Скорость оптического излучения в свободном пространстве. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Скорость оптического излучения в среде с' зависит от показателя преломления среды n, различного для разных частот v излучения (Дисперсия оптического излучения): . Эта зависимость приводит к отличию групповой скорости от фазовой скорости оптического излучения в среде, если речь идёт не о монохроматич. свете (для скорости оптического излучения в вакууме эти две величины совпадают). Экспериментально определяя с', всегда измеряют групповую скорость оптического излучения либо т. н. с к о р о с т ь сигнала, или скорость передачи энергии, только в нек-рых спец. случаях не равную групповой.

Впервые скорость оптического излучения определил в 1676 О. К. Рёмер (О. Ch. Roemer) по изменению промежутков времени между затмениями спутников Юпитера. В 1728 её установил Дж. Брадлей (J. Bradley), исходя из своих наблюдений аберрации оптического излучения звёзд. В 1849 А. И. Л. Физо (А. Н. L. Fizeau) первым измерил скорость оптического излучения по времени прохождения светом точно известного расстояния (базы); т. к. показатель преломления воздуха очень мало отличается от 1, то наземные измерения дают величину, весьма близкую к скорость оптического излучения в вакууме. В опыте Физо пучок оптического излучения от источника S (рис. 1), отражённый полупрозрачным зеркалом N, периодически прерывался вращающимся зубчатым диском W, проходил базу MN (ок. 8 км) н, отразившись от зеркала М, возвращался к диску. Попадая на зубец, свет не достигал наблюдателя, а попавший в промежуток между зубцами свет можно было наблюдать через окуляр Е. По известным скоростям вращения диска определялось время прохождения светом базы. Физо получил значение с = 313300 км/с В 1862 Ж. Б. Л. Фуко (J. В. L. Foucault) реализовал высказанную в 1838 идею Д. Араго (D. Arago), применив вместо зубчатого диска быстровращающееся (512 об/с) зеркало. Отражаясь от зеркала, пучок оптического излучения направлялся на базу и по возвращении вновь попадал на это же зеркало, успевшее повернуться на нек-рый малый угол (рис. 2). При базе всего в 20 м Фуко нашёл, что скорость оптического излучения равна 298000

500 км/с. Схемы и осн. идеи опытов Физо и Фуко были многократно использованы в последующих работах по определению скорости оптического излучения. Полученное А. Майкельсоном (A. Michelson) (см. Майкельсона опыт)в 1926 значение

км/с было тогда самым точным и вошло в интернац. таблицы физ. величин.

Рис. 1. Определение скорости оптического излучения методом Физо.

Рис. 2. Определение скорости оптического излучения методом вращающегося зеркала (методом Фуко): S - источник оптического излучения; R - быстровращающееся зеркало; С - неподвижное вогнутое зеркало, центр которого совпадает с осью вращения Я (поэтому свет, отражённый С, всегда попадает обратно на R); М-полупрозрачное зеркало; L - объектив; Е - окуляр; RС - точно измеренное расстояние (база). Пунктиром показаны положение R, изменившееся за время прохождения светом пути RС и обратно, и обратный ход пучка лучей через объектив L, который собирает отражённый пучок в точке S', а не вновь в точке S, как это было бы при неподвижном зеркале Л. Скорость оптического излучения устанавливают, измеряя смещение SS'.

Измерения скорости оптического излучения в XIX веке сыграли большую роль в физике, дополнительно подтвердив волновую теорию оптического излучения. Выполненное Фуко в 1850 сравнение скорости оптического излучения одной и той же частоты v в воздухе и воде показало, что скорость в воде

в соответствии с предсказанием волновой теории. Была также установлена связь оптики с теорией электромагнетизма: измеренная скорости оптического излучения совпала со скоростью эл--магн. волн, вычисленной из отношения эл--магн. и эл--статич. единиц электрич. заряда [опыты В. Вебера (W. Weber) и Ф. Кольрауша (F. Kohlrausch) в 1856 и последующие более точные измерения Дж. К. Максвелла (J. С. Maxwell)]. Это совпадение явилось одним из отправных пунктов при создании Максвеллом в 1864-73 эл--магн. теории оптического излучения.

В совр. измерениях скорости оптического излучения используется модернизиров. метод Физо (модуляц. метод) с заменой зубчатого колеса на эл--оптич., дифракц., интерференционный или к--л. иной модулятор оптического излучения, полностью прерывающий или ослабляющий световой пучок (см. Модуляция оптического излучения ).Приёмником излучения служит фотоэлемент пли фотоэлектронный умножитель .Применение лазера в качестве источника оптического излучения, УЗ-модулятора со стабилизиров. частотой и повышение точности измерения длины базы позволили снизить погрешности измерений и получить значение

км/с. Помимо прямых измерений скорости оптического излучения по времени прохождения известной базы, широко применяются косвенные методы, дающие большую точность. Так, с помощью микроволнового вакуумиров. резонатора [К. Фрум (К. Froome), 1958] при длине волны излучения

= 4 см получено значение

км/с. С ещё меньшей погрешностью определяется скорость оптического излучения как частное от деления независимо найденных

и v атомарных или молекулярных спектральных линий. К. Ивенсон (К. Evenson) и его сотрудники в 1972 по цезиевому стандарту частоты (см. Квантовые стандарты частоты)нашли с точностью до 11-го знака частоту излучения СН₄-лазера, а по криптоновому стандарту частоты - его длину волны (ок. 3,39 мкм) и получили

± 0,8 м/с. Решением Генеральной ассамблеи Международного комитета по численным данным для науки и техники - КОДАТА (1973), проанализировавшей все имеющиеся данные, их достоверность и погрешность, скорость оптического излучения в вакууме принято считать равной 299792458 ±1,2 м/с.

Как можно более точное измерение величины с чрезвычайно важно не только в общетеоретич. плане и для определения значении др. физ. величин, но и для практич. целей. К ним, в частности, относится определение расстояний по времени прохождения радио-или световых сигналов в радиолокации, оптической локации, светодальнометрии, в системах слежения ИСЗ и др.

Литература по скорости оптического излучения

Знаете ли Вы, в чем ложность понятия "физический вакуум"?

Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).

Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.

Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.

Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.

Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.