Sok ember már a korai gyermekkorban tudott egy ilyen koncepció, mint a „fénysebesség” létezéséről. De nem mindenki ismeri részletesen a jelenséget.
Sokan felhívták a figyelmet arra, hogy a zivatar alatt késés van a villámlás és a mennydörgés között. A járvány általában gyorsabban érkezik bennünk. Ez azt jelenti, hogy nagyobb sebessége van, mint a hangnak. Mi az oka ennek? Mekkora a fénysebesség és hogyan mérik?
Mekkora a fénysebesség?
Először megértjük, mi a fénysebesség. Tudományos szempontból ez egy olyan mennyiség, amely megmutatja, hogy a sugarak milyen gyorsan mozognak vákuumban vagy levegőben. Azt is tudnia kell, hogy mi a fény. Ezt a sugárzást érzékeli az emberi szem. A sebesség a környezeti feltételektől, valamint más tulajdonságoktól, például a refrakciótól függ.
Érdekes tény: 1,25 másodpercig tart, amíg a fény eljut a Földről műholdakra, a holdra.
Mi a saját szavaival a fénysebesség?
Egyszerűen fogalmazva: a fénysebesség az az időtartam, amelyen keresztül a fénysugár bármilyen távolságot megtehet. Az időt általában másodpercben mérik. Egyes tudósok azonban különböző egységeket használnak. A távolságot különböző módon is mérik. Alapvetően - ez egy méter. Vagyis ezt az értéket m / s-ban vesszük figyelembe. A fizika ezt a következőképpen magyarázza: egy jelenség, amely egy bizonyos sebességgel (állandó) mozog.
A könnyebb megértés érdekében nézzük meg a következő példát. A kerékpáros 20 km / h sebességgel halad. Fel akar lépni a 25 km / h sebességű autó vezetőjével. Ha számolsz, akkor az autó 5 km / h-val halad meg gyorsabban, mint egy kerékpáros. A fénysugarakkal a dolgok másképp alakulnak. Nem számít, mennyire gyorsan mozog az első és a második ember, a fény nekik vonatkoztatva állandó sebességgel mozog.
Mekkora a fénysebesség?
Ha nem vákuumban van, különféle körülmények befolyásolják a fényt. Az anyag, amelyen keresztül a sugarak áthaladnak, beleértve. Ha a másodpercenkénti méter szám nem változik az oxigén hozzáférése nélkül, akkor egy légkörrel rendelkező környezetben az érték megváltozik.
A fény lassabban halad keresztül különböző anyagokon, mint például üveg, víz és levegő. Ennek a jelenségnek a refrakciós mutatója van annak leírására, hogy ezek mennyire lassítják a fény mozgását. Az üveg törésmutatója 1,5, azaz a fény körülbelül 200 ezer kilométer / másodperc sebességgel halad át rajta. A víz törésmutatója 1,3, a levegő törésmutatója valamivel több, mint 1, ami azt jelenti, hogy a levegő csak kissé lassítja a fényt.
Ezért a levegőn vagy folyadékon való áthaladás után a sebesség lelassul, csökkenve, mint vákuumban. Például különféle tározókban a sugarak mozgásának sebessége 0,75 a térbeli sebességnek. Továbbá, 1,01 bar normál nyomásnál az arány 1,5-2% -kal lelassul. Vagyis földi körülmények között a fénysebesség a környezeti feltételektől függően változik.
Egy ilyen jelenséghez egy speciális koncepciót állítottak fel - a refrakciót. Vagyis a fény refrakciója. Különböző találmányokban széles körben használják. A refraktor például egy optikai rendszerrel ellátott távcső. Emellett távcsövet és más berendezést is készítenek, amelynek lényege az optika használata.
Általában a legkisebb sugár refraktálható a szokásos levegőn történő átjutással. Egy speciálisan létrehozott optikai üveg áthaladásakor a sebesség körülbelül 195 ezer kilométer / másodperc. Ez majdnem 105 ezer km / s-kal kevesebb, mint az állandó.
A fénysebesség legpontosabb értéke
A fizikusok az évek során tapasztalatokat szereztek a fénysugarak sebességének kutatásában. Jelenleg a fénysebesség legpontosabb értéke Másodpercenként 299,792 kilométer. Az állandó 1933-ban alakult. A szám továbbra is releváns.
További nehézségek merültek fel az indikátor meghatározásával.Ennek oka a mérő hiba. Most maga a mérőműszer közvetlenül függ a fény sebességétől. Ez megegyezik a távolsággal, amelyet a sugarak meghaladnak egy bizonyos másodpercben - 1 / fénysebesség.
Mekkora a fénysebesség vákuumban?
Mivel a fényt a vákuumban lévő különböző feltételek nem befolyásolják, a sebessége nem változik, mint a Földön. A fény sebessége vákuumban 299,792 kilométer / másodperc. Ez a mutató a határérték. Úgy gondolják, hogy a világon semmi sem mozoghat gyorsabban, még a kozmikus testek sem, amelyek elég gyorsan mozognak.
Például egy vadászgép, a Boeing X-43, amely csaknem 10-szer haladja meg a hangsebességet (több mint 11 ezer km / h), lassabban repül, mint egy gerenda. Ez utóbbi több mint 96 ezer kilométer / óra sebességgel halad.
Hogyan mértük a fény sebességét?
A legelső tudósok megpróbálták megmérni ezt az értéket. Különböző módszereket alkalmaztunk. Az ókorban a tudományos emberek úgy gondolták, hogy ez végtelen, ezért lehetetlen mérni. Ez a vélemény sokáig fennmaradt, akár a 16-17. Századig. Akkoriban más tudósok jelentkeztek, akik azt sugallták, hogy a sugárnak vége van, és hogy a sebesség mérhető.
A híres dán csillagász, Olaf Roemer új szintre hozta a fénysebesség ismereteit. Észrevette, hogy a Jupiter holdfogyasztása késő. Korábban senki sem fordított figyelmet erre. Következésképpen úgy döntött, hogy kiszámítja a sebességet.
Előterjesztett egy hozzávetőleges sebességet, amely másodpercenként körülbelül 220 ezer kilométer volt. Később egy angol tudós, James Bradley vett részt a vizsgálatban. Bár nem volt teljesen igaza, kissé közeledett a jelenlegi kutatási eredményekhez.
Egy idő múlva a legtöbb tudós érdeklődött e mennyiség iránt. A kutatásban különféle országokból származó emberek vesznek részt. A 20. század 70-es éveinek azonban nem volt nagyszabású felfedezésük. Az 1970-es évek óta, amikor lézerekkel és mázerekkel (kvantumgenerátorokkal) dolgoztak ki, a tudósok kutatásokat végeztek és megkapják a pontos sebességet. A jelenlegi érték 1983 óta releváns. Csak apró hibákat javították ki.
Galileo tapasztalata
Egy olaszországi tudós meglepte az év összes kutatóját tapasztalatának egyszerűségével és zsenialitásával. Sikerült megmérnie a fény sebességét olyan egyszerű eszközökkel, amelyek kéznél voltak.
Ő és asszisztense felmásztak a szomszédos hegyekre, korábban kiszámítva a távolságot közöttük. Fogták a megvilágított lámpákat, felszereltek őket fényszórókkal, amelyek kinyitják és bezárják a lámpákat. A fény kinyitásával és bezárásával megpróbálták kiszámítani a fény sebességét. Galileo és az asszisztens előre tudták, hogy milyen késéssel nyitják meg és zárják le a fényt. Amikor az egyik kinyílt, a másik ugyanezt teszi.
A kísérlet azonban kudarcot vallott. Ahhoz, hogy működjön, a tudósoknak egymillió kilométer távolságra kell állniuk.
Römer és Bradley tapasztalata
Ezt a tanulmányt már röviden írták fent. Ez a korszak egyik legfejlettebb tapasztalata. Römer a csillagászat tudását felhasználta a sugarak sebességének mérésére. Ez történt a 17. század 76. évében.
A kutató Io-t (Jupiter műholda) egy távcsövön keresztül figyelt meg. Felfedezte a következő mintát: minél távolabb bolygónk távolodik Jupitertől, annál nagyobb a késés Io napfogyatkozásában. A legnagyobb késés 21-22 perc volt.
Feltételezve, hogy a műholdas távolság elmozdul a pálya átmérőjének hosszával megegyező távolságon, a tudós megosztotta a távolságot idővel. Ennek eredményeként másodpercenként 214 ezer kilométert tett meg. Noha ezt a tanulmányt nagyon megközelítőnek tekintik, mivel a távolság megközelítő volt, megközelítette az aktuális mutatót.
A 18. században James Bradley kiegészítette a tanulmányt. Ehhez aberrációt használt - a kozmikus test helyzetének megváltozását a Földnek a Nap körüli mozgása miatt. James megmérte a rendellenesség szögét, és tudva bolygónk sebességét, másodpercenként 301 ezer kilométert kapott.
Fizeau élmény
A kutatók és a hétköznapi emberek szkeptikusak voltak Römer és James Bradley tapasztalataival szemben. Ennek ellenére az eredmények a legközelebb álltak az igazsághoz és relevánsak voltak egy évszázadon keresztül. A 19. században Arman Fizeau, a francia főváros, Párizs tudósa hozzájárult e mennyiség méréséhez. A redőny módszerét alkalmazta. Ugyanígy, akárcsak Galileo Galilei és asszisztense, Fizeau nem figyelt égitesteket, hanem a laboratóriumban végzett vizsgálatokat.
A tapasztalat elve egyszerű. A tükör felé fénysugár irányult. A fény visszatükröződik a kerék fogain. Aztán megütötte egy másik fényvisszaverő felületet, amely 8,6 km-re volt. A kereket forgatták, növelve a sebességet, amíg a fény nem volt látható a következő résen. A számítások után a tudós 313 ezer km / s eredményt kapott.
Később a vizsgálatot a francia fizikus és csillagász, Leon Foucault megismételte, 298 ezer km / s sebességgel. A legpontosabb eredmény abban az időben. A későbbi méréseket lézerekkel és mázerekkel végezték.
Lehetséges a szuperluminális sebesség?
Vannak olyan tárgyak, amelyek gyorsabbak, mint a fény sebessége. Például napsugarak, árnyék, hullámvibrációk. Noha elméletileg képesek fejleszteni a superluminális sebességet, az általuk kibocsátott energia nem esik egybe a mozgásvektorukkal.
Ha egy fénysugár áthalad például üvegben vagy vízen, akkor az elektronok elkerülhetik azt. A mozgás sebessége nem korlátozott. Ezért ilyen körülmények között a fény nem mozog gyorsabban, mint bárki más.
Ezt a jelenséget hívják Vavilov-Cherenkov hatás. Leggyakrabban a mély tározókban és reaktorokban találhatók.