Beste Antwort
Licht bewegt sich mit ungefähr 300.000 Kilometern pro Sekunde in einem Vakuum, das einen Brechungsindex von 1,0 hat, sich jedoch in Wasser auf 225.000 Kilometer pro Sekunde verlangsamt (Brechungsindex = 1,3) und 200.000 Kilometer pro Sekunde in Glas (Brechungsindex von 1,5). Und das langsamste in Diamantlicht hat eine konstante Geschwindigkeit, nur seine Frequenz und Wellenlänge variieren. Die Lichtgeschwindigkeit ändert sich nicht, es muss sich mehr in einem Medium als im Vakuum bewegen. Wenn Licht durch ein Medium tritt, absorbieren die Elektronen im Medium die Energie aus dem Licht und wird aufgeregt und gibt sie zurück. Diese Absorption und Reemission von Licht verleiht Objekten Farbe. Somit interagiert Licht mit dem Partikel im Medium, was zu Verzögerungen führt. Die Geschwindigkeit bleibt jedoch gleich, nur muss sie in der angegebenen Zeit mehr Strecken zurücklegen. Es scheint also, dass die Geschwindigkeit variiert, aber nicht. Es ist unmöglich, dass sich ein physisches Objekt mit oder über Lichtgeschwindigkeit bewegt. Der einzige Grund, warum sich ein Photon mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen kann, ist, dass es weniger Masse hat. Jedes Objekt mit Masse, wenn Reifen Lichtgeschwindigkeiten erreichen, nimmt an Masse zu, was als relativistische Masse bezeichnet wird. Wenn es beschleunigt, um Lichtgeschwindigkeiten zu erreichen, wird es massiver und es wird eine unendliche Energie benötigt, um Lichtgeschwindigkeiten zu erreichen. Photonen haben keine Masse, so dass sie sich mit c
bewegen können. Neuestes Video von meinem Kanal
Antwort
Diese Frage ist subtiler als auf den ersten Blick erscheinen mag und hat mit dem zu tun, was Sie meinen durch „Messen einer Geschwindigkeit“. Sie könnten sagen, dass Sie eine Einheit auswählen, z. B. Meter pro Sekunde, und dann messen, wie oft die Lichtgeschwindigkeit um einen Meter pro Sekunde höher ist. Scheint einfach genug. Außer …
Was ist ein Messgerät? Und was ist eine Sekunde? Nun, Sie könnten Ihren Messstab herausziehen und mir sagen, dass dort „ein Messgerät“ ist. Für eine Sekunde ist das einfach: Jeder weiß, was ein Tag ist, also teilen Sie das einfach in 24 Stunden auf, teilen Sie jeden von ihnen auf in 60 Minuten, dann teilen Sie jedes von diesen in 60 Teile, und das ist eine Sekunde. Und ehrlich gesagt, das haben die Leute eine Weile getan. Hier ist der offizielle Messstab des Internationalen Büros für Gewichte und Maße , der den Zähler bis 1960 definiert hat.
Aber was ist 1960 passiert? Gab es eine Verzerrung im Raum-Zeit-Kontinuum, die die Länge eines Meters veränderte? Traurigerweise Nein. Alles, was passierte, war, dass viele Leute anfingen, Entfernungen genau zu messen, und manchmal hatten sie ihre Kopie des International Prototype Meter nicht dabei oder vielleicht hat es sich verbogen. Zu diesem Zeitpunkt hatten die Leute auch die Interferometrie erfunden, mit der sie sehr genaue Entfernungen messen konnten, ohne auf winzige Linien auf einem Messstab zu blinzeln Tatsächlich war dies alles viele Jahrzehnte vor 1960 geschehen. 1960 war genau das Jahr, in dem das Internationale Büro für Gewichte und Maße endlich alle Beschwerden satt hatte und beschloss, das internationale Prototyp-Messgerät durch …
zu ersetzen
Der Krypton-Standard. Anstatt ein Verhaltenskodex zu sein, dem Superman folgt, hat der Krypton-Standard einen Meter in Bezug auf eine Eigenschaft des Elements Krypton neu definiert. Manchmal wird Krypton aufgeregt, und wenn es sich wieder beruhigt, setzt es orangefarben frei rotes Licht. Das Messgerät wurde dann als 1.650.763,73 Wellenlängen von definiert dieses Licht. Großartig, jetzt, wo Sie sich für ein Messgerät entschieden haben, können Sie Wissenschaft betreiben.
Oh, aber die Wellenlänge des Lichts unterscheidet sich zwischen Luft und Vakuum. Sie müssen also sicherstellen, dass Sie das Krypton messen Wellenlängen im Vakuum. Oh, und es gibt auch fünf verschiedene stabile Isotope von Krypton, und jedes von ihnen setzt Licht mit leicht unterschiedlichen Wellenlängen frei. Sie seufzen, holen Ihre Zentrifuge heraus, drehen etwas Kryptongas auf, um die Isotope von Krypton abzutrennen. Nehmen Sie das schwerste, Krypton-86, und messen Sie die Wellenlänge davon. OK, jetzt, da Sie wissen, was ein Meter ist, können Sie die Lichtgeschwindigkeit messen.
Aber warten Sie! Was ist mit der zweiten? Aber haben wir das nicht schon geklärt, indem wir es als einen bestimmten Bruchteil eines Tages definiert haben? Leider stellt sich heraus, dass sich die Geschwindigkeit der Erdrotation ändert. Daher ist es nicht gut, sie zur Definition einer Sekunde zu verwenden. Die Rotationsrate verlangsamt sich allmählich aufgrund der Gezeitenkräfte des Mondes und ändert sich auch sporadisch aufgrund der Neuordnung der Masse der Erde, ähnlich wie ein Eiskunstläufer, der seine Arme bewegt, um sich schneller zu drehen, außer bei Erdbeben und Vulkanexplosionen.
Nun, Mist. Sie denken also größer und entscheiden sich für die Revolution von die Erde um die Sonne, um eine Sekunde zu definieren. Aber leider stellt sich heraus, dass ein Jahr wie ein Tag nicht so konstant ist, wie Sie denken würden.Das Ziehen des Jupiter und der anderen Planeten auf der Sonne reicht aus, um es ein wenig vom Kurs abzuwenden, was die Länge eines Jahres auf eine Weise leicht verändern kann, die schwer vorherzusagen ist. Leider die Zeitintervalle, die Sie dachten Konstante haben Sie alle betrogen.
Aber alle Hoffnung ist nicht verloren! Die Atomuhr kommt zur Rettung. Genau wie Ihr Freund krypton- In 86 setzt das Atom Cäsium-133-Atom auch Licht in bestimmten Frequenzen frei, wenn es sich nach Anregung beruhigt. Eine Atomuhr kann diese Frequenz sehr genau messen, wodurch Sie die Sekunde als die Zeit definieren können, die benötigt wird, um 9.192.631.770 Schwingungen von zu haben das emittierte Licht.
Nach all Ihrer harten Arbeit, einen Meter und eine Sekunde festzunageln, können Sie endlich die Lichtgeschwindigkeit messen, wie Sie es die ganze Zeit wollten. Aber was ist das? Das Internationale Büro für Gewichte und Maße definierte den Zähler 1983 neu als die Länge, die das Licht in 1 / (299.792.458) Sekunden zurücklegt. Die Lichtgeschwindigkeit beträgt somit per Definition genau 299.792.458 Meter pro Sekunde mit willkürlicher Genauigkeit. Aber das ist Betrug!
Aus physikalischer Sicht ist die Verwendung einer Einheit zum Messen der Länge und einer anderen Einheit zum Messen der Zeit ungefähr so sinnvoll wie die Verwendung von Meilen zum Messen horizontaler Entfernungen und Fuß zu Messen Sie vertikale Entfernungen. Ja, 100 Meilen nach Norden zu gehen ist ganz anders als 100 Meilen nach oben, aber wenn Sie darauf bestehen, unterschiedliche Einheiten für horizontale und vertikale Längen zu verwenden, Junge Haben Sie Spaß daran, Leitern aufzubauen?
Oder spielen Sie mit Lasern, wenn Sie aus der Metapher ausbrechen. In der Tat, wenn Sie nicht die Wellenlänge des Lichts von Krypton-86 zum Definieren verwenden ein Meter und die Frequenz des Lichts von Cäsium-133, um eine Sekunde zu definieren, hatten Sie das gleiche Atom für beide ausgewählt, dann würden Sie mit dem gleichen enden Art des Betrugs für Lichtgeschwindigkeit. Die Wellenlänge dieses Lichts multipliziert mit seiner Frequenz ist die Lichtgeschwindigkeit. Wenn Sie also die Wellenlänge per Definition und die Frequenz per Definition festlegen, wird die Lichtgeschwindigkeit per Definition festgelegt. Es ist eine sehr unbefriedigende Antwort.
Der Fall ist jedoch noch nicht abgeschlossen, und es gibt immer noch eine sehr vernünftige Frage: Wie genau können Sie Geschwindigkeiten zumindest theoretisch messen? Wenn Sie a sehen Was genau bewegt sich, wie genau kann man seine Geschwindigkeit in Bezug auf die Lichtgeschwindigkeit messen? Oder, wenn Sie möchten, wie genau können Sie die Lichtgeschwindigkeit in Bezug auf die Geschwindigkeit des Dings messen?
Heisenbergs Unsicherheitsprinzip stellt für Sie eigentlich kein Problem dar. Das Prinzip besagt, dass Sie sowohl die Position als auch den Impuls eines Partikels nicht kennen können: Wenn Sie mehr Genauigkeit bei der Messung einer Größe wünschen, müssen Sie die Genauigkeit bei der anderen Größe aufgeben Wenn Sie jedoch die Ruhemasse des Partikels kennen, können Sie die Geschwindigkeit des Partikels berechnen, indem Sie nur seinen Impuls kennen, und Sie können den Impuls so genau kennen, wie Sie möchten, vorausgesetzt, Sie geben alle Hoffnung auf, jemals herauszufinden, wo die Partikel ist.
Es gibt auch etwas zu sagen über die Planck-Länge . Derzeit ist jedoch nicht klar, was, wenn überhaupt , physikalische Bedeutung hat die Planck-Länge. Wenn Sie glauben, dass die Planck-Länge die kleinste messbare Länge ist, dann ist die kleinste theoretisch messbare Geschwindigkeit die Planck-Länge geteilt durch die Lebensdauer des Universums. Wenn Sie also die Geschwindigkeit eines sich bewegenden Teilchens messen möchten, können Sie es nicht genauer berechnen als die Planck-Länge geteilt durch die Lebensdauer des Universums. Pech, ich weiß. Natürlich, wenn das Universum wird für immer weitergehen, wie derzeit angenommen wird, dann gibt es keine Grenze für Ihre Genauigkeit.