Большая советская энциклопедия

СКОРОСТЬ СВЕТА

СКОРОСТЬ СВЕТАв свободном пространстве (вакууме) с, скорость распространения любыхэлектромагнитных волн(в т. ч. световых); одна из фундаментальныхфизических постоянных,огромная роль к-рой в совр. физике определяется тем, что она представляет собой предельную скорость распространения любых физич. воздействий (см.Относительности теория)и инвариантна (т. е. не меняется) при переходе от однойсистемы отсчёта кдругой. Никакие сигналы не могут быть переданы со скоростью, большей с, а со скоростью с их можно передать лишь в вакууме. Величина с связывает массу и полную энергию материального тела; через неё выражаются преобразования координат, скоростей и времени при изменении системы отсчёта(Лоренца преобразования);она входит во мн. др. соотношения. Под С. с. в средес‘обычно понимают лишь скорость распространенияоптического излучения(света); она зависит отпреломления показателясредып,различного, в свою очередь, для разных частот v излучения(дисперсия света): с‘(v)=c/n(v). Эта зависимость приводит к отличиюгрупповой скоростиотфазовой скоростисвета в среде, если речь идёт не омонохроматическом свете(для С. с. в вакууме эти две величины совпадают). Экспериментально определяяс‘,всегда измеряют групповую С. с. либо т. н. ск рость сигнала, или скорость. передачи энергии, только в нек-рых спец. случаях не равную групповой.

Табл. 3. - Скорость звука в некоторых твёрдых телах

Материал

cl, м/сек,

скорость продольной волны

ct, м/сек,

скорость сдвиговой волны

clст,м/сек,скорость звука в стержне

Кварц плавленый

5970

3762

5760

Бетон

4200-5300

-

-

Плексиглас

2670-2680

1100-1121

1840-2140

Стекло, флинт

3760-4800

2380-2560

3490-4550

Тефлон

1340

-

-

Эбонит

2405

-

1570

Железо

5835-5950

-

2030

Золото

3200-3240

1200

2030

Свинец

1960-2400

700-790

1200-1320

Цинк

4170-4210

2440

3700-3850

Никель

5630

2960

4785-4973

Серебро

3650-3700

1600-1690

2610-2800

Латунь Л59

4600

2080

3450

Алюминиевый сплав АМГ

6320

3190

5200

Как можно более точное измерение величины с чрезвычайно важно не только в общетеоретич. плане и для определения значений др. физич. величин, но и для практич. целей (см. ниже). Впервые С. с. определил в 1676 О. К.Рёмерпо изменению промежутков времени между затмениями спутника Юпитера Иo. В 1728 то же проделал Дж.Брадлей,исходя из своих наблюденийаберрации светазвёзд. На Земле С. с. первым измерил - по времени прохождения светом точно известного расстояния (базы) - в 1849 А. И. Л.Физо.(Показатель преломления воздуха очень мало отличается от 1, и наземные измерения дают величину, весьма близкую к с.) В опыте Физо пучок света периодически прерывался вращающимся зубчатым диском, проходил базу (ок. 8км)и, отразившись от зеркала, возвращался на периферию диска (рис. 1). Падая при этом на зубец, свет не достигал наблюдателя, попадая в промежуток между зубцами,-регистрировался наблюдателем. По известным скоростям вращения диска определялось время прохождения светом базы. Физо получилс =315 300км/сек.

Рис. 1. Определение скорости света методом "зубчатого колеса" (методом Физо). S - источник света;W -вращающееся зубчатое колесо с изменяемой скоростью вращения и точно известными ширинами зубцов и промежутков а между ними;N -полупрозрачное зеркало;М -отражающее зеркало;MN -точно измеренное расстояние (база); E - окуляр. Наблюдатель регистрирует вЕсвет наибольшей яркости, когда время прохождения светом расстоянияNMи обратно равно времени поворота W на целое число зубцов (1,2,3 и т. д.). Пучок лучей света при этом проходит строго посередине между зубцами как на участкеNM,так и при обратном ходеMN.

В 1862 Ж. Б. Л.Фукореализовал высказанную в 1838 идею Д.Араго,применив вместо зубчатого диска быстровращающееся (512об /сек)зеркало. Отражаясь от зеркала, пучок света 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 20мФуко нашёл, что С. с. равна 298000 ± 500км/сек.Схемы и осн. идеи опытов Физо и Фуко были многократно использованы на более совершенной технич. основе др. учёными, измерявшими С. с. Наибольшего развития метод Фуко достиг в работах А.Майкельсона(1879, 1902, 1926). Полученное им в 1926 значениес=299796±4км/секбыло тогда самым точным и вошло в интернац. таблицы физич. величин.

Рис. 2. Определение скорости света методом вращающегося зеркала (методом Фуко). S - источник света;R -быстровращающееся зеркало; С - неподвнжное вогнутое зеркало, центр которого совпадает с осью вращенияR(поэтому свет, отражённый С, всегда падает обратно наR);М - полупрозрачное Зеркало;L -объектив;Е -окуляр;RC -точно измеренное расстояние (база). Пунктиром показаны положениеR,изменившееся за время прохождения светом путиRCи обратно, и обратный ход пучка лучей черезL. Lсобирает отражённый пучок в точкеS‘,а не вновь в точке 5, как это было бы при неподвижном зеркалеR.Скорость света устанавливают, измеряя смещение SS‘.

Измерения С. с. в 19 в. не только выполнили свою непосредственную задачу, но и сыграли чрезвычайно большую роль в физике. Они дополнительно подтвердили волновую теорию света (см.Оптика),уже достаточно обоснованную другими экспериментами (Фуко, 1850, сравнение С. с. одной и той же частоты v в воздухе и воде), а также установили тесную связь оптики с теорией электромагнетизма - измеренная С. с. совпала, со скоростью электромагнитных волн, вычисленной из отношения электромагнитной и электростатич. единиц электрич. заряда (опыты В.Вебераи Ф.Колъраушав 1856 и последующие более точные измерения Дж. К.Максвелла).Последнее явилось одним из отправных пунктов при создании Максвеллом электромагнитной теории света в 1864-73. Кроме того, измерения С. с. вскрыли глубокое противоречие в осн. теоретич. посылках физики того времени, связанных с представлением о мировомэфире.Эти измерения давали аргументы в пользу взаимоисключающих гипотез о поведении эфира при движении через него материальных тел (анализ явления аберрации света англ. физиком Дж. Б. Эри в 1871 иФизо опыт1851, повторённый в 1886 Майкельсоном и Э. Морли, результаты к-рых поддерживали концепцию частичного увлечения эфира;Майкельсона опыт1881 и 1887 -последний совместно с Морли,- отвергший к.-л. увлечение эфира). Разрешить это противоречие удалоеь лишь в спец. теории относительности (А.Эйнштейн,1905).

В совр. измерениях С. с. используется модернизированный метод Физо (модуляц. метод) с заменой зубчатого колеса на электрооптич., дифракционный, интерференционный или к.-л. иной модулятор света, полностью прерывающий или ослабляющий световой пучок (см.Модуляция света).Приёмником излучения служитфотоэлементилифотоэлектронный умножитель.Применениелазерав качестве источника света, ультразвукового модулятора со стабилизированной частотой и повышение точности измерения длины базы позволили снизить погрешности измерений и получить значение с = 299792,5 ± 0,15км/сек.Помимо прямых измерений С. с. по времени прохождения известной базы широко применяются т. н. косвенные методы, дающие ещё большую точность. Так, методом микроволнового вакуумированного резонатора (англ. физик К. Фрум, 1958) при длине волны излученияЛ(лямбда)= 4смполучено значениес= 299792,5 ± ±0,1км/сек.Погрешность определения С. с. как частного от деления независимо найденных X и v атомарных или молекулярныхспектральных линийещё меньше. Амер. учёный К. Ивенсон и его сотрудники в 1972 по цезиевому стандарту частоты (см.Квантовые стандарты частоты)нашли с точностью до 11 знаков частоту излучения СН4-лазера, а по криптоновому стандарту частоты - его длину волны (ок. 3,39мкм)и получилис =299792456,2 ± 0,8м/сек.К наст. времени (1976) по решению XII Генеральной ассамблеи Междунар. союза по радиосвязи (1957) принято считать С. с. в вакууме равной 299792 ± 0,4км/сек.

Знание точной величины С. с. имеет большое практич. значение, в частности в связи с определением расстояний по времени прохождения радио- или световых сигналов врадиолокации, оптической локациии дальнометрии. Особенно широко этот метод применяется в геодезии и в системах слежения заискусственными спутниками Земли;он использован для точного измерения расстояния между Землёй и Луной и для решения ряда др. задач.

Лит.:Вафиади В. Г., Попов Ю. В., Скорость света и ее значение в науке и технике, Минск, 1970; Тейлор Б. Н., Паркер В., Лангенберг Д., Фундаментальные константы и квантовая электродинамика, пер. с англ., М., 1972; Розенберг Г. В., Скорость света в вакууме, "Успехи физических наук", 1952, т. 48, в. 4; F г о о m е К. D., "Proceedings of Royal Society", 1958, ser A, v. 247, p. 109; Evenson K. et a 1, 1972 Annual Meeting of the Optical Society of America, San Francisco, 1972.A. М. Бонч-Бруевич.




  1. скорость света—в вакууме одна из основных физических постоянных равная скорости распространения электромагнитных волн в вакууме с мс. С. с. предельная скорость распространения любых ...Астрономический словарь
  2. скорость света—в свободном пространстве вакууме с emскорость распространения любых электромагнитных волн См. Электромагнитные волны в т. ч. световых одна из фундаментальных физических п...Большая Советская энциклопедия II
  3. скорость света—скорость распространения электромагнитных волн. В вакуумескорость света c . мс на . Это предельнаяскорость распространения любых физических воздействий см. Относител...Большой энциклопедический словарь II
  4. скорость света—СКОРОСТЬ СВЕТА скорость распространения электромагнитных волн. В вакууме скорость света c мс на . Это предельная скорость распространения любых физических воздейств...Большой энциклопедический словарь III
  5. скорость света—СКОРОСТЬ СВЕТА скорость распространения электромагнитных волн. В вакууме скорость света c . мс на . Это предельная скорость распространения любых физических воздейс...Большой Энциклопедический словарь V
  6. скорость света—скорость распространения эл.магн. волн. В вакууме С. с. с i мс. Это предельная скорость распространения любых физ. воздействий см. Относительности теория.i В среде С...Естествознание. Энциклопедический словарь
  7. скорость света—скорость распространения электромагнитных волн. В вакууме скорость света c sup мsupсsub это предельная скорость распространения физических воздействий. В среде скорость ...Иллюстрированный энциклопедический словарь
  8. скорость света—Скорость распространения электромагнитных волн. В пустоте С. С. с кмс....Метеорологический словарь
  9. скорость света—clrit [vitesse] de la lumire...Политехнический русско-французский словарь
  10. скорость света—швидксть свтла....Російсько-український словник сталих словосполучень
  11. скорость света—speed of light...Русско-английский аэрокосмический словарь
  12. скорость света—USAGEu скорость звука света The speedstrong orem velocitystrong of sound...Русско-английский научно-технический словарь
  13. скорость света—light speed...Русско-английский политехнический словарь
  14. скорость света—speed of light...Русско-английский словарь по авиации
  15. скорость света—speed of light...Русско-английский словарь по нефти и газу
  16. скорость света—velocity of light speed of light...Русско-английский словарь по физике
  17. скорость света—speed of light light speed velocity of light...Русско-английский словарь по электронике
  18. скорость света—speed of light...Русско-английский химический словарь
  19. скорость света—velocit della luce...Русско-итальянский политехнический словарь
  20. скорость света—Lichtgeschwindigkeit...Русско-немецкий политехнический словарь
  21. скорость света—Lichtgeschwindigkeit...Русско-немецкий словарь по химии и химической технологии
  22. скорость света—Lichtgeschwindigkeit...Русско-немецкий химический словарь
  23. скорость света—rychlost svtla...Русско-чешский словарь
  24. скорость света—СКОРОСТЬ СВЕТА скорость распространения электромагнитных волн. В вакууме скорость света c gt мс это предельная скорость распространения физических воздействий. В среде с...Современная энциклопедия
  25. скорость света—СКОРОСТЬ СВЕТА скорость распространения электромагнитных волн. В вакууме скорость света c мс на . Это предельная скорость распространения любых физических воздейст...Современный энциклопедический словарь
  26. скорость света—в свободном пространстве вакууме с скорость распространения любых электромагнитных волн в т. ч. световых одна из фундам. физических постоянных представляет собой предельн...Физическая энциклопедия
  27. скорость света—СКОРОСТЬ СВЕТА скорость распространения электромагнитных волн. В вакууме скорость света c мс на . Это предельная скорость распространения любых физических воздейст...Энциклопедический словарь естествознания