Почему физики никогда не измеряли скорость света в одном направлении: ответ может удивить

Скорость света в вакууме составляет почти 300 000 км/с, и она играет очень важную роль в законах физики. Вас может удивить, что ученые никогда на самом деле не измеряли скорость света в одном направлении, а только скорость света, который прошел в двух направлениях, пишет IFLScience.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Известно, что ничто не может двигаться быстрее скорости света. Тем не менее, уже 30 лет существует теория, которая предполагает, что с помощью экзотического устройства, можно обойти это ограничение. Если это так, то почему ученые до сих пор не создали такое устройство? Об этом уже писал Фокус.

Какое-то время многие ученые, включая Рене Декарта, считали, что скорость света бесконечна. Но астроном Оле Ремер, изучая затмения спутника Ио его хозяином Юпитером, заметил нечто странное. Этот спутник имеет короткий и постоянный орбитальный период, совершая полный оборот вокруг газового гиганта каждые 42,5 часа. Но, когда Ремер измерял время между каждым затмением, он заметил, что время варьировалось в зависимости от того, насколько близко Земля находилась к Юпитеру в тот момент. Они происходили раньше среднего, когда Юпитер был близко, и позже среднего, когда Юпитер был дальше всего.

Из этого Ремер сделал вывод, что скорость света не бесконечна, но для распространения света требуется время. Ио не требовалось больше времени, чтобы совершить оборот вокруг Юпитера, когда Земля была далеко от него, но свету требовалось больше времени, чтобы достичь его. Ученый Христиан Гюйгенс попытался вычислить скорость света, используя эту информацию, и получил значение 210 824 км/с. Разница между этой цифрой и тем, что теперь известно, как правильная скорость света, была связана с оценкой максимальной задержки времени Ремера и тем фактом, что ученые еще не совсем точно определили орбиту Земли.

С тех пор ученые измеряли скорость света с помощью лазеров и зеркал. В этих установках свет излучается на известное расстояние и возвращается в исходную точку. Чтобы получить скорость света нужно разделить расстояние на время, и сейчас считается, что скорость света составляет постоянные 299 792 км/с.

Но в этой установке физики на самом деле измеряют двустороннюю скорость света: время, которое потребовалось свету, чтобы пройти в одну сторону, а затем вернуться в исходную точку. Хотя кажется можно предположить, что свет движется с одинаковой скоростью во всех направлениях, как это делал Эйнштейн, это все еще предположение. Физики во время экспериментов подтвердили, что может быть так, что свет движется в одном направлении с большей скоростью и возвращается с меньшей скоростью, в среднем достигая скорости, которую мы теперь знаем.

Почему нельзя измерить скорость света в одном напрвлении? Это зависит от того, как мы синхронизируем часы. Допустим, вы хотите измерить одностороннюю скорость света. Для этого нужно знать, что ваши часы на излучателе света точно синхронизированы с часами на детекторе. Вы не можете разделить расстояние на время, чтобы получить скорость, если двое часов не синхронизированы.

Вот тут-то и возникает проблема, как в специальной теории относительности, когда вы отдаляете часы друг от друга, они начинают идти с разной скоростью. Хотя это звучит довольно абстрактно, эксперименты показывают, что часы действительно идут с разной скоростью для разных наблюдателей в зависимости от относительной скорости, с которой они движутся, или силы гравитационного поля. Поэтому, когда вы синхронизируете двое часов вместе, а затем раздвигаете их, чтобы начать измерение скорости света, они в процессе становятся несинхронизированными. Между тем, если вы начинаете эксперимент с двумя часами по отдельности, а затем пытаетесь синхронизировать их, у вас также остается проблема.

Эта синхронизация использует в свою очередь световые сигналы, создавая круговой аргумент, который до сих пор делал этот тип измерения недействительным, объясняют физики.

Эйнштейн знал об этой проблеме, изложив ее в своей статье 1905 года "Об электродинамике движущихся тел". Эйнштейн предположил, что скорость света одинакова в обоих направлениях, но признал, что это лишь предположение, которое не проверено во время экспериментов. С тех пор физики не придумали ничего, чтобы обойти эту проблему. Поэтому считается, что измерить скорость света одном направлении может быть невозможно.

Как уже писал Фокус астрономы сделали последнюю фотографию самой яркой кометы 2025 года, которую мы не увидим еще 600 000 лет. Самая яркая комета этого года под названием C/2024 G3 сейчас удаляется от Солнца и летит к краю Солнечной системы.