Свет

  • Свет — в физической оптике электромагнитное излучение, воспринимаемое человеческим глазом. В качестве коротковолновой границы спектрального диапазона, занимаемого светом, принят участок с длинами волн в вакууме 380—400 нм (750—790 ТГц), а в качестве длинноволновой границы — участок 760—780 нм (385—395 ТГц).

    В широком смысле, используемом вне физической оптики, светом часто называют любое оптическое излучение, то есть такое электромагнитное излучение, длины волн которого лежат в диапазоне с приблизительными границами от единиц нанометров до десятых долей миллиметра. В этом случае в понятие «свет» помимо видимого излучения включаются как инфракрасное, так и ультрафиолетовое излучения.

    Раздел физики, в котором изучается свет, носит название оптика.

    Также, особенно в теоретической физике, термин свет может иногда выступать просто синонимом термина электромагнитное излучение, независимо от его частоты, особенно когда конкретизация не важна, а хотят, например, использовать более короткое слово.

    Свет может рассматриваться либо как электромагнитная волна, скорость распространения в вакууме которой постоянна, либо как поток фотонов — частиц, обладающих определённой энергией, импульсом, собственным моментом импульса и нулевой массой (или, как говорили ранее, нулевой массой покоя).

Источник: Википедия

Связанные понятия

Абсолютно чёрное тело — физическое тело, которое при любой температуре поглощает всё падающее на него электромагнитное излучение во всех диапазонах.
Источник света — любой объект, излучающий электромагнитную энергию в видимой области спектра. По своей природе подразделяются на искусственные и естественные.
Интерфере́нция све́та — интерференция электромагнитных волн (в узком смысле - прежде всего, видимого света) — перераспределение интенсивности света в результате наложения (суперпозиции) нескольких световых волн. Это явление обычно характеризуется чередующимися в пространстве максимумами и минимумами интенсивности света. Конкретный вид такого распределения интенсивности света в пространстве или на экране, куда падает свет, называется интерференционной картиной.
Отраже́ние — физический процесс взаимодействия волн или частиц с поверхностью, изменение направления волнового фронта на границе двух сред с разными свойствами, в котором волновой фронт возвращается в среду, из которой он пришёл. Одновременно с отражением волн на границе раздела сред, как правило, происходит преломление волн (за исключением случаев полного внутреннего отражения).
Опти́ческий пинце́т (англ. optical tweezers), иногда «лазерный пинцет» или «оптическая ловушка» — оптический инструмент, который позволяет манипулировать микроскопическими объектами с помощью лазерного света (обычно испускаемого лазерным диодом). Он позволяет прикладывать к диэлектрическим объектам силы от фемтоньютонов до наноньютонов и измерять расстояния от нескольких нанометров до микронов. В последние годы оптические пинцеты начали использовать в биофизике для изучения структуры и принципа работы...

Упоминания в литературе

Рассматривая природу весомых тел, Фарадей приходит к выводу о том, что каждый атом является не чем иным как полем сил – электрических, магнитных и гравитационных – которые окружают точечный центр. Все пространство вокруг такого атома оказывается пронизанным силовыми линиями. А свет и тепловое излучение представляют собой поперечные колебания распространяющиеся вдоль световых линий. И если даже мы допустим существование светоносного эфира, то должны признать, что он является проводником магнитных сил. Как Фарадей писал в 1851 г., «весьма вероятно, что уж если эфир и существует, то он должен иметь и другие применения чем простая передача излучения». Также важно для нашего изложения утверждение одного из биографов Фарадея – доктора Бенса Джонса – о том, что (в одной из своих записных книжек) Фарадей высказал предположение о том, что скорость распространения магнитных взаимодействий – по порядку величины – совпадает со скоростью света.
Но оказалось, что указанное небольшое изменение скорости света можно измерить, если использовать явление интерференции. Интерференция – это сложение в пространстве двух или нескольких волн, при котором в разных его точках получается усиление или ослабление амплитуды результирующей волны. Интерференция характерна для волн любой природы: волн на поверхности жидкости; упругих (например, звуковых); электромагнитных (например, радиоволн или световых). Причем интерферируют только когерентные волны, то есть волны, имеющие постоянную разность фаз во времени [70, с. 290]. Такими когерентными волнами-лучами являются, например, лучи, исходящие из одной точки источника света. Если два луча от одной точки источника света пустить по разным направлениям, а затем привести в одну точку, то в этой точке будет происходить интерференция света; если разность хода лучей, измеренная в количестве совершенных полуволн, составит четное число, то происходит сложение энергий этих лучей, и точка будет наиболее светлой; если же разность хода составит нечетное число полуволн, то энергии лучей вычитаются, и точка будет наиболее темной.
Все это объясняется очень просто, если вы готовы забыть о прочно укоренившихся идеях классической физики и посчитать уравнения Планка физически значимыми. Важность этой оговорки становится очевидна, когда узнаешь, что за пять лет, прошедших с начальной работы Ленарда над фотоэлектрическим эффектом и введения Планком концепции кванта, никто не предпринял этот, казалось бы, простой шаг. В сущности, Эйнштейн лишь применил уравнение Е = hv к электромагнитному излучению, а не к маленьким осцилляторам внутри атома. Он сказал, что свет не является непрерывной волной, как целое столетие считали ученые, а распространяется отдельными пакетами – квантами. Весь свет определенной частоты v, то есть определенного цвета, распространяется пакетами, обладающими одинаковой энергией Е. Каждый раз, когда один из этих квантов света ударяет электрон, он передает ему одинаковое количество энергии, а следовательно, одинаковую скорость. Большая мощность света означает лишь то, что квантов света (теперь мы называем их фотонами), обладающих одинаковой энергией, становится больше, но изменение цвета света изменяет его частоту, а значит, и количество энергии, переносимое каждым фотоном.
Отметим одно очень важное обстоятельство. Как мы говорили, скорость света обратно пропорциональна показателю преломления среды. С другой стороны, длина волны λ, как уже упоминалось при описании опытов Ньютона, тоже зависит от среды, в которой свет распространяется; ньютоновы кольца сжимаются, если воздух в зазоре между линзой и стеклом заменить водой. Длина волны, так же как и скорость, обратно пропорциональна показателю преломления среды. Следовательно, частное от деления скорости на длину волны света, т. е. частота ν, как видно из написанной формулы, не зависит от вещества. Стало быть, это очень важная количественная характеристика самого света, именно его свойства, отвечающего цветности.
Команда Аспе получала пары фотонов (частиц света) со связанным состоянием поляризации. Поляризация света знакома тем, кто когда-нибудь носил поляроидные солнечные очки. Каждый фотон характеризуется величиной, сравнимой с направленностью – углом поляризации. Это понятие связано с понятием спина частицы, о котором мы говорили выше[6]. В потоке солнечного света попадаются фотоны со всеми возможными углами поляризации, однако поляроидные очки пропускают только фотоны с определенным углом поляризации. Аспе получал пары фотонов не только с различными поляризационными направлениями (скажем, один из них был направлен вверх, а другой – вниз), но и со связанным состоянием поляризации. Как и в случае описанной выше танцующей пары протона и нейтрона, ни один из связанных (запутанных) партнеров не имел какого-то определенного направления – они оба имели два направления одновременно, но только до тех пор, пока за ними велось экспериментальное наблюдение.

Связанные понятия (продолжение)

Преломле́ние (рефра́кция) — изменение направления луча (волны), возникающее на границе двух сред, через которые этот луч проходит или в одной среде, но с меняющимися свойствами, в которой скорость распространения волны неодинакова.
Давление электромагнитного излучения, давление света — давление, которое оказывает световое (и вообще электромагнитное) излучение, падающее на поверхность тела.
В физике, гравитационное красное смещение является проявлением эффекта изменения частоты испущенного некоторым источником света (вообще говоря, любых электромагнитных волн) по мере удаления от массивных объектов, таких как звёзды и чёрные дыры; оно наблюдается как сдвиг спектральных линий в излучении источников, близких к массивным телам, в красную область спектра. Свет, приходящий из областей с более слабым гравитационным полем, испытывает гравитационное синее смещение.
Эффект Садовского — появление механического вращающего момента, который действует на тело, облучаемое поляризованным эллиптически или по кругу светом.
Эффе́кт Вави́лова — Черенко́ва, Эффект Черенкова, излуче́ние Вави́лова — Черенко́ва, черенко́вское излуче́ние — свечение, вызываемое в прозрачной среде заряженной частицей, движущейся со скоростью, превышающей фазовую скорость распространения света в этой среде.
Рели́ктовое излуче́ние (лат. relictum — остаток), космическое сверхвысокочастотное фоновое излучение — равномерно заполняющее Вселенную тепловое излучение, возникшее в эпоху первичной рекомбинации водорода. Обладает высокой степенью изотропности и спектром, свойственным для абсолютно чёрного тела с температурой 2,72548 ± 0,00057 К.
Сверхсветово́е движе́ние — движение со скоростью, превышающей скорость света в вакууме. Несмотря на то, что согласно специальной теории относительности скорость света в вакууме является максимально достижимой скоростью распространения сигналов, а энергия частицы положительной массы стремится к бесконечности при приближении её скорости к скорости света, объекты, движение которых не связано с переносом информации (например, фаза колебаний в волне, тень или солнечный зайчик), могут иметь сколь угодно...
Баллисти́ческая тео́рия, также известная как эмиссио́нная тео́рия — отвергнутая фундаментальная физическая теория, альтернативная максвелловской электродинамике, теории относительности, квантовой теории и претендовавшая на новое единое всестороннее и наглядное описание мира на базе классических и механических представлений. В данной теории отвергается постулат СТО о постоянстве скорости света. Скорость света, испускаемого движущимся источником, складывается со скоростью источника подобно скорости...
Спектр (лат. spectrum «виде́ние») в физике — распределение значений физической величины (обычно энергии, частоты или массы). Обычно под спектром подразумевается электромагнитный спектр — распределение интенсивности электромагнитного излучения по частотам или по длинам волн.
Эффе́кт До́плера — изменение частоты и, соответственно, длины волны излучения, воспринимаемое наблюдателем (приёмником), вследствие движения источника излучения и/или движения наблюдателя (приёмника). Эффект назван в честь австрийского физика Кристиана Доплера.
Экспериме́нт Па́унда и Ре́бки — проверка замедления хода времени в поле тяготения (экспериментальное подтверждение существования гравитационного красного смещения), предложенная в 1959 и осуществлённая в 1959—1960 годах сотрудником Гарвардского университета Робертом Паундом и его аспирантом Гленом Ребкой в лабораторном контролируемом эксперименте. Полученное значение в пределах ошибок эксперимента (10 %) блестяще подтвердило принцип эквивалентности и основанную на нём общую теорию относительности...
Диспе́рсия све́та (разложение света) — это совокупность явлений, обусловленных зависимостью абсолютного показателя преломления вещества от частоты (или длины волны) света (частотная дисперсия), или, то же самое, зависимостью фазовой скорости света в веществе от частоты (или длины волны). Экспериментально открыта Ньютоном около 1672 года, хотя теоретически достаточно хорошо объяснена значительно позднее.
Спектроскопия в ближней инфракрасной области (БИК-спектроскопия, англ. near-infrared spectroscopy, NIR) — раздел спектроскопии, изучающий взаимодействие ближнего инфракрасного излучения (от 780 до 2500 нм, или от 12 800 до 4000 см-1) с веществами. Область ближнего инфракрасного излучения располагается между видимым светом и средней инфракрасной областью.
Гравитацио́нные во́лны — изменения гравитационного поля, распространяющиеся подобно волнам. Излучаются движущимися массами, но после излучения отрываются от них и существуют независимо от этих масс. Математически связаны с возмущением метрики пространства-времени и могут быть описаны как «рябь пространства-времени».
Эллипсометрия — высокочувствительный и точный поляризационно-оптический метод исследования поверхностей и границ раздела различных сред (твердых, жидких, газообразных), основанный на изучении изменения состояния поляризации света после взаимодействия его с поверхностью границ раздела этих сред.
Интерфере́нция в тóнких плёнках – явление, которое возникает в результате разделения луча света при отражении от верхней и нижней границ тонкой плёнки. В результате возникают две световые волны, которые могут интерферировать. Тонкоплёночная интерференция объясняет цветовую палитру, видимую в свете, отраженном от мыльных пузырей и масляных плёнок на воде. Это явление также является основополагающим механизмом, используемым в объективах камер, зеркалах, оптических фильтрах и антибликовых покрытиях...

Подробнее: Интерференция в тонких плёнках
Возникнове́ние ква́нтовой фи́зики — процесс длительный и постепенный, который занял свыше 25 лет. От первого возникновения понятия кванта до разработки так называемой копенгагенской интерпретации квантовой механики прошло 27 лет, заполненных интенсивной работой учёных всей Европы. В развитии и понимании квантовой теории приняли участие очень многие люди, как старшего поколения — Макс Борн, Макс Планк, Пауль Эренфест, Эрвин Шрёдингер, так и совсем молодые, ровесники квантовой гипотезы — Вернер Гейзенберг...
Эффект Казимира — эффект, заключающийся во взаимном притяжении проводящих незаряженных тел под действием квантовых флуктуаций в вакууме. Чаще всего речь идёт о двух параллельных незаряженных зеркальных поверхностях, размещённых на близком расстоянии, однако эффект Казимира существует и при более сложных геометриях.
Светово́й луч в геометрической оптике — линия, вдоль которой переносится световая энергия. Менее чётко, но более наглядно, можно назвать световым лучом пучок света малого поперечного размера.
Межзвёздная среда (МЗС) — вещество и поля, заполняющие межзвёздное пространство внутри галактик. Состав: межзвёздный газ, пыль (1 % от массы газа), межзвёздные электромагнитные поля, космические лучи, а также гипотетическая тёмная материя. Химический состав межзвёздной среды — продукт первичного нуклеосинтеза и ядерного синтеза в звёздах. На протяжении своей жизни звёзды испускают звёздный ветер, который возвращает в среду элементы из атмосферы звезды. А в конце жизни звезды с неё сбрасывается оболочка...
Фотосинтетически активная радиация, или, сокращённо, ФАР — часть доходящей до биоценозов солнечной радиации в диапазоне от 400 до 700 нм, используемая растениями для фотосинтеза. Этот участок спектра более или менее соответствует области видимого излучения. Фотоны с более короткой длиной волны несут слишком много энергии, поэтому могут повредить клетки, но они по большей части отфильтровываются озоновым слоем в стратосфере. Кванты с большими длинами волн несут недостаточно энергии и поэтому не используются...
Ви́димое излуче́ние — электромагнитные волны, воспринимаемые человеческим глазом. Чувствительность человеческого глаза к электромагнитному излучению зависит от длины волны (частоты) излучения, при этом максимум чувствительности приходится на 555 нм (540 ТГц), в зелёной части спектра. Поскольку при удалении от точки максимума чувствительность спадает до нуля постепенно, указать точные границы спектрального диапазона видимого излучения невозможно. Обычно в качестве коротковолновой границы принимают...
Атмосферная оптика — раздел физики атмосферы, в котором изучаются физические процессы взаимодействия оптического излучения распространяющегося в атмосфере. Атмосферная оптика занимается исследованием: физических и химических процессов, определяющих оптическое состояние атмосферы, технологии исследования окружающей среды, механизмов формирования и изменения климата, в том числе оптически значимые составляющие атмосферы и процессы, определяющие радиационный режим и климат Земли.
Лес Лайман-альфа (Lyα-лес) — многократное повторение абсорбционной линии Лайман-альфа в спектрах далеких астрономических объектов. Для очень далёких объектов это явление может быть настолько сильным, что вызывает значительный спад интенсивности в некотором интервале частот; это называется эффектом Гана — Петерсона (Gunn — Peterson).
Комбинационное рассеяние света (эффект Рамана) — неупругое рассеяние оптического излучения на молекулах вещества (твёрдого, жидкого или газообразного), сопровождающееся заметным изменением частоты излучения.
Корпускулярно-волновой дуализм (или квантово-волновой дуализм) — свойство природы, состоящее в том, что материальные микроскопические объекты могут при одних условиях проявлять свойства классических волн, а при других — свойства классических частиц.
Эффект Керра, или квадратичный электрооптический эффект, — явление изменения значения показателя преломления оптического материала пропорционально квадрату напряжённости приложенного электрического поля. Отличается от эффекта Поккельса тем, что изменение показателя прямо пропорционально квадрату электрического поля, в то время как последний изменяется линейно. Эффект Керра может наблюдаться во всех веществах, однако некоторые жидкости проявляют его сильнее других веществ. Открыт в 1875 году шотландским...
Эффект Фарадея (продольный магнитооптический эффект Фарадея) — магнитооптический эффект, который заключается в том, что при распространении линейно-поляризованного света через оптически неактивное вещество, находящееся в магнитном поле, наблюдается вращение плоскости поляризации света. Теоретически, эффект Фарадея может проявляться и в вакууме в магнитных полях порядка 1011—1012 Гс.
Стоксов сдвиг — разница длин волн максимумов спектров поглощения и флуоресценции. Измеряется в обратных сантиметрах, реже в нанометрах, в силу нелинейной зависимости энергии фотона от длины волны. Назван в честь физика Джорджа Стокса.
Фотометрия (др.-греч. φῶς, родительный падеж φωτός — свет и μετρέω — измеряю) — общая для всех разделов прикладной оптики научная дисциплина, на основании которой производятся количественные измерения энергетических характеристик поля излучения.
Сонолюминесце́нция — явление возникновения вспышки света при схлопывании кавитационных пузырьков, рождённых в жидкости мощной ультразвуковой волной. Типичный опыт по наблюдению сонолюминесценции выглядит следующим образом: в ёмкость с водой помещают резонатор и создают в ней стоячую сферическую ультразвуковую волну. При достаточной мощности ультразвука в самом центре резервуара появляется яркий точечный источник голубоватого света — звук превращается в свет.
Космологическое (метагалактическое) красное смещение — наблюдаемое для всех далёких источников (галактики, квазары) понижение частот излучения, объясняемое как динамическое удаление этих источников друг от друга и, в частности, от нашей Галактики, то есть как нестационарность (расширение) Метагалактики.
Оптическая система (англ. optical system) — совокупность оптических элементов (преломляющих, отражающих, дифракционных и т. п.), созданная для преобразования световых пучков (в геометрической оптике), радиоволн (в радиооптике), заряженных частиц (в электронной и ионной оптике).
Рэле́евское рассе́ивание — когерентное рассеяние света без изменения длины волны (называемое также упругим рассеянием) на частицах, неоднородностях или других объектах, когда частота рассеиваемого света существенно выше собственной частоты рассеивающего объекта или системы. Эквивалентная формулировка: рассеяние света на объектах, размеры которых меньше его длины волны. Названо в честь британского физика лорда Рэлея, установившего зависимость интенсивности рассеянного света от длины волны в 1871 году...
Фото́н (от др.-греч. φῶς, род. пад. φωτός, «свет») — элементарная частица, квант электромагнитного излучения (в узком смысле — света) в виде поперечных электромагнитных волн и переносчик электромагнитного взаимодействия. Это безмассовая частица, способная существовать в вакууме, только двигаясь со скоростью света. Электрический заряд фотона также равен нулю. Фотон может находиться только в двух спиновых состояниях с проекцией спина на направление движения (спиральностью) ±1. В физике фотоны обозначаются...
Дифра́кция во́лн (лат. diffractus — буквально разломанный, переломанный, огибание препятствия волнами) — явление, которое проявляет себя как отклонение от законов геометрической оптики при распространении волн. Она представляет собой универсальное волновое явление и характеризуется одними и теми же законами при наблюдении волновых полей разной природы.
Луч Бесселя (англ. Bessel beam) является полем электромагнитного, акустического или даже гравитационного излучения, амплитуда которого описывается функцией Бесселя первого рода.
Парадоксы квантовой механики — наглядные проявления противоречий между законами квантовой механики и законами классической механики. Обычные представления классической физики сталкиваются с большими трудностями в объяснении многих эффектов в микромире. Так например основополагающий квантовомеханический принцип неопределенности утверждает, что невозможно одновременно достаточно точно измерить координату и импульс частицы.
Вселе́нная — не имеющее строгого определения понятие в астрономии и философии. Оно делится на две принципиально отличающиеся сущности: умозрительную (философскую) и материальную, доступную наблюдениям в настоящее время или в обозримом будущем. Если автор различает эти сущности, то, следуя традиции, первую называют Вселенной, а вторую — астрономической Вселенной или Метагалактикой (в последнее время этот термин практически вышел из употребления).
Тёмная мате́рия в астрономии и космологии, а также в теоретической физике — гипотетическая форма материи, которая не испускает электромагнитного излучения и напрямую не взаимодействует с ним. Это свойство данной материи затрудняет и, возможно, даже делает невозможным её прямое наблюдение.
Аберра́ция све́та (лат. aberratio, от ab от и errare блуждать, уклоняться) — изменение направления распространения света (излучения) при переходе из одной системы отсчёта к другой.
Релятиви́стские стру́и, дже́ты (англ. Relativistic jet) — струи плазмы, вырывающиеся из центров (ядер) таких астрономических объектов, как активные галактики, квазары и радиогалактики. Первым такую струю обнаружил астроном Гебер Кёртис в 1918 году. Позже физик и философ Стивен Хокинг сумел доказать, что такие выбросы происходят из гипотетических чёрных дыр.

Подробнее: Релятивистская струя
Интерферо́метр Уайта — Джудэя — интерферометр, сконструированный Гарольдом Уайтом с целью обнаружения эффекта искривления пространства-времени. В качестве цели эксперимента заявлена проверка возможности создания пузыря Алькубьерре. Её изучением занимаются исследовательские группы Космического центра имени Линдона Джонсона в НАСА и Университета Дакоты.
Скорость гравитации — скорость распространения гравитационных воздействий, возмущений и волн.

Упоминания в литературе (продолжение)

Когда дневной свет попадает на человека, он частично поглощается, а частично отражается в стороны. В момент взаимодействия света с телом человека происходит наложение световой электромагнитной волны на электромагнитные волны тела человека (ведь, грубо говоря, человек представляет собой корпускулярно-волновой объект). В результате отраженный свет становится иным не только по направлению, но и по фазе (а также и по глубине модуляции синусоидальной волны). Попадая затем на окружающие предметы (стены, мебель и т. д.) этот отраженный свет тоже частично поглощается, а частично отражается, т. е. он взаимодействует с волновыми пакетами этих предметов. Это означает, что эти предметы теперь становятся носителями информации о человеке. Причём, никакого изображения (в отличие от фотобумаги) на предметах не видно. Но экстрасенс может, используя своё тело как волновой резонатор, считать волновую составляющую информации, зафиксированной предметами.
Если мы предположим, что фотон (квант или частица света) ведет себя в гравитационном поле так же, как и частица с массой, равной его энергии Е, деленной на квадрат скорости света c, m=E/c2, и воспользуемся формулами из теории гравитации Ньютона, то получим не совсем верный результат для угла отклонения света в поле гравитирующего тела. Но так как мы будем обсуждать различные физические явления лишь качественно, а не количественно, то нам важен лишь сам факт существования отклонения лучей света в гравитационном поле, а не его величина.
Кристаллографическая систематика, первоначально «придуманная» для минералогической кристаллографии, потом перешла и в физику твердого тела. Впоследствии, надо полагать, она перейдет и в биологические системы, и в космологию. Немецкий ученый Л. Зонке заменил кристалл дискретной системой материальных точек: кристалл из эмпирического объекта превратился в геометрический. Потом точки заменили лучами, а это уже в пределах физики… Инверсиальную систему можно распространить на все исследуемые объекты. Но без ответа остался вопрос, где инверсия геометрии на физические субстанции и живые системы. На наш взгляд, кристаллы – это материальное воплощение симметрии, место пересечения геометрии и материи. Кристаллы дали толчок и программу развития живым существам, явно и завуалировано присутствуя в них до настоящего времени. Живое подчиняется законам, которым подчиняются кристаллы. Хотя в живых существах оптическая ось симметрии заменилась на оси и плоскости тела, их структуры все равно продолжают оставаться оптическими системами. Полосатость хромосом, мышц, фотоактивность белка, воды, светочувствительность холестерина, флавопротеинов, цито– и криптохромов указывают на то, что свет является одним из основных регуляторов и интеграторов в живых организмах. Наши опыты показывают, что сфокусированные по спектру и по геометрии луча нормальные клетки при патологии рассеивают свет, а при раке этот «разброс» очень велик и поляризация луча незначительная. Образования светового конуса в коллоидных системах и аллотропной фазе протеина, а также и узкий, сжатый диапазон гемопротеидов (in vitro) подтверждают вышесказанное.
Это свойство – появляться лишь в виде кусочков дискретных размеров – называется квантованием. Отдельный комочек, например фотон, называется квантом. Квантовая теория получила свое название от этого свойства, которое она приписывает всем измеримым физическим величинам, а не только таким, которые, подобно количеству света или массе золота, квантуются из-за того, что соответствующие сущности на самом деле состоят из частиц, хотя и выглядят непрерывными. Даже для такой величины, как расстояние (например, между двумя атомами), представление о непрерывном диапазоне возможных значений оказывается идеализацией. В физике не существует измеримых непрерывных величин. В квантовой физике появляется множество новых эффектов, и, как мы увидим, квантование среди них является одним из простейших. Однако в некотором смысле оно остается ключом ко всем остальным явлениям, поскольку, если все квантуется, каким образом некая величина изменяет свое значение с одного на другое? Как объект попадает из одного места в другое, если не существует непрерывного диапазона промежуточных положений, где он может находиться по пути? В главе 9 я объясню, как это происходит, но сейчас позвольте мне отложить этот вопрос на некоторое время и вернуться в окрестности нашего фонарика, где луч выглядит непрерывным, потому что каждую секунду он направляет около 1014 (10 трлн) фотонов в глаз, который на него смотрит.
С помощью этого интерферометра физики ловят гравитационные волны, которые давно интересуют специалистов. В соответствии с теорией Эйнштейна и рядом других гравитационных теорий эти волны порождаются движением массивных тел с переменным ускорением. Это «рябь» в пространстве – времени, которая должна возникать после каких-то катаклизмов во Вселенной. Гравитационные волны свободно распространяются в пространстве со скоростью света. Гравитационные силы являются относительно слабыми по сравнению с другими, поэтому волны имеют весьма малую величину, с трудом поддающуюся обнаружению. Косвенные свидетельства их существования известны с 1970-х годов. Прямая регистрация гравитационных волн и их использование для определения параметров астрофизических процессов является важной задачей современной физики и астрономии. Впервые они были обнаружены в 2015 году.
Теория Максвелла предсказывала, что радиоволны и свет должны распространяться с некоторой фиксированной скоростью. Но поскольку теория Ньютона покончила с представлением об абсолютном покое, теперь, говоря о фиксированной скорости света, нужно было указать, относительно чего измеряется эта фиксированная скорость. В связи с этим было постулировано существование некой субстанции, названной «эфиром», которой наполнено все, даже «пустое» пространство. Световые волны распространяются в эфире так же, как звуковые в воздухе, и, следовательно, их скорость – это скорость относительно эфира. Наблюдатели, с разными скоростями движущиеся относительно эфира, должны видеть, что свет идет к ним с разной скоростью, но скорость света относительно эфира должна оставаться при этом неизменной. В частности, коль скоро Земля движется в эфире по своей орбите вокруг Солнца, скорость света, измеренная в направлении движения Земли (при движении в сторону источника света), должна превышать скорость света, измеренную под прямым углом к направлению движения (т. е. когда мы не движемся к источнику). В 1887 г. Альберт Майкельсон (впоследствии ставший первым американцем, удостоенным Нобелевской премии по физике) и Эдвард Морли поставили в Кливлендской школе прикладных наук очень точный эксперимент. Майкельсон и Морли сравнивали значение скорости света, измеренной в направлении движения Земли, с ее значением, измеренным в перпендикулярном направлении. К своему огромному удивлению, они обнаружили, что оба значения совершенно одинаковы!
Многие эффекты СТО противоречат повседневному опыту (интуиции), кажутся невероятными и даже невозможными. Это вызывает сомнения в основах теории у многих людей, интересующихся наукой. Особое неприятие вызывает второй принцип – сложение скоростей. По мнению любителей, скорость света должна складываться со скоростью источника, как следовало бы из преобразований Галилея (баллистическая гипотеза). Неизменность скорости света давно подтверждена напрямую при сравнении света, испускаемого двумя экваториальными краями вращающегося Солнца. Однако сторонники баллистической гипотезы возражают тем, что перед сравнением лучей свет пропускался через оптику телескопа, а переизлучение преломляющей средой как бы приводит к уравниванию скоростей двух пучков.
В удивительно ясной работе Белла я увидел серьезный вызов для экспериментаторов: изменение ориентации поляризационных детекторов, в то время как запутанные частицы распространяются от источника в область измерения. Было необходимо исключить влияние ориентации поляризатора как на механизм излучения, так и на измерение, применяя для этого принцип релятивистской причинности, который запрещает распространение любых физических эффектов со скоростью выше скорости света. Такой эксперимент мог бы объяснить саму суть конфликта между квантовой механикой, с одной стороны, и мировоззрением Эйнштейна – с другой.
Квантовая физика делит природу на мельчайшие составляющие и странным образом объединяет их обратно. Причиной ее появления стало необычное явление, с которым ученые столкнулись в XIX веке. Оказалось, что соединения и химические вещества особым образом поглощают и испускают свет. Результатом этих процессов является отнюдь не непрерывный диапазон длин волн. Вещества отражают свет в виде дискретного набора волн с определенными длинами, формируя похожий на штрихкод спектр, который впоследствии Весто Слайфер и Милтон Хьюмасон использовали для открытия красного смещения. Господствовавшая в то время ньютоновская физика вкупе с теорией электричества Максвелла были не в состоянии объяснить это странное явление.
Я и в самом деле думаю, что опыты, касающиеся «излучения черного тела», фотолюминесценции, возникновения катодных лучей при освещении ультрафиолетовыми лучами и других групп явлений, связанных с возникновением и превращением света, лучше объясняются предположением, что энергия света распределяется по пространству дискретно. Согласно этому сделанному здесь предположению, энергия пучка света, вышедшего из некоторой точки, не распределяется непрерывно во все возрастающем объеме, а складывается из конечного числа локализованных в пространстве неделимых квантов энергии, поглощаемых или возникающих только целиком.[1]
Такие версии должны быть основаны на том, что информационное поле является особой формой существования энергетического поля, а его доминантной составляющей являются физические поля заряженных частиц атомов и молекул, т. е. среди физических полей определяющим является электромагнитное поле. Если информационное поле имеет волновую природу, то возможным аналогом информационного поля является электромагнитное поле. Электромагнитное поле рассматривается как особая форма существования материи. Оно является переносчиком электромагнитного взаимодействия и характеризуется напряженностью электрического и магнитного полей. Известно, что электромагнитное взаимодействие определяет взаимодействие между ядром и электронами в атомах и молекулах. Электромагнитное взаимодействие связано с большинством сил в макроскопических явлениях, таких как химические связи, упругость твердых тел и другие. Электромагнитное взаимодействие приводит к излучению электромагнитных волн, которые распространяются в пространстве с конечной скоростью в зависимости от свойств среды, в вакууме скорость распространения электромагнитных волн составляет ~ 3.105 км/с. Важной характеристикой электромагнитных волн является длина волны. По этой характеристике различают: радиоволны – 102 см, рентгеновское излучение 2.10-8, рентгеновское излучение – 2.10-5 – 6.10-12, у – излучение < 2.10-8 см, световые волны: инфракрасные 5.10-2 – 7,4.10-5 см, видимый свет 7,4.10-5 – 4.10-5 см, ультрафиолетовое излучение 4.10-5 – 10-7 см. При прохождении электромагнитных волн через среды происходят процессы отражения, преломления, поглощения, дифракции, интерференции, дисперсии и другие. Таким образом, можно допустить, что возможно существование информационного поля в форме особых электромагнитных колебаний с длиной волны, выходящей за указанные пределы.
Молодой Альберт вспоминал восторженные объяснения своего дяди Якоба о предположительной природе света, предсказанной в середине XIX в. теоретическими расчетами Джеймса Клерка Максвелла и подтвержденной в 1887 г. в экспериментах Генриха Герца. Согласно этой теории, свет является электромагнитной волной, т. е. представляет волновое явление, в котором электрическое поле играет в «чехарду» с магнитным полем: в каждой точке пространства интенсивность и того, и другого поля регулярно колеблется между положительными и отрицательными значениями наподобие уровня воды в волне и эти два колебания смещены по отношению друг к другу таким образом, что, когда электрическое поле достигает своей максимальной или минимальной амплитуды, магнитное поле имеет нулевую амплитуду, и наоборот[1]. И, как в игре в чехарду (где бесконечное число «электрических пастухов» прыгает через бесконечное число «магнитных овец»), это двойное колебание распространяется в пространстве со скоростью 300 000 км/с подобно волнам на поверхности воды. Тогда могло показаться, что наблюдатель, движущийся с той же скоростью, что и электромагнитная волна, подобно серферу, скользящему на гребне волне, должен видеть не колебательное явление, а скорее, неподвижную конфигурацию электрических и магнитных полей, изменяющихся периодически в пространстве, но независящих от времени. Однако уравнения Максвелла, которые описывают конфигурации электрических и магнитных полей, не допускают подобных решений. Интуитивно молодой Альберт заключил отсюда, что, вероятно, просто невозможно передвигаться так же быстро, как свет.
Итак, отраженный свет может поляризоваться, то есть происходит упорядочивание колебаний световых волн. Что же из себя представляет упорядоченный свет? Естественный свет хаотичен. Колебания световых волн не упорядочены никоим образом. В естественном неотраженном свете смешаны все длины волн – все цвета радуги. А вот лазер, например, свет которого поляризован, в отличие от природных источников света генерирует очень чистый свет: упорядоченные световые волны – одной длины – монохроматический свет, одной поляризации – электромагнитные колебания одного направления. Эти колебания когерентные – словно по взмаху дирижерской палочки, они согласованы по времени. Такие свойства, присущие лазеру, стали использовать в терапии различных заболеваний, в том числе офтальмологических.
Чтобы примирить теорию Максвелла с законами Ньютона, было выдвинуто предположение о существовании некой субстанции, названной эфиром, которая пронизывает все вокруг и даже в вакуум «пустого» пространства. Дополнительную привлекательность идее эфира придавало то обстоятельство, что с точки зрения ученых подобно тому, как волнам на море или звуковым волнам требовались соответственно вода или воздух, электромагнитная энергия тоже нуждалась в некой среде, в которой она могла бы распространяться. Согласно этой концепции световые волны распространяются в эфире точно так же, как звуковые волны распространяются в воздухе, и их скорость, которая вытекает из уравнений Максвелла, должна измеряться относительно эфира. При этом с точки зрения разных наблюдателей воспринимаемый ими свет распространяется с разной скоростью, но скорость распространения света относительно эфира всегда постоянна.
То есть волна представляет собой протяженный, но локальный (ограниченный) объект, движущийся в пространстве. Поэтому многое в их поведении напоминает поведение частиц. Не случайно в течение долгого времени конкурировали волновая и корпускулярная модели распространения света. Тем не менее исходно они выступают как альтернативные модели. Специфическими свойствами волн, характеризующими их распространение как принципиально отличное от движения частиц, являются свойства интерференции (термин, введенный Томасом Юнгом в 1803 г.) и дифракции (явление огибания тела волной, из-за чего предсказываемые геометрической оптикой резкие тени размываются). Эти свойства отличают поведение волн от поведения потока частиц, описываемого законами геометрической оптики.
Звезды находятся так далеко от нас, что кажутся всего лишь светящимися точками. Мы не можем определить их размер или форму. Как же нам различать разные типы звезд? Для подавляющего большинства звезд наблюдению поддается только одна характеристика – цвет испускаемого ею света. Ньютон открыл, что при прохождении через призму солнечный свет разделяется на цветовые компоненты – спектр, – как в радуге. Наведя телескоп на конкретную звезду или галактику, можно наблюдать спектр света, идущего от этого объекта.
Революционные перемены в физике, ознаменовавшие конец ньютоновской модели, начались в XIX веке знаменитыми экспериментами Фарадея и теоретическими работами Максвелла по электромагнитным явлениям. Усилиями этих двух естествоиспытателей возникло новое понятие силового поля, заменившее ньютоновское понятие силы. В отличие от ньютоновских сил, силовые поля можно исследовать вне связи с материальными телами. Это было первым значительным отклонением от ньютоновской физики, оно привело к открытию того, что свет – это быстро изменяющееся электромагнитное поле, волнами распространяющееся в пространстве. В основанной на этом открытии общей теории электромагнитных колебаний удалось свести различия между радиоволнами, видимым светом, рентгеновскими лучами и космическим излучением к разнице в частоте; все эти явления объединились под названием «электромагнитные поля».
Что же представляет собой упорядоченный свет? Естественный свет хаотичен. В естественном неотраженном свете смешаны все длины волн – все цвета радуги. А вот лазер, например, свет которого поляризован, в отличие от природных источников света, генерирует сразу очень чистый свет: упорядоченные световые волны – одной длины – монохроматический свет, одной поляризации – электромагнитные колебания одного направления. Эти колебания когерентные – словно по взмаху дирижерской палочки, они согласованы по времени. Такие свойства, присущие лазеру, стали использовать в терапии различных заболеваний, в том числе офтальмологических.
Известно, что объекты, обладающие моментом вращения, распространяются со скоростью большей, чем скорость света. Так что высокая скорость распространения торсионных волн снимает проблему запаздывания даже в пределах Галактики и одновременно открывает большие возможности. Также торсионные поля проходят через любые естественные среды без потерь энергии. Правда, торсионные волны – это неизбежный компонент электромагнитного поля. Именно поэтому радиотехнические и электронные приборы служат источниками торсионных полей.
Физикам сейчас известны 3 основных типа взаимодействий: гравитационное (оно отвечает за движение материи в космосе, за притяжение тел к планетам и т. п.), сильное (отвечает за процессы в ядрах атомов), электрослабое (отвечает за электромагнетизм, например, свет и радиоволны, а в виде слабого взаимодействия за некоторые процессы на уровне ядра атома). В привычном нам мире все известное нам сущее пронизано взаимодействиями разной силы и интенсивности. Однако любой акт взаимодействия может быть рассмотрен как акт передачи сигнала между объектами-участниками взаимодействия, сигнала разной степени силы. Между тем всякий сигнал, в свою очередь, может быть интерпретирован как некая информация. С другой стороны, всякий сигнал в известном нам мире возможен только потому, что порождающее его взаимодействие несет в себе энергию, а значит и связанную с ней массу. Эта масса может быть перенесена как непосредственно веществом (например, соударение бильярдных шаров), так и излучением. Излучение изымает долю массы у излучившего объекта и передает его принимающему (вспомним: E = mc2). Впрочем, на глубинном уровне (мы уже говорили об этом в первой книге серии) никакой твёрдой материи нет. Есть, условно говоря, локализованные поля – частицы и «растянутые» нелокализованные поля. Поэтому можно говорить о сигнале и взаимодействиях, как о переносе энергии посредством полей – по-разному конфигурированных Богом собственных энергий.
Кстати, тут есть и существенный личностный аспект, ведь отношения между Теслой и Эйнштейном складывались далеко не просто. Тесла предложил научному миру собственную теорию электричества, основывающуюся на глубоко ложном физическом понятии – эфире – некой невидимой субстанции, заполняющей весь мир и передающей колебания со скоростью, во много раз превосходящей скорость света. Как полагал Тесла, каждый миллиметр пространства насыщен безграничной, бесконечной энергией, которую нужно лишь суметь извлечь. А ведь именно Эйнштейн окончательно изгнал понятие эфира из науки, создав свою теорию относительности! Согласно Эйнштейну, максимальная скорость, возможная в природе, – это скорость света в вакууме, равная 300 000 км/с. В эфирной теории Теслы скорость электромагнитных волн ничем не ограничена и в принципе возможен мгновенный перенос энергии электромагнитными волнами на любые расстояния со сверхсветовой скоростью.
Но еще большие сомнения в истинности данного принципа возникли после исследований свойств и природы света и законов его распространения. На XIX в. приходится открытие физического вакуума. Исследуя скорость распространения света в вакууме, выявили, что эта скорость является постоянной (с ? 3 · 108 м/с) и во всех системах отсчета независимо от величины и направления скорости их движения остается такой же, как и в системе отсчета, связанной с источником света.
Что же из себя представляет упорядоченный свет? Естественный свет хаотичен и не упорядочен никоим образом. Колебания световых волн хаотичны. В естественном неотраженном свете смешаны все длины волн – все цвета радуги. А вот лазер, например, свет которого поляризован, в отличие от природных источников света генерирует сразу очень чистый свет: упорядоченные световые волны – одной длины – монохроматический свет, одной поляризации – электромагнитные колебания одного направления. Эти колебания когерентные – словно по взмаху дирижерской палочки, они согласованы по времени. Такие свойства, присущие лазеру, стали использовать в терапии различных заболеваний, в том числе офтальмологических.
По мере улучшения качества данных мы сможем использовать их для измерения параметров в табл. 4.1 со все более высокой точностью, то есть со все большим числом цифр после запятой. Но меня гораздо сильнее вдохновляет использование улучшенных данных для измерения новых параметров. Например, можно попробовать определить иные, кроме плотности, параметры темной материи и темной энергии. Есть ли у темной материи давление? А скорость? А температура? Это могло бы пролить свет на ее природу. Действительно ли плотность темной энергии строго постоянна? Если бы удалось измерить даже малейшие ее изменения во времени или от места к месту, это дало бы нам ключ к пониманию ее природы и того, как темная энергия влияет на будущее нашей Вселенной. Есть ли у первичных флуктуаций еще какие-либо закономерности или свойства помимо амплитуды в 0,002 %? Это могло бы многое рассказать о происхождении Вселенной.
Хотя было сделано несколько попыток расширения и усовершенствования описанной выше таксономии астероидов, она до сих пор остается наиболее употребительным стандартом. Таксономия по Толену, как и ряд других таксономий, основывается на классификации спектральных кривых астероидов, полученных с помощью некоторого числа светофильтров. Но уже с середины восьмидесятых годов XX в. стала развиваться новая техника получения и измерения спектров астероидов при помощи щелевых спектрографов. Разложение пучка света в спектр в таких спектрографах осуществляется с помощью дифракционной решетки или комбинации решетки и призмы. Получаемый спектр направляется на ПЗС-матрицу, где он распределяется на большое число пикселов. Результирующая кривая интенсивности сравнивается с аналогичной кривой, полученной для звезды того же самого или близкого спектрального класса, что и Солнце. Описанный в самых общих чертах метод позволяет построить кривую, показывающую отношение интенсивностей падающего и отраженного потоков излучения в зависимости от длины волны, т. е. кривую спектральной отражательной способности.
Термин «черная дыра» ввел в научный обиход американский физик Джон Уилер в 1969 году, хотя представление об исключительно массивных телах, не излучающих по этой причине света, возникло много раньше – еще в конце XVIII века. В 1783 году кембриджский преподаватель и астроном-любитель Джон Мичел предположил, что в природе должны существовать компактные и тяжелые небесные тела, на поверхности которых скорость убегания превысит скорость света. Численное значение радиуса, при котором скорость света уравнивается со второй космической скоростью, нетрудно рассчитать для любого тела, если известна его масса. Эту величину принято называть гравитационным радиусом (rg), и она легко вычисляется по формуле rg = 2GM/c2, где G – гравитационная постоянная, а с – скорость света. В случае Земли, как говорилось выше, гравитационный радиус составит 9 мм, для Солнца он будет равен 3 километрам, а очень массивные тела (порядка нескольких миллиардов масс Солнца) будут иметь гравитационный радиус, превосходящий размеры Солнечной системы. Подобного рода сверхмассивные черные дыры, как считают астрофизики, встречаются в ядрах спиральных галактик.
Основные спектральные цвета – красный, зеленый и синий. Все остальные цвета спектра можно получить за счет аддитивного смешения цветов, т. е. соединения (смешения) света двух или более источников прежде, чем он достигнет глаза. При аддитивном смешении цветов энергия двух объединенных лучей является результатом сложения энергии двух первоначальных потоков и воспринимаемая яркость увеличивается. В «цветовом круге» (см. рис.) спектральные и неспектральные цвета замкнуты в круг и распределены так, как это обусловлено их последовательностью в спектре. Такое деление является условным, так как каждый цвет спектра переходит в соседний плавно, и нормальный человеческий глаз различает в действительности несравненно большее количество промежуточных спектральных цветов (около 200).
Следующий логический шаг – обнаружение квантов времени. Существуют ли они? Точно этого пока никто не знает – у нас нет приборов, которые смогли бы фиксировать эти частицы. Можно лишь предположить, что фундаментальной длине физического пространства должен соответствовать своеобразный атом времени – его квант. Оценку этого кванта можно получить простым делением диаметра ячейки пространства на скорость света. На этих невообразимо малых расстояниях должны действовать законы еще не известной нам физики. Именно в таких масштабах сверхмалое может объединяться со сверхбольшим, и наша Вселенная – переходить в иные миры.
Прозрачность материала напрямую связана с преломлением проходящих сквозь него лучей света. Следствием этого является искажение вида предметов, находящихся за прозрачным объектом. Преломление света в прозрачных средах характеризуется показателем преломления. При показателе преломления, равном единице, свет проходит сквозь объект, не преломляясь. Значения выше единицы указывают на выпуклый прозрачный объект, увеличивающий расположенные за ним предметы. Преломление происходит на границе двух сред (например, воздух и стекло) при переходе световых лучей из одной среды в другую. Для создания реалистичных прозрачных материалов в программах трехмерного моделирования есть возможность менять показатель преломления (IOR – Index Of Refraction) в свойствах материала (табл. 1.1). Впрочем, данные из справочника далеко не во всех случаях позволяют получить качественную имитацию нужного материала. Иногда приходится действовать методом подбора. Также не следует забывать, что преломление световых лучей зависит от формы прозрачного объекта (рис. 1.25).
Если пропустить пучок сходящихся лучей через коллоидный раствор, то наблюдается образование светящегося конуса. Этот эффект в честь автора назван эффектом Тиндаля. Явление Тиндаля наблюдается не только у коллоидных, но и у всех дисперсных систем, степень дисперсности которых сравнима со степенью дисперсности коллоидов. Эффект объясняется тем, что пучок параллельных лучей, попадая на поверхность частицы, линейные размеры которой велики по сравнению с длиной световой волны, вызывают отражение по законам геометрической оптики. Если же длина волны падающего света превышает линейные размеры частицы примерно в 10 раз, то произойдет дифракция световой волны, вызывающая светорассеяние, причем рассеяние света в пространстве симметрично и называется рэлеевским рассеянием. Рассеяние света частицами больших размеров сильнее, но неравномерно: оно больше в направлении движения луча падающего света. Теория рассеяния света применима при измерении интенсивности как рассеянного света (собственно нефелометрия), так и ослабленного, вследствие рассеяния, проходящего света (турбидиметрия).
Сегодня существует достаточно оснований считать, что регулирование нелокальной согласованности космического пространства обусловлено влиянием особых частиц квантов. Выявлено при экспериментах, что сверхмалые частицы могут проявляться как дискретная частица, обладающая массой, так и, как волновая энергия – свет или, как сила. Одновременно связаны энергетическими полями некоторые кванты могут иметь физические свойства материи, другие могут обладать электромагнитными, волновыми или световыми свойствами. Но кванты обладают свойством, побывав, однажды в одинаковых условиях друг с другом, они остаются навсегда взаимосвязанными на больших расстояниях.
В системе научной иерархии “точные” науки занимают высокое положение, а “неточные” – низкое. Предметы, изучаемые точными науками, подобны ограненному алмазу, у которого есть строго определенная форма, а все параметры могут быть измерены с высокой точностью. “Неточные” науки изучают предметы, похожие на шарик мороженого, форма которого далеко не столь определенна, а параметры могут меняться от измерения к измерению. Точные науки, такие как физика и химия, исследуют осязаемые предметы, поддающиеся очень точным измерениям. Например, скорость света (в вакууме) составляет ровно 299 792 458 метров в секунду. Атом фосфора весит в 31 раз больше, чем атом водорода. Это очень важные числа. Исходя из атомного веса различных элементов можно составить периодическую таблицу, некогда позволившую сделать первые выводы о строении материи на субатомном уровне.
Это означает, что все галактики удаляются от нас, причем скорость «разлета» по мере удаления галактик растет. Она достигает огромных значений. Так, например, найденная по красному смещению скорость удаления радиогалактики Лебедь А близка к 17 тыс. км/с. Еще 25 лет назад рекорд принадлежал очень слабой (в оптических лучах 20-й величины} радиогалактике 3С 295. В 1960 г. был получен ее спектр. Оказалось, что известная ультрафиолетовая спектральная линия, принадлежащая ионизованному кислороду, смещена в оранжевую область спектра! Отсюда легко найти, что скорость удаления этой удивительной звездной системы составляет 138 тыс. км/с, или почти половину скорости света! Радиогалактика 3С 295 удалена от нас на расстояние, которое свет проходит за 5 млрд лет. Таким образом, астрономы исследовали свет, который был излучен тогда, когда образовывались Солнце и планеты, а может быть, даже «немного» раньше… С тех пор открыты еще более удаленные объекты (гл. 6).
Астрономия доказала, что мы видим космические объекты не такими, какими они являются в действительности, но с запаздыванием на определенное количество световых лет. Как астрономическая единица измерения, световой год соответствует расстоянию, проходящему за год светом, который распространяется в вакууме со скоростью 300 000 км в секунду, световой год приблизительно равен 10 000 млрд км. Учитывая расстояние от Луны до Земли (356 тыс. км), мы можем констатировать визуальное запаздывание в 1,1 секунду. Важно отметить, что этот принцип верен и для более мелких расстояний, даже тех, которые представляются нам обыденными. Так, если расстояние между объектом и субъектом представить как один метр, то запаздывание будет равняться 1/300000000 секунды – величине, абсолютно незаметной для наблюдателя, но, тем не менее, существующей. Иначе говоря, субъект может наблюдать окружающие его объекты не такими, какими они являются по отношению к самим себе, но только с некоторым запаздыванием. Мы видим объект таким, каким он был в момент, когда его покинул свет. Все, что мы видим вокруг себя – близкое или далекое прошлое.
Согласно этому закону в случае с точечным источником света (воображаемым источником света с диаметром, равным нулю) сила падающего света обратно пропорциональна квадрату расстояния между источником света и освещаемым объектом. В случае с реальным источником света, имеющим конечные размеры, соотношение будет не столь простым, но, если расстояние до объекта в пять и более раз превышает диаметр источника света, то для описания свойств контраста источник можно считать точечным.
Как объяснить интерференционную картину от двух щелевых источников света? Это явление, согласно Ричарду Фейнману, представляло собой «единственную загадку» квантовой физики. А разгадка очень проста. Направив пучок фотонов на пластину с двумя открытыми щелями, мы получаем на экране за пластиной светлые и темные полосы. Когда открыта одна щель, интерференционная картина не наблюдается, а вместо нее мы видим широкое распределение фотонов. Результат легко объяснить в соответствии с волновой теорией света. Волны проходят через обе щели, подавляя или усиливая друг друга. Вот почему мы видим светлые и темные полосы на экране.
Чем ближе к середине Платонова тела (о них ниже), тем больше Вселенная… Так, если бы Вселенная была бесконечной, диапазон реликтовых пульсаций был бы неограниченным. Анализ полученных данных о мелкомасштабных флуктуациях реликтового излучения подтверждал гипотезу о бесконечной Вселенной. Однако выяснилось, что в больших масштабах флуктуации практически исчезают. Не признаки ли это диссимметрии, которая стабилизирует и гасит крупномасштабные и «малые» флуктуации?… Компьютерное моделирование подтвердило, что подобный характер распределения флуктуации возникает только в том случае, если размеры Вселенной невелики, и в них просто не могут возникнуть более протяженные области флуктуации. По мнению ученых, полученные результаты свидетельствуют не только о неожиданно малых размерах Вселенной, но ио том, что пространство в ней «замкнуто само на себя». Несмотря на свою ограниченность, края, как такового, Вселенная не имеет – луч света, распространяясь в пространстве, должен через определенный (большой) промежуток времени возвратиться в исходную точку. Из-за этого эффекта, например, астрономы Земли могут наблюдать одну и ту же галактику в разных частях небосвода (да еще с разных сторон). Можно сказать, что Вселенная – это зеркальная комната, в которой каждый предмет, находящийся внутри, дает множество своих зеркальных образов. По данным моделирования, Вселенная представляет собой набор бесконечно повторяющихся додекаэдров – правильных многогранников, поверхность которых образована 12 правильными пятиугольниками. Именно такую форму имеют знакомые всем футбольные мячи.
Рассматривая свойства странных лучей, французские исследователи Скорнио и Пиан указывают, что это, по-видимому, не обычные световые лучи, хотя бы уже потому, что скорость их выдвижения и втягивания не имеет ничего общего со скоростью света. Скорее всего, можно предположить, что это поток ионизирующих частиц, заставляющих светиться встречаемый на их пути воздух. В таком случае становится объяснимым и прохождение их через перегородки. Эти частицы могут отклоняться электромагнитным полем, чем объясняется существование изогнутых лучей. Поток этих частиц может быть прерывистым – отсюда пунктирность лучей.
Под абсолютно черным телом в физике понимается такой объект, который при любой температуре полностью поглощает падающее на него электромагнитное излучение. Реальные физические объекты не являются абсолютно черными, однако некоторые из них, такие, как сажа, платиновая чернь, черный бархат и другие, в области видимого светового излучения проявляют свойства, весьма близкие к свойствам абсолютно черного тела. Например, поверхность, покрытая чистым углеродом, поглощает примерно 97 % падающего на нее света.
Даже простейший эксперимент по измерению с помощью микроскопа координаты частицы (например, электрона) подтверждает наличие искажения. Дело в том, что для определения положения электрона его необходимо «осветить» светом возможно более высокой частоты. В результате соударения фотона с электроном изменяется импульс последнего. Прибор искажает то, что исследует. Сам акт наблюдения изменяет наблюдаемое.
Современные эксперименты подтвердили, что скорость света постоянна, независимо от направления вращения Земли. При этом точность измерений достигла 0,01 микрона в секунду. В действительности точность измерений была настолько высока, что ее дальнейшее повышение потребовало бы внесения изменений в определение того, что мы подразумеваем под одним метром в метрической системе. Чтобы избежать каких-либо противоречий, в настоящее время скорость света официально определена в 299 792 458 м/с, а длина метра определяется как расстояние, которое луч света преодолевает за 1/299 792 458 секунды. Это означает, что известное значение скорости света больше не уточняется. Можно только технически повысить точность измерения длины метра. Полезно также запомнить, что свет распространяется со скоростью около 0,3048 м/нс (нс, наносекунда – одна миллиардная доля секунды) с точностью до 1,5 %.
В 1924 г. Луи де Бройль распространил идею о двойственной корпускулярно-волновой природе света на все частицы материи, введя представление о волнах материи. Отсюда можно говорить и о волновых свойствах электрона, например о дифракции электрона, которые и были экспериментально установлены. Однако эксперименты Р. Фейнмана с «обстрелом» электронами щита с двумя отверстиями показали, что невозможно, с одной стороны, сказать, через какое отверстие пролетает электрон, т. е. точно определить его координату, а с другой стороны – не исказить картины распределения регистрируемых электронов, не нарушив характера интерференции. Это значит, что мы можем знать или координату электрона, или импульс, но не то и другое вместе.
Установлено, что свет – также одна из форм электромагнитной энергии, а электричество имеет корпускулярное или, как некоторые неправильно говорят, атомное строение (конечно, нельзя называть атомами те корпускулы – электроны, из которых состоит электричество). Осторожно и вполне приемлемо определяет электричество Милликен. Вот его слова: «Я не пытался ответить на вопрос: „Что такое электричество?“ – и довольствовался установлением положения, что, чем бы оно по существу ни было, оно всегда является перед нами точным кратным некоторой определенной электрической единицы…». Электричество есть нечто более фундаментальное, чем материальные атомы, так как оно является существенной составной частью из этих ста различных атомов. Точно так же оно представляет собой нечто, подобно материи построенное из отдельных особей, но отличается от материи тем, что все его слагающие единицы, насколько это пока поддается определению, совершенно одинаковы.
Попав в густые темные слои звездной материи над ядром, каждый фотон продолжает игру лицедейства и перевоплощения, делая шаг вперед и два назад. По мере проникновения в более холодные слои фотон теряет часть своей энергии, и частота вибраций в среднем становится меньше, а длина волны – больше. Некоторые фотоны, хотя, конечно, не все, могут сохранять свой потенциал достаточно долго. В целом гамма-лучи ядра звезды превращаются в средних слоях в рентгеновские, затем в ультрафиолетовые и становятся на поверхности видимым светом, говоря земным языком.
– Великий шотландец Максвелл в 1865 году доказал с помощью математических уравнений, что должны существовать электромагнитные волны, вызываемые ускорением зарядов. Эти волны могут распространяться даже в пустоте и невидимы, но описываются теми же уравнениями, что и свет, являющийся колебанием электромагнитного поля более высокой частоты, а значит, электромагнитной волной с короткой длиной волны.
а б в г д е ё ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ э ю я