Цитата: СОВ от 07.11.2018 17:13:46вспомнив о постоянстве скорости света... совершенно не понимаю, почему сама скорость должна быть неизменной. Она могла бы меняться вдали от больших масс (в межзвездном пространстве), или поближе к центру вселенной, или наоборот, на окраинах.
Так вот, есть теоретическое обоснование неизменности скорости света, или экспериментальные доказательства?
Прежде чем разбираться с этими вопросами, надо четко договориться: в каком смысле мы толкуем о «скорости света».
Большинству тех, кто знает физику только по школьному курсу, представляется, что скорость, равная 300 000 км/с - это скорость загадочного предмета, называемого «свет», и ее особые свойства обусловлены особыми свойствами этого самого света. Тогда ваши вопросы законны и несложны, и ответ на них положителен: да, скорость распространения световой волны может быть непостоянной как в пространстве, так и во времени. Выше
slavae справедливо заметил, что «даже в воде свет замедляется». Я вам скажу больше: скорость света с длиной волны в окрестности линии сильного поглощения среды, в которой он распространяется, может даже
превышать 300 000 км/с (так называемая аномальная дисперсия, известная давно и описываемая во всех университетских учебниках оптики). Поскольку же свойства среды, включая положение линий поглощения, можно менять (например, возбуждая ее лазером), то скорость света в такой среде может меняться и со временем (включили лазер подсветки - выключили, включили - выключили, и т.д.) безо всякой сомнительной «баллистической теории света».
Насчет скорости света, превышающей 300 000 км/с - не пугайтесь, она не противоречит теории относительности (далее - ТО). Дело в том, что это
фазовая скорость, то есть скорость перемещения в пространстве геометрического места тех точек, фаза колебаний в которых составляет заданную величину (скажем, 90 градусов). Но геометрическое место - это штука воображаемая, она может перемещаться с какой угодно скоростью, и физика ей не указ. Эйнштейн же ограничивает только скорость перемещения материальных тел и передачи сигналов (и то, как выяснилось в последние лет тридцать - не всяких сигналов, а только тех, которые хотя бы в принципе можно выделить из шума). Скорость передачи сигналов с помощью света определяется его
групповой скоростью, которая вообще говоря не совпадает с фазовой и определяется слишком сложно, чтобы о ней рассказывали в школе. Если интересно, опять-таки загляните в университетские учебники физической оптики - там обо всем этом написано подробно и довольно доходчиво.
Но, сдается мне, ваш исходный вопрос был все-таки не про оптику, а про второй, и главный, смысл понятия «скорость света». Чтобы не путать его постоянно со скоростью распространения электромагнитного излучения, я дальше буду говорить о скорости света во втором смысле как о «фундаментальной скорости».
Так вот, теория относительности (как частная, так и общая) - это теория о взаимосвязи пространства и времени (в общей - еще и материи). В ее основу Эйнштейн положил некоторые наблюдательные факты (тогда - еще довольно немногочисленные), но из нее вытекает множество следствий, которые могут быть проверены экспериментально, уже проверены экспериментально и постоянно продолжают проверяться экспериментально. Например, для достижения военной точности определения координат с помощью GPS эффекты ТО учитывать просто необходимо. До сих пор расхождений с предсказаниями ТО обнаружить не удалось, хотя желающих было много, в том числе таких тяжеловесов, как покойный академик Логунов, экс-ректор МГУ и экс-директор протвинского Института физики высоких энергий. Таким образом, ТО примерно так же связана со зданием
всей современной физики и астрофизики, как гипотеза о шарообразности Земли - со всей геодезией.
Одним из пространственно-временных соотношений, рассматриваемых в ТО, является скорость. Из ТО следует, что существует некоторая
фундаментальная скорость обладающая следующим свойством: если тело имеет скорость, равную фундаментальной,
в какой-нибудь системе отсчета, то
в любой другой системе отсчета его скорость также будет равна фундаментальной. В нашем мире значение фундаментальной скорости составляет 300 000 км/с, и самый доступный нам объект, который может двигаться с такой скоростью, – это свет. Но его скорость, в общем-то не обязательно должна совпадать с фундаментальной даже в вакууме. Теоретически возможны такие вселенные, в которых кванты электромагнитного излучения имеют массу покоя, и в которых, как следствие, скорость света хоть чуть-чуть, да меньше фундаментальной скорости.
Почему фундаментальная скорость в нашей Вселенной именно такова, неизвестно. Самый популярный ответ опирается на так называемый антропный принцип и гласит: потому что в ином случае некому было бы задавать дурацкие вопросы. Имеется в виду, что при существенно иных значениях скорости света Вселенная была бы устроена так, что никакие сложные структуры (в том числе, мозги) в ней не могли бы сформироваться.
Зато можно вполне определенно ответить на вопрос: менялась ли фундаментальная скорость на протяжении истории Вселенной? В середине XX века один из лучших физиков всех времен и народов Поль Дирак разработал теорию мира с неоднородным временем - то есть временем, различные моменты которого, в отличие от нашего мира, не эквивалентны, не равноправны. Надо сказать, что представить себе такой мир непросто. Дело в том, что закон сохранения энергии напрямую обусловлен однородностью времени. Не было бы время однородным - не сохранялась бы энергия. Попробуйте, пофантазируйте, сочините какой-нибудь сюжет, происходящий в мире, в котором энергия может браться ниоткуда или исчезать бесследно!
Так вот, Дирак показал, что неоднородность времени должна была бы иметь наблюдаемые последствия: измеряемые значения фундаментальных мировых констант (постоянной в законе всемирного тяготения, постоянной Планка, и, в том числе - фундаментальной скорости) тогда должны были бы меняться с течением времени. Идея Дирака нашла отклик у коллег-физиков, которые стали целенаправленно пытаться обнаружить такие изменения с помощью точных экспериментов. На сегодняшний день установлено, что за все время существования Вселенной (исключая самые ранние моменты вблизи сингулярности) ни одна из фундаментальных констант – в том числе, и фундаментальная скорость, – не изменилась и на миллиардную долю своего современного значения.