Что такое скорость света и сможет ли человечество когда-либо ее превысить?

Скорость света в вакууме составляет 299 792 458 метров в секунду. Согласно специальной теории относительности Альберта Эйнштейна, которая лежит в основе большинства современных физических концепций, ничто в Вселенной не может двигаться быстрее света.

В V веке до н.э. греческие философы, такие как Эмпедокл и Аристотель, имели разные взгляды на природу скорости света. Эмпедокл выдвинул предположение о том, что свет, независимо от его природы, должен перемещаться и, следовательно, иметь скорость. Аристотель, в своей работе «О чувственном восприятии», опроверг эту гипотезу, утверждая, что свет, в отличие от звука и запаха, распространяется мгновенно и не может иметь скорости. Аристотель, конечно, ошибался, но для доказательства этого ушли сотни лет.

В середине 1600-х годов итальянский астроном Галилео Галилей, совместно с коллегой, провел эксперимент. Ученые стояли на холмах, расположенных менее чем в миле друг от друга, каждый из них держал фонарь. Суть эксперимента заключалась в том, что один из них должен был включить фонарь, а другой — включить свой, как только увидит свет первого. К сожалению, расстояние между холмами оказалось недостаточным для измерения скорости света, однако Галилей все же пришел к выводу, что свет движется как минимум в 10 раз быстрее звука.

В 1670-х годах датский астроном Оле Ремер пытался создать надежный график для моряков, но случайно открыл новый способ оценки скорости света. Разрабатывая астрономические часы, он фиксировал точное время затмений спутника Юпитера Ио, видимых с Земли. Со временем Ремер заметил, что затмения Ио часто не совпадали с его расчетами. Он заметил, что затмения задерживались, когда Земля и Юпитер удалялись друг от друга. В современности это явление известно как эффект Доплера — изменение частоты и длины волны излучения в результате движения источника относительно наблюдателя. Более подробно об этом эффекте можно узнать из этого материала «TechInsider».

Наблюдая за этим интересным явлением, Ремер предположил, что иногда ошибается в своих прогнозах из-за увеличивающегося расстояния между Ио и Землей, что означает, что свету требуется время, чтобы пройти от точки А до точки Б. Основываясь на своих наблюдениях, он попытался оценить скорость света. Поскольку размеры Солнечной системы и орбиты Земли еще не были точно известны, вычисления оказались сложными, но ему удалось представить первые значения скорости света - 200 000 000 м/с.

В 1728 году английский физик Джеймс Брэдли предложил новый метод расчета скорости света, основываясь на изменениях видимого положения звезд. По данным Американского физического общества, в результате своих исследований он оценил скорость света в 301 000 000 м/с.

В середине 1800-х годов были предприняты еще две попытки найти более точное значение скорости света: французский физик Ипполит Физо направил луч света на быстро вращающееся зубчатое колесо с зеркалом на расстоянии 8 километров. Идея заключалась в измерении времени, которое потребуется отраженному лучу, чтобы вернуться. Примерно в то же время другой французский физик Леон Фуко провел аналогичный эксперимент, используя вращающееся зеркало вместо колеса. Оба эксперимента дали схожие результаты - около 1000 миль в секунду или 1 609 000 м/с.

По данным Университета Вирджинии (США), еще одним ученым, который пытался разгадать загадку скорости света, стал уроженец Польши Альберт А. Михельсон, который вырос в Калифорнии в период золотой лихорадки. Он заинтересовался физикой во время учебы в Военно-морской академии США. В 1879 году он попытался повторить эксперимент Фуко для определения скорости света, однако внес в него некоторые коррективы — увеличил расстояние между зеркалами и использовал высококачественные зеркала и линзы.

В результате он получил значение в 299 910 000 км/с, которое считалось самым точным измерением скорости света в течение следующих 40 лет, пока Михельсон не изменил его самостоятельно. Во время своей второй попытки измерить скорость света он стремился определить время, за которое свет пройдет точно измеренное расстояние между двумя холмами. Накануне своей смерти в 1931 году он предпринял третью попытку, построив трубу длиной в милю из гофрированной стали. Условия внутри этой трубы были максимально приближены к вакууму, чтобы исключить влияние любых факторов, в том числе воздуха, на конечный результат. В итоге ему удалось добиться успеха — он получил число, максимально приближенное к современному значению скорости света.

Современная научная фантастика охотно использует идею перемещения со скоростью, превышающей скорость света. Такие путешествия делают множество научно-фантастических франшиз реалистичными — с варп-ядром герои могут пересекать огромные космические пространства за считанные секунды. Например, персонажи «Звездного пути» обладают такой возможностью.

Хотя перемещение быстрее скорости света нельзя считать полностью невозможным, человечество должно будет использовать довольно экзотические физические концепции. Проблема в том, что специальная теория относительности гарантирует, что человеческое тело будет разрушено задолго до достижения достаточной скорости. Поэтому для путешествий быстрее света может потребоваться специальный корабль, который сможет создать пространственно-временной пузырь вокруг себя. Согласитесь, это звучит захватывающе!