� хотя эти примеры признаются достаточно фантастическими.
Статья заканчивается так:
. теор етическая физика, как мы ее сейчас знаем, не закрывает дверь для СС движения насовсем. СС движение в стиле научно-фантастических романов, видимо, совершенно невозможно. Для физиков интересен вопрос: «а почему, собственно, это невозможно, и чему из этого можно научиться?»

Время относительно, а скорость света абсолютна. Это противоречит нашим интуитивным представлениям о мире, так как эффект этот на нас практически не сказывается, поскольку мы обычно путешествуем на скоростях, которые очень далеки от скорости света, а время измеряем не с абсолютной точностью. Однако в ускорителях элементарных частиц этот эффект наблюдается постоянно. При скоростях, близких к скорости света, частицы живут значительно дольше. Мы можем реально понимать лишь то, что вообще доступно объяснению современной теор ией и все эксперименты, которые провоцируют сенсационные статьи, вполне в это ложе укладываются.

В статье академика Евгения Александрова Ещё раз о постоянстве скорости света рассказывается про эксперимент по непосредственному измерению скорости света, излученного движущимися со скоростью света электронами:
Такой опыт недавно осуществлён группой российских учёных в Курчатовском центре синхротронного излучения НИЦ КИ. В экспериментах в качестве импульсного источника света использовался источник синхротронного излучения (СИ) — накопитель электронов «Сибирь-1». СИ электронов, разогнанных до релятиви стских скоростей (близких к скорости света), имеет широкий спектр от инфракрасного и видимого до рентгеновского диапазона. Излучение распространяется в узком конусе по касательной к траектории электронов по каналу отведения и выводится через сапфировое окно в атмосферу. Там свет собирается линзой на фотокатод быстрого фотоприёмника. Пучок света на пути в вакууме мог перекрываться стеклянной пластиной, вводимой с помощью магнитного привода. При этом по логике баллистической гипотез ы свет, до того предположительно имевший удвоенную скорость 2с, после окна должен был обрести обычную скорость с.
Электронный сгусток имел длину около 30 см. Проходя мимо окна отведения, он порождал в канале импульс СИ длительностью около 1 нс. Частота обращения сгустка по кольцу синхротрона составляла

34,5 МГц, так что на выходе фотоприёмника наблюдалась периодическая последовательность коротких импульсов, которую регистрировали с помощью скоростного осциллографа. Импульсы синхронизировались сигналом высокочастотного электрического поля той же частоты 34,5 МГц, компенсирующим потери энерги и электронов на СИ. Сравнивая две осциллограммы, полученные при наличии в пучке СИ стеклянного окна и при его отсутствии, можно было измерить отставание одной последовательности импульсов от другой, вызванное гипотетическим снижением скорости. При длине 540 см участка канала отведения СИ от вводимого в пучок окна до выхода в атмосферу снижение скорости света от 2с до с должно было привести к временнoму сдвигу 9 нс. На опыте никакого сдвига не наблюдалось с точностью порядка 0,05 нс.
В дополнение к опыту провели и прямое измерение скорости света в канале отведения путём деления длины канала на время распространения импульса, что привело к значению всего на 0,5% ниже табличной скорости света.
Итак, результаты эксперимента оказались, разумеется, ожидаемыми: скорость света не зависит от скорости источника в полном соответствии со вторым постул атом Эйнштейна. Новым стало то, что впервые его подтвердили прямым измерением скорости света от релятиви стского источника. Едва ли этот эксперимент прекратит наскоки на СТО со стороны ревнивцев славы Эйнштейна, однако он существенно ограничит поле новых претензий.
Детали эксперимента описаны в статье, которая будет опубликована в одном из ближайших номеров журнала «Успехи физических наук»

Что быстрее свет или электричество