Dlaczego prędkość światła wynosi 299 792 458 metrów / s?

10

Ok, specjalizuję się w fizyce (4. rok) i nigdy nie zrozumiałem tego fundamentalnego (trochę) pytania. Może nie zbadałem tego wystarczająco.

Na przykład, dlaczego światło słoneczne dociera do nas w 8 minut 20 sekund? Znam odpowiedź na to pytanie w skali „powierzchniowej”. Słońce jest oddalone o 1AU, c = 3E8 m / s, a d = v / t, aby uzyskać około 8 min 20 sekund.

moje pytanie jest na głębszym poziomie.

Powiedz, że możesz „jeździć na fotonie”. WIEM, ŻE JEST TO NIEMOŻLIWE, ale po prostu powiedz, że możesz. Lub lepsze pytanie: czego doświadcza foton? Według mojego rozumienia foton opuściłby słońce i (jeśli jest na właściwej trajektorii) natychmiast uderzyłby w Ziemię. Foton opuszczający Alpha Centauri zobaczy wszechświat naraz, w nieskończenie małej jednostce czasu (jeśli skierowany w przestrzeń kosmiczną).

Jeśli foton widzi wszystko naraz, dlaczego uważamy, że ma prędkość? Jestem pewien, że ma to coś wspólnego z ramkami odniesienia, a zwłaszcza, że ​​Lorentz przekształca się? ale wydaje się dziwne. dlaczego prędkość światła jest dla nas skończona ... gdyby był nieskończony, czy byłoby to problematyczne?

sci-guy
źródło
7
Od 1983 roku licznik jest definiowany jako odległość przebyta przez światło w próżni w 1 / 299,792,458 sekundy, więc liczba ta jest z definicji dokładna. Oczywiście to nie odpowiada na twoje pytanie, ale jest interesujące. en.wikipedia.org/wiki/Speed_of_light
Keith Thompson
1
Jeśli nie czytałeś QED Feynmanna, naprawdę polecam go, aby uzyskać więcej perspektyw na ten temat.
adrianmcmenamin
Istnieje teoria, że ​​inne wersety mogą mieć inne stałe niż te, które mamy w tym wszechświecie. Na przykład stała grawitacji może być inna, prędkość światła może być inna itp. Te wszechświaty wyglądałyby zupełnie inaczej niż nasz wszechświat.
Scottie,
Prędkość światła wynosi 299792458 metrów na sekundę, ponieważ Wszechświat działa tak, jak działa, a także: prędkość światła została zdefiniowana znacznie później niż miernik. Dlatego w celu zachowania pierwotnej miary miernika SI zdecydował, że prędkość światła ma wynosić 299792458 m / s tylko w starszym wieku, aby zachować starą miarę miernika, która wcześniej była równa jednej dziesiątej milionowej odległości od równika do słup zmierzony na południku, który przeszedł przez Paryż Francja
Suhrid Mulay

Odpowiedzi:

10

Skończona prędkość światła jest jednym z fundamentów naszego Wszechświata.

Gdyby był nieskończony, miałoby to poważny wpływ na przyczynowość.

Poza tym w fizyce nie kwantowej światło jest tylko falą elektromagnetyczną. Pole elektromagnetyczne opisuje równania Maxwella, które przewidują, że prędkość fal elektromagnetycznych propagujących się w próżni zależy od przenikalności dielektrycznej ε 0 i przenikalności magnetycznej μ 0 równaniem c = 1doε0μ0 więc nie można mieć nieskończonej prędkości światła, chyba że przenikalność elektryczna lub przenikalność magnetyczna wynosi zero, co z kolei spowodowałoby różnego rodzaju dziwne rzeczy przyciąganie elektromagnetyczne (a zatem istnienie materii poza cząsteczkami elementarnymi).do=1ε0μ0

ZAPRASZAM
źródło
Ok, ale dlaczego 300 000 km / s? Wiem, że km i sek to wynalazki ludzkie - ale bez względu na to, jakie są wasze jednostki miary - dlaczego ta prędkość? co jest takiego specjalnego w tym numerze? a co z drugą częścią mojego pytania: jeśli foton doświadcza wszystkiego naraz - jak to możliwe, że opuszcza słońce i uderza w ziemię wt = 0, ale dla nas t = 8min 20 sekund?
sci-guy
3
Ta prędkość (297000 km / s) pochodzi ze wzoru, który opublikowałem powyżej: 1 ponad pierwiastek kwadratowy z ε0μ0. O fotonie doświadczającym wszystkiego naraz, co wynika z relatywistycznej dylatacji czasu. Dla fotonu czas jest nieskończenie wydłużony, więc jedna chwila wydłuża się nieskończenie długo.
Zaproszenie
o tak ... to jest to. satysfakcja intelektualna. Dzięki! Bardzo podoba mi się ta odpowiedź.
sci-guy
7
Ta odpowiedź to tylko wyrafinowana wersja „to dlatego, że jest”
adrianmcmenamin
Mam to samo pytanie. Dlaczego skończony nie? Studiowałem transformację relatywistycznej kinematyki i uświadomiłem sobie, że cząstki światła nie odczułyby podróży, gdyby żyły. Wszystko by się dla nich wydarzyło. wartość 299792458 pochodzi z przenikalności i przepuszczalności, która jest w porządku. Powoduje to, że prędkość jest skończona. Ale dlaczego skończony, aby wiedzieć, że moim zdaniem potrzebny jest większy postęp.
Javi
4

Dlaczego prędkość światła wynosi 299 792 458 m / s, a nie (na przykład) 3,1 lub 4,3 x 10 ^ 44 m / s?

Odpowiedź jest taka, że ​​wszystkie te liczby są konsekwencjami arbitralnych wyborów jednostek miary. W rzeczywistości nie ma nic specjalnego w liczbie 299 792 458 , tak bardzo, że można poprawnie napisać, że prędkość światła wynosi:

  • 1079252848.8 [km / h]
  • 0,3 [szt / rok]
  • 1 [rok świetlny / rok]

Do tego stopnia, że ​​w fizyce cząstek często stosuje się prędkość światła jako jednostkę miary prędkości, tak że jest ona faktycznie równa jedności. Napisalibyście, że prędkość światła wynosi 1 [c], i że prędkość tej cząstki wynosiła 0,99998 [c], podczas gdy zwykle zaczynam pracę z prędkością 1 x 10 ^ {- 8} [c].

astabada
źródło
3
W tak zwanych „jednostkach naturalnych” prędkość światła wynosi 1 (bezwymiarowo)
Envite
3
astabada, myślę, że przegapiłeś poziom pytania, które zadałem. Pytałem, jakiej jednostki miary używasz, dlaczego to ta prędkość. Na przykład, jeśli licznik i sekunda pozostały takie same, dlaczego wynosi 3E8 m / s, a nie 6E8m / s, Envite ładnie odpowiedział na to pytanie. Chociaż oczywiście możesz dalej zapytać, dlaczego przepuszczalność elektryczna i magnetyczna jest taka, jaka jest ... i jeszcze głębsze pytanie: dlaczego jakakolwiek stała jest jej wartość?!?! Czy we wszechświecie istnieje „naturalna” optymalizacja? czy te wartości są związane z najmniejszym zużyciem energii?
sci-guy
@Envite Chciałem być jasny, dlatego podałem 1 [c] . Zgadzam się, że jeśli c = 1, wyrażenie jest zbędne, podobnie jak pisanie „8 x 1” zamiast tylko „8” ...
astabada
1
@AndrewH tak, istnieje powód, dla którego wszystkie te uniwersalne stałe mają wartość, którą mają. Nazywa się to zasadą antropiczną: jeśli miałyby jakąkolwiek inną wartość, nie będziemy tu ich przestrzegać.
Zachęcaj
1
@astabada Wygląda na to, że masz ważne pytanie. Zadaj je jako pytanie na stronie. Nie ma sensu omawianie tego za pomocą komentarzy.
Zachęcaj