¿Por qué la luz tiene la velocidad que lo hace? ¿por qué no es considerablemente más rápido o más lento de lo que es? No me puedo imaginar la ciencia, siendo lo que es, no persiguen una racional explicación científica a la velocidad de la luz. Simplemente diciendo "es lo que es" o estar satisfecho diciendo que es 1 ($c=1$), no suena como ciencia.
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Dori
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Has visto la velocidad de la luz citado aproximadamente el $3*10^8\, \text{m/s}$, por lo que la velocidad de la luz es muy rápida en comparación con un metro y un segundo. Esto es aproximadamente un humano velocidad al caminar, por lo que su pregunta podría ser interpretado como preguntar por qué la luz es de unos cientos de millones de veces más rápido que la velocidad de la caminata.
La velocidad de la gente de a pie es bastante antropocéntrica, aunque. Vamos a elegir algo más neutro, como el típico de la velocidad del sonido en un cristal. Este es un par de miles de metros por segundo. Así que la pregunta que voy a investigar aquí es "¿por Qué la velocidad de la luz alrededor de 10^5 veces más rápido que la velocidad del sonido en un cristal?"
El sonido viaja a través de los sólidos de una onda de compresión. Los átomos del cristal están apiñadas en algún lugar, la adición de energía, y esto crea una onda de compresión en movimiento a lo largo del cristal. El más rígido que el cristal está (más energía para squeeze), el más rápido de la ola. El más inercia, el más lento de la onda. La única dimensionalmente correcta la forma de combinar estos elementos para obtener una velocidad de
$$ v = \sqrt{\frac{E}{m}}$$
donde $E$ es la energía por átomo y $m$ es la masa de cada átomo. La misa sólo proviene de la masa de las partículas. La energía en un átomo proviene de la mecánica cuántica, sin embargo. Usted puede encontrar mediante el equilibrio de la energía electrostática entre un electrón y un protón con la energía cinética de los electrones se ha debido a que se limita a una región cercana al núcleo. De manera que la energía depende de la fuerza eléctrica de las interacciones, la masa del electrón, y la constante de Planck. Ponerlos juntos, usted encontrará que la energía es
$$E = \alpha^2 m_e c^2$$
donde $\alpha = \frac{e^2}{\hbar c}$ es llamada la constante de estructura fina. Poner esto juntos, nos encontramos con
$$ v = c \alpha \sqrt{\frac{m_e}{m_N}}$$
donde $m_N$ es la masa de un núcleo. Los núcleos son algunos de los diez mil veces la masa de un electrón y la constante de estructura fina es de alrededor de $.01$, por lo que la expresión da $v \approx c * 10^{-4}$
En otras palabras, la velocidad de la luz es $10^4$ o $10^5$ veces más rápido que la velocidad del sonido en un cristal debido a que la constante de estructura fina es pequeño y debido a que los electrones son luz en comparación con los núcleos.
Por el camino, su aversión a la configuración de $c = 1$ está fuera de lugar. Esto es simplemente una elección de las unidades, no física. En este sistema de unidades que podríamos decir que el sonido velocidades son del orden de $10^{-5}$, así que todo es el mismo que si se mantiene metros y segundos a su alrededor.
Para resumir: la velocidad de la luz es rápido, pero para hacer ese sentido debe especificar lo que es rápido en comparación con. Si decidimos comparar a las cosas cotidianas, como el sonido velocidades, nos encontramos con que la velocidad de la luz es rápido porque todos los días las cosas están hechas de átomos, y la energía en los átomos es pequeño. La velocidad del sonido no es especial en este sentido, podría tomar la térmica, la velocidad de la gasolina se quema, por ejemplo, y sería limitado para aproximadamente las mismas razones. La energía en los átomos es pequeño debido a que la constante de estructura fina es pequeño y el electrón es ligero en comparación con la de los nucleones. No se conocen las razones (al menos para mí) que la constante de estructura fina y la relación de electrones a nucleón masa son números pequeños.
kch
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LA VELOCIDAD DE LA LUZ:
Esta es una pregunta muy interesante. Ir a través de los fundamentos de electromagnetismo y la teoría que llevó a las ecuaciones de Maxwell, hay un elemento interesante que puede captar su atención. Se puede ver que la velocidad de la luz no es tan abstracto y misterioso como parece ser, pero sólo si se mira desde una perspectiva diferente.
Voy a escribir las ecuaciones de Maxwell, en el vacío, antes de su unificación etapa en una ecuación, la ecuación de onda que demuestra la existencia de las ondas electromagnéticas, y que es una fuerte evidencia de la unificación entre el eléctrico y el campo magnético en el campo electromagnético. Las ecuaciones se pueden encontrar en cualquier libro de texto estándar sobre electromgnetic teoría:
$\nabla\times{\bf E}=-\mu_0\frac{\partial{\bf H}}{\partial t}$
$\nabla\times{\bf H}=\epsilon_0\frac{\partial{\bf E}}{\partial t}$
$\nabla.{\bf H}=0$
$\nabla.{\bf E}=0$
De estas dos ecuaciones conducen a la ecuación de onda para los campos EM componentes:
$\nabla^2E_i=\epsilon_0\mu_0\frac{\partial^2 E_i}{\partial t^2}$
de manera similar para el campo magnético de los componentes.
La característica interesante de estas ecuaciones de onda es el factor de $\epsilon_0\mu_0$, ya que determinan la velocidad de la luz
$c=\frac{1}{\sqrt{\epsilon_0\mu_0}}$
La historia de estas dos constantes es largo y un poco complicado. La permitividad eléctrica, $\epsilon_0$ y la permeabilidad magnética, $\mu_0$, de espacio libre en principio, el uso de la tecnología moderna, determinado por mediciones eléctricas. Por ejemplo, $\epsilon_0$ puede ser medido usando un condensador de placas. La medición de la capacitancia y de sus características geométricas, a continuación, podemos utilizar la siguiente ecuación para determinar el $\epsilon_0$
$C=\epsilon_0\frac{A}{d}$,
donde $A$ es el área de las placas y $d$ la distancia entre las placas. De forma similar, utilizando la ecuación para el equilibrio de un peso, $mg$, de algunos de masa conocida, por la fuerza del campo magnético utilizando el saldo actual exerimental arrangmet, tenemos
$mg=\mu_0\frac{I^2L}{2\pi a}$
donde $I$ de la corriente eléctrica en el alambre de la "saldo actual" y $L,a$ son parámetros que son parte del diseño experimental.
Por tanto, la pregunta ¿por qué la velocidad de la luz tiene el valor que tiene, puede ser reducido a la pregunta de por qué estas constantes físicas tienen los valores que hacen. Para hacer la discusión más interesante, el producto de estas constantes deben llegar a ser independiente del marco de referencia en que se mide, con el fin de garantizar que la velocidad de la luz es la misma para todos los observadores.
Karthik Hariharan
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509
De vuelta en el siglo 19, dos de los naturales eran constantes la permitividad eléctrica y la permeabilidad magnética del vacío. Luego, a mediados del siglo Maxwell descubrió que estas dos constantes se determina únicamente por la velocidad de la luz. Pasar de tres, aparentemente independientes, las constantes una constante fue uno de los puntos altos de la física en el siglo 19.
Cualquier número de físicos están trabajando para averiguar si c, G, h, y e, son muy constante y por qué tienen los valores que hacen. Es sólo que hasta ahora no han tenido ningún éxito claro. Nadie está satisfecho con esto, pero al parecer es un trabajo muy duro y profundo problema.
Nick Cox
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De acuerdo a la relatividad, hay velocidades mínimas y máximas. Ya que los fotones son (se cree que) sin masa, que se mueven a la velocidad máxima posible, de ahí el nombre de "velocidad de la luz." Pero el término en realidad sólo denota "la máxima velocidad posible."
Por otra parte, la relatividad también se teoriza que el tiempo y el espacio son simplemente las direcciones ortogonales en un gran colector (con algunas condiciones en el sistema métrico), así que cuando decimos $c = 3 \times 10^8 \; \mathrm{m/s}$ estamos simplemente proporcionar una unidad de conversión: un segundo es la misma cosa de tres centenares de millones de metros, así como 1 libra es la misma cosa como 453.6 gramos.
Entonces, ¿por qué es el valor de $3 \times 10^8 \; \mathrm{m/s}$? Así, el medidor fue elegida para ser la más sencilla de definir la unidad aproximadamente igual a un patio (es decir, la longitud promedio de una persona de la zancada), y el segundo fue elegida para ser la más sencilla de definir la unidad aproximadamente igual a 1/(24*60*60) = 1/86400 de un día de la Tierra. Resulta que un segundo es alrededor de trescientos millones de veces más de un metro.
chossen-addict
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Bueno, yo estaba pensando acerca de la misma pregunta y me topé con esta explicación que parecía ser el más lógico para mí
Hay una fundamental velocidad integrados en el tejido del espacio-tiempo llamado c. Esta velocidad c se muestra todo el lugar en la relatividad de los cálculos, y sería importante, incluso si no que pasó a no ser nada de lo que realmente viajó a esa velocidad. Básicamente, si el espacio y el tiempo son aspectos de la misma cosa, entonces debería ser posible medir el espacio con unidades de tiempo, o viceversa, y si usted fuera a hacer eso, entonces velocidades sería adimensional. c es la velocidad que es igual a 1, en dichas unidades.
Así, uno de los resultados de la relatividad es que cualquier objeto que tiene masa cero debe viajar en exactamente c. La relatividad en sí, no se pronuncia sobre la cuestión de si existen partículas, pero a lo mejor de nuestra capacidad para medir, el fotón parece ser una partícula. De modo que la luz viaja a.c.
Tomado de la Velocidad de la luz
