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La luce viaggia a circa 300.000 chilometri al secondo nel vuoto, che ha un indice di rifrazione di 1,0, ma rallenta fino a 225.000 chilometri al secondo in acqua (indice di rifrazione = 1.3) e 200.000 chilometri al secondo in vetro (indice di rifrazione di 1,5). E il più lento in Diamond Light ha una velocità costante, solo la sua frequenza e lunghezza donda variano La velocità della luce non cambia, deve viaggiare di più in un mezzo che nel vuoto, Quando la luce passa attraverso un mezzo, gli elettroni nel mezzo assorbono lenergia dalla luce e si eccita e li rilascia indietro. Questo assorbimento e riemissione della luce conferisce colore agli oggetti. Così la luce interagisce con la particella nel mezzo, il che causa un ritardo. Ma la velocità rimane la stessa, solo che deve percorrere più distanze nel tempo dato, quindi sembra che la velocità stia variando ma non lo è. È impossibile per qualsiasi oggetto fisico viaggiare alla velocità della luce o più di una. Lunico motivo per cui un fotone può viaggiare a velocità della luce è perché ha una massa inferiore. Qualsiasi oggetto avente massa quando i pneumatici per raggiungere la velocità della luce aumenta la loro massa, chiamata massa relativistica. Quindi, mentre accelera per raggiungere la velocità della luce, diventa più massiccio ed è necessaria unenergia infinita per raggiungere la velocità della luce. I fotoni non hanno massa, quindi possono viaggiare in “c”
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Risposta
Questa domanda è più sottile di quanto possa sembrare a prima vista e ha a che fare con ciò che intendi “misurando una velocità”. Potresti dire di scegliere ununità, ad esempio metri al secondo, e poi misurare quante volte la velocità della luce è maggiore di un metro al secondo. Sembra abbastanza semplice. Tranne …
Cosè un metro? E cosè un secondo? Bene, potresti tirare fuori il tuo metertick e dirmi che lì, quello “è un metro. Per un secondo, è facile: tutti sanno che cosè un giorno, quindi dividilo in 24 ore, dividi ognuna di quelle in 60 minuti, poi dividi ciascuno di questi in 60 pezzi, e questo è ciò che è un secondo. E, francamente, questo è ciò che le persone hanno fatto per un po . Ecco il metertick ufficiale dell International Bureau of Weights and Measures , che ha definito il contatore fino al 1960.
Ma cosa è successo nel 1960? Cè stata una distorsione nel continuum spazio-temporale che ha cambiato la lunghezza di un metro? Purtroppo no. Tutto quello che è successo è stato che molte persone hanno iniziato a voler misurare le distanze con precisione e, a volte, “non capitava di avere con sé la loro copia dell International Prototype Meter , o forse si è piegato. Inoltre, a quel punto la gente aveva inventato l Interferometria che permetteva loro di misurare distanze molto precise con molto meno strizzare gli occhi su piccole linee su un metro In effetti, tutto questo era accaduto molti decenni prima del 1960. Il 1960 fu proprio lanno in cui lUfficio internazionale dei pesi e delle misure finalmente si stufò di tutte le lamentele e decise di sostituire il prototipo di misuratore internazionale con …
Lo standard krypton. Piuttosto che essere un codice di comportamento seguito da Superman, lo standard krypton ha ridefinito un metro in termini di proprietà dellelemento krypton. A volte il krypton si eccita e quando si assesta rilascia un colore arancione luce rossa Il misuratore è stato quindi definito come 1.650.763,73 lunghezze donda di questa luce. Ottimo, ora che hai deciso cosè un metro, puoi fare scienza.
Oh, ma la lunghezza donda della luce è diversa tra aria e vuoto, quindi devi assicurarti di misurare il cripto lunghezze donda nel vuoto. Oh, e ci sono anche cinque diversi isotopi stabili di krypton, e ognuno di essi rilascia luce a lunghezze donda leggermente diverse. Sospiri, prendi la centrifuga, fai girare un po di gas krypton per separare gli isotopi di krypton, prendi il più pesante, krypton-86, e misura la sua lunghezza donda. OK, ora che sai cosè un metro, puoi misurare la velocità della luce.
Ma aspetta! E il secondo? Ma non labbiamo già risolto definendolo come una certa frazione di giorno? Sfortunatamente, si scopre che la velocità di rotazione della Terra cambia, quindi utilizzarla per definire un secondo non è buona. La velocità di rotazione rallenta gradualmente a causa delle forze di marea dalla Luna, e cambia anche sporadicamente a causa del riorganizzazione della massa della Terra, un po come un pattinatore artistico che muove le braccia per ruotare più velocemente tranne che con terremoti ed esplosioni vulcaniche.
Bene, merda. Quindi pensi in grande e decidi di usare la rivoluzione di la Terra intorno al Sole per definire un secondo, ma, ahimè, si scopre che, come un giorno, un anno non è così costante come pensereste.Il tiro di Giove e degli altri pianeti sul Sole è sufficiente per spostarlo un po fuori rotta, il che può cambiare leggermente la durata di un anno in un modo che è difficile da prevedere. Ahimè, gli intervalli di tempo che pensavi fossero costanti ti hanno tradito.
Ma ogni speranza non è persa! Il orologio atomico viene in soccorso. Proprio come il tuo amico krypton- 86, latomo di cesio-133 rilascia anche luce in particolari frequenze quando si assesta dopo essere stato eccitato. Un orologio atomico può misurare questa frequenza in modo molto preciso, il che ti consente di definire il secondo come il tempo necessario affinché ci siano 9.192.631.770 oscillazioni di la luce emessa.
Dopo tutto il tuo duro lavoro per inchiodare un metro e un secondo, puoi finalmente misurare la velocità della luce come avresti sempre voluto. Ma cosè questo? LInternational Bureau of Weights and Measures ha ridefinito il metro nel 1983 per essere la lunghezza che la luce percorre in 1 / (299.792.458) secondi. La velocità della luce è quindi esattamente 299.792.458 metri al secondo, con una precisione arbitraria, per definizione. Ma questo è un inganno!
Daltra parte, dal punto di vista della fisica, usare ununità per misurare la lunghezza e unaltra unità per misurare il tempo ha più senso quanto usare le miglia per misurare le distanze orizzontali e i piedi per misurare le distanze verticali. Sì, andare a 100 miglia a nord è molto diverso dal salire a 100 miglia, ma se insisti nellusare unità diverse per le lunghezze orizzontale e verticale, ragazzo ti divertirai a montare le scale.
O a giocare con i laser, se esci dalla metafora. Infatti, se invece di usare la lunghezza donda della luce di krypton-86 per definire un metro e la frequenza della luce dal cesio-133 per definire un secondo, avevi scelto lo stesso atomo per entrambi, poi avresti “finito con lo stesso una specie di barare per la velocità della luce. La lunghezza donda di quella luce moltiplicata per la sua frequenza è la velocità della luce, quindi se fissi la lunghezza donda per definizione e fissi la frequenza per definizione, allora finisci per fissare la velocità della luce per definizione. È una risposta molto insoddisfacente.
Tuttavia, il caso non è chiuso e cè ancora una domanda molto ragionevole da porsi: con che precisione puoi misurare le velocità, almeno in teoria? Se vedi un cosa si sta muovendo, con che precisione puoi misurare la sua velocità in termini di velocità della luce? Oppure, se vuoi, con che precisione puoi misurare la velocità della luce in termini di velocità delloggetto?
Heisenberg “s Principio di incertezza in realtà non rappresenta un problema per te. Il principio dice che non puoi “conoscere sia la posizione che la quantità di moto di una particella: se vuoi una maggiore precisione nella misurazione di una quantità, devi rinunciare alla precisione nellaltra quantità Tuttavia, se conosci la massa a riposo della particella, puoi calcolare la velocità della particella conoscendone solo la quantità di moto, e puoi conoscere la quantità di moto con la precisione che desideri, a condizione di rinunciare a ogni speranza di trovare mai dove il particella è.
Cè anche qualcosa da dire sulla lunghezza di Planck . Tuttavia, al momento non è chiaro quale , significato fisico ha la lunghezza di Planck. Se credi che la lunghezza di Planck sia la più piccola lunghezza misurabile, la velocità più piccola teoricamente misurabile è la lunghezza di Planck divisa per la durata delluniverso. Quindi, se vuoi misurare la velocità di una particella in movimento, non sarai in grado di calcolarla con una precisione maggiore della lunghezza di Planck divisa per la durata delluniverso. Poca fortuna, lo so. Naturalmente, se luniverso andrà avanti per sempre, come si crede attualmente, quindi non ci sono limiti alla tua precisione.