Dlaczego prędkość światła wynosi 299 792 458 metrów / s?


10

Ok, specjalizuję się w fizyce (4. rok) i nigdy nie zrozumiałem tego fundamentalnego (trochę) pytania. Może nie zbadałem tego wystarczająco.

Na przykład, dlaczego światło słoneczne dociera do nas w 8 minut 20 sekund? Znam odpowiedź na to pytanie w skali „powierzchniowej”. Słońce jest oddalone o 1AU, c = 3E8 m / s, a d = v / t, aby uzyskać około 8 min 20 sekund.

moje pytanie jest na głębszym poziomie.

Powiedz, że możesz „jeździć na fotonie”. WIEM, ŻE JEST TO NIEMOŻLIWE, ale po prostu powiedz, że możesz. Lub lepsze pytanie: czego doświadcza foton? Według mojego rozumienia foton opuściłby słońce i (jeśli jest na właściwej trajektorii) natychmiast uderzyłby w Ziemię. Foton opuszczający Alpha Centauri zobaczy wszechświat naraz, w nieskończenie małej jednostce czasu (jeśli skierowany w przestrzeń kosmiczną).

Jeśli foton widzi wszystko naraz, dlaczego uważamy, że ma prędkość? Jestem pewien, że ma to coś wspólnego z ramkami odniesienia, a zwłaszcza, że ​​Lorentz przekształca się? ale wydaje się dziwne. dlaczego prędkość światła jest dla nas skończona ... gdyby był nieskończony, czy byłoby to problematyczne?


7
Od 1983 roku licznik jest definiowany jako odległość przebyta przez światło w próżni w 1 / 299,792,458 sekundy, więc liczba ta jest z definicji dokładna. Oczywiście to nie odpowiada na twoje pytanie, ale jest interesujące. en.wikipedia.org/wiki/Speed_of_light
— Keith Thompson

1
Jeśli nie czytałeś QED Feynmanna, naprawdę polecam go, aby uzyskać więcej perspektyw na ten temat.
— adrianmcmenamin


Istnieje teoria, że ​​inne wersety mogą mieć inne stałe niż te, które mamy w tym wszechświecie. Na przykład stała grawitacji może być inna, prędkość światła może być inna itp. Te wszechświaty wyglądałyby zupełnie inaczej niż nasz wszechświat.
— Scottie,

Prędkość światła wynosi 299792458 metrów na sekundę, ponieważ Wszechświat działa tak, jak działa, a także: prędkość światła została zdefiniowana znacznie później niż miernik. Dlatego w celu zachowania pierwotnej miary miernika SI zdecydował, że prędkość światła ma wynosić 299792458 m / s tylko w starszym wieku, aby zachować starą miarę miernika, która wcześniej była równa jednej dziesiątej milionowej odległości od równika do słup zmierzony na południku, który przeszedł przez Paryż Francja
— Suhrid Mulay

Odpowiedzi:


10

Skończona prędkość światła jest jednym z fundamentów naszego Wszechświata.

Gdyby był nieskończony, miałoby to poważny wpływ na przyczynowość.

Poza tym w fizyce nie kwantowej światło jest tylko falą elektromagnetyczną. Pole elektromagnetyczne opisuje równania Maxwella, które przewidują, że prędkość fal elektromagnetycznych propagujących się w próżni zależy od przenikalności dielektrycznej ε 0 i przenikalności magnetycznej μ 0 równaniem c = 1doε0μ0 więc nie można mieć nieskończonej prędkości światła, chyba że przenikalność elektryczna lub przenikalność magnetyczna wynosi zero, co z kolei spowodowałoby różnego rodzaju dziwne rzeczy przyciąganie elektromagnetyczne (a zatem istnienie materii poza cząsteczkami elementarnymi).do=1ε0μ0


Ok, ale dlaczego 300 000 km / s? Wiem, że km i sek to wynalazki ludzkie - ale bez względu na to, jakie są wasze jednostki miary - dlaczego ta prędkość? co jest takiego specjalnego w tym numerze? a co z drugą częścią mojego pytania: jeśli foton doświadcza wszystkiego naraz - jak to możliwe, że opuszcza słońce i uderza w ziemię wt = 0, ale dla nas t = 8min 20 sekund?
— sci-guy

3
Ta prędkość (297000 km / s) pochodzi ze wzoru, który opublikowałem powyżej: 1 ponad pierwiastek kwadratowy z ε0μ0. O fotonie doświadczającym wszystkiego naraz, co wynika z relatywistycznej dylatacji czasu. Dla fotonu czas jest nieskończenie wydłużony, więc jedna chwila wydłuża się nieskończenie długo.
— Zaproszenie

o tak ... to jest to. satysfakcja intelektualna. Dzięki! Bardzo podoba mi się ta odpowiedź.
— sci-guy

7
Ta odpowiedź to tylko wyrafinowana wersja „to dlatego, że jest”
— adrianmcmenamin

Mam to samo pytanie. Dlaczego skończony nie? Studiowałem transformację relatywistycznej kinematyki i uświadomiłem sobie, że cząstki światła nie odczułyby podróży, gdyby żyły. Wszystko by się dla nich wydarzyło. wartość 299792458 pochodzi z przenikalności i przepuszczalności, która jest w porządku. Powoduje to, że prędkość jest skończona. Ale dlaczego skończony, aby wiedzieć, że moim zdaniem potrzebny jest większy postęp.
— Javi

4

Dlaczego prędkość światła wynosi 299 792 458 m / s, a nie (na przykład) 3,1 lub 4,3 x 10 ^ 44 m / s?

Odpowiedź jest taka, że ​​wszystkie te liczby są konsekwencjami arbitralnych wyborów jednostek miary. W rzeczywistości nie ma nic specjalnego w liczbie 299 792 458 , tak bardzo, że można poprawnie napisać, że prędkość światła wynosi:

  • 1079252848.8 [km / h]
  • 0,3 [szt / rok]
  • 1 [rok świetlny / rok]

Do tego stopnia, że ​​w fizyce cząstek często stosuje się prędkość światła jako jednostkę miary prędkości, tak że jest ona faktycznie równa jedności. Napisalibyście, że prędkość światła wynosi 1 [c], i że prędkość tej cząstki wynosiła 0,99998 [c], podczas gdy zwykle zaczynam pracę z prędkością 1 x 10 ^ {- 8} [c].


3
W tak zwanych „jednostkach naturalnych” prędkość światła wynosi 1 (bezwymiarowo)
— Envite

3
astabada, myślę, że przegapiłeś poziom pytania, które zadałem. Pytałem, jakiej jednostki miary używasz, dlaczego to ta prędkość. Na przykład, jeśli licznik i sekunda pozostały takie same, dlaczego wynosi 3E8 m / s, a nie 6E8m / s, Envite ładnie odpowiedział na to pytanie. Chociaż oczywiście możesz dalej zapytać, dlaczego przepuszczalność elektryczna i magnetyczna jest taka, jaka jest ... i jeszcze głębsze pytanie: dlaczego jakakolwiek stała jest jej wartość?!?! Czy we wszechświecie istnieje „naturalna” optymalizacja? czy te wartości są związane z najmniejszym zużyciem energii?
— sci-guy

@Envite Chciałem być jasny, dlatego podałem 1 [c] . Zgadzam się, że jeśli c = 1, wyrażenie jest zbędne, podobnie jak pisanie „8 x 1” zamiast tylko „8” ...
— astabada

1
@AndrewH tak, istnieje powód, dla którego wszystkie te uniwersalne stałe mają wartość, którą mają. Nazywa się to zasadą antropiczną: jeśli miałyby jakąkolwiek inną wartość, nie będziemy tu ich przestrzegać.
— Zachęcaj

1
@astabada Wygląda na to, że masz ważne pytanie. Zadaj je jako pytanie na stronie. Nie ma sensu omawianie tego za pomocą komentarzy.
— Zachęcaj
Korzystając z naszej strony potwierdzasz, że przeczytałeś(-aś) i rozumiesz nasze zasady używania plików cookie i zasady ochrony prywatności.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.