Prędkość propagacji światła w różnych ośrodkach. Dlaczego prędkość światła na Twoich palcach jest stała

Światło jest jednym z kluczowych pojęć fizyki optycznej. Światło to promieniowanie elektromagnetyczne dostępne dla ludzkiego oka.

Przez wiele dziesięcioleci największe umysły zmagały się z problemem ustalenia, z jaką prędkością porusza się światło i jaką jest ona równa, a także wszystkimi towarzyszącymi mu obliczeniami. W 1676 r. nastąpiła rewolucja wśród fizyków. Duński astronom Ole Roemer obalił twierdzenie, że światło przemieszcza się przez wszechświat z nieograniczoną prędkością.

W 1676 roku Ole Roemer ustalił, że prędkość światła w próżni wynosi 299792458 m/s.

Dla wygody liczba ta zaczęła być zaokrąglana. Do dziś stosowana jest wartość nominalna 300 000 m/s.

W normalnych dla nas warunkach zasada ta dotyczy wszystkich obiektów bez wyjątku, w tym promieni rentgenowskich, światła i fal grawitacyjnych o widmie namacalnym dla naszych oczu.

Współcześni fizycy badający optykę udowodnili, że prędkość światła ma kilka cech:

• stałość;
• nieosiągalność;
• kończyna.

Prędkość światła w różnych ośrodkach

Należy pamiętać, że stała fizyczna zależy bezpośrednio od jej otoczenia, zwłaszcza od współczynnika załamania światła. Pod tym względem dokładna wartość może się zmienić, ponieważ zależy od częstotliwości.

Wzór na obliczenie prędkości światła zapisano jako s = 3 * 10^8 m/s.

Prędkość światła jest wartością bezwzględną prędkości rozchodzenia się fal elektromagnetycznych w próżni. W fizyce tradycyjnie oznacza się go łacińską literą „c” (wymawiane [tse]). Prędkość światła w próżni jest podstawową stałą niezależną od wyboru inercyjnego układu odniesienia (IFR). Odnosi się do podstawowych stałych fizycznych, które charakteryzują nie tylko poszczególne ciała, ale właściwości czasoprzestrzeni jako całości. Według współczesnych koncepcji prędkość światła w próżni to maksymalna prędkość ruchu cząstek i propagacji oddziaływań. Istotny jest także fakt, że jest to wartość bezwzględna. To jeden z postulatów SRT.

W próżni (pustce)

W 1977 roku udało się obliczyć przybliżoną prędkość światła równą 299 792 458 ± 1,2 m/s, obliczoną na podstawie miernika standardowego z 1960 roku. Obecnie uważa się, że prędkość światła w próżni jest podstawową stałą fizyczną, z definicji dokładnie równą 299 792 458 m/s, czyli w przybliżeniu 1 079 252 848,8 km/h. Dokładna wartość wynika z faktu, że od 1983 roku za metr standardowy przyjmuje się odległość, jaką światło przebywa w próżni w czasie równym 1/299 792 458 sekundy. Prędkość światła jest symbolizowana literą c.

Eksperyment Michelsona, będący podstawą SRT, pokazał, że prędkość światła w próżni nie zależy ani od prędkości źródła światła, ani od prędkości obserwatora. W przyrodzie z prędkością światła rozchodzą się:

rzeczywiste światło widzialne

inne rodzaje promieniowania elektromagnetycznego (fale radiowe, promieniowanie rentgenowskie itp.)

Ze szczególnej teorii względności wynika, że ​​przyspieszenie cząstek o masie spoczynkowej do prędkości światła jest niemożliwe, gdyż zdarzenie to naruszałoby podstawową zasadę przyczynowości. Oznacza to, że wykluczone jest przekroczenie przez sygnał prędkości światła lub ruchu masy z taką prędkością. Jednak teoria nie wyklucza ruchu cząstek w czasoprzestrzeni z prędkościami nadświetlnymi. Hipotetyczne cząstki poruszające się z prędkością ponadświetlną nazywane są tachionami. Matematycznie tachiony łatwo wpisują się w transformację Lorentza – są to cząstki o wyimaginowanej masie. Im większa prędkość tych cząstek, tym mniej niosą energii i odwrotnie, im prędkość jest bliższa prędkości światła, tym większa jest ich energia - podobnie jak energia zwykłych cząstek, energia tachionów dąży do nieskończoności zbliżają się do prędkości światła. Jest to najbardziej oczywista konsekwencja transformacji Lorentza, która nie pozwala cząstce rozpędzić się do prędkości światła – po prostu nie da się przekazać cząstce nieskończonej ilości energii. Należy rozumieć, że po pierwsze tachiony są klasą cząstek, a nie tylko jednym rodzajem cząstek, a po drugie żadna interakcja fizyczna nie może rozprzestrzeniać się szybciej niż prędkość światła. Wynika z tego, że tachiony nie naruszają zasady przyczynowości - nie oddziałują w żaden sposób ze zwykłymi cząsteczkami, a różnica ich prędkości między sobą również nie jest równa prędkości światła.

Zwykłe cząstki, które poruszają się wolniej niż światło, nazywane są tardyonami. Tardiony nie mogą osiągnąć prędkości światła, a jedynie zbliżyć się do niej dowolnie blisko, ponieważ w tym przypadku ich energia staje się nieograniczona. Wszystkie tardyony mają masę spoczynkową, w przeciwieństwie do bezmasowych fotonów i grawitonów, które zawsze poruszają się z prędkością światła.

W jednostkach Plancka prędkość światła w próżni wynosi 1, co oznacza, że ​​światło pokonuje 1 jednostkę długości Plancka na jednostkę czasu Plancka.

W przejrzystym środowisku

Prędkość światła w ośrodku przezroczystym to prędkość, z jaką światło przemieszcza się w ośrodku innym niż próżnia. W ośrodku z dyspersją rozróżnia się prędkości fazowe i grupowe.

Prędkość fazowa wiąże częstotliwość i długość fali światła monochromatycznego w ośrodku (λ=c/ν). Prędkość ta jest zwykle (ale niekoniecznie) mniejsza niż c. Stosunek prędkości fazowej światła w próżni do prędkości światła w ośrodku nazywany jest współczynnikiem załamania światła w ośrodku. Prędkość grupowa światła w ośrodku równowagowym jest zawsze mniejsza niż c. Jednak w ośrodkach nierównowagowych może przekroczyć c. W tym przypadku jednak przednia krawędź impulsu nadal porusza się z prędkością nieprzekraczającą prędkości światła w próżni.

Armand Hippolyte Louis Fizeau udowodnił eksperymentalnie, że ruch ośrodka względem wiązki światła może również wpływać na prędkość propagacji światła w tym ośrodku.

Negacja postulatu o maksymalnej prędkości światła

W ostatnich latach często pojawiały się doniesienia, że ​​w tzw. teleportacji kwantowej interakcja rozchodzi się szybciej niż prędkość światła. Przykładowo 15 sierpnia 2008 roku grupa badawcza dr Nicolasa Gisina z Uniwersytetu Genewskiego, badająca związane stany fotonów oddalone od siebie o 18 km, rzekomo wykazała, że ​​„oddziaływania pomiędzy cząstkami zachodzą z prędkością około stu tysięcy razy większa niż prędkość Svety”. Wcześniej omawiano także tzw. paradoks Hartmanna – prędkość nadświetlną z efektem tunelowym.

Naukowa analiza znaczenia tych i podobnych wyników pokazuje, że zasadniczo nie można ich wykorzystać do nadświetlnej transmisji jakiegokolwiek sygnału lub ruchu materii.

Historia pomiarów prędkości światła

Starożytni naukowcy, z nielicznymi wyjątkami, uważali prędkość światła za nieskończoną. W czasach nowożytnych kwestia ta stała się przedmiotem dyskusji. Galileusz i Hooke przyznali, że jest ona skończona, chociaż bardzo duża, natomiast Kepler, Kartezjusz i Fermat nadal bronili nieskończoności prędkości światła.

Pierwszego oszacowania prędkości światła dokonał Olaf Roemer (1676). Zauważył, że gdy Ziemia i Jowisz znajdują się po przeciwnych stronach Słońca, zaćmienia satelity Jowisza Io są opóźnione o 22 minuty w porównaniu z obliczeniami. Uzyskał z tego wartość prędkości światła około 220 000 km/s – niedokładną, ale bliską prawdziwej. Pół wieku później odkrycie aberracji pozwoliło potwierdzić skończoność prędkości światła i udoskonalić jej ocenę.

Wiosną ubiegłego roku magazyny naukowe i popularnonaukowe na całym świecie donosiły o sensacyjnych doniesieniach. Amerykańscy fizycy przeprowadzili wyjątkowy eksperyment: udało im się zmniejszyć prędkość światła do 17 metrów na sekundę.

Wszyscy wiedzą, że światło przemieszcza się z ogromną prędkością – prawie 300 tysięcy kilometrów na sekundę. Dokładna wartość jego wartości w próżni = 299792458 m/s jest podstawową stałą fizyczną. Zgodnie z teorią względności jest to maksymalna możliwa prędkość transmisji sygnału.

W każdym przezroczystym ośrodku światło przemieszcza się wolniej. Jego prędkość v zależy od współczynnika załamania światła ośrodka n: v = c/n. Współczynnik załamania powietrza wynosi 1,0003, wody - 1,33, różnych rodzajów szkła - od 1,5 do 1,8. Diament ma jedną z najwyższych wartości współczynnika załamania światła - 2,42. Zatem prędkość światła w zwykłych substancjach zmniejszy się nie więcej niż 2,5 razy.

Na początku 1999 roku grupa fizyków z Rowland Institute for Scientific Research na Uniwersytecie Harvarda (Massachusetts, USA) i Uniwersytecie Stanforda (Kalifornia) badała makroskopowy efekt kwantowy – tzw. przezroczystość samoindukowaną, przepuszczającą impulsy laserowe przez ośrodek to jest zwykle nieprzejrzyste. Ośrodkiem tym były atomy sodu w specjalnym stanie zwanym kondensatem Bosego-Einsteina. Pod wpływem naświetlania impulsem laserowym uzyskuje właściwości optyczne zmniejszające prędkość grupową impulsu 20 milionów razy w porównaniu z prędkością w próżni. Eksperymentatorom udało się zwiększyć prędkość światła do 17 m/s!

Zanim opiszemy istotę tego wyjątkowego eksperymentu, przypomnijmy sobie znaczenie niektórych pojęć fizycznych.

Szybkość grupy. Kiedy światło rozchodzi się w ośrodku, rozróżnia się dwie prędkości: fazową i grupową. Prędkość fazowa vf charakteryzuje ruch fazy idealnej fali monochromatycznej – nieskończonej fali sinusoidalnej o ściśle jednej częstotliwości i wyznacza kierunek propagacji światła. Prędkość fazowa w ośrodku odpowiada współczynnikowi załamania fazy - temu samemu, którego wartości mierzone są dla różnych substancji. Współczynnik załamania fazy, a tym samym prędkość fazowa, zależy od długości fali. Zależność ta nazywana jest dyspersją; prowadzi to w szczególności do rozkładu światła białego przechodzącego przez pryzmat na widmo.

Ale prawdziwa fala świetlna składa się z zestawu fal o różnych częstotliwościach, zgrupowanych w określonym przedziale widmowym. Taki zbiór nazywany jest grupą fal, pakietem fal lub impulsem świetlnym. Fale te rozchodzą się w ośrodku z różnymi prędkościami fazowymi w wyniku dyspersji. W tym przypadku impuls jest rozciągany i zmienia się jego kształt. Dlatego też, aby opisać ruch impulsu, czyli grupy fal jako całości, wprowadza się pojęcie prędkości grupowej. Ma to sens tylko w przypadku wąskiego widma i w ośrodku o słabej dyspersji, gdy różnica prędkości fazowych poszczególnych składników jest niewielka. Aby lepiej zrozumieć sytuację, możemy podać wyraźną analogię.

Wyobraźmy sobie, że na linii startu ustawia się siedmiu zawodników ubranych w koszulki w różnych kolorach, zgodnie z kolorami spektrum: czerwony, pomarańczowy, żółty itp. Na sygnał pistoletu startowego jednocześnie zaczynają biec, ale „czerwony” ” sportowiec biegnie szybciej niż „pomarańczowy”. , „pomarańczowy” jest szybszy niż „żółty” itp., dzięki czemu rozciągają się w łańcuch, którego długość stale rośnie. A teraz wyobraźcie sobie, że patrzymy na nich z góry z takiej wysokości, że nie jesteśmy w stanie rozróżnić poszczególnych biegaczy, a jedynie widzimy pstrokaty punkt. Czy można mówić o szybkości poruszania się tego miejsca jako całości? Jest to możliwe, ale tylko wtedy, gdy nie jest bardzo rozmyte, gdy różnica w prędkościach różnych kolorowych biegaczy jest niewielka. W przeciwnym razie spot może rozciągnąć się na całej długości trasy, a kwestia jego prędkości straci sens. Odpowiada to silnej dyspersji – dużemu rozpiętości prędkości. Jeśli biegacze ubrani są w koszulki niemal w tym samym kolorze, różniące się jedynie odcieniami (powiedzmy od ciemnej czerwieni do jasnoczerwonej), to staje się to zgodne z przypadkiem wąskiego spektrum. Wtedy prędkości biegaczy nie będą się zbytnio różnić, grupa podczas ruchu będzie dość zwarta i będzie charakteryzowała się bardzo określoną wartością prędkości, co nazywa się prędkością grupową.

Statystyka Bosego-Einsteina. Jest to jeden z rodzajów tzw. statystyki kwantowej – teorii opisującej stan układów zawierających bardzo dużą liczbę cząstek, które podlegają prawom mechaniki kwantowej.

Wszystkie cząstki – zarówno te zawarte w atomie, jak i te wolne – dzielą się na dwie klasy. W przypadku jednego z nich obowiązuje zasada wykluczenia Pauliego, zgodnie z którą na każdym poziomie energetycznym nie może znajdować się więcej niż jedna cząstka. Cząstki tej klasy nazywane są fermionami (są to elektrony, protony i neutrony; do tej samej klasy zaliczają się cząstki składające się z nieparzystej liczby fermionów), a prawo ich rozkładu nazywa się statystyką Fermiego-Diraca. Cząstki innej klasy nazywane są bozonami i nie podlegają zasadzie Pauliego: na jednym poziomie energii może gromadzić się nieograniczona liczba bozonów. W tym przypadku mówimy o statystyce Bosego-Einsteina. Do bozonów zaliczają się fotony, niektóre krótkotrwałe cząstki elementarne (na przykład pi-mezony), a także atomy składające się z parzystej liczby fermionów. W bardzo niskich temperaturach bozony gromadzą się na najniższym – podstawowym – poziomie energii; następnie mówią, że zachodzi kondensacja Bosego-Einsteina. Atomy kondensatu tracą swoje indywidualne właściwości, a kilka milionów z nich zaczyna zachowywać się jak jeden, ich funkcje falowe łączą się, a ich zachowanie opisuje jedno równanie. Dzięki temu można powiedzieć, że atomy kondensatu stały się spójne, niczym fotony w promieniowaniu laserowym. Naukowcy z Amerykańskiego Narodowego Instytutu Standardów i Technologii wykorzystali tę właściwość kondensatu Bosego-Einsteina do stworzenia „lasera atomowego” (patrz Science and Life nr 10, 1997).

Przezroczystość wywołana przez siebie. To jeden z efektów optyki nieliniowej – optyki silnych pól świetlnych. Polega ona na tym, że bardzo krótki i mocny impuls świetlny przechodzi bez tłumienia przez ośrodek pochłaniający promieniowanie ciągłe lub długie impulsy: ośrodek nieprzezroczysty staje się dla niego przezroczysty. Przezroczystość samoindukowaną obserwuje się w gazach rozrzedzonych o czasie trwania impulsu rzędu 10-7 - 10-8 s, a w mediach skondensowanych - poniżej 10-11 s. W takim przypadku następuje opóźnienie impulsu – jego prędkość grupowa znacznie maleje. Efekt ten po raz pierwszy zademonstrowali McCall i Khan w 1967 r. na rubinie w temperaturze 4 K. W 1970 r. w rubidzie uzyskano opóźnienia odpowiadające prędkościom impulsów o trzy rzędy wielkości (1000 razy) mniejsze od prędkości światła w próżni para.

Przejdźmy teraz do wyjątkowego eksperymentu z 1999 roku. Przeprowadzili je Len Westergaard Howe, Zachary Dutton, Cyrus Berusi (Rowland Institute) i Steve Harris (Stanford University). Schłodzili gęstą, magnetycznie utrzymywaną chmurę atomów sodu, aż powróciły do ​​stanu podstawowego, najniższego poziomu energii. W tym przypadku wyodrębniono tylko te atomy, których magnetyczny moment dipolowy był skierowany przeciwnie do kierunku pola magnetycznego. Następnie badacze schłodzili chmurę do temperatury mniejszej niż 435 nK (nanokelwinów, czyli 0,000000435 K, prawie zera absolutnego).

Następnie kondensat naświetlano „wiązką sprzęgającą” liniowo spolaryzowanego światła laserowego o częstotliwości odpowiadającej jego słabej energii wzbudzenia. Atomy przeszły na wyższy poziom energii i przestały absorbować światło. W rezultacie kondensat stał się przezroczysty dla następującego promieniowania laserowego. I tutaj pojawiły się bardzo dziwne i niezwykłe efekty. Pomiary wykazały, że w pewnych warunkach impuls przechodzący przez kondensat Bosego-Einsteina ulega opóźnieniu odpowiadającemu spowolnieniu światła o ponad siedem rzędów wielkości – czyli współczynnik 20 milionów. Prędkość impulsu świetlnego spadła do 17 m/s, a jego długość zmniejszyła się kilkukrotnie – do 43 mikrometrów.

Naukowcy uważają, że unikając laserowego ogrzewania kondensatu, będą w stanie jeszcze bardziej spowolnić światło – być może do prędkości kilku centymetrów na sekundę.

Układ o tak niezwykłych właściwościach umożliwi badanie kwantowych właściwości optycznych materii, a także stworzenie różnorodnych urządzeń dla komputerów kwantowych przyszłości, np. przełączników jednofotonowych.

Choć w życiu codziennym rzadko zdarza się, aby ktoś bezpośrednio obliczał, jaka jest prędkość światła, zainteresowanie tym zagadnieniem objawia się już w dzieciństwie. Co zaskakujące, wszyscy spotykamy się codziennie ze znakiem stałej prędkości propagacji fal elektromagnetycznych. Prędkość światła jest podstawową wielkością, dzięki której cały Wszechświat istnieje dokładnie takim, jakim go znamy.

Z pewnością każdy, obserwując w dzieciństwie błyskawicę i następujący po niej grzmot, próbował zrozumieć, co spowodowało opóźnienie między pierwszym a drugim zjawiskiem. Proste rozumowanie szybko doprowadziło do logicznego wniosku: prędkość światła i dźwięku są różne. Jest to pierwsze wprowadzenie do dwóch ważnych wielkości fizycznych. Następnie ktoś otrzymał niezbędną wiedzę i mógł łatwo wyjaśnić, co się dzieje. Co powoduje dziwne zachowanie grzmotu? Odpowiedź jest taka, że ​​prędkość światła, która wynosi około 300 tys. km/s, jest prawie milion razy większa od prędkości rozchodzenia się w powietrzu (330 m/s). Dlatego człowiek najpierw widzi błyskawicę, a dopiero po chwili słyszy ryk grzmotu. Przykładowo, jeśli od epicentrum do obserwatora jest 1 km, to światło pokona tę odległość w 3 mikrosekundy, natomiast dźwiękowi zajmie to aż 3 s. Znając prędkość światła i czas opóźnienia pomiędzy błyskiem a grzmotem, możesz obliczyć odległość.

Próby jego pomiaru podejmowane są od dawna. Teraz całkiem zabawnie jest czytać o przeprowadzanych eksperymentach, jednak w tych odległych czasach, przed pojawieniem się precyzyjnych instrumentów, wszystko było więcej niż poważne. Próbując dowiedzieć się, jaka jest prędkość światła, przeprowadzono jeden ciekawy eksperyment. Na jednym końcu wagonu pędzącego pociągu siedział mężczyzna z precyzyjnym chronometrem, a po przeciwnej stronie jego asystent w zespole otworzył przesłonę lampy. W zamyśle chronometr miał umożliwiać określenie prędkości propagacji fotonów światła. Ponadto zmieniając położenie lampy i chronometru (przy zachowaniu kierunku ruchu pociągu) można by dowiedzieć się, czy prędkość światła jest stała, czy też można ją zwiększać/zmniejszać (w zależności od kierunek wiązki, teoretycznie prędkość pociągu może mieć wpływ na prędkość zmierzoną w eksperymencie). Oczywiście eksperyment zakończył się niepowodzeniem, ponieważ prędkość światła i rejestracja przez chronometr są nieporównywalne.

Po raz pierwszy najdokładniejszego pomiaru dokonano w 1676 roku, dzięki obserwacjom Olafa Roemera zauważył, że rzeczywisty wygląd Io i obliczone dane różniły się o 22 minuty. W miarę jak planety się zbliżały, opóźnienie malało. Znając odległość, można było obliczyć prędkość światła. Było to około 215 tys. km/s. Następnie w 1926 roku D. Bradley badając zmiany pozornego położenia gwiazd (aberracja) zwrócił uwagę na pewien wzór. Położenie gwiazdy zmieniało się w zależności od pory roku. W związku z tym na wynik miało wpływ położenie planety względem Słońca. Można podać analogię - krople deszczu. Bez wiatru lecą pionowo w dół, ale gdy tylko biegną, ich pozorna trajektoria się zmienia. Znając prędkość obrotu planety wokół Słońca, można było obliczyć prędkość światła. Wyniosła ona 301 tys. km/s.

W 1849 r. A. Fizeau przeprowadził następujące doświadczenie: pomiędzy źródłem światła a zwierciadłem oddalonym o 8 km znajdowało się wirujące źródło, którego prędkość obrotową zwiększano, aż w kolejnej szczelinie strumień odbitego światła zmienił się w stały (bez migotania). Obliczenia wykazały 315 tys. km/s. Trzy lata później L. Foucault użył obrotowego zwierciadła i uzyskał prędkość 298 tys. km/s.

Kolejne eksperymenty były coraz dokładniejsze, uwzględniały załamanie światła w powietrzu itp. Obecnie za istotne uważa się dane uzyskane za pomocą zegara cezowego i wiązki lasera. Według nich wynosi ona 299 tys. km/s.

Pomimo tego, że w zwykłym życiu nie musimy obliczać prędkości światła, wiele osób interesuje się tą wielkością od dzieciństwa.


Obserwując błyskawicę podczas burzy, każde dziecko prawdopodobnie próbowało zrozumieć, co jest przyczyną opóźnienia między jej błyskiem a grzmotem. Oczywiście światło i dźwięk mają różną prędkość. Dlaczego to się dzieje? Jaka jest prędkość światła i jak ją zmierzyć?

W nauce prędkość światła to prędkość, z jaką promienie poruszają się w powietrzu lub próżni. Światło to promieniowanie elektromagnetyczne odbierane przez ludzkie oko. Potrafi poruszać się w każdym środowisku, co ma bezpośredni wpływ na jego prędkość.

Próby zmierzenia tej wielkości podejmowano już w starożytności. Naukowcy starożytni wierzyli, że prędkość światła jest nieskończona. Tę samą opinię wyrażali fizycy XVI–XVII w., chociaż już wtedy niektórzy badacze, jak Robert Hooke i Galileo Galilei, zakładali skończoność.

Duży przełom w badaniach prędkości światła nastąpił dzięki duńskiemu astronomowi Olafowi Roemerowi, który jako pierwszy zwrócił uwagę na opóźnienie zaćmienia księżyca Jowisza Io w porównaniu ze wstępnymi obliczeniami.

Następnie naukowiec określił przybliżoną wartość prędkości na 220 tysięcy metrów na sekundę. Brytyjski astronom James Bradley był w stanie dokładniej obliczyć tę wartość, choć w swoich obliczeniach nieco się pomylił.


Następnie naukowcy z różnych krajów podejmowali próby obliczenia rzeczywistej prędkości światła. Jednak dopiero na początku lat 70. XX wieku, wraz z pojawieniem się laserów i maserów o stabilnej częstotliwości promieniowania, badacze byli w stanie dokonać dokładnych obliczeń i w 1983 r. przyjęto współczesną wartość z korelacją błędu względnego jako podstawa.

Mówiąc najprościej, prędkość światła to czas, w jakim promień słońca przebywa określoną odległość. Zwyczajowo używa się sekundy jako jednostki czasu, a metra jako jednostki odległości. Z punktu widzenia fizyki światło jest wyjątkowym zjawiskiem, które w określonym środowisku ma stałą prędkość.

Załóżmy, że ktoś biegnie z prędkością 25 km/h i próbuje dogonić samochód jadący z prędkością 26 km/h. Okazuje się, że samochód porusza się o 1 km/h szybciej niż biegacz. Ze światłem wszystko jest inne. Niezależnie od prędkości poruszania się samochodu i osoby, wiązka zawsze będzie poruszać się względem nich ze stałą prędkością.

Prędkość światła w dużej mierze zależy od substancji, w której promienie się rozchodzą. W próżni ma stałą wartość, ale w przezroczystym środowisku może mieć różne wskaźniki.

W powietrzu lub wodzie jego wartość jest zawsze mniejsza niż w próżni. Przykładowo w rzekach i oceanach prędkość światła wynosi około 3/4 prędkości w przestrzeni, a w powietrzu przy ciśnieniu 1 atmosfery jest o 2% mniejsza niż w próżni.


Zjawisko to tłumaczy się absorpcją promieni w przezroczystej przestrzeni i ich reemisją przez naładowane cząstki. Efekt ten nazywa się refrakcją i jest aktywnie wykorzystywany w produkcji teleskopów, lornetek i innego sprzętu optycznego.

Jeśli weźmiemy pod uwagę konkretne substancje, to w wodzie destylowanej prędkość światła wynosi 226 tysięcy kilometrów na sekundę, w szkle optycznym - około 196 tysięcy kilometrów na sekundę.

W próżni prędkość światła na sekundę ma stałą wartość 299 792 458 metrów, czyli nieco ponad 299 tysięcy kilometrów. Według współczesnego poglądu jest to coś ostatecznego. Innymi słowy, żadna cząstka, żadne ciało niebieskie nie jest w stanie osiągnąć prędkości, jaką światło rozwija się w przestrzeni kosmicznej.

Nawet jeśli założymy, że Superman pojawi się i poleci z dużą prędkością, promień i tak będzie uciekał od niego z większą prędkością.

Chociaż prędkość światła jest maksymalna osiągalna w przestrzeni próżniowej, uważa się, że istnieją obiekty, które poruszają się szybciej.

Zdolne są do tego np. promienie słoneczne, cienie czy fazy oscylacji fal, ale z jednym zastrzeżeniem – nawet jeśli rozwiną superszybkość, energia i informacja będą przesyłane w kierunku, który nie pokrywa się z kierunkiem ich ruchu.


Jeśli chodzi o przezroczysty ośrodek, na Ziemi istnieją obiekty, które mogą poruszać się szybciej niż światło. Na przykład, jeśli wiązka przechodząca przez szkło zwalnia swoją prędkość, wówczas prędkość ruchu elektronów nie jest ograniczona, więc przechodząc przez powierzchnie szklane mogą poruszać się szybciej niż światło.

Zjawisko to nazywa się efektem Wawilowa-Czerenkowa i najczęściej obserwuje się je w reaktorach jądrowych lub w głębinach oceanów.