Domanda:
La luce è effettivamente più veloce di quanto ci dicono le nostre attuali misurazioni?
user182521
2018-09-05 20:01:51 UTC
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È ben noto che la velocità della luce in un vuoto perfetto è di circa $ 3 \ x 10 ^ 8 \: \ rm m / s $.Ma è anche noto che lo spazio esterno non è un vuoto perfetto, ma un vuoto duro.Quindi, il limite di velocità è teoricamente più veloce di quello che possiamo misurare empiricamente, perché il vuoto intenso rallenta la luce?Questo viene considerato quando si misurano distanze con la luce?

La velocità della luce nel vuoto non è _intensamente_ $ 3 \ volte 10 ^ 8 \: \ rm m / s $;è $ 3,00 \ volte 10 ^ 8 \: \ rm m / s $ esattamente (entro la precisione fornita).
@WillihamTotland Solo perché hai scelto di visualizzare due decimali.
Penso che arrotondare (il già arrotondato) $ 2.998 \ times 10 ^ 8 \ m / s $ a $ 3 \ times 10 ^ 8 \ m / s $ sia meglio che dichiararlo come $ 3,00 \ volte 10 ^ 8 \ m / s $.
Perché preoccuparsi delle approssimazioni?Sono necessari solo pochi caratteri in più per scrivere il valore esatto di 299792458 m / s.
@mick tecnicamente non lo è, lo .00 è molto più preciso.$ 3x10 ^ 8 $ potrebbe anche essere $ 3,4 $.Dire che è $ 3,00x10 ^ 8 $ non è affermativo, è un arrotondamento corretto con informazioni precise trasmesse.Ecco di cosa parlava il commento originale.
La velocità della luce nel vuoto è esattamente $ c = 1 $.
È bello dire che c = 1 ma è solo un ragionamento circolare.Le unità utilizzate per concludere questo utilizzano già il valore di c in unità SI per ottenere il loro valore.
@William così fa la definizione di 1 metro
Quindi, immagino, in base alle risposte fornite, la risposta alla domanda è "Sì"
"Vuoto duro" è un termine tecnico?L'ho sentito usare solo in contesti fantascientifici perché aggiunge un certo tono ruvido e palpabile, sebbene cliché, alla narrazione o al dialogo."Preparati a succhiare il vuoto duro, sciocco!"e simili.
@can-ned_food il vuoto duro è una cosa, sì, ma non è ancora la stessa di un vuoto perfetto senza particelle.
Ci tengo a precisare (da assoluto non esperto con un sano interesse per l'argomento) che la velocità assoluta non esiste, è tutta relativa.Non ho idea se un singolo fotone possa viaggiare più velocemente di _c_ perché per quanto ne so non c'è modo di saperlo, l'unica cosa che possiamo sapere è che non importa quanto velocemente si muova qualcosa, rispetto a un misuratore la sua velocità non supererà mai _c_.Anche se due razzi che volano ciascuno alla velocità della luce volassero l'uno verso l'altro, misurerebbero entrambi la velocità dell'altro esattamente come la velocità della luce quando si sorpassano.La relatività speciale è strana.
Quindi, tenendo conto di questo, se un pianeta vola attraverso il sistema solare a _c_ / 2, da esso qualcuno spara un razzo a _c_ / 2, il razzo volerebbe approssimativamente a _c_ rispetto al sistema solare.Ora, se quel razzo avesse un faro, a quale velocità i fotoni sparerebbero da quella luce?Il razzo sta già volando su _c_, quindi qualsiasi cosa lanciata da esso nella stessa direzione andrebbe naturalmente più veloce di _c_, giusto?No, rispetto al sistema solare sarà ancora solo _c_, anche se spariamo fotoni alla velocità della luce da un dispositivo che viaggia già alla velocità della luce.
Nessun oggetto fisico in teoria potrebbe andare più veloce tan _c_, perché violerebbe il principio di causalità.Se queste cose potessero accadere, allora potresti vedere come stavi nascendo, hehe.Ci possono essere cose strane che possono accadere in un tempo "t
@kevin il razzo non sarebbe a c.In realtà sarebbe a una velocità misurabilmente inferiore a c, perché in oltre il 10% delle velocità c non dovresti usare l'equazione standard del moto relativo dalla relatività galileiana, due oggetti in c / 2 che volano l'uno verso l'altro misurerebbero l'impatto in arrivo ainferiore a c.La ragione per cui il sistema solare e il razzo osservano entrambi il fotone muoversi in c nel vuoto invece che a velocità diverse è a causa della dilatazione del tempo e della contrazione della lunghezza.
@PM2Ring Ha detto che nessun fisico mai ... pi greco è 3;g è 10 e ciò sarà sufficiente per qualsiasi calcolo della busta.
@kevin Quello che ha detto William.Rispetto al sistema solare, quel razzo si muoverebbe con una velocità di 4c / 5.
Cinque risposte:
#1
+99
John Rennie
2018-09-05 20:55:58 UTC
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Se prendiamo aria, l'indice di rifrazione a un'atmosfera è di circa $ 1.0003 $. Quindi, se misuriamo la velocità della luce nell'aria, otteniamo una velocità un fattore di circa $ 1.0003 $ troppo lenta, ovvero un errore frazionario $ \ Delta c / c $ di $ 3 \ volte 10 ^ {- 4} $.

La differenza dell'indice di rifrazione da uno, $ n-1 $, è proporzionale alla pressione. Scriviamo la pressione come una frazione di un'atmosfera, cioè la pressione divisa per un'atmosfera, quindi l'errore frazionario nella nostra misurazione di $ c $ sarà di circa:

$$ \ frac {\ Delta c} {c} = 3 \ times 10 ^ {- 4} \, P $$

Nei laboratori ad alto vuoto possiamo, senza troppi sforzi, arrivare a $ 10 ^ {- 10} $ torr e questo è circa $ 10 ^ {- 13} $ atmosfere o 10 nPa. Quindi misurare la velocità della luce in questo vuoto ci darebbe un errore:

$$ \ frac {\ Delta c} {c} \ circa 3 \ volte 10 ^ {- 17} $$

E questo è già più piccolo degli errori sperimentali nella misurazione.

Quindi, sebbene sia tecnicamente corretto che non abbiamo mai misurato la velocità della luce in un vuoto perfetto, il vuoto che possiamo generare è sufficientemente buono che il suo effetto sulla misurazione è del tutto trascurabile.

Poiché $ \ Delta c / c $ è sicuramente adimensionale, è possibile modificare $ = 3 \ times 10 ^ {- 4} P $ in $ \ sim 3 \ times 10 ^ {- 4} P $?
E se conosciamo l'effetto del mezzo sulla nostra misurazione, possiamo correggerlo comunque, sì?
@ZeroTheHero John chiede esplicitamente che la pressione sia misurata in atmosfere, quindi scende su un tecnicismo.Ma francamente, questo dovrebbe essere espresso come $$ \ frac {\ Delta c} {c} = 3 \ times 10 ^ {- 4} \ frac {P} {P_ \ mathrm {atm}}. $$
La frase "una velocità un fattore di $ 3 \ volte 10 ^ {- 4} $ troppo lenta" sembra implicare che la velocità del vuoto perfetto non misurata era di circa $ 3333. \ Overline {3} $ volte la velocità in aria, il fattore effettivo èovviamente quanto sopra $ 1 + 3 \ times 10 ^ {- 4} $.
@LeifWillerts sì, è vero, sono un po 'incurante della formulazione.Darò un'occhiata a rimetterlo a posto.
Non è nemmeno necessario utilizzare un sistema ad alto vuoto.Traccia semplicemente la velocità della luce in funzione della pressione ed estrapola a zero!Lo abbiamo fatto in un laboratorio di fisica matricola utilizzando un interferometro di Michelson (una misurazione sensibile della velocità) per ottenere l'indice di rifrazione dell'aria.
A meno che ciò che percepiamo come un vuoto non contenga effettivamente alcune cose, ad es.il CMB, o anche qualcos'altro, che se rimosso potrebbe forse trasmettere la luce più velocemente.
#2
+70
Brick
2018-09-05 21:48:48 UTC
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La risposta di John Rennie è buona per quanto riguarda gli impatti del vuoto imperfetto, quindi non lo ripeterò qui.

Per quanto riguarda l'ultima parte della tua domanda se questo debba essere preso in considerazione quando si misura la distanza, vale la pena notare che lo standard definisce la velocità della luce come un valore specifico e quindi, utilizzando anche il definizione del secondo, deriva il contatore come questione di misura. Quindi, poiché gli standard sono attualmente scritti, la velocità della luce è esatta per definizione .

La tua domanda, così come è stata scritta, presuppone implicitamente che il metro e il secondo siano dati per definizione e la velocità della luce una questione di misurazione.

Quindi, da questo punto di vista, la tua domanda dovrebbe davvero essere scritta per chiedere se l'impatto del vuoto imperfetto influisce sulla nostra definizione di contatore. La risposta è che probabilmente lo fa, come è stato approssimativamente quantificato da John Rennie. L'importanza o meno dipende dal metodo utilizzato e da quali altre incertezze sperimentali sono inerenti a tale metodo.

Un tempo la lunghezza di un metro veniva definita da un certo bastoncino di lega iridio-platino che ora è tenuto sotto vetro.
@can-ned_food e il chilogrammo è ancora, cambiando lentamente peso.
@Tim La massa del chilogrammo standard non può cambiare, anche per definizione.
@MikeScott A rigor di termini, è il _valore_ della massa dello standard in unità di kg che non può cambiare (poiché è fissato a 1 per definizione, che presumo sia ciò che intendevi dire).La massa stessa può (e fa) cambiare.Volevo solo sottolineare che c'è una differenza importante tra una quantità fisica e il suo valore numerico in una determinata unità.
#3
+21
Acccumulation
2018-09-05 23:52:36 UTC
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Esiste una costante in fisica chiamata $ c $ che è il "tasso di cambio" tra lo spazio e il tempo.Un secondo nel tempo è in un certo senso "equivalente" a $ c $ volte un secondo (che quindi fornisce una distanza nello spazio).La luce viene utilizzata per viaggiare a $ c $.Nota che $ c $ non è la velocità della luce, ma piuttosto la velocità della luce è $ c $, che è una sottile distinzione ($ c $ è ciò che fa sì che la luce viaggi a quella velocità, piuttosto che la luce che viaggia aquella velocità fa sì che $ c $ sia quel valore).$ c $ è stato misurato osservando la velocità di viaggio della luce, ma ci sono anche molti altri modi per trovare $ c $.Ad esempio, $ c ^ 2 $ è uguale al reciproco del prodotto della permittività del vuoto e della permeabilità del vuoto.Quindi non solo l'effetto dei vuoti imperfetti è trascurabile nella misurazione di $ c $ osservando la velocità della luce, ma ci sono molte altre osservabili che dipendono da essa.

Mi è piaciuto un po 'questo cambio di prospettiva :)
#4
+13
Count Iblis
2018-09-06 01:19:12 UTC
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Un esperimento progettato per misurare una certa quantità fisica come la velocità della luce terrà conto di eventuali effetti perturbatori.Se, per qualsiasi motivo, eseguire effettivamente misurazioni della velocità della luce nel vuoto quasi fosse impossibile, potremmo comunque misurarlo con diverse densità dell'aria ed estrapolare i risultati a zero densità dell'aria.Questa estrapolazione può essere eseguita accuratamente adattando la nota dipendenza teorica della velocità della luce dalla densità dell'aria, ma possiamo altrettanto bene procedere in modo indipendente dal modello e non utilizzare alcun input teorico quando si esegue l'estrapolazione per un vuoto perfetto.

+1 Questa dovrebbe essere la risposta accettata.Anche la risposta effettivamente accettata è corretta, che si riduce a "è una differenza incommensurabile", ma il fatto è che gli scienziati che (possono) fare questo tipo di misurazioni penserebbero sicuramente a qualsiasi materia residua nello spazio esterno e la considererebberoi loro calcoli ... e questo è l'aspetto su cui punta la domanda, per quanto ne so ...
#5
  0
qacwnfq q
2018-09-07 15:31:57 UTC
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La velocità della luce è per definizione esattamente 299.792.458 m / s. Se il vuoto non fosse perfetto durante le nostre misurazioni, cambierebbe solo la nostra definizione di contatore.

cambiare la definizione di metro cambierebbe comunque la velocità della luce.questo in realtà non risponde alla domanda perché sta solo deviando l'effetto apparente ...
La velocità della luce nell'acqua è di circa 225.000.000 m / s (risultato sperimentale).Penso che l'affermazione dovrebbe essere qualificata.


Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 4.0 con cui è distribuito.
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