Инвариантность скорости света

Принцип инвариантности скорости света гласит: скорость распространения электромагнитных возмущений в вакууме имеет одно и то же значение в любой инерциальной системе отсчета. Естественно, это имеет место быть и в отношении электромагнитных волн вообще и лучей видимого света в частности.

Скорость света

С какой бы скоростью мы не двигались по отношению к световому лучу, измеряемая нами скорость света будет одной и той же, что в корне противоречит принципам классической механики. То есть имеет место сразу два важнейших утверждения:

  • Скорость света – есть величина конечная. Она примерно равна 299 792 458 метрам в секунду. Величина огромная и интуитивно невообразимая.
  • Скорость света не зависит от выбора инерциальной системы отсчета, в которой измеряется.

Скорость света в веществе отлична от скорости света в вакууме и в разных средах имеет разное значение. Теоретическое обоснование конечности скорости света было получено еще в работах Лоренца. Однако оно не было никак акцентировано. Пуанкаре осознавал это вполне твердо, но не видел в этом ничего особенного. Эйнштейн впервые обратил внимание на этот важнейший физический принцип и на его многочисленные следствия. К тому же времени подоспели результатов опыты Майкельсона, экспериментально подтверждающие правильность тезиса. Преобразования Лоренца выводятся из требования инвариантности уравнений Максвелла при переходе из одной инерциальной системы в другую. Выглядят они так:

Инвариантность скорости света

Рассматривая квадратный корень в знаменателе, мы обнаруживаем, что при v > c его значение перестает выражаться действительным числом. Это не имеет физического смысла, а, значит, v < c, причем случай v = c, также не реализуется из-за деления на ноль.

Эксперимент Майкельсона-Морли 1887 относится к классическим экспериментам в физике. Изобретенный Майкельсоном двухлучевой интерферометр давал возможность непосредственно измерить длину световой волны. Целью эксперимента было выяснение зависимости скорости света относительно движения нашей планеты относительно гипотетической среды, называемой эфиром. Цель его так и не была достигнута, так как все измерения давали для скорости одно и то же значение. Опыты Майкельсона неоднократно подвергались критике, однако их результат были легко воспроизводимы и выглядели обескураживающими. Они нашли себе объяснение в специальной теории относительности Эйнштейна.