Номер 5, страница 20, часть 2 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

5. Почему свет не может замедлиться?

5. Почему свет не может замедлиться?

Вопрос «Почему свет не может замедлиться?» следует рассматривать в двух различных ситуациях: в вакууме и в среде.

В вакууме:

Скорость света в вакууме, обозначаемая как $\text{c}$ ($c \approx 299\,792\,458$ м/с), является фундаментальной физической константой. Согласно специальной теории относительности Альберта Эйнштейна, это предельная скорость, с которой может распространяться энергия, информация или двигаться материя во Вселенной. Этот постулат — один из столпов современной физики.

Свет представляет собой поток частиц, называемых фотонами. Фотоны — это безмассовые частицы, то есть их масса покоя равна нулю. Из уравнений теории относительности следует, что любая безмассовая частица обязана двигаться со скоростью света $\text{c}$. Она не может двигаться медленнее, быстрее или находиться в состоянии покоя. Если бы фотон мог замедлиться или остановиться в вакууме, его энергия стала бы равной нулю, и он просто перестал бы существовать. Таким образом, фотон не может ни замедлиться, ни ускориться; он либо рождается, сразу двигаясь со скоростью $\text{c}$, либо поглощается и исчезает.

В среде (например, в воде или стекле):

Замедление света, которое мы наблюдаем в прозрачной среде, является макроскопическим, кажущимся эффектом. На микроскопическом уровне отдельные фотоны по-прежнему перемещаются со скоростью $\text{c}$ в пространстве между атомами вещества. Однако, проходя через среду, они взаимодействуют с её атомами: фотоны постоянно поглощаются и почти мгновенно переизлучаются. Каждый такой акт поглощения-переизлучения вносит небольшую задержку. Суммирование этих задержек по всей толще вещества приводит к тому, что общая (эффективная) скорость распространения световой волны становится меньше, чем $\text{c}$. Скорость света в среде $\text{v}$ связана со скоростью света в вакууме $\text{c}$ через показатель преломления среды $\text{n}$ формулой $v = c/n$. Чем оптически плотнее среда, тем больше её показатель преломления и тем медленнее в ней распространяется свет.

Ответ: В вакууме свет не может замедлиться, потому что его скорость $\text{c}$ является фундаментальной константой природы. Частицы света, фотоны, не имеют массы покоя и, согласно теории относительности, могут существовать, только двигаясь с этой постоянной скоростью. Наблюдаемое замедление света в среде — это коллективный эффект взаимодействия фотонов с атомами вещества, а не замедление скорости отдельных фотонов.