Sunday Science: Скорость света – как предел

Согласно законам электричества и магнетизма, скорость света связана с двумя переменными: проницаемость и диэлектрической проницаемостью метариала, через который он проходит. Но почему это так? А потому, что согласно традиционному решению электричества и магнетизма, мы сталкиваемся с определенными дифференциальными уравнениями описывающими распространения волны. И это та волна, которую мы называем свет. Этот свет бесконечен, как бесконечно движение маятника, если на него не будет воздействовать сила трения или сопротивление. То же можно сказать и о Земле, которая бесконечно вращается вокруг Солнца по орбите, Точно таким же образом, когда свет двигается, электрические и магнитные поля колеблются назад и вперед, заставляя свет двигаться вперед. Есть просто способ понять что свет такой какой есть в связи с колебанием – это посмотреть на радио антенну. Радио-волны – это свет, как и все электромагнитное излучение. Мы создаем радио-волны путем толкания и притягивания электронов из одного конца антненны в другой. Таким образом мы создаем электрическое поле, которое колеблется, в свою очередь это создает магнитное поле колебаний, и снова электрическое поле колебаний – и каждое такое поле расширяется в пространстве, создавая волну, которая физически перемещается в пространстве.

Так что описывает скорость света? У нас есть уравнение, которое гласит, что если поставить электрон в точку А и другой электрон в точку B, то мы можем измерить то, как сильно они притягивают друг-друга. То же можно проделать с магнитами. Из полученных данных, мы найдем, что сама природа имеет фундаментальную силу относящуюся к электрическим и магнитным полям. И существует физическая реакция вселенной на эти вещи, которая остается одинаковой вне зависимости от того, как измерять. Со временем мы установили, что эта фундаментальная и универсальная вещь, с которой мы постоянно сталкиваемся – так же определяет предел скорости света.

Сегодня нам известно, что фундаментальная скорость света зависит от того, в какой среде путешествует свет, но даже в вакууме она не бесконечна. Тут стоит заметить, что космос как таковой, а так же электрические и магнитные поля в нем не могут реагировать на событие моментально. Но почему нет? Что останавливает вселенную от бесконечности? И тут начинается теория относительности.

Как оказалось, вселенная имеет фундаментальную связь между измерением времени, и измерением пространства. При всем этом, они могут переходить из одного в другое. Если мы начнем двигаться очень-очень быстро, то пройденная дистанция и время, которое вы ощутите, будут отличаться для стороннего наблюдателя. Такая способность к трансформации время в пространства – входит в состав «преобразований Лоренца»,

Однако при всем этом, у природы для нас есть особый путь в трансформации физического измерения, во время. Оказывается, что это две стороны одной монеты, лишь за тем исключением, что время позволяет нам двигаться только в одном направлении, тогда как пространство не ставит ограничений, позволяя нам перемещаться куда угодно – но это гораздо более сложный вопрос для рассмотрения.

Итак, когда мы выяснили, что пространство и время связаны друг с другом, то необходимо так же сказать, что так же они имеют кое-что общее. К примеру, мы измеряем время путем счета. Можно найти маятник и посчитать, сколько раз он качнулся. После чего мы останавливаемся и говорим – прошло 15 тиков, маятник тикает каждую миллисекунду, значит прошло 15 миллисекунд. Так мы стали определять секунды. Но как определяется пространства? Ну, у нас была палка, мы положили ее на землю и сказали – это длинна равная единице длинны, которую называют метр. И благодаря таким переменным мы способны измерить скорость света в качестве меры времени. Где-то 3*10^8 метров степени в секунду. Но, так как существует закон относительности, то метры и секунды в определенном смысле должны быть одной вещью. Они оба являются методами вычисления измерений. Так что мы могли бы просто остановится на определении 1 секунды, и сказать, что c – это скорость света, и назвать ее 1. В таком случае, мы могли бы сказать, что палка на земле – длинной в 3 наносекунды. В этом смысле, природа сама определила связь меджду двумя измеренями и указала C таким образом, что два измерения могут взаимодействовать и «общаться» друг с другом.

Тут мы подходим к развязке из двух пунктов.

Первый: Факт в том, что скорость света это не то чтобы скорость, а скорее коэффициент преобразования между временем и пространством.

По этой причине, когда поднимается вопрос о том, почему нельзя путешествовать выше скорости света, почему скорость света не выше, и тому подобное, то в действительности вы спрашиваете о том, почему отношение пространства ко времени определяется так как есть? Почему пространство не может быть длинее за тот же промежуток времени? И это самый сложный вопрос для ответа, так как мы уже забрались в самые основы общей относительности и скребем лимиты современной физики. Как известно на данный момент, и что принимается за факт, это то, что... пространство само по себе очень шаткое и частота движений, форма и амортизация пространства фундаментально описывается некоторыми физическими константами, и скорость света является одной из них. В каком-то смысле, пространство имеет встроенные цифры объясняющие это, и все что мы способны сделать – это только измерить их. Это то же самое, как задавать вопрос о других константах, которые просто существуют для описания самого существование вселенной. Одна из возможных интерпретаций состоит в том, что существует определенная симметричная группа, которая описывает вселенную, и в этой симметрии существуют константы, и из этих констант происходят другие константы, такие как скорость света. Подрообнее читайте теорему Нетера.

И пункт номер два:

В посредственном смысле представление скорости света в 3*10^8 довольно условно. Поэтому у нас существует более точное измерение: 299,792,458 метров в секунду. Ни больше ни меньше. Хотя при желании и субъективном подходе, можно было бы измерить скорость света как 17 картофелин в час. После чего посчитать собственный рост в этих самых картофелинах. Это просто цифры для того, чтобы обычные люди понимали и могли сравнить что-то с чем-то.

Так что же все это значит?

Насколько нам известно, свет двигается с такой скоростью потому, что он является константой во вселенной – как самая высокая скорость, с которой возможно перемещение. Таким образом, просто нельзя двигаться быстрее, потому что концепция перемещения еще быстрее элементарно не существует. И да, свет действительно бесконечен.