Стало відомо, чому швидкість світла дорівнює саме 300 000 кілометрів на секунду?
Згідно спеціальної теорії відносності, швидкість світла є фундаментальною постійною, вона не залежить від того чи рухається джерело світла або знаходиться в стані спокою і становить 299 792 458 м / с, але зазвичай це число округлюють до 300 000 км / с.
Але звідки відомо, що швидкість світла саме така? Чому б їй не бути більше або менше?
Спостереження Ремера за супутниками Юпітера. Джерело: wikipedia.org
Вперше швидкість світла була виміряна датським астрономом Олафом Ремер. У 1666-1668 роках він проводив спостереження за супутниками Юпітера і помітив закономірності, які можна було пояснити тільки кінцівкою швидкості світла, а в той час швидкість світла вважалася нескінченно великою. Трохи пізніше, в 1672-1675 роках, Ремер, працюючи у Франції разом з Кассіні, зауважив, що коли Земля і Юпітер зближуються, час між затемненнями супутників Юпітера зменшується, а коли планети віддаляються, навпаки, збільшується.
На основі цього Ремер і Кассіні розрахували швидкість світла і отримали значення: 135 000 км / с і 220 000 км / с відповідно. Незважаючи на істотну погрішність, результат вражає, адже в той час у астрономів були досить примітивні інструменти і, відповідно, дані про відстані між об’єктами. (Саме через це така велика різниця між обчисленнями Ремера і Кассіні)
З тих пір швидкість світла багато разів уточнювалася завдяки вдосконаленню вимірювальних пристроїв і, за сучасними даними, вона становить 299792,458 км / с.
Поділ світла в призмі. Джерело: wikipedia.org
У 19-му столітті Джеймсу Максвеллу вдалося довести, що світло – це електромагнітна хвиля. Він вивів систему рівнянь, яка описує поведінку стаціонарних зарядів, що знаходяться в русі, і електричних струмів, а також об’єднують електродинаміку і магнетизм. Зараз ці рівняння називають рівняннями Максвелла.
Рівняння Максвелла вибиті на підніжжі пам’ятника Джеймсу Максвеллу. Джерело: wikipedia.org
Система має кілька можливих рішень і одне з них це електричне та магнітне поля – електромагнітні хвилі., що коливаються, збігаються по фазі і перпендикулярні між собою. Максвелл розрахував швидкість їх поширення і отримав приблизно 300 000 км / с, тобто вже відому на той час швидкість світла!
Хиткі, взаємно перпендикулярні, що збігаються по фазі електромагнітні поля. Джерело: wikipedia.org
З тих пір ця швидкість спливала в різних сферах фізики:
- Саме з такою швидкістю рухаються будь-які безмасові частки
- З такою швидкістю поширюються електромагнітні коливання
- З нею поширяться гравітаційні хвилі
- Це максимально можлива швидкість передачі інформації
- Вона пов’язує між собою масу і енергію (знамените – E = mc²)
Але чому швидкість світла саме така?
Швидкість світла є однією з фундаментальних постійних нашого Всесвіту, на основі якої будуються багато інших постійних. Якби швидкість світла була більшою або меншою, то атоми могли б і не утворитися, а значить не з’явилися б галактики, зірки, планети і, врешті-решт, розумне життя, яка може замислюватися про швидкість світла.
Прихильники креаціонізму вважають це доказом розумного задуму, що вищий розум присвоїв фундаментальним постійним саме ті значення, які необхідні для існування всесвіту і появи розумного життя. Але креаціонізм не є єдиним можливим і, тим більше, найімовірнішим поясненням того, чому постійні мають саме відомі нам значення.
Більшість вчених дотримуються антропного принципу, який говорить, що ми бачимо всесвіт таким, яким він є тому, що саме такий збіг постійних дав початок розумного життя, а були б їх значення іншими і нас би просто не існувало і ніхто б не замислювався над цими питаннями.
Джерело: livescience.com
Відповідно до теорії мультивсесвіту: кожен раз коли народжується якийсь всесвіт, він набуває певного набору фундаментальних постійних і в залежності від того, які значення він придбає, всесвіт може тут же зникнути, розірватися або продовжити жити в тій чи іншій формі і там просто може не бути того, хто б задавав схожі питання.