Ist Licht tatsächlich schneller als das, was uns unsere derzeitigen Messungen sagen?

Es ist allgemein bekannt, dass die Lichtgeschwindigkeit in einem perfekten Vakuum ungefähr gleich ist 3 × 10 8 m / s . Aber es ist auch bekannt, dass der Weltraum kein perfektes Vakuum ist, sondern ein hartes Vakuum. Ist die Geschwindigkeitsbegrenzung also theoretisch schneller als wir empirisch messen können, weil das harte Vakuum das Licht verlangsamt? Wird dies bei der Entfernungsmessung mit Licht berücksichtigt?

Die Lichtgeschwindigkeit in einem Vakuum ist nicht ungefähr 3 × 10 8 m / s ; es ist 3.00 × 10 8 m / s genau (innerhalb der angegebenen Genauigkeit).
@WillihamTotland Nur weil Sie sich entschieden haben, zwei Dezimalstellen anzuzeigen.
Ich denke Rundung (die bereits gerundet) 2.998 × 10 8   m / s zu 3 × 10 8   m / s ist besser, als es so zu sagen 3.00 × 10 8   m / s .
Warum sich mit Annäherungen herumschlagen? Es braucht nur noch ein paar Zeichen mehr, um den exakten Wert von 299792458 m/s zu schreiben.
@mick technisch gesehen nicht, die .00 ist viel präziser. 3 x 10 8 könnte sogar sein 3.4 . Sagen, dass es ist 3.00 x 10 8 nicht aussagt, es wird eine korrekte Rundung mit genauen Angaben übermittelt. Darum ging es im ursprünglichen Kommentar.
Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist exakt c = 1 .
Es ist cool zu sagen, dass c = 1 ist, aber es ist nur ein Zirkelschluss. Die zu diesem Schluss verwendeten Einheiten verwenden bereits den Wert von c in SI-Einheiten, um ihren Wert zu erhalten.
@William auch die Definition von 1 Meter
Also, ich denke, basierend auf den gegebenen Antworten ist die Antwort auf die Frage "Ja".
Ist „Hartvakuum“ ein Fachbegriff? Ich habe es bisher nur in Sci-Fi-Kontexten gehört, weil es der Erzählung oder dem Dialog einen gewissen rauen und greifbaren, wenn auch klischeehaften Ton hinzufügt. "Bereiten Sie sich darauf vor, ein hartes Vakuum zu saugen, Dummkopf!" und dergleichen.
@can-ned_food Hartvakuum ist eine Sache, ja, aber es ist immer noch nicht dasselbe wie ein perfektes Vakuum ohne jegliche Partikel.
Ich möchte (als absoluter Laie mit gesundem Interesse an der Materie) darauf hinweisen, dass es keine absolute Geschwindigkeit gibt, alles ist relativ. Ich habe keine Ahnung, ob ein einzelnes Photon schneller als c reisen könnte, weil es meines Wissens keine Möglichkeit gibt, das zu wissen. Das einzige, was wir wissen können, ist, dass, egal wie schnell sich etwas bewegt, seine Geschwindigkeit relativ zu einem Messgerät niemals c überschreiten wird . Selbst wenn zwei Raketen, die jeweils mit Lichtgeschwindigkeit fliegen, aufeinander zufliegen würden, messen beide die Geschwindigkeit des anderen als exakte Lichtgeschwindigkeit, wenn sie aneinander vorbeifliegen. Die spezielle Relativitätstheorie ist seltsam.
Wenn also ein Planet mit c /2 durch das Sonnensystem fliegt und jemand eine Rakete mit c /2 abfeuert, dann würde die Rakete ungefähr mit c relativ zum Sonnensystem fliegen . Nun, wenn diese Rakete einen Scheinwerfer hätte, mit welcher Geschwindigkeit würden die Photonen aus diesem Licht schießen? Die Rakete fliegt bereits bei c , also würde alles, was von ihr in die gleiche Richtung gestartet wird, natürlich schneller als c fliegen , richtig? Nein, relativ zum Sonnensystem wird es immer noch nur c sein , obwohl wir Photonen mit Lichtgeschwindigkeit von einem Gerät abfeuern, das sich bereits mit Lichtgeschwindigkeit bewegt.
Theoretisch könnte kein physikalisches Objekt schneller als c fahren , da dies gegen das Kausalitätsprinzip verstoßen würde. Wenn solche Dinge passieren könnten, dann könntest du sehen, wie du geboren wirst, hehe. Es kann einige seltsame Dinge geben, die in einer Zeit t < l/cbei zwei Ereignissen in einer Entfernung lim Raum geschehen können, – seht quantum entanglement. ABER bei der Quantenverschränkung werden keine Informationen zwischen A- und B-Punkten übertragen
@ Kevin die Rakete wäre nicht bei c. Eigentlich wäre es bei einer messbar niedrigeren Geschwindigkeit als c, denn bei Geschwindigkeiten über 10% von c sollte man nicht die Standardrelativbewegungsgleichung aus der Galileischen Relativitätstheorie verwenden, zwei Objekte bei c/2, die aufeinander zufliegen, würden den ankommenden Aufprall bei messen weniger als c. Der Grund, warum das Sonnensystem und die Rakete beide beobachten, wie sich das Photon im Vakuum mit c bewegt, anstatt mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten, liegt an der Zeitdilatation und Längenkontraktion.
@PM2Ring Sagte, kein Physiker jemals ... Pi ist 3; g ist 10 und das reicht für jede Berechnung der Rückseite des Umschlags.
@kevin Was William gesagt hat. Relativ zum Sonnensystem würde sich diese Rakete mit einer Geschwindigkeit von 4c/5 bewegen.

Antworten (5)

Wenn wir Luft nehmen, dann ist der Brechungsindex bei einer Atmosphäre ungefähr 1.0003 . Wenn wir also die Lichtgeschwindigkeit in Luft messen, erhalten wir einen Geschwindigkeitsfaktor von ungefähr 1.0003 zu langsam, dh ein Bruchteilfehler Δ c / c von 3 × 10 − 4 .

Die Differenz des Brechungsindex von eins, n − 1 , ist proportional zum Druck. Schreiben wir den Druck als Bruchteil einer Atmosphäre, dh den Druck geteilt durch eine Atmosphäre, dann den Bruchteilfehler in unserer Messung c wird es um:

Δ c c = 3 × 10 − 4 P

In Hochvakuumlabore können wir ohne allzu großen Aufwand hineingelangen 10 − 10 Torr und das ist in der Nähe 10 − 13 Atmosphären oder 10 nPa. Die Messung der Lichtgeschwindigkeit in diesem Vakuum würde uns also einen Fehler liefern:

Δ c c ≈ 3 × 10 − 17

Und das ist schon kleiner als die experimentellen Fehler bei der Messung.

Obwohl es technisch korrekt ist, dass wir die Lichtgeschwindigkeit noch nie in einem perfekten Vakuum gemessen haben, ist das Vakuum, das wir erzeugen können, so gut, dass seine Auswirkung auf die Messung völlig vernachlässigbar ist.

Seit Δ c / c ist sicherlich dimensionslos vielleicht ändert sich das = 3 × 10 − 4 P zu ∼ 3 × 10 − 4 P ?
Und wenn wir den Einfluss des Mediums auf unsere Messung kennen, können wir das trotzdem korrigieren, ja?
@ZeroTheHero John fordert ausdrücklich, dass der Druck in Atmosphären gemessen wird, also steigt er mit einer Formalität aus. Aber ehrlich gesagt, sollte das wirklich so ausgedrückt werden
Δ c c = 3 × 10 − 4 P P a t m .
Der Ausdruck „ein Faktor von Geschwindigkeit 3 × 10 − 4 zu langsam" scheint zu implizieren, dass die ungemessene perfekte Vakuumgeschwindigkeit ungefähr war 3333. 3 ¯ multipliziert mit der Geschwindigkeit in der Luft, der eigentliche Faktor ist natürlich der obige 1 + 3 × 10 − 4 .
@LeifWillerts ja, stimmt, ich bin bei der Formulierung etwas nachlässig. Ich werde mich mal darum kümmern, das aufzuräumen.
Es muss nicht einmal ein Hochvakuumsystem eingesetzt werden. Zeichnen Sie einfach die Lichtgeschwindigkeit als Funktion des Drucks und extrapolieren Sie auf Null! Wir haben dies in einem Physiklabor im ersten Jahr mit einem Michelson-Interferometer (einer empfindlichen Geschwindigkeitsmessung) gemacht, um den Brechungsindex von Luft zu erhalten.
Es sei denn, das, was wir als Vakuum wahrnehmen, enthält tatsächlich etwas, z. B. das CMB oder sogar etwas anderes, das, wenn es entfernt wird, vielleicht Licht schneller übertragen könnte.

Die Antwort von John Rennie ist in Bezug auf die Auswirkungen des unvollkommenen Vakuums gut, daher werde ich das hier nicht wiederholen.

In Bezug auf den letzten Teil Ihrer Frage, ob dies bei der Entfernungsmessung berücksichtigt werden sollte, ist anzumerken, dass der Standard die Lichtgeschwindigkeit als einen bestimmten Wert definiert und dann unter Verwendung der Definition der Sekunde den Meter als a ableitet Sache der Messung. So wie die Standards derzeit geschrieben sind, ist die Lichtgeschwindigkeit per Definition exakt .

Ihre Frage geht, wie geschrieben, implizit davon aus, dass Meter und Sekunde per Definition gegeben sind und die Lichtgeschwindigkeit eine Frage der Messung ist.

Aus dieser Perspektive sollte Ihre Frage also wirklich so geschrieben werden, ob die Auswirkungen eines unvollkommenen Vakuums unsere Definition des Messgeräts beeinflussen. Die Antwort darauf ist, dass dies wahrscheinlich der Fall ist, wie von John Rennie ungefähr quantifiziert wurde. Ob es wichtig ist oder nicht, hängt davon ab, welche Methode verwendet wird und welche anderen experimentellen Unsicherheiten dieser Methode innewohnen.

Früher wurde die Länge eines Meters von einem bestimmten Stab aus einer Iridium-Platin-Legierung definiert, der heute unter Glas aufbewahrt wird.
@can-ned_food und das Kilogramm ist es immer noch, das Gewicht ändert sich langsam.
@Tim Die Masse des Standardkilogramms kann sich auch per Definition nicht ändern.
@MikeScott Genau genommen ist es der Wert der Masse des Standards in kg-Einheiten, der sich nicht ändern kann (da er per Definition auf 1 festgelegt ist, was Sie meiner Meinung nach sagen wollten). Die Masse selbst kann (und tut) sich ändern. Ich wollte nur darauf hinweisen, dass es einen wichtigen Unterschied zwischen einer physikalischen Größe und ihrem numerischen Wert in einer bestimmten Einheit gibt.

Es gibt eine Konstante in der Physik namens c das ist der "Wechselkurs" zwischen Raum und Zeit. Eine Sekunde in der Zeit ist in gewissem Sinne "äquivalent". c mal eine Sekunde (was dann eine Distanz im Raum ergibt). Licht wird zum Reisen genommen c . Beachten Sie, dass c ist nicht die Lichtgeschwindigkeit, sondern die Lichtgeschwindigkeit ist c , was eine subtile Unterscheidung ist ( c Das, was es ist, bewirkt, dass sich Licht mit dieser Geschwindigkeit ausbreitet, anstatt dass Licht, das sich mit dieser Geschwindigkeit ausbreitet, verursacht c dieser Wert sein). c wurde gemessen, indem man sich anschaute, wie schnell sich Licht ausbreitet, aber es gibt auch mehrere andere Möglichkeiten, dies zu finden c . Zum Beispiel, c 2 ist gleich dem Kehrwert des Produkts aus der Vakuum-Permittivität und der Vakuum-Permeabilität. So ist nicht nur der Einfluss eines unvollkommenen Vakuums beim Messen vernachlässigbar c indem man die Lichtgeschwindigkeit betrachtet, aber es gibt mehrere andere Observables, die davon abhängen.

Dieser Perspektivwechsel hat mir sehr gut gefallen :)

Ein Experiment zur Messung einer physikalischen Größe wie der Lichtgeschwindigkeit berücksichtigt alle störenden Effekte. Wenn es aus welchen Gründen auch immer unmöglich wäre, Lichtgeschwindigkeitsmessungen im Nahe-Vakuum durchzuführen, könnten wir sie immer noch unter verschiedenen Luftdichten messen und die Ergebnisse auf eine Luftdichte von Null extrapolieren. Diese Extrapolation kann genau durchgeführt werden, indem die bekannte theoretische Abhängigkeit der Lichtgeschwindigkeit von der Luftdichte angepasst wird, aber wir können genauso gut modellunabhängig vorgehen und keine theoretische Eingabe verwenden, wenn wir die Extrapolation auf ein perfektes Vakuum durchführen.

+1 Dies sollte die akzeptierte Antwort sein. Die tatsächlich akzeptierte Antwort ist auch richtig und läuft auf "es ist ein nicht messbarer Unterschied" hinaus, aber Tatsache ist, dass die Wissenschaftler, die diese Art von Messungen durchführen (können), sicherlich an Restmaterie im Weltraum denken und diese einbeziehen würden ihre Berechnungen ... und auf diesen Aspekt zielt die Frage, soweit ich das beurteilen kann ...

Die Lichtgeschwindigkeit beträgt per Definition exakt 299.792.458 m/s. Wenn das Vakuum während unserer Messungen nicht perfekt wäre, würde sich nur unsere Definition eines Meters ändern.

Eine Änderung der Definition eines Meters würde immer noch die Lichtgeschwindigkeit ändern. Dies beantwortet die Frage nicht wirklich, weil es nur den offensichtlichen Effekt ablenkt ...
Die Lichtgeschwindigkeit im Wasser beträgt ca. 225.000.000 m/s (experimentelles Ergebnis). Ich denke, die Aussage sollte relativiert werden.
Ist Licht tatsächlich schneller als das, was uns unsere derzeitigen Messungen sagen?
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