Почему скорость света - 299 792 458 м/с?

Пап а ты Домашку сделал не только дети готовятся к учёбе Те кто уже в it или только знакомиться с технологиями учатся в Яндекс практикуме чтобы сменить профессию или вырасти в карьере с поддержкой экспертов и других студентов яндекспрактикум ваша новая учебная жизнь Всем привет давно не было роликов Так что сначала супер кратко две важных новости во-первых мы запустили новый конструктор механический телевизор очень крутой гаджет который только с помощью одного светодиода и диска с дырочками воспроизводит картинку сигнал подаётся через к с любого устройства и выводить можно любые свои видео разрешение получается не очень высокое но нам не привыкать все подробности в описании найдёте Ну а во-вторых YouTube тормозит так что на всякий случай подписывайтесь на наши другие соцсети есть ВК дн но надежней всего конечно же Telegram там точно Не пропустите новые ролики и много другого контента всякие прикольные факты новости анонсы осики Так что подпишитесь времена че таки всё теперь к ролику Слушайте а вам часто мешает что скорость света невозможно превысить Ну если не заниматься высокочастотным трейдингом и не играть по сети из Австралии то кажется что никогда но на самом деле мы с этим сталкиваемся постоянно когда пользуемся всякими компьютерами смартфонами и прочей электронно-вычислительной техникой Дело в том что скорость света - это один из ограничивающих факторов при росте производительности центральных процессоров есть такой параметр у них тактовая частота она показывает сколько циклов операций совершается в секунду и поднимая частоту можно ускорять вычисление сейчас типичное её значение 3 ГГц Значит один цикл длится всего лишь 0,33 наносекунды за это время процессор должен успеть считать данные произвести операции над ними записать что получилось и Быть готовым к следующему циклу но за это же время свет может пройти всего лишь 10 см значит сигналы по плате явно не больше если их витиеватый путь окажется длинне то тогда они просто не успеют дойти до пункта назначения и произойдёт ошибка с непредсказуемыми последствиями поэтому инженеры всеми правдами и неправдами стараются сделать цепочки транзисторов Как можно короче но всё равно скорость света - это одна из причин почему тактовую частоту не получится поднимать постоянно Да конечно есть и другие трудности вроде тепловыделения энергопотребления архитектура процессора но они хотя бы теоретически решаем а вот что делать с фундаментальным пределом скорости совсем неясно Ну разве что как-то пространство время искажать но такое на коленках уже как-то стремно то держать Да в этом контексте было конечно неплохо если бы скорость света оказалась побольше Но почему она вообще именно такая 299.99 2.000 458 м в секун не в том смысле почему столько метров а почему свет движется именно вот так не быстрее и не медленней есть этому какое-то объяснение или мы можем только развести руками и констатировать факт Удивительно но на этот вопрос и есть ответ и Нет причём тоже самое с другими физическими константами масса Протона заряд электрона постоянная планка гравитационная постоянная и так далее Все они кажутся какими-то совершенно случайными и их можно воспринимать как данность но расчёты показывают если бы они были бы чуть-чуть вот прямо совсем чуть-чуть другими наша Вселенная изменилось бы до неузнаваемости и нас с вами в ней даже не появилось бы значение фундаментальных констант завораживают физиков уже Несколько столетий Вот почему они именно такие что стоит за такой тонкой настройкой Вселенной или может быть даже кто в этом выпуске вы обалдеете К каким выводам мы придём Так что устраивайтесь поудобней будет интересно и кое-где неожиданно Сейчас вы узнаете Что будет если скорость света уменьшить до скорости ходьбы Почему есть только три пространственных измерений Можно ли примерить на себя роль Бога как вселенные способны размножаться Почему чёрные дыры - это главные объекты в них И неужели мультивселенная и правда существуют [музыка] поехали Прежде чем говорить о постоянстве скорости света хочу отвлечься на ещё одну неизменную величину it сферу Я знаю многие мои зрители подписчики проходят обучение по it направлениям или работают уже и для них всех У меня есть полезная новость Яндекс открывает свою аспирантуру по искусственному интеллекту главно особе сильный упор на практику аспиранты будут заниматься не только теоретическими исследованиями но и применять их в реальных продуктах под руководством Тим лидов из Яндекса например улучшать и дооб учать языковые модели в том числе Яндекс gpt повышать безопасность беспилотного транспорта внедрять искусственный интеллект промышленности и многое другое самое крутое каждый год аспиранты будут получать Гранты по 800.000 руб на создание новых технологий в области искусственного интеллекта Ну и бонусы в виде доступа к вычислительным мощностям и лабораториям Яндекса участие в конференциях уровня а со звёздочкой и стажировок в зарубежные университеты и лаборатории кому интересно все подробности по ссылки в описании переходите оставляйте заявку Вы знаете что учиться никогда не поздно А если речь про искусственный интеллект то вообще обязательно чтобы он у мне нас не стал лёгкой вам учёбы и крутых проектов Итак скорость света для начала хочу отметить что не совсем удачное название потому что во-первых свет - это первое что обнаружили С такой скоростью но на самом деле есть и другие объекты движущиеся также быстро например частицы глюоны Ну и конечно же коты после туалета но там наука ещё не поняла это невозможно измерить а во-вторых точнее называть эту величину связующим параметром между движением в пространстве и во времени Да каждый предмет во Вселенной помимо обычного перемещения ещё и движется во времени если стоять на месте это происходит со скоростью 1 Секунда в секунду пока звучит как будто школьник какой-то придумал Вот только школьником этим был Альберт Эйнштейн оказывается скорость движения во времени можно менять она будет становиться тем меньше чем быстрее перемещаться в пространстве Да это и есть знаменитый эффект замедления времени из теории относительности так устроен мир что сумма двух движений в пространстве и времени всегда должна быть неизменна если увеличивается одно уменьшается другое и наоборот и равняться эта сумма должна как раз скорости света если привести всё к одним единицам измерения Ну точнее там квадраты будет но по сути не меняет это фундаментальное свойство геометрии нашего четырёхмерном можно чуть-чуть по-другому изобразить что у каждого предмета есть четырёхмерная скорость в пространстве времени и она всегда фиксирована и равна скорости света при движении она начинает наклоняться и всё больше мы имеем проекции скорости в пространстве и всё меньше во времени это из ролика Почему нельзя превысить скорость света к частицам Света фотоном это тоже относится только у них скорость во времени нулевая и весь запал остаётся на вторую поэтому они и движутся быстрее всего но опять же не свет определяет эту фундаментальную постоянную Хотя все её так и называют Ну что мы тоже будем не выпендривайся Ну так вот почему же скорость света так строго фиксирована и никогда не меняется оказывается ни Почему дело в том что нет ни одного закона запрещающего скорости света быть другой просто за всю историю измерений не было обнаружено никаких отклонений и на основе этого мы считаем что эта величина неизменна Да свет в веществе замедляется Но это конечно отдельная история Я уже рассказывал сейчас речь только о скорости света в вакууме поэтому не исключено что где-то далеко-далеко на расстоянии в 200-300 млрд световых лет скорость света ина проверить мы это к сожалению не сможем это находится за границей наблюдаемой части Вселенной но зато можно легко представить как такое будет ощущаться есть игра от mit gamelab в которой скорость света уменьшается до скорости ходьбы Поэтому при движении вы непосредственно наблюдаете всевозможные искажения с этим связаны конечно лучше один раз увидеть Чем 100 раз услышать устанавливайте себе и запускаете Ну я кратко расскажу что же там за эффекты появляются начнём движение вперёд во-первых будет происходить увеличение поля зрения из-за операции Света лучи от источников сбоку будут приходить под более косым углом и вы будете видеть больше пространства во-вторых раз всё больше лучей концентрируется в центре поля зрения там будет всё ярче и ярче в-третьих из-за эффекта Доплера будут искажать цвета уходить к фиолетовой части Спектра А дальше вообще в Ультрафиолет и рентген всё это по направлению движения если развернуться будет соответственно наоборот сужение поля зрения уменьшение яркости и красное смещение цветов вдобавок ко всему возникает сильное продольное сокращение предметов и замедление времени всё это создаёт такие лютые искажения что это похоже наверное на какой-то мухоморный бетт но только всё по законам физики совершенно объективно а кто-то говорит что у нас не весело вот пожалуйста но вернёмся к главному вопросу почему же скорость света именно такова И больше никакова что же на это тоже однозначного Ответа нет теоретически никак нельзя обосновать Почему у нас в экспериментах всегда получается одно и то же значение Вот так и всё тут Вы конечно можете заметить А что это её везде указывают без погрешности Что за супер точные такие измерения А дело в том что с 1983 года принято что 1 ме это не какая-то там часть какого-то меридиана не длина стержня в какой-то там палате мер весов а Расстояние которое проходит свет за 1 299792458 часть секунды вот и получается точное значение то есть уже не метр принят за Эталон а скорость света потому что именно она фундаментальна и неизменна как не знаю популярность песен милад отключение горячей воды летом или оформление пачки соды короче база но как это не очень впечатляющее объяснение Да тут всё становится намного интересней если мы рассмотрим и другие физические константы например постоянную планка задающую масштабы квантовых явлений гравитационную постоянную определяющую движение звёзд планет галактик космологическую постоянную отвечающую за ускоряющее се расширение Вселенной заряд электрона массы кварков и других частиц безразмерные константы определяющие фундаментальные взаимодействия или даже количество измерений всего можно считать порядка 30 величин у всех них значения могут казаться случайными ни от чего не зависящими короче тоже база Вот только расчёты показывают что Если какие-то из них или их производные поменять совсем чуть-чуть прямо на доле процента это может привести к катастрофическим последствиям как для возникновения жизни на земле так и для всей вселенной и вот тут всё становится по-настоящему странным и подозрительным как будто бы эти параметры не такие уж и случайны вот например самое первое звено цепочки термитный реакций В недрах звёзд - это слияние двух протонов в ядро де Этери состоящее из протона и Нейтрона если постоянную планка увеличить на 15% то ядро де этерия будет неустойчиво и реакция не пойдёт а значит в раней Вселенной звёзды не зажглись бы мало того что наш мир был бы холодным тёмным и унылым местом так ещё и помимо водорода других элементов в нём не оказалось бы потому что именно в звёздах синтезирует все атомы легче желез а остальные появляются при взрывах сверхновых Так что нет звёзд нет элементов нет жизни нет тба скука и тоска то же самое произошло если бы интенсивность сильного взаимодействия оказалась больше всего на 2% тогда стабильным будет ядро из двух протонов и именно в такие ядра интенсивно сливались бы отдельные протоны процесс очень быстрый Так что весь водород выгорел бы ещё на ранних стадиях расширения вселенной и опять же никаких других элементов не возникло очень важна и величина слабого взаимодействия именно оно замедляет реакции слияния причём так сильно что звезда наподобие солнца живёт несколько миллиардов лет за которые могут успеть появиться планеты вокруг и жизнь на них будь слабое взаимодействие иным звёзды опять же затухал бы слишком быстро причём по некоторым подсчётам даже без взрыва Так что никакого разброса строительного материала для планет и не было бы не менее Важны и параметры самих частиц Например если бы масса Протона была всего на % меньше тогда бы он в свободном состоянии распадался на Нейтрон позитрон и нейтрино мало того что тогда бы звёзды не зажглись так ещё и позитроны аннигилировать бы с электронами порождая жёсткая гамма излучений и вот такой мир без звёзд сильной радиации как-то для колыбели жизни вообще не годится кстати для возникновения жизни в том виде в котором мы её знаем необходим углерод и тут тоже всё не просто потому что в больших количествах этот элемент нарабатывать не в основном своём состоянии А возбуждённом это называют состоянием хола и вроде ничего страшного Ну были бы все такие д органы и привыкли бы наверное Ну или потом углерод просто испускает гамма кванты и переходит в своё основное состояние пожалуйста вот только скорость реакции очень чувствительна к уровню энергии этого возбуждённого состояния плюс мину 2% и всё углерода во Вселенной будет исчезающей мало И О какой жизни вообще ще речь вот как так получилось как так сложилось что у состояния хойлаб вообще не похоже на случайное совпадение и то что Электрон в 1836 раз легче Протона тоже не похож на Случайность это влияет на его Орбиту вокруг ядра и можно сказать размер атомов если бы они были другими это исключало бы возможность образования молекул Я уже молчу о космологический параметрах которые вообще влияют на само существование вселенной Ну например средняя плотность вещества она определяет геометрию пространства и его кривизну ну то есть как соотносятся друг с другом углы там расстояния ну и соответственно Как работает Гравитация если средняя плотность больше критического значения то кривизна положительна Вселенная замкнута сама на себя и Гравитация рано или поздно останавливает расширение и Вселенная сжимается обратно в сингулярное состояние причём может так быстро что ни Галактики ни звёзды ни жизнь не образуется если средняя плотность меньше критического значения кривизна отрицательна Вселенная бесконечна и расширение продолжается вечно вроде уже неплохо но если расширение окажется слишком стремительным вещество быстро распределится по огромному объёму и никаких звёзд и галактик из него не получится тоже что же в реальности по нашим измерениям средняя плотность вселенной с очень высокой точностью равна критической то есть Вселенная не искривлена и в ней всё словно Создано для того чтобы появлялись всякие сложные структуры попадание именно в это значение - Это просто какой-то поразительный факт митио каку даже сравнивал это с тем что мы поставили карандаш на остриё и нашли такое положение что он не падает несколько лет очень хочется поверить что Это случайность но верится конечно с трудом не менее загадочным кажется значение космологической постоянной которая проявляет себя как тёмная энергия ускоряющее расширение Вселенной У нас есть вполне сносное объяснение Откуда берётся эта энергия это результат существования виртуальных частиц которые на микроскопическое время появляются и исчезают прямо в пустоте вакууме Вот только есть нюанс по нашим расчётам вклад только одних виртуальных фотонов в 10 в 120 степени раз больше чем наблюдаемое значение тёмной энергии а ведь есть ещё виртуальные электроны и другие частицы поэтому мы считаем что какие-то из них вносят положительный вклад какие-то отрицательный они получается практически компенсируют друг друга и вот такое небольшое значение и вот как так получается что такие гигантские вклады практически совпадают но не точно а отличаются вот на малюсенькая малюсенькие мою вселенную потом прошли бы обратно и вернулись в ту же точку с погрешностью меньше чем диаметр Протона в 108 степени раз вот как всё это заставляет задуматься как и то почему в наше Вселенной образовалось именно три пространственных измерения это вообще тоже удивительное попадание ведь расчёты показывают если бы их было четыре пять и больше устойчивых стационарных Орбит звёзд и планет не существовало они бы по спирали падали на центральное тело Ну а в двух измерениях Сложно представить как могли бы образоваться сложные структуры вроде нас с вами например существ с пищеварительным трактом просто не могло бы быть они бы просто разваливались конечно эти примеры Можно более подробно рассматривать другие константы которые сильно влияют на вселенную Ну а давайте пока остановимся на этом просто уже достаточно чтобы задаться вопросом как так получилось что куча физических постоянных имеют ровно такое правильное значение при котором возникают звёзды планеты жизнь на них а малейшие отклонения напрочь пересекают все эти возможности этот феномен называют тонкой настройкой Вселенной заметили его в семидесятых годах прошлого века и мне кажется это один из самых удивительных фактов наше мире ну серьёзно неужели мы такие везунчики что вот прямо вот всё сложилось чтобы мы возникли через каких-то 13-8 млрд лет совершенно невозможно поверить что Это случайность и кажется что за таким таинственным совпадением что-то всё-таки должно быть Вот только что именно что ж на этот счёт есть несколько предположений и каждый вариант по-своему уникален интересен Так что расскажу обо всех вот сейчас лучше покрепче Ёк заварить самая скучная версия существует ещ не созданная глобальная теория которая описывает всё во вселенной и с помощью которой можно вычислить значение всех физических констант неплохим прецедентом на неё может быть теория струн но там есть так называемая проблема ландшафта из-за которой существует порядка де в Псой степени вариантов теории и Какой конкретно соответствует нашему миру мы определить не можем так что до более общей теории Нам пока что ещ далеко другая версия - разумный замысел согласно которой Вселенной есть создатель О ну всё физика вышла из чата скажете но Подождите тут немного другое в этой гипотезе творец не рисует орбиты планет не создаёт жизнь не перемешивает ДНК не появляется в виде столба дыма он просто задаёт начальный условия законы по которым всё работает и нажимает кнопку Пуск Всё дальше Всё происходит само и в процесс во Вселенной он не вмешивается это может быть симуляция или реальный мир вообще неважно потому что в таком виде концепция не доказуемо и никак не влияет никак не мешает научному описанию мира только вот непонятно как в таком случае устроен сам создатель а создатель создателя Ну и так далее поэтому многим такое объяснение не очень нравится Но конечно если пофантазировать поражает интеллектуальная мощь творца Вы только Представьте какой Мегамозг нужен чтобы придумать такой сложный мир можете сами понять Как это непросто примерить на себя роль творца в игре жизни это клеточный автомат где есть всего четыре простых правила по которым клетки рождаются и умирают можно задать любую начальную конфигурацию и наблюдать не вмешиваясь как всё будет складываться сами увидите создать развивающуюся систему Ой как непросто ссылку на хорошую версию оставлю ещё одно объяснение тонкой настройки Вселенной в том что она не единственная Есть бесчисленное множество других со всевозможными вариантами физических констант хочешь с протонами тяжелее арза хочешь скорость света медленнее улитки а где-то средне плотность как у киселя в общем весь ассортимент и раз так совсем не удивительно что как минимум в одной из вселенных сложились условия для возникновение жизни каждый такой мир со своими параметрами называют Карманной Вселенной а их совокупность мультивселенной и мы со всякими мстителями человеками пауками уже привыкли к этому термину но в контексте тонко настройки есть довольно подробное объяснение как она устроена отдельные карманы Вселенной могут возникать если считать что большой взрыв был не глобальным событием произошедшим во всех точках пространства А локальном ну если быть точным то большой взрыв - это следствие процесса инфляции невероятно быстрого прямо молниеносного расширения пространства за долю секунды и есть теории в которых инфляция происходит постоянно то тут то там в разных уголках мультивселенной образуя островки совершенно разными версиями мира каких-то может даже и не быть привычных кварков протонов электронов настолько Всё может быть другим Единственное что находятся все карманы Вселенной вне досягаемости друг от друга Так что проверить опровергнуть эту гипотезу мы увы не можем вследствие чего она считается не научной но есть ещё одно объяснение тонкой настройки которое мы проверить можем это космологический естественный отбор предложенный космолото он смахивает на Давс теорию эволюции только персонажи другие идея в том что одна Вселенная может порождать множество других происходит это в чёрных дырах образующаяся там сингулярность служит началом новой Вселенной со своим большим взрывом блэкджеком и прочим только не в исходном пространстве времени а своём Так может происходить при определённых обстоятельствах при этом параметры родительской Вселенной передаются дочерней с небольшими случайными изменениями мутациями поэтому из поколения в поколение все физические константы могут меняться и рано или поздно может возникнуть благоприятная их комбинация для возникновения жизни и интересно В этой гипотезе то что она строится не на антропного принципе согласно которому Вселенная именно Такова потому что что вот мы в ней живём и никакой другой Вселенной мы бы не могли обнаружить Но это какой-то тупой Замкнутый круг Согласно ли смолину критериям отбора выступает другой фактор то насколько много может возникнуть чёрных дыр те вселенные в которых их нет потомству не дают А те в которых их много плодятся как кролики и так получается что и для жизни и для возникновения чёрных дыр нужны плюс-минус одинаковые условия три пространственных измерения длинная жизнь звёзд возможность образования углерода и так далее Так что может быть именно чёрные дыры являются тем движущим фактором определяющим Как устроен мир но А мы тут так Побочный эффект опять же строго это не доказано но и явных фактов против этой научной гипотезы пока не обнаружено Ну и ещё одно объяснение тонкой настройки моё любимое в том что всё это иллюзия ошибка нас поражает что если чуть-чуть изменить какую-то одну физическую константу всё развалится но что если менять их несколько прямо совместно вдруг все изменения как-то компенсируют друг друга и что-то вменяемое да получится например свойства звёзд в первом приближении определяются всего четырьмя параметрами это масса Протона масса электрона и величины сильного и электромагнитного взаимодействия американский физик Виктор стенджер написал простенькую программу обезьяне Бог в которой можно вручную или случайно задавать эти параметры и она вычисляет время жизни звёзд их массу размеры атомов ядер даже продолжительность дня на земле если считать что она появится в итоге оказывается что есть довольно много комбинаций когда получаются вполне сносные звёзды пригодные для возникновения жизни и Кто знает может быть это работает вообще для всех фундаментальных констант и их правильных таких удачных сочетаний просто тьма тьмущая почувствует свою уникальность но никто не говорил что Вселенная должна нас шокировать как бразильский сериал она может быть весьма заурядный тем более вы видели некоторые параметры в примерах менялись довольно сильно Даже на десятки процентов что-то не совсем уж Тоненькая настройка получается и есть даже статьи в которых утверждается что Вселенная могла бы быть примерно такой же без одного фундаментального взаимодействия без слабого но опять же это вс какие-то приблизительные какие-то грубые рас там приближения кто-то вообще всего только сть параметров рассматривает в тонкой настройке Вселенной в таком упрощённом случае да мы можем что-то рассчитать А вот в реальности Что будет если например скорость света изменится не знает никто и как на самом-то деле обстоят дела в нашей сложной в нашей большой Вселенной мы ещ не СРО разм Так на что жем пра праправнуки рано или поздно Во всём разберутся и смотря это видео будет хихикать от того насколько мы дремучие и ничего не понимаем насчёт второго не уверен А вот то что разберутся ну это скорее вряд ли потому что нет никаких гарантий что поняв происхождение нынешних фундаментальных констант мы не получим Другие описывающие ещё более глубокие взаимосвязи в природе и Вполне может быть что абсолютное знание полное понимание законо Вселенной никогда не будет нам доступно это конечно можно демо реализовать Да но лучше относиться к этому как к сверхценного открытий станем лучше станем умнее и даже без финальной точки это пойдёт нам на пользу наверное именно так Наука и должна быть устроена на этом всё не забывайте о наших новых конструкторах механическом телевизоре и Подписывайтесь на наш Telegram канал потому что ну потому что вот так вот Вот так вот сейчас вот всё устроено Вот такие лютые времена для русского Ютюба но никаких вообще достойных альтернатив ему совершенно нет так что единственное На что мы можем надеяться - это конечно на Вас на вашу поддержку оставайтесь с нами Будьте с нами и тогда точно абсолютно точно всё будет хорошо всё будет просто супер всё до встречи в следующих выпусках они кстати уже делаются увидимся пока [аплодисменты] с [музыка]