2) 300 000 м/с
3) 300 000 км/с (+)
4) 300 км/с
Скорость света в вакууме — фундаментальная физическая константа c, имеющая точное значение 299 792 458 м/с, или примерно 300 000 км/с. Именно это значение соответствует отмеченному варианту: перевод километров в метры увеличивает числовое значение в 1000 раз, поэтому 300 000 км/с ≈ 3 × 108 м/с. В вакууме электромагнитное излучение распространяется без влияния вещества, определяющего его оптические свойства.
Свет в физическом смысле включает весь электромагнитный спектр: радиоволны, инфракрасное, видимое, ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение. В вакууме скорость фотонов не зависит от их частоты или энергии и связана с длиной волны и частотой соотношением c = λν. Поэтому рентгеновское излучение, используемое в рентгенографии и компьютерной томографии, и видимый свет в вакууме имеют одинаковую скорость распространения, хотя существенно различаются по энергии, частоте и биологическому действию.
Вещество изменяет скорость распространения электромагнитной волны: для прозрачной среды в приближении используется формула v = c/n, где n — показатель преломления. В тканях организма скорость зависит от их диэлектрических свойств, частоты излучения, поглощения и рассеяния; это важно для медицинской оптики, лазерной терапии и дозиметрии. Однако такие изменения не относятся к скорости света именно в вакууме и не меняют фундаментальное значение константы c.
| Условие или среда | Физическое соотношение | Ориентировочная скорость | Практическое значение |
|---|---|---|---|
| Вакуум | v = c | 299 792 458 м/с | Точное значение фундаментальной константы; используется в расчетах электромагнитного излучения |
| Воздух при нормальных условиях | v ≈ c/n, n близок к 1 | Почти 3 × 108 м/с | Практически неотличима от вакуумной в большинстве медицинских расчетов |
| Вода | v = c/n, n ≈ 1,33 | Около 2,25 × 108 м/с | Демонстрирует уменьшение скорости в оптически плотной среде |
| Мягкие биологические ткани | v зависит от частоты и комплексного показателя преломления | Для оптического диапазона примерно 2,1–2,2 × 108 м/с | Учитывается при лазерной диагностике, фототерапии и моделировании распространения света в тканях |
| Стекло | v ≈ c/1,5 | Около 2,0 × 108 м/с | Пример преломления и дисперсии; принцип используется в оптических системах медицинских приборов |
| Рентгеновское и гамма-излучение в вакууме | Фотонное электромагнитное излучение, v = c | Около 3 × 108 м/с | Скорость одинакова с другими электромагнитными волнами, но энергия фотонов значительно выше |
| Перевод единиц | 1 км = 1000 м | 300 000 км/с = 300 000 000 м/с | Позволяет отличить правильное значение от 300 000 м/с или 300 км/с |
В медицинской физике эта константа используется при расчете времени распространения сигнала, длины волны, частоты и параметров электромагнитного излучения. Следует отличать скорость фотонов от скорости заряженных частиц: электроны и протоны имеют массу покоя и в вакууме не достигают c. Для радиационной безопасности принципиально также различать скорость распространения излучения и его энергию, поскольку биологический риск определяется не только скоростью, но и спектральным составом, дозой и мощностью дозы.