Milyen gyorsan terjed a fény vákuumban

A fénysebesség vákuumban a fizikában széles körben használt mutató, amely egy időben számos felfedezést tett lehetővé, valamint számos jelenség természetét magyarázta. Számos fontos pontot kell tanulmányozni a téma megértéséhez, valamint annak megértéséhez, hogyan és milyen feltételek mellett fedezték fel ezt a mutatót.

Mekkora a fénysebesség

A fény terjedési sebességét vákuumban abszolút értéknek tekintjük, amely tükrözi az elektromágneses sugárzás terjedési sebességét. A fizikában széles körben használják, és egy kis latin "s" betű formájában van megjelölve (azt írja, hogy "tse").

Vákuumban a fénysebesség alapján határozzák meg, milyen gyorsan mozognak a különböző részecskék.

A legtöbb kutató és tudós szerint a fény sebessége vákuumban a részecskék mozgásának és a különböző típusú sugárzások terjedésének legnagyobb lehetséges sebessége.

Ami a jelenségek példáit illeti, azok a következők:

1. Bármelyikről látható fény forrás.
2. Minden típusú elektromágneses sugárzás (például röntgen és rádióhullámok).
3. Gravitációs hullámok (itt egyes szakértők véleménye eltér).

Sokféle részecske képes eljutni a fénysebesség közelében, de soha nem éri el azt.

A fénysebesség pontos értéke

A tudósok évek óta próbálják meghatározni, mi a fénysebesség, de pontos méréseket végeztek a múlt század 70-es éveiben. Végül is a mutató 299 792 458 m/s volt maximum +/-1,2 m eltéréssel. Ma ez egy változatlan fizikai egység, mivel a távolság méterben 1/299 792 458 másodperc, ennyi idő alatt halad meg a fény vákuumban 100 cm-t.

Tudományos képlet a fénysebesség meghatározásához.

A számítások egyszerűsítése érdekében az indikátor 300 000 000 m/s-ra (3×108 m/s) egyszerűsítve. Az iskolai fizika tantárgyból mindenki ismeri, ott mérik a sebességet ebben a formában.

A fénysebesség alapvető szerepe a fizikában

Ez a mutató az egyik fő mutató, függetlenül attól, hogy melyik referenciarendszert alkalmazzuk a tanulmányban. Nem függ a hullámforrás mozgásától, ami szintén fontos.

A változatlanságot Albert Einstein feltételezte 1905-ben. Ez azután történt, hogy egy másik tudós, Maxwell, aki nem talált bizonyítékot a világító éter létezésére, elméletet terjesztett elő az elektromágnesességről.

Azt az állítást, miszerint a fénysebességet meghaladó sebességgel ok-okozati hatás nem szállítható, ma már meglehetősen ésszerűnek tartják.

Apropó! A fizikusok nem tagadják, hogy egyes részecskék a figyelembe vett indikátort meghaladó sebességgel mozoghatnak. Információ továbbítására azonban nem használhatók.

Történelmi hivatkozások

Ahhoz, hogy megértsük a téma jellemzőit és megtudjuk, hogyan fedeztek fel bizonyos jelenségeket, tanulmányozni kell néhány tudós kísérleteit. A 19. században számos felfedezés született, amelyek a későbbiekben segítették a tudósokat, elsősorban az elektromos áramra, valamint a mágneses és elektromágneses indukció jelenségeire vonatkoztak.

James Maxwell kísérletei

A fizikus kutatásai megerősítették a részecskék távoli kölcsönhatását. Később ez lehetővé tette Wilhelm Weber számára, hogy kidolgozza az elektromágnesesség új elméletét. Maxwell egyértelműen megállapította a mágneses és elektromos mezők jelenségét is, és megállapította, hogy képesek egymást generálni, elektromágneses hullámokat képezve. Ez a tudós volt az, aki először kezdte használni az "s" megjelölést, amelyet a fizikusok a világ minden tájáról még mindig használnak.

Ennek köszönhetően a legtöbb kutató már akkor elkezdett beszélni a fény elektromágneses természetéről. Maxwell az elektromágneses gerjesztések terjedési sebességének tanulmányozása során arra a következtetésre jutott, hogy ez a mutató megegyezik a fénysebességgel, egy időben meglepte ez a tény.

Maxwell kutatásainak köszönhetően világossá vált, hogy a fény, a mágnesesség és az elektromosság nem külön fogalmak. Ezek a tényezők együttesen határozzák meg a fény természetét, mivel a térben terjedő mágneses és elektromos mező kombinációja.

Az elektromágneses hullámterjedés sémája.

Michelson és tapasztalatai a fénysebesség abszolútságának bizonyítása terén

A múlt század elején a legtöbb tudós Galilei relativitáselvét alkalmazta, amely szerint a mechanika törvényei változatlanok, függetlenül attól, hogy melyik vonatkoztatási rendszert használják. Ugyanakkor az elmélet szerint az elektromágneses hullámok terjedési sebességének változnia kell, amikor a forrás mozog. Ez ellentétben állt Galilei és Maxwell elméletének posztulátumaival is, ez volt az oka a kutatás megkezdésének.

Akkoriban a legtöbb tudós hajlott az „éterelméletre”, amely szerint a mutatók nem a forrás sebességétől függtek, a fő meghatározó tényező a környezet adottságai voltak.

Michelson felfedezte, hogy a fénysebesség nem függ a mérés irányától.

Mivel a Föld egy bizonyos irányban mozog a világűrben, a fénysebesség a sebességek összeadásának törvénye szerint különböző irányokban mérve eltérő lesz. Michelson azonban nem talált különbséget az elektromágneses hullámok terjedésében, függetlenül attól, hogy milyen irányban végezték a méréseket.

Az éterelmélet nem tudta megmagyarázni az abszolút érték jelenlétét, ami még jobban megmutatta annak tévedését.

Albert Einstein speciális relativitáselmélete

Egy fiatal tudós akkoriban olyan elméletet mutatott be, amely a legtöbb kutató elképzeléseivel ellentétes. Eszerint az időnek és a térnek olyan jellemzői vannak, amelyek a választott vonatkoztatási rendszertől függetlenül biztosítják a vákuumban a fénysebesség invarianciáját. Ez magyarázza Michelson sikertelen kísérleteit, mivel a fény terjedési sebessége nem függ a forrás mozgásától.

[tds_council]Einstein elméletének helyességének közvetett megerősítése volt az "egyidejűség relativitása", ennek lényege az ábrán látható.[/tds_council]

Példa arra, hogy egy személy elhelyezkedése hogyan befolyásolja a fény terjedésének észlelését.

Hogyan mérték korábban a fénysebességet?

Sokan próbálkoztak már ennek a mutatónak a meghatározásával, de a tudomány alacsony fejlettsége miatt ezt korábban problémás volt megtenni. Így az ókor tudósai úgy vélték, hogy a fénysebesség végtelen, de később sok kutató kételkedett ebben a posztulátumban, ami számos kísérlethez vezetett annak meghatározására:

1. A Galileo zseblámpákat használt. A fényhullámok terjedési sebességének kiszámításához ő és asszisztense dombokon tartózkodtak, amelyek közötti távolságot pontosan meghatározták. Ekkor az egyik résztvevő kinyitotta a lámpást, a másodiknak ugyanezt kellett tennie, amint meglátta a fényt. De ez a módszer nem adott eredményt a hullám terjedésének nagy sebessége és az időintervallum pontos meghatározásának képtelensége miatt.
2. Olaf Roemer, egy dán csillagász a Jupiter megfigyelése közben vett észre egy jellemzőt. Amikor a Föld és a Jupiter pályájuk ellentétes pontján volt, az Io (a Jupiter holdja) fogyatkozása 22 percet késett magához a bolygóhoz képest. Ennek alapján arra a következtetésre jutott, hogy a fényhullámok terjedési sebessége nem végtelen, és van határa. Számításai szerint ez a szám körülbelül 220 000 km/s volt.
   A fénysebesség meghatározása Roemer szerint.
3. Ugyanebben az időszakban James Bradley angol csillagász felfedezte a fényeltérés jelenségét, amikor a Föld Nap körüli mozgása, valamint a tengelye körüli forgás következtében a csillagok helyzete az égen. és a hozzájuk való távolság folyamatosan változik.Ezeknek a tulajdonságoknak köszönhetően a csillagok minden évben egy ellipszist írnak le. Számítások és megfigyelések alapján a csillagász kiszámolta a sebességet, ez 308 000 km/s volt.
   fény aberrációja
4. Louis Fizeau volt az első, aki úgy döntött, hogy laboratóriumi kísérlettel határozza meg a pontos mutatót. A forrástól 8633 m távolságra tükörfelületű üveget szerelt fel, de mivel kicsi a távolság, nem lehetett pontos időszámítást végezni. Ezután a tudós felállított egy fogaskereket, amely időnként fogakkal takarta el a fényt. Fizeau a kerék sebességének megváltoztatásával meghatározta, hogy a fénynek milyen sebességgel nincs ideje kicsúszni a fogak közé és visszatérni. Számításai szerint a sebesség 315 ezer kilométer volt másodpercenként.
   Louis Fizeau tapasztalata.

A fénysebesség mérése

Ezt többféleképpen is meg lehet tenni. Nem érdemes ezeket részletesen elemezni, mindegyik külön áttekintést igényel. Ezért a legkönnyebb megérteni a fajtákat:

1. Csillagászati ​​mérések. Itt a leggyakrabban Roemer és Bradley módszereit alkalmazzák, mivel ezek beváltak, és a levegő, a víz és a környezet egyéb tulajdonságai nem befolyásolják a teljesítményt. Térvákuum körülményei között a mérési pontosság nő.
2. üregrezonancia vagy üreghatás - így hívják az alacsony frekvenciájú álló mágneses hullámok jelenségét, amelyek a bolygó felszíne és az ionoszféra között keletkeznek. Speciális képletek és mérőberendezésekből származó adatok segítségével nem nehéz kiszámítani a levegőben lévő részecskék sebességének értékét.
3. Interferometria - kutatási módszerek összessége, amelyben többféle hullám keletkezik.Ez interferenciahatást eredményez, amely lehetővé teszi számos mérés elvégzését mind az elektromágneses, mind az akusztikus rezgések tekintetében.

Speciális berendezések segítségével a méréseket speciális technikák alkalmazása nélkül lehet elvégezni.

Lehetséges a szuperluminális sebesség?

A relativitáselmélet alapján a mutató fizikai részecskék általi többlete sérti az okság elvét. Emiatt lehetőség van jelek továbbítására a jövőből a múltba és fordítva. Ugyanakkor az elmélet nem tagadja, hogy lehetnek részecskék, amelyek gyorsabban mozognak, miközben kölcsönhatásba lépnek a közönséges anyagokkal.

Az ilyen típusú részecskéket tachionoknak nevezik. Minél gyorsabban mozognak, annál kevesebb energiát hordoznak.

Videó lecke: Fizeau kísérlete. Fénysebesség mérése. Fizika 11. évfolyam.

A fénysebesség vákuumban állandó érték, a fizika számos jelensége ezen alapul. Meghatározása a tudomány fejlődésének új mérföldkövévé vált, mivel számos folyamat magyarázatát tette lehetővé és számos számítást egyszerűsített.