Микромир. Концепция современной физики

Микромир – часть мира, объекты которого составляют материальный мир на самом низшем уровне. Характеризуется  очень маленькими расстояниями от 10-8 до 10-16 м., маленькой массой, меньше 10-10 кг. и небольшим временем жизни до 10-24 с. Это мир молекул, атомов, ядер и элементарных частиц.

Основными объектами микромира  являются:

• Элементарные частицы
• Атом
• Ядро атома
• Молекулы

Явления микромира описываются  законами квантовой механики.

Элементарные  частицы – это объекты микромира, которые невозможно расщепить на составные части. В более широком понимании этого слова, элементарные частицы - это неделимые частицы материи, не являющиеся атомами или ядрами атомов (исключение протон). По этой причине иногда такие частицы называют субъядерными.

Несмотря на свою неделимость, некоторые частицы (протон, нейтрон) имеют сложную внутреннюю структуру  и в классификации получили название «Составные частицы». Другие частицы,  такие как, например электрон, фотон или  кварки, считаются бесструктурными и получили название «Фундаментальные частицы». Всего открыто более 350 частиц.

Взаимодействие элементарных частиц (кроме гравитационного) описывается теоретической конструкцией получившей название «стандартная модель».  Согласно этой теории всё вещество состоит из 24 фундаментальных частиц. Кроме этого существуют и другие альтернативные теории, например «Теория струн».

Атом – это объект микромира, представляющий собой наименьшую частицу химического элемента, сохраняющую его свойства.  Атомы состоят из элементарных частиц и имеют сложную внутреннюю структуру. В центре атома находится положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена  почти вся масса. Вокруг ядра движутся отрицательно заряженные электроны, которые образуют электронные  оболочки. Это электронное облако не имеет четко определённых границ, поэтому размеры атома чисто условны и равны примерно 10-8см.

Ядро атома – это центральная часть атома, в которой сосредоточена основная его масса (99,9%). Состоит из положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов, связанных между собой силами ядерного взаимодействия. Протон и нейтрон в ядре принято называть нуклоном.

Размеры атомного ядра равны  примерно  10^-12  -  10^-13 см. Масса примерно в 4 х 10³ раз больше массы всех электронов, входящих состав атома, и не равна сумме масс протонов и нейтронов ядра («дефект масс»). Плотность  ядерного вещества значительно больше, чем у обычных веществ и составляет примерно 10¹⁴ г/см3. Атомные ядра изучает ядерная физика.

Вакуум (физический)

Вакуум физический, среда, в которой нет частиц вещества или поля. В технике В. называют среду, в которой содержится "очень мало" частиц; чем меньше частиц находится в единице объёма такой среды, тем более высок В. Однако полный В. — среда, в которой совсем нет частиц, вовсе не есть лишённое всяких свойств "ничто". Отсутствие частиц в физической системе не означает, что она "абсолютно пуста" и в ней ничего не происходит.

Современное понятие В. оформилось в рамках квантовой теории поля. В микромире, который описывается квантовой теорией, имеет местокорпускулярно-волновой дуализм: любые частицы (молекулы, атомы, элементарные частицы) обладают некоторыми волновыми свойствами и любым волнам присущи некоторые свойства частиц (корпускул). В квантовой теории поля все частицы, в том числе и "корпускулы" световых волн, фотоны, выступают на одинаковых основаниях — как кванты соответствующих им физических полей: фотон — квант электромагнитного поля; электрон и позитрон — кванты электронно-позитронного поля; мезоны — кванты мезонного, или ядерного, поля и т.д. С каждым квантом связаны присущие частицам физические величины: масса, энергия, количество движения (импульс), электрический заряд, спин и др. Состояние системы и её физические характеристики полностью определяются числом составляющих её частиц — квантов — и их индивидуальными состояниями. В частности, у любой квантовой системы имеется вакуумное состояние, в котором она вовсе не содержит частиц (квантов). В таком состоянии энергия системы принимает наименьшее из возможных значений, а её заряд, спин и прочие характеризующие систему квантовые числа равны нулю. Эти факты интуитивно понятны: поскольку в вакуумном состоянии нет материальных носителей физических свойств, то, казалось бы, для такого состояния значения всех физических величин должны равняться нулю. Но в квантовой теории действует принцип неопределённостей (см. Неопределённостей соотношение), согласно которому только часть относящихся к системе физических величин может иметь одновременно точные значения; остальные величины оказываются неопределёнными. (Так, точное задание импульса частицы влечёт за собой полную неопределённость её координаты.) Поэтому во всякой квантовой системе не могут одновременно точно равняться нулю все физические величины.

К величинам, которые не могут  быть одновременно точно заданы, относятся, например, число фотонов и напряжённость  электрического (или магнитного) поля: строгая фиксация числа фотонов  приводит к разбросу (флуктуациям) в  величине напряжённости электрического поля относительно некоторого среднего значения (и наоборот). Если число фотонов в системе в точности равно нулю (вакуумное состояние электромагнитного поля), то напряжённость электрического поля не имеет определённого значения: поле всё время будет испытывать флуктуации, хотя среднее (наблюдаемое) значение напряжённости будет равно нулю. Таким флуктуациям подвержены и все другие физические поля — электронно-позитронное, мезонное и т.д.

В квантовой теории поля флуктуации интерпретируются как рождение и уничтожение виртуальных частиц (то есть частиц, которые непрерывно рождаются и сразу же уничтожаются), или виртуальных квантов данного поля. Наличие флуктуаций не сказывается на значениях полного электрического заряда, спина и др. характеристик системы, которые, как уже говорилось, равны нулю в состоянии В. Однако виртуальные частицы точно так же участвуют во взаимодействиях, как и реальные. Например, виртуальный фотон способен породить виртуальную пару электрон-позитрон, аналогично рождению реальным фотоном реальной электрон-позитронной пары (см.Аннигиляция и рождение пар). Благодаря флуктуациям В. приобретает особые свойства, проявляющиеся в наблюдаемых эффектах, и, следовательно, состояние В. обладает всеми правами "настоящих" физических состояний.

Рассмотрим систему, состоящую  только из одного реального электрона. Реальных фотонов в такой системе  нет, но флуктуации фотонного В. (этот термин и означает отсутствие реальных фотонов) приводят к возникновению "облака" виртуальных фотонов  возле этого электрона, а вслед  за ними — виртуальных пар электрон-позитрон. Такие пары проявляют себя подобно  связанным зарядам в диэлектрике: под действием кулоновского поля реального электрона они поляризуются и экранируют (то есть эффективно уменьшают) заряд электрона. По аналогии с диэлектриком, эффект экранирования заряда виртуальными частицами называется поляризацией вакуума.

В результате поляризации В электрическое поле заряженной частицы на малых расстояниях от неё слегка отличается от кулоновского. Из-за этого, например, смещаются энергетические уровни ближайших к ядру электронов в атоме (см. Сдвиг уровней). Поляризация В. влияет и на поведение заряженных частиц в магнитном поле. Характеризующий это поведение магнитный момент частицы в итоге отличается от своего "нормального" значения, определяемого массой и спином частицы (см. Магнетон). Поправки как к уровням энергии, так и к магнитному моменту, составляют доли процента, и теоретически вычисленные значения с очень высокой точностью согласуются с измеренными на опыте.

Квантово-механическая концепция описания микромира

При переходе к исследованию микромира обнаружилось, что физическая реальность едина и нет пропасти между веществом и полем.

Изучая микрочастицы, ученые столкнулись с парадоксальной с  точки зрения классической науки  ситуацией: одни и те же объекты обнаруживали как волновые, так и корпускулярные свойства.

Первый шаг в этом направлении  был сделан немецким физиком М. Планком. Как известно, в конце XIX в. в физике возникла трудность, которая получила название «ультрафиолетовой катастрофы». В соответствии с расчетами по формуле классической электродинамики интенсивность теплового излучения абсолютно черного тела должна была неограниченно возрастать, что явно противоречило опыту. В процессе работы по исследованию теплового излучения, которую М. Планк назвал самой тяжелой в своей жизни, он пришел к ошеломляющему выводу о том, что в процессах излучения энергия может быть отдана или поглощена не непрерывно и не в любых количествах, а лишь в известных неделимых порциях - квантах. Энергия квантов определяется через число колебаний соответствующего вида излучения и универсальную естественную константу, которую М. Планк ввел в науку под символом h :

Е= h у.

Если введение кванта еще  не создало настоящей квантовой  теории, как неоднократно подчеркивал  М. Планк, то все же 14 декабря 1900 г., в  день опубликования формулы, был  заложен ее фундамент. Поэтому в  истории физики этот день считается  днем рождения квантовой физики. А  поскольку понятие элементарного  кванта действия служило в дальнейшем основой для понимания всех свойств  атомной оболочки и атомного ядра, то 14 декабря 1900 г. следует рассматривать  и как день рождения всей атомной  физики и начало новой эры естествознания.

Первым физиком, который  восторженно принял открытие элементарного  кванта действия и творчески развил его, был А. Эйнштейн. В 1905 г. он перенес  гениальную идею квантованного поглощения и отдачи энергии при тепловом излучении на излучение вообще и  таким образом обосновал новое  учение о свете.

Представление о свете  как о потоке быстро движущихся квантов  было чрезвычайно смелым, почти дерзким, в правильность которого вначале  поверили немногие. Прежде всего, с  расширением квантовой гипотезы до квантовой теории света был  не согласен сам М. Планк, относивший свою квантовую формулу только к  рассматриваемым им законам теплового  излучения черного тела.

А. Эйнштейн предположил, что  речь идет о естественной закономерности всеобщего характера. Не оглядываясь  на господствующие в оптике взгляды, он применил гипотезу Планка к свету  и пришел к выводу, что следует  признать корпускулярную структуру  света.

Квантовая теория света, или  фотонная теория А. Эйнштейна, утверждала, что свет есть постоянно распространяющееся в мировом пространстве волновое явление. И вместе с тем световая энергия, чтобы быть физически действенной, концентрируется лишь в определенных местах, поэтому свет имеет прерывную  структуру. Свет может рассматриваться  как поток неделимых энергетических зерен, световых квантов, или фотонов. Их энергия определяется элементарным квантом действия Планка и соответствующим числом колебаний. Свет различной окраски состоит из световых квантов различной энергии.

Эйнштейновское представление  о световых квантах помогло понять и наглядно представить явление  фотоэлектрического эффекта, суть которого заключается в выбивании электронов из вещества под действием электромагнитных волн. Эксперименты показали, что наличие  или отсутствие фотоэффекта определяется не интенсивностью падающей волны, а  ее частотой. Если предположить, что  каждый электрон вырывается одним фотоном, то становится ясно следующее: эффект возникает лишь в том случае, если энергия фотона, а следовательно, и его частота, достаточно велика для преодоления сил связи  электрона с веществом.

Правильность такого толкования фотоэлектрического эффекта (за эту  работу Эйнштейн в 1922 г. получил Нобелевскую  премию по физике) через 10 лет получила подтверждение в экспериментах  американского физика Р.Э. Милликена. Открытое в 1923 г. американским физиком А.Х. Комптоном явление (эффект Комптона), которое отмечается при воздействии очень жесткими рентгеновскими лучами на атомы со свободными электронами, вновь и уже окончательно подтвердило квантовую теорию света. Эта теория относится к наиболее подтвержденным экспериментально физическим теориям. Но волновая природа света была уже твердо установлена опытами по интерференции и дифракции.

Возникла парадоксальная ситуация: обнаружилось, что свет ведет  себя не только как волна, но и как  поток корпускул. В опытах по дифракции  и интерференции проявляются  его волновые свойства, а при фотоэффекте - корпускулярные. При этом фотон  оказался корпускулой совершенно особого  рода. Основная характеристика его  дискретности - присущая ему порция энергии -- вычислялась через чисто  волновую характеристику - частоту  у (Е= Ну).

Как и все великие естественнонаучные открытия, новое учение о свете  имело фундаментальное теоретико-познавательное значение. Старое положение о непрерывности  природных процессов, которое было основательно поколеблено М. Планком, Эйнштейн исключил из гораздо более  обширной области физических явлений.

Развивая представления  М. Планка и А. Эйнштейна, французский  физик Луи де Брошь в 1924 г.выдвинул идею о волновых свойствах материи. В своей работе «Свет и материя» он писал о необходимости использовать волновые и корпускулярные представления не только в соответствии с учением А. Эйнштейна в теории света, но также и в теории материи.

Л. де Бройль утверждал, что  волновые свойства, наряду с корпускулярными, присущи всем видам материи: электронам, протонам, атомам, молекулам и даже макроскопическим телам.

Согласно де Бройлю, любому телу с массой т, движущемуся со скоростью V, соответствует волна:

Фактически аналогичная  формула была известна раньше, но только применительно к квантам света - фотонам.

В 1926 г. австрийский физик  Э. Шредингер нашел математическое уравнение, определяющее поведение  волн материи, так называемое уравнение  Шредингера. Английский физик П. Дирак  обобщил его.

Смелая мысль Л. де Бройля о всеобщем «дуализме» частицы и  волны позволила построить теорию, с помощью которой можно было охватить свойства материи и света  в их единстве. Кванты света становились  при этом особым моментом всеобщего  строения микромира.

Волны материи, которые первоначально  представлялись как наглядно-реальные волновые процессы по типу волн акустики, приняли абстрактно-математический облик и получили благодаря немецкому  физику М. Борну символическое значение как «волны вероятности».

Однако гипотеза де Бройля нуждалась в опытном подтверждении. Наиболее убедительным свидетельством существования волновых свойств  материи стало обнаружение в 1927 г. дифракции электронов американскими  физиками К. Дэвиссоном и Л. Джермером. В дальнейшем были выполнены опыты по обнаружению дифракции нейтронов, атомов и даже молекул. Во всех случаях результаты полностью подтверждали гипотезу де Бройля. Еще более важным было открытие новых элементарных частиц, предсказанных на основе системы формул развитой волновой механики.

Признание корпускулярно-волнового  дуализма в современной физике стало  всеобщим. Любой материальный объект характеризуется наличием как корпускулярных, так и волновых свойств.

Тот факт, что один и тот  же объект проявляется и как частица  и как волна, разрушал традиционные представления.

Форма частицы подразумевает  сущность, заключенную в малом  объеме или в конечной области  пространства, тогда как волна  распространяется по его огромным областям. В квантовой физике эти два  описания реальности являются взаимоисключающими, но равно необходимыми для того, чтобы полностью описать рассматриваемые  явления.

Окончательное формирование квантовой механики как последовательной теории произошло благодаря работам  немецкого физика В. Гейзенберга, установившего  принцип неопределенности? и датского физика Н. Бора, сформулировавшего принцип  дополнительности, на основании которых описывается поведение микрообъектов.

Суть соотношения неопределенностей  В. Гейзенберга заключается в  следующем. Допустим, ставится задача определить состояние движущейся частицы. Если бы можно было воспользоваться  законами классической механики, то ситуация была бы простой: следовало лишь определить координаты частицы и ее импульс (количество движения). Но законы классической механики для микрочастиц применяться  не могут: невозможно не только практически, но и вообще с одинаковой точностью  установить место и величину движения микрочастицы. Только одно из этих двух свойств можно определить точно. В своей книге «Физика атомного ядра» В. Гейзенберг раскрывает содержание соотношения неопределенностей. Он пишет, что никогда нельзя одновременно точно знать оба параметра - координату и скорость. Никогда нельзя одновременно знать, где находится частица, как быстро и в каком направлении она движется. Если ставится эксперимент, который точно показывает, где частица находится в данный момент, то движение нарушается в такой степени, что частицу после этого невозможно найти. И, наоборот, при точном измерении скорости нельзя определить место расположения частицы.

С точки зрения классической механики, соотношение неопределенностей  представляется абсурдом. Чтобы лучше  оценить создавшееся положение, нужно иметь в виду, что мы, люди, живем в макромире и в  принципе не можем построить наглядную  модель, которая была бы адекватна  микромиру. Соотношение неопределенностей  есть выражение невозможности наблюдать  микромир, не нарушая его. Любая попытка дать четкую картину микрофизических процессов должна опираться либо на корпускулярное, либо на волновое толкование. При корпускулярном описании измерение проводится для того, чтобы получить точное значение энергии и величины движения микрочастицы, например, при рассеивании электронов. При экспериментах, направленных на точное определение места, напротив, используется волновое объяснение, в частности, при прохождении электронов через тонкие пластинки или при наблюдении отклонения лучей.

Существование элементарного  кванта действия служит препятствием для установления одновременно и  с одинаковой точностью величин  «канонически связанных», т.е. положения  и величины движения частицы.

Корпускулярно-волновой дуализм и принцип неопределённости

Фотону свойственен корпускулярно-волновой дуализм. С одной стороны, фотон демонстрирует свойства электромагнитной волны в явлениях дифракции и интерференции в том случае, если характерные размеры препятствий сравнимы с длиной волны фотона. Например, последовательность одиночных фотонов с частотой  , проходящих через двойную щель, создают на экране интерференционную картину, которую можно описать уравнениями Максвелла.^[57] Тем не менее, эксперименты показывают, что фотоны излучаются и поглощаются целиком объектами, которые имеют размеры, много меньшие длины волны фотона (например, атомами), или вообще в некотором приближении могут считаться точечными (так же как, например,электроны). Таким образом, фотоны в процессах излучения и поглощения ведут себя как точечноподобные частицы. В то же время, это описание не является достаточным; представление о фотоне как о точечной частице, чья траектория вероятностно задана электромагнитным полем, опровергается корреляционными экспериментами с запутанными состояниями фотонов, описанными выше (см. также Парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена). Также невозможно ввести понятие тока фотонов, для которого выполнялось бы уравнение непрерывности для плотности числа фотонов.^[58]

Мысленный экспериментГейзенберга по определению местонахождения электрона(закрашен синим) с помощью гамма-лучевого микроскопа высокого разрешения. Падающие гамма-лучи (показаны зелёным) рассеиваются на электроне и попадают в апертурный угол микроскопа θ. Рассеянные гамма-лучи показаны на рисунке красным цветом.Классическая оптика показывает, что положение электрона может быть определено только с точностью до определённого значения Δx, которое зависит от угла θ и от длины волны λ падающих лучей.

Ключевым элементом квантовой механики является принцип неопределённости Гейзенберга, который запрещает одновременное точное определение пространственной координаты частицы и её импульса по этой координате.^[59]

Важно отметить, что квантование  света и зависимость энергии  и импульса от частоты необходима для выполнения принципа неопределённости, применённого к заряженной массивной  частице. Иллюстрацией этого может  служить знаменитый мысленный эксперимент с идеальным микроскопом, определяющим координату электрона путём облучения его светом и регистрации рассеянного света (гамма-микроскоп Гейзенберга). Положение электрона может быть определено с точностью  , равной разрешающей способности микроскопа. Исходя из представлений классической оптики:

где   — апертурный угол микроскопа. Таким образом, неопределённость координаты  можно сделать сколь угодно малой, уменьшая длину волны   падающих лучей. Однако после рассеяния электрон приобретает некоторый дополнительный импульс, неопределённость которого равна  . Если бы падающее излучение не было квантованным, эту неопределённость можно было бы сделать сколь угодно малой, уменьшая интенсивность излучения. Длину волны и интенсивность падающего света можно менять независимо друг от друга. В результате при отсутствии квантования света стало бы возможным одновременно определить с высокой точностью положение электрона в пространстве и его импульс, что противоречит принципу неопределённости.

Напротив, формула Эйнштейна для импульса фотона полностью удовлетворяет требованиям принципа неопределённости. С учётом того, что фотон может быть рассеян в любом направлении в пределах угла  , неопределённость переданного электрону импульса равняется:

После умножения первого  выражения на второе получается соотношение неопределённостей Гейзенберга:  . Таким образом, весь мир квантован: если вещество подчиняется законам квантовой механики, то и поле должно им подчиняться, и наоборот^[60].

Аналогично, принцип неопределённости для фотонов запрещает одновременное  точное измерение числа   фотонов (см.фоковское состояние и раздел вторичное квантование ниже) в электромагнитной волне и фазы   этой волны (см. когерентное состояние и сжатое когерентное состояние):

И фотоны, и частицы вещества (электроны, нуклоны, ядра, атомы и т. д.), обладающие массой покоя, при прохождении через две близко расположенные узкие щели дают похожие интерференционные картины. Для фотонов это явление можно описать с использованием уравнений Максвелла, для массивных частиц используют уравнение Шрёдингера. Можно было бы предположить, что уравнения Максвелла — упрощённый вариант уравнения Шрёдингера для фотонов. Однако с этим не согласны большинство физиков^[61][62]. С одной стороны, эти уравнения отличаются друг от друга математически: в отличие от уравнений Максвелла (описывающих поля — действительные функции координат и времени), уравнение Шрёдингера комплексное (его решением является поле, представляющее собой, вообще говоря, комплексную функцию). С другой стороны, понятие вероятностной волновой функции, которая явным образом входит в уравнение Шрёдингера, не может быть применено по отношению к фотону.^[63] Фотон — безмассовая частица, поэтому он не может быть локализован в пространстве без уничтожения. Формально говоря, фотон не может иметь координатное собственное состояние   и, таким образом, обычный принцип неопределённости Гейзенберга в виде   к нему неприменим.^[64] Были предложены изменённые варианты волновой функции для фотонов^{[65][66][67][68]}, но они не стали общепринятыми. Вместо этого в физике используется теория вторичного квантования (квантовая электродинамика), в которой фотоны рассматриваются как квантованные возбуждения электромагнитных мод.

Специальная теория относительности  А. Эйнштейна

Около десяти лет работал  Эйнштейн над проблемой влияния  скорости движения тел на электромагнитные явления. В результате он пришел к  выводу о невозможности существования  ньютоновского абсолютного пространства и времени, так как это противоречит принципу относительности Галилея. Таким образом, Эйнштейн смог увидеть, что за рассуждениями Галилея скрывается принципиально иное представление о пространстве и времени. Сам Эйнштейн считал, что принцип относительности является квинтэссенцией классической механики и поэтому должен быть сохранен. От концепции абсолютного пространства и времени, как не имеющих реального физического содержания, следовало отказаться.

Так был сформулирован  первый постулат специальной теории относительности – расширенный  принцип относительности. Он уравнивал  между собой не только инерциальные системы, движущиеся равномерно и прямолинейно друг относительно друга, но и распространил  действие принципа на законы электродинамики.

В 1904 г. нидерландский физик  Лоренц предложил преобразования координат  и времени какого-либо события  при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой, носящие  его имя и являющиеся основой  специальной (частной) теории относительности. Если скорость объекта существенно  меньше скорости света, то преобразования Лоренца переходят в преобразования Галилея. Но если скорость объекта сопоставима  со скоростью света, то:

· события, которые происходят одновременно в одной системе  отсчета, перестают быть одновременными в другой; причем физические процессы в теле, движущемся со скоростью  v относительно некоторой инерциальной системы, протекают медленнее, чем в данной инерциальной системе; также происходит сокращение продольных – в направлении движения – размеров тел (во столько же раз) и др.;

·  при переходе из одной системы отсчета в другую, движущуюся относительно первой со скоростью v, длины сокращаются (в направлении движения) и во столько же раз "растягиваются" промежутки времени. Относительность одновременности – основная, принципиально новая черта современной частной теории относительности.

Позднее Эйнштейн показал, что  в преобразованиях Лоренца отражаются не реальные изменения размеров тел  при движении, а изменения результатов  измерения в зависимости от движения системы отсчета. Относительными оказывались и "длина", и "промежуток времени" между событиями, и даже "одновременность" событий, иначе говоря, не только всякое движение, но и пространство, и время.

Второй постулат специальной  теории относительности говорит  о постоянстве скорости света  во всех инерциальных системах отсчета. Он связан с принципом относительности, в соответствии с которым если и существует максимальная скорость, то она должна быть одинакова во всех инерциальных системах отсчета. Дело в том, что скорость света –  самая большая из всех скоростей  в природе, предельная скорость физических взаимодействий, одна из немногих фундаментальных  физических констант нашего мира. Долгое время ее вообще считали бесконечной. Первым в этом усомнился Галилей  и попытался ее измерить, но точность тогдашних измерительных приборов не позволила этого сделать. Задачу измерения скорости света ставил перед собой датчанин О. Рёмер. Он исследовал движение спутника Юпитера и определил скорость света равной 214000 км/с. Эта величина была уточнена уже в XIX веке и составила 299792458 м/с. Обычно ее принимают примерно равной 300000 км/с.

Это огромная скорость по сравнению  с обычно наблюдаемыми скоростями в  окружающем нас мире. Например, линейная скорость вращения Земли на экваторе равна 0,5 км/с, скорость Земли в ее орбитальном вращении вокруг Солнца – 30 км/с, скорость самого Солнца в его движении вокруг центра Галактики – около 250 км/с. Скорость движения всей Галактики с большой группой других галактик относительно других таких же групп – еще в два раза больше. Вместе с Землей, Солнцем и Галактикой мы летим в космическом пространстве, сами того не замечая, с огромной скоростью, измеряемой несколькими сотнями километров в секунду. Это огромная скорость, но все же и она очень мала по сравнению со скоростью света.

Движение света принципиально  отличается от движения всех других тел, скорость которых меньше скорости света. Скорости этих тел всегда складываются с другими скоростями. В этом смысле скорости относительны, их величина зависит  от точки зрения или отсчета. Скорость света не складывается с другими  скоростями, она абсолютна, всегда одна и та же, и, говоря о ней, нам не нужно указывать систему отсчета. Скорость света – это верхний  предел для скорости перемещения  любых тел в природе, для скорости распространения любых волн, любых  сигналов. Она максимальна – это  абсолютный рекорд скорости. Поэтому  часто говорят, что скорость света  – предельная скорость передачи информации. Она же является предельной скоростью любых физических взаимодействий, да и вообще всех мыслимых взаимодействий в мире. Если бы это было не так, нарушился бы фундаментальный закон причинности, утверждающий, что причина всегда предшествует следствию. Тогда разрушилась бы логическая связь событий во Вселенной, в мире воцарился абсолютный хаос и случайность.