Физики изучили замедление света вокруг Усейна Болта

Британские ученые выяснили, как сильно свет замедляет свой бег в окрестностях Усейна Болта, когда тот начинает свой разбег и достигает рекордно высоких скоростей, позволяющих ему постоянно побеждать на Олимпиадах. 

Один и тот же объект, который движется в нашу сторону или от нас с достаточно высокой скоростью, покажется нам окрашенным в разные цвета благодаря эффекту сжатия и растягивания волн, открытым в 1842 году австрийским физиком Христианом Допплером. Из-за этого эффекта, так  называемого допплеровского смещения, звезды и объекты, которые движутся в нашу сторону, кажутся нам более синими, а удаляющиеся от нас галактики и светила – более красными. Этот же самый эффект влияет и на другие виды колебаний, в том числе звук, рентген или ультрафиолет.

Бенджамин Гриффитс (Benjamin Griffiths) из Лестерского университета (Великобритания) и его коллеги заинтересовались, может ли Усейн Болт, самый быстрый человек на Земле, разогнаться до таких скоростей, при которых его знаменитая желтая майка поменяла бы свой цвет и стала бы более "синей" при его движении в сторону камеры, и более "красной" – при движении от нее.

Для проведения подобных расчетов ученые взяли данные об ускорении и скорости движения Болта, записанные Международной ассоциацией федераций атлетики во время забегов на одной из последних летних олимпиад. Чтобы сделать расчеты более простыми, Гриффитс и его коллеги вычисляли значения красного и синего смещения ямайского спортсмена для каждых 20 метров, которые пролетал Болт во время пробежки по 100-метровой дистанции.

Это было важно по той причине, что Болт постоянно ускорялся и проходил каждый такой сегмент с все более высокой скоростью – на первые 20 метров он потратил около 2,8 секунд, а последние пробежал всего за 1,61-1,66 секунды, достигнув скорости в 43 километра в час.

Подобная скорость, по расчетам авторов статьи, соответствует допплеровскому смещению в 24 фемтометра (десять в минус пятнадцатой степени метра). Для сравнения, типичная длина волны для лучей желтого света составляет 580 нанометров, что примерно в 25 миллионов раз больше, чем подобное красное или синее смещение.

Как отмечают ученые, человеческий глаз может видеть сдвиги волн в ту или иную сторону примерно на один нанометр, и значение в 24 фемтометра оказывается примерно в 40 тысяч раз меньше этого показателя. Поэтому можно говорить, что зрители и судьи вряд ли могут заметить изменения в цвете майки Болта, хотя высокочувствительные фотодетекторы, вероятно, могут заметить эти сдвиги.

Для того, чтобы это все же произошло, Болту пришлось бы разогнаться до фантастической скорости в 1,86 миллиона километров в час.  С примерно такой же скоростью движется солнечный ветер, что недостижимо даже для самых быстрых космических кораблей и других рукотворных объектов.

Факультет физики и астрономии университета Лестера (Великобритания) ежегодно публикует научный журнал Physics Special Topics, авторами и редакторами которого становятся четверокурсники факультета. Все статьи, направляемые в журнал, проходят обязательное рецензирование, а участие в его работе оценивается преподавателями и необходимо для получения диплома.

При этом начинающих британских ученых интересует необычный круг тем. Например, в 2013 году они выяснили, можно ли отапливать помещение теплом, вырабатываемым членами британского парламента в ходе напряженных дискуссий, а также доказали, что Джеку Воробью и Уиллу Тернеру, персонажам "Пиратов Карибского моря", которые в фильме идут под водой, дыша воздухом под перевернутой лодкой, кислорода хватило бы на целых три часа.  В прошлом году их интересовали свойства джедайских мечей, возможность сбития астероида, погубившего динозавров, лазером, и ряд других фантастических сценариев.