Видим ли мы все с опозданием?

Если вы имеете в виду «видим ли мы вещи в замедленной съемке», ответ «нет». Мы видим вещи с небольшой задержкой, но с той же скоростью, как если бы среда была вакуумом.

Самый простой способ увидеть это — подумать о том, что произойдет со временем. Давайте предположим, что мы смотрим на часы, и свет от часов доходит до нас медленно — скажем, это занимает на секунду больше времени, чем в вакууме. Затем, когда секундная стрелка достигает «1 секунды после часа», я вижу ее в верхней части часа. Но через секунду до меня должна дойти информация «сейчас на секунду позже». В противном случае вся эта информация будет накапливаться между часами и мной — и человек, который просто войдет в комнату, либо увидит время, отличное от того, которое вижу я (они видят задержку в одну секунду), либо для него ситуация будет такой: иначе, чем это было для меня, когда я вошел в комнату. Ни одна из этих вещей не имеет смысла.

Итак - постоянная задержка из-за лишнего времени прохождения сигнала; но кроме этого, никакой разницы в скорости, с которой разворачиваются наблюдаемые события.

Как указал @hobbs, реальная разница в скорости света в вакууме и в воздухе крошечная. При показателе преломления воздуха в STP около 1,0003 разница не является чем-то, что вы обычно замечаете. Свет проходит 1 метр примерно за 3 наносекунды; в этой шкале дополнительные 0,03% добавляют около 1 пикосекунды.

Задержка есть, но в замедленной съемке чего-то не видно.

Допустим, между$t_0$а также$t_1$. Если среда между вами (наблюдателем) и событием — воздух, свет действительно дойдет до вас с задержкой. Вы увидите начало события в$t_0+ \Delta t_{air}$и заканчивается в$t_1+ \Delta t_{air}$. Таким образом, временные рамки события не растягиваются, а просто равномерно затягиваются.

Если между событием и наблюдателем вакуум, то также есть равномерная задержка. Наблюдатель видит, что событие начинается в$t_0+ \Delta t_{vacuum}$и заканчиваться на$t_1+ \Delta t_{vacuum}$.

Поскольку свет в вакууме распространяется быстрее, чем в воздухе:

Таким образом, вы видите событие немного раньше в вакууме, чем в воздухе, но событие длится одинаковое количество времени в обоих случаях.

Теперь, когда вы видите что-то в замедленном (или ускоренном) движении?

Давайте воспользуемся тем же событием в воздухе, но немного изменим ситуацию. Мероприятие начинается в$t_0$на расстоянии$d_0$от наблюдателя. Мероприятие заканчивается в$t_1$На расстоянии$d_1$от наблюдателя.

Если$d_0 \lt d_1$начало события наблюдатель видит в$t_0 + \Delta t_{air}$, здесь ничего не меняется. Но для окончания мероприятия необходимо учитывать дополнительный срок. Потому что свет должен путешествовать на большее расстояние$(\Delta d$), окончание события наблюдается в$t_1 + \Delta t_{air} + \Delta t_d$. Это означает, что событие наблюдается позже, но также растянуты временные рамки события. Вы видите событие в замедленной съемке.

Если$d_0 \gt d_1$. Способ мышления тот же, за исключением$\Delta t_d$будет отрицательным. Это означает, что вы снова видите событие с той же задержкой, но вы видите, что оно ускоряется, потому что свет$t_1$необходимо пройти меньшее расстояние.

Мы никогда ничего не видим в реальном времени, если ты это имеешь в виду. Наиболее распространенным примером в повседневной жизни является солнце, которое мы видим таким, каким оно действительно «появилось» восемь минут назад. Даже лунный свет доходит до нас чуть больше секунды. И когда вы читаете об открытии сверхновых, наши телескопы становятся свидетелями этих событий спустя миллионы или даже миллиарды лет после того, как они действительно произошли.

Но задержка для объектов рядом с нами (скажем, автомобиля через улицу) ничтожно мала до такой степени, что не имеет значения; любая задержка, добавленная земной атмосферой, замедляющей свет от этой машины, еще более незначительна и, во всех смыслах и целях, может также не существовать. Возникающая в результате иллюзия того, что мы видим вещи в реальном времени, может сделать совершенно неинтуитивным размышление о временных задержках в астрономическом масштабе.

Гораздо более очевидный пример временных задержек восприятия связан со звуком; всегда весело пытаться объяснить отродью демона в первый раз, что молния и гром на самом деле «произошли» в одно и то же время.

Скорость света в любой среде определяется отношением скорости света в вакууме к относительному показателю преломления данного материала. Теперь относительный показатель преломления вакуума, очевидно, равен единице. И относительный показатель преломления воздуха составляет 1,0003 при СТП, а значение C или скорость света в вакууме составляет приблизительно 300000000 м/с, поэтому разница между скоростью света в вакууме в воздухе и в вакууме = 89973,0080976 м/с. , поэтому существует довольно большая разница в скорости света в воздухе и в вакууме. Но эта разница не приносит большой разницы при наблюдениях на коротких расстояниях, поэтому в случае наблюдений в нашей повседневной жизни это не повод для беспокойства, но для наблюдений на больших расстояниях это может вызвать проблему.

Я думаю, что лучшая метафора здесь — думать об этом так: мы видим все на пленке с задержкой.

Например, когда они транслируют спортивное мероприятие, они могут задержать трансляцию на 15 секунд, чтобы иметь возможность перейти к рекламе, если произойдет что-то незаконное для трансляции. Или в случае с Олимпиадой, может быть, задерживают даже на какое-то количество часов, чтобы показать в более удобное для зрителя время.

Это означает, что вы видите вещи (на пленке с задержкой), которые произошли некоторое время назад, верно? Но вы по-прежнему видите, как они происходят с той же скоростью, что и изначально; футболист по-прежнему бежит с той же кажущейся скоростью, по мячу по-прежнему бьют с той же силой и кажущейся скоростью. Ничего из этого не меняется. Единственная разница в том, что это произошло за пятнадцать секунд до того, как вы это увидели.

Единственная причина, по которой это было бы неправдой, заключается в том, что часть света, который вы видите, должна проходить через воздушную среду, а часть света не должна проходить через воздушную среду. Тогда ваше зрение будет искажено (только очень-очень незначительно, но все же). Это было бы похоже на видение под водой (или видение вещей, которые находятся под водой) - вода немного искажает свет, не только замедляет его, но и немного рассеивает, иначе, чем воздух; таким образом, у вас есть видимая разница. Но поскольку все, что мы «видим», проходит через один и тот же воздух (если только вы не смотрите на что-то через космический телескоп, я полагаю?), видимых искажений нет, поскольку все замедляется с одинаковой скоростью.

Свет проходит примерно один фут за наносекунду. Одна наносекунда — это период вибрации чего-либо на частоте 1 ГГц. Если вы находитесь в обычной комнате в доме или офисном здании, вы смотрите на вещи, возможно, в десяти, двадцати или тридцати футах от вас. То, что вы видите, это то, как все было 10, 20 или 30 наносекунд назад. Для повседневных вещей в жизни типичного человека это настолько мало, что едва ли имеет значение. Интересуют только физики и радиоинженеры.

А задержка из-за эфира? Вакуум по определению является «средой» с показателем преломления 1,00000, в то время как воздух на поверхности Земли при комфортной температуре и нормальном давлении и плотности, также известный как «STP», имеет показатель преломления около 1,00029 для видимого света.

Из времени прохождения или 10, 20 или 30 наносекунд замедление, вызванное светом, составляет долю 0,00029 от того, что составляет 0,0029, 0,0058 или 0,0087 наносекунд.

Как насчет того, когда вы находитесь на улице и смотрите на горы в десяти милях или около того? Обычная скорость света означает задержку около 52000 наносекунд или 52 микросекунды. Эффект воздуха, по сравнению с вакуумом, составляет 0,00029 от этого, около 15 наносекунд.

Точный показатель преломления воздуха зависит от температуры, плотности и влажности. В NIST есть страница с подробным описанием этого варианта .

Следует отметить, что это всего лишь временная задержка. Любое повторяющееся действие будет происходить с одинаковой скоростью. Если индикатор мигает каждые 1 000 000 000 секунд, вы увидите, что каждое мигание происходит через несколько наносекунд, но все равно происходит каждые 1 000 000 000 секунд.

Когда вы смотрите на Луну, Юпитер, звезды или что-то еще за пределами земной атмосферы, вы в основном смотрите через вакуум, но между вами на земле и пустым космосом есть несколько миль воздуха. Наша атмосфера постепенно сужается. Если вы опустите весь разреженный воздух в верхних краях и уплотните его так, чтобы он был на STP, я думаю, что его толщина составит от 10 до 15 миль. Ну, это примерно то же самое, что и пример с горами, который я только что привел. Таким образом, вы бы увидели, как сверхновая взорвется примерно на 15-20 наносекунд позже из-за атмосферы Земли, по сравнению с тем, если бы там не было воздуха.

Забавный факт: радиоастрономы могут измерить задержку микроволновых сигналов от пульсаров из-за межзвездной среды. Эту среду большинство нормальных людей называют «вакуумом», но это не совсем вакуум. Показатель преломления крошечный и сильно зависит от частоты. Измерение этого изменения говорит астрофизикам кое-что о нескольких нейтральных атомах, молекулах H2 и свободных электронах и протонах, дрейфующих между звездами. В основном это молекулы водорода, примерно один миллион на кубический сантиметр.