27 503 subscribers

Превысит ли скорость света луч, источник которого повернули?

320 full reads

Тему для статьи и размышлений подсказал один из наших уважаемых подписчиков, за что ему огромное спасибо. Что же, вопрос и правда очень интересный. Давайте размышлять вместе. Не забывайте дочитывать статью до конца и лайкать.

Световоды очень красивы
Световоды очень красивы

Итак, вопрос звучит так. Представьте себе, что вы светите фонариком (очень мощным) на Луну (проницаемость среды примем как 100% и умышленно исключим все процессы типа преломления). Расхождение луча тоже пусть будет нулевым, то есть луч как вышел из фонарика на Земле и имел ширину пучка 5 см, так и имеет пятно на Луне 5 см. Теперь мы поворачиваем фонарик. При этом луч света на луне преодолевает путь (опять условно) 10 см. Можно ли считать, что скорость движения пятна превысила скорость света?

Почему скорость света должна была быть превышена?

Не нужно быть Эйнштейном, чтобы быстренько представить в своем воображении, как выглядит схема физического процесса. Фонарик представляется материальной точкой, лучи рисуются отрезками прямых. При повороте луча получается, что путь света от Земли до Луны составляет множество километров, а путь пятна света на луне составляет 10 см. Даже при значительной разнице в скорости света и в скорости разворота фонарика легко предположить, что скорость движения пятна по луне может превысить скорость света.

Схема физического процесса
Схема физического процесса

Вот только рассуждения эти с точки зрения имеющейся теории не совсем корректны. По сути дела мы путаем время на протекание физического процесса и реальную скорость этого процесса. Это разные физические сущности и понятия. Давайте разбираться почему так.

Почему в этом примере скорость света превышена не будет?

Вся классическая теория и дедушка Эйнштейн учат - скорость света превышена быть не может, потому, что это чуть ли не единственная константа в природе, которая всегда постоянна. Дальше неё нет известной нам физической теории.

Даже длина и масса при околосветовых скоростях непостоянны. Причем, речь про скорость света в вакууме. Ведь тут напрашиваются примеры типа излучения Вавилова-Черенкова, но там мы говорим о скорости света в среде. Ещё можно вспомнить гипотетические тахионы, но на то они и гипотетические.

Излучение Вавилова-Черенкова
Излучение Вавилова-Черенкова

Скорость света действительно может быть превышена и такие процессы известны астрофизикам. Но тут речь точно не о таком процессе.

В рассматриваемой задаче мы разбираемся с довольно-таки стандартной для занимательных задачек проблемой. Это подмена понятий.

Благодаря такому хитрому повороту, неглупый читатель или опрашиваемый ученик обязательно задумается, что скорость света-то всё же может быть превышена. Логика примерно такая же, как превышение скорости света фарой автомобиля или велосипеда. Ведь согласно релятивистскому сложению скоростей скорость света станет равна скорость велосипеда+скорость света фонарика. Но так это не работает :) Считаем немного иначе - это не скорость света привесится, это относительно наблюдателя размер велосипедиста изменится.

В случае нашей задачки про пятно контакта и Луну. Даже если принять все факторы, исключить пробег частичек, громадную разницу в расстояниях, остаётся один весомый аргумент. Сам фонарик на Земле нужно будет повернуть быстрее скорости света. Почему именно быстрее? Потому что на Земле фонарику нужно пройти пускай 1 см, а на Луне пятно контакта сделает все 10 см. Нехитрая разрисовка треугольника показывает, что фонарик нужно ещё и ускорить, чтобы пятно контакта двигалось хотя бы со скоростью света, не говоря уже о её превышении.

Теперь про путаницу о скорости процесса и его времени протекания. Прочитайте внимательно. Факт того, что лучам света из примера нужно больше времени для достижения поверхности Луны, чем перемещению зайчика по этой поверхности не означает увеличения скорости движения фотонов. Просто для течения процесса требуется разное время из-за разных расстояний.

Сравнивать процессы в этом случае также неуместно, как и сравнивать скорость пешехода, идущего по МКАДу со скоростью пешехода на любой другой улице. Даже можно сформулировать задачу ещё красивее. Представьте, что один человек идёт пешком из Москвы в Анапу, а второй человек идёт в Анапе из гостиницы за шаурмой. Значит ли это, что скорость человека, идущего за шаурмой, превышает скорость света? Вовсе нет. И тот факт, что идущий за шаурмой человек сходил за 5 минут, а идущий от Москвы шёл 10 дней, не означают огромную скорость любителя шаурмы.

Получается, что в рассматриваемом примере говорить о превышении скорости не совсем корректно. Причем, даже если исключить все обозначенные физические ограничения, превышение скорости фотона в перпендикулярном направлении, вызванное сторонним фактором, являлось бы результатом действия стороннего фактора. Это была бы уже и не скорость света. Правда технически остаётся всё то же ограничение - если превысить скорость света, мы будем иметь дело с "другой" физикой.

Пожалуйста, подпишитесь на проект, оцените статью лайком и напишите комментарий! Сейчас это очень важно для выживания проекта!

Статьи по теме на моем канале:

Ещё кое-что полезное: