Question:
Pourquoi la vitesse de la lumière dans le vide n'a-t-elle aucune incertitude?
The Quantum Physicist
2014-01-09 15:40:46 UTC
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Je pourrais comprendre que la définition d'une seconde n'aurait pas d'incertitude lorsqu'elle était liée à la transition de l'atome Cs, donc elle n'a pas d'erreur car c'est une référence absolue et nous mesurons d'autres choses en utilisant la définition physique d'une seconde, comme les horloges atomiques.

Mais pourquoi la vitesse de la lumière n'a-t-elle pas d'incertitude? La vitesse de la lumière n’est-elle pas quelque chose qui se mesure physiquement?

Regardez ça au NIST.

Huit réponses:
John Rennie
2014-01-09 15:54:34 UTC
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La seconde et la vitesse de la lumière sont définies avec précision, et le compteur est alors spécifié comme une fonction de $ c $ et la seconde. Ainsi, lorsque vous mesurez expérimentalement la vitesse de la lumière, vous mesurez effectivement la longueur du mètre, c'est-à-dire que l'erreur expérimentale est l'erreur de mesure du mètre et non l'erreur de la vitesse de la lumière ou de la seconde.

Il peut sembler étrange de traiter le compteur comme variable et la vitesse de la lumière comme une quantité fixe, mais ce n'est pas aussi étrange que vous le pensez. La vitesse de la lumière n'est pas seulement un nombre, c'est une propriété fondamentale de l'univers et est liée à sa géométrie. En revanche, le mètre est juste une longueur qui se trouve être pratique pour les humains. Pour en savoir plus, consultez Qu'y a-t-il de si spécial à propos de la vitesse de la lumière dans le vide?.

C'est une convention très étrange de prendre l'erreur pour être en longueur ... Merci.
@TheQuantumPhysicist La vitesse de la lumière a en fait été calculée (précisément) à partir de l'équation de Maxwell: $ c = \ frac {1} {\ sqrt {\ epsilon_o \ mu_o}} $. Ceci est constant pour chaque trame (intertiale ou non). Nous avons découvert que même si nous allons de plus en plus vite, la vitesse de la lumière reste à $ c $, c'est notre perception de la longueur et du temps qui ne cesse de changer. La mécanique newtonienne normale n'est pas valide!
@mikhailcazi La partie embarrassante de cette question est qu'elle me fait ressembler à un débutant en physique, alors que je suis doctorant :)
@TheQuantumPhysicist Haha, désolé alors! Ma faute. :)
-1. C'est faux. La vitesse de la lumière fluctue en effet. Le c est la vitesse MOYENNE de la lumière sur de grandes distances.
Il a dit basé sur la géométrie.Je dirais que non est-il correct, c'est la réponse la plus facile à comprendre ici.
hdhondt
2014-01-09 15:58:16 UTC
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Pour répéter Wikipedia:

La vitesse de la lumière dans le vide, communément notée c, est une constante physique universelle importante dans de nombreux domaines de la physique. Sa valeur est exactement de 299 792 458 mètres par seconde, un chiffre exact car la longueur du mètre est définie à partir de cette constante et de la norme internationale pour le temps.

En d'autres termes, c'est exact parce on a une définition de la seconde:

la durée de 9.192.631.770 périodes du rayonnement correspondant à la transition entre les deux niveaux hyperfins de l'état fondamental du césium 133 atome

et le mètre est la distance parcourue par la lumière en 1/299 792 458 $ de seconde.

Cela ne laisse aucune place à l'erreur dans la définition de la vitesse de la lumière.

non, vous vous mordez la queue. vous dites que le mètre est défini à partir de la vitesse de la lumière, alors la vitesse de la lumière est connue pour être [cette constante] * 1m / 1s. cette constante doit avoir été arrondie pour plus de commodité, et le compteur a été redéfini à partir de sa définition d'origine pour s'adapter à l'arrondi. à l'origine, c'était une fraction de l'arc terrestre, donc cela ne peut rien avoir à voir avec la vitesse de la lumière. Je doute que ce soit la définition de la seconde qui ait été arrondie pour s'adapter à cette constante. Mais cela ne répond pas au PO. l'OP parle d'incertitude, et la vitesse de la lumière, EST incertaine.
on dit que les mesures doivent être les mêmes quelle que soit la direction de la lumière par exemple, et quelle que soit la vitesse de la particule émettrice. mais les mesures sont bruyantes, et certaines expériences vont même jusqu'à mesurer des éléments statistiques sur ce bruit, comme la variance, selon des directions. et je me souviens avoir vu des résultats où 1 direction avait plus de variance. la conclusion étant que peut-être l'univers n'est pas isotrope. Je pense que c'est ce genre de discours auquel OP s'attend.
Benedikt Bauer
2014-01-09 15:54:15 UTC
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Comme vous pouvez le lire dans cet article de Wikipédia, il a été décidé récemment de baser toutes les unités SI sur sept constantes de la nature. Pour pouvoir le faire, ces constantes doivent être définies sur des valeurs absolues. Par conséquent, il a été décidé que ces constantes sont fixées sans marge d'erreur à leurs valeurs communément acceptées pour dériver toutes les autres unités SI de ces constantes désormais fondamentales.

Isidore Seville
2014-01-09 15:58:38 UTC
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Dans le système SI, un mètre est défini comme étant 1/299 792 458 lumière-seconde (en d'autres termes, la distance parcourue par la lumière dans le vide en 1/299 792 458 seconde), et la vitesse de la lumière dans le vide est donc défini à 299 792 458 m / s.

Canaliser Adrian Monk ici, mais pourquoi n'auraient-ils pas pu définir un mètre comme étant exactement 1/300 000 000 de seconde-lumière?
@Michael, Le mètre était _à l'origine_ défini comme 1/10 000 000 de la distance entre l'équateur et le pôle nord. La définition a changé en 1983.
@Michael Techniquement, ils (CGPM) peuvent. Mais le mètre est une unité largement utilisée et il est donc hautement souhaitable de rendre la nouvelle définition aussi proche que possible de la définition historique.
@Michael: Ce n'est qu'une coïncidence si le compteur est si proche de 1 / 300k lumière-s. La première proposition pour le mètre était la longueur du pendule nécessaire pour avoir une période de 2 secondes (pour faire une horloge qui peut tourner toutes les secondes). En raison des variations de gravité de la Terre, il a finalement été décidé de le faire en fonction de la circonférence de la Terre. C'est juste de la chance que ces trois définitions soient dans l'erreur d'arrondi l'une de l'autre.
Anixx
2014-01-15 11:01:23 UTC
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La vitesse de la lumière fluctue en effet dans le vide. Un seul photon peut se propager légèrement plus vite ou plus lentement que la lumière. Cela peut être interprété comme l'apparition de photons virtuels avant celui qui se propage et l'annihilation conséquente du premier avec l'un des apparus. Ce n'est que statistiquement que la vitesse de la lumière est constante.

Respectueusement en désaccord avec le fait que cette partie de la science marginale se rapporte à cette question.La vitesse de la lumière dans le vide provient directement de ce qu'on appelle le ** cône de lumière **, qui est un élément crucial de la structure de l'espace-temps.Bien qu'il * puisse y avoir * des hypothèses remettant en cause une sagesse établie, il serait imprudent et hors sujet de discuter de cette question dans le fil de discussion axé sur les unités de mesure.
@Incnis Mrsi qu'est-ce que vous appelez "la sagesse établie"?La sagesse établie est que dans la Récativité Spéciale, le transfert d'informations plus rapide que la lumière est impossible.Ici, il n'y a pas de transfert d'information plus rapide que la lumière, alors là où cela contredit la «sagesse établie»?
@Incnis Mrsi Je suis d'accord que le lien est faux, je l'ai supprimé.
Pas une question de papier concret, mais d'une idée que ** une chose, dont dépend une définition de l'espace-temps, peut fluctuer dans l'espace-temps **.Ī signifie, la sagesse que nous vivons dans une variété lorentzienne.En fait, je ne me considère pas * comme un bon paradigme pour la physique du 21e siècle, mais toute tentative * raisonnable * de le subvertir nécessite des spéculations théoriques qui dépassent certainement le cadre d'une petite discussion intéressante sur les unités de temps et de longueur.
L'espace-temps de @Incnis Mrsi dépend d'une certaine constante c, dans certaines circonstances les objets peuvent se déplacer plus vite que c, si cela ne rompt pas la causalité.Par exemple, le tunnel quantique est possible avec des vitesses plus rapides que c (encore une fois en raison de l'incertitude quantique).http://en.wikipedia.org/wiki/Faster-than-light#Faster_light_.28Casimir_vacuum_and_quantum_tunnelling.29
Je ne suis pas assez compétent pour discuter d’indice de réfraction inférieur à 1, mais il ne s’agit pas du vide.Un vide sans gravité est Poincaré-invariant (une sagesse établie), alors que toutes ces plaques et lacunes ont un référentiel préféré.
user2622016
2014-01-09 22:39:35 UTC
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La raison en est que les mesures de vitesse de la lumière sont devenues très, très précises. Bien plus que des mesures du diamètre de la Terre ou de tout objet physique comme une tige de 1 mètre. Il est donc préférable de se fixer sur une valeur fixe de mètres par seconde en c . Quelque chose doit être corrigé, que ce soit quelque chose que nous pouvons facilement mesurer dans n'importe quel laboratoire.

user12262
2015-07-23 02:00:45 UTC
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la définition d'une seconde n'aurait pas d'incertitude lorsqu'elle est liée à la transition de l'atome Cs,

La définition de l'unité SI " seconde "ne fait pas référence à n'importe quel échantillon donné d'atomes de Cs, et plus précisément, pas aux transitions entre les deux niveaux hyperfins de l'état fondamental de n'importe quel échantillon donné d'atomes de césium 133;
mais il se réfère à une idéalisation : un atome de césium au repos à une température de 0 K et exempt de toute perturbation .

Dans la mesure où cette idéalisation est définie sans ambiguïté, de sorte que pour des échantillons donnés d'atomes de césium 133, elle peut être mesurée sans ambiguïté par leur différence par rapport à l'idéalisation, l'unité SI " seconde " n'a pas incertitude.

Mais pourquoi la vitesse de la lumière n'a-t-elle pas d'incertitude?

Cela est dû à notre définition de (comment mesurer) " vitesse ";
et, en premier lieu, à notre définition de (comment mesurer) " distance " entre les participants ("extrémités") qui étaient et restaient au repos les uns par rapport aux autres, et (donc aussi) en raison de notre définition de (comment mesurer) si une paire donnée de les participants sont " au repos " les uns aux autres, ou non.

Plus précisément, dans le cadre de la relativité (restreinte) et donc de la physique contemporaine en général, nous définissons la distance entre deux participants appropriés (c'est-à-dire qui étaient et restaient au repos l'un par rapport à l'autre), disons $ A $ et $ B $, à travers la durée du ping entre eux, c'est-à-dire la durée de chaque participant depuis l'indication d'un signal jusqu'à l'indication de la réception du correspondant réflexion sur l'autre participant. (Par la définition de la façon de mesurer le repos mutuel, ces durées de ping mutuel, essai par essai, sont égales et constantes.)

La distance de $ A $ et $ B $ l'un par rapport à l'autre est alors exprimée comme $$ \ ell [~ A, B ~] = \ ell [~ B, A ~]: = \ frac {c} {2} ~ \ tau A [~ \ text {signal}, \ circledR B \ circledR \ text {signal} ~] = \ frac {c} {2} ~ \ tau B [~ \ text {signal}, \ circledR Un \ circledR \ text {signal} ~], $$

où "$ c $" est (juste) un symbole distinctif (pour distinguer les durées de ping entre une paire appropriée de participants d'autres durées) qui est (évidemment) pas zéro; et le facteur $ \ frac {1} {2} $ est inclus par convention.

De plus, en utilisant la définition de "vitesse moyenne d'un trajet de $ A $ à $ B $" comme rapport entre "distance entre départ et arrivée" et "durée du parcours ayant été occupé",
la vitesse avant du signal (moyenne) d'un signal échangé entre $ A $ et $ B $ est évaluée comme rapport entre $ \ ell [~ A, B ~] $ et la moitié de la durée du ping entre $ A $ et $ B $; explicite donc:

$$ \ ell [~ A, B ~] ~ / ~ \ frac {\ tau A [~ \ text {signal}, \ circledR B \ circledR \ text {signal} ~] } {2} = $$ $$ \ frac {c} {2} ~ \ tau A [~ \ text {signal}, \ circledR B \ circledR \ text {signal} ~] ~ / ~ \ frac {\ tau A [~ \ text {signal}, \ circledR B \ circledR \ text {signal} ~]} {2} = c. $$

Donc le symbole "$ c $" qui avait été formellement introduit dans la définition de la distance est (par la suite) identifiée comme la valeur de la vitesse frontale (moyenne) du signal (ou colloqialement: la "vitesse de la lumière dans le vide").

La vitesse de la lumière n'est-elle pas quelque chose qui est mesuré physiquement?

Non: il n'y a rien de vraiment à mesurer; le résultat est nécessairement "$ c $", comme esquissé ci-dessus; clairement et sans aucune incertitude. (Par conséquent, "$ c $" se prête également comme une "unité de vitesse naturelle et évidente". Mais, bien sûr, les valeurs de vitesse sont indépendantes de tout choix particulier d'unités dans lesquelles elles sont exprimées.

Ce qui peut et doit être mesuré, essai par essai, est plutôt primordial: si deux «fins» particulières à l'étude étaient et sont restées effectivement au repos l'une par rapport à l'autre (ou à quantifier pour autant qu'elles ne l'étaient pas).

Guill
2014-01-15 06:25:37 UTC
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Pour répondre à cette question, il faut se rendre compte que le terme «vitesse de la lumière» a deux composantes. Il y a la vitesse physique réelle de la lumière (rayonnement électromagnétique) et la valeur qui lui est associée.

Il devrait être évident que le valeur n'est pas une constante car elle dépend du système d'unités utilisé. Elle est de 186 000 miles par seconde dans un système, 299 792 458 m / s dans un autre système, etc. Si on redéfinit la longueur et / ou le temps, on obtient des valeurs différentes.

Cependant, comme la vitesse réelle de la lumière ne dépend que des propriétés du support à travers lequel elle se propage, la vitesse de la lumière est "constante" (ou absolue) dans un milieu homogène.

Guill: "_ [...] la ** valeur ** n'est pas une constante car elle dépend du système d'unités utilisé._" - Cette déclaration semble incompatible avec l'usage courant de cette terminologie, par ex. "[pour obtenir la même valeur physique exprimée en termes d'une unité différente] (http://en.wikipedia.org/wiki/Units_of_measurement#Expressing_a_physical_value_in_terms_of_another_unit)" ou "[la valeur d'une quantité physique Z est exprimée comme le produit de une unité ... et un facteur numérique] (http://en.wikipedia.org/wiki/Units_of_measurement#Units_as_dimensions) ". Peut-être manquez-vous simplement la notion de «facteur numérique».


Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 3.0 sous laquelle il est distribué.
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