С каква скорост се разпространява светлината във вакуум

Скоростта на светлината във вакуум е показател, който се използва широко във физиката и в даден момент е позволил да се направят редица открития и да се обясни природата на много явления. Има някои важни моменти, които трябва да се научат, за да се разбере темата и да се разбере как и при какви условия е открита.

Каква е скоростта на светлината

Скоростта на светлината във вакуум се счита за абсолютна величина, която представлява скоростта на разпространение на електромагнитното излъчване. Той се използва широко във физиката и се обозначава с малка латинска буква "c" (произнася се "Ce").

Във вакуум скоростта на светлината се използва за определяне на скоростта на различни частици.

Според повечето изследователи и учени скоростта на светлината във вакуум е максималната възможна скорост, с която се разпространяват частици и различни видове лъчения.

Що се отнася до примерите за явления, те са следните:

1. Видима светлина, идваща от всеки източник.
2. Всички видове електромагнитни лъчения (напр. рентгенови лъчи и радиовълни).
3. Гравитационни вълни (тук някои експерти не са съгласни).

Много видове частици могат да се движат със скорост, близка до светлинната, но не я достигат.

Точната стойност на скоростта на светлината

От много години учените се опитват да определят скоростта на светлината, но точните измервания са направени през 70-те години на миналия век. В крайна сметка цифрата е 299 792 458 метра в секунда. с максимално отклонение от +/-1,2 метра. Днес тя е неизменна физическа единица.Тъй като разстоянието от един метър е 1/299 792 458 секунди, това е времето, за което светлината във вакуум изминава 100 cm.

Научните формула за определяне на скоростта на светлината.

За да се опрости изчислението, цифрата се опростява до 300 000 000 m/s (3×108 m/s). Всички го знаят от училищната физика, където скоростта се измерва в този вид.

Фундаменталната роля на скоростта на светлината във физиката

Това е един от основните показатели, независимо от това коя референтна рамка се използва в проучването. Тя не зависи от движението на източника на вълната, което също е важно.

Инвариантността е приета като постулат от Алберт Айнщайн през 1905 г. Това се случва, след като друг учен, Максуел, излага теорията за електромагнетизма, след като не открива доказателства за съществуването на светлинния етер.

Твърдението, че причинно-следствените ефекти не могат да се пренасят със скорости, по-големи от скоростта на светлината, вече се смята за добре обосновано.

Между другото! Физиците не отричат, че някои от частиците могат да се движат със скорост, по-голяма от въпросната цифра. Но те не могат да се използват за предаване на информация.

Исторически справки

За да се разберат особеностите на темата и да се разбере как са открити определени явления, трябва да се проучат експериментите на някои учени. През XIX в. са направени много открития, които помагат на учените по-късно, най-вече по отношение на електрическия ток и явленията на магнитна и електромагнитна индукция.

Експериментите на Джеймс Максуел

Изследванията на физика потвърждават взаимодействието на частици от разстояние. Това впоследствие позволява на Вилхелм Вебер да разработи нова теория на електромагнетизма. Максуел също така ясно установява феномена на магнитното и електрическото поле и определя, че те могат да се произвеждат взаимно и да образуват електромагнитни вълни. Именно този учен е първият, който използва обозначението "c", което и до днес се използва от физиците по света.

Поради тази причина повечето изследователи вече говорят за електромагнитната природа на светлината. Когато изследва скоростта на разпространение на електромагнитните възбуждания, Максуел стига до заключението, че тя е равна на скоростта на светлината - факт, който го изненадва по онова време.

Изследванията на Максуел показват, че светлината, магнетизмът и електричеството не са отделни понятия. Заедно тези фактори определят естеството на светлината, тъй като тя е комбинация от магнитно и електрическо поле, което се разпространява в пространството.

Схема на разпространение на електромагнитни вълни.

Майкелсън и неговият експеримент за доказване на абсолютната скорост на светлината

В началото на миналия век повечето учени използваха принципа на относителността на Галилей, според който законите на механиката са едни и същи, независимо от това в коя отправна система се намират. Но според теорията скоростта на разпространение на електромагнитните вълни трябва да се променя с движението на източника. Това противоречи както на постулатите на Галилей, така и на теорията на Максуел, което е и причината за изследването.

По онова време повечето учени са склонни към "теорията за етера", според която индикаторите не зависят от скоростта на източника си, а характеристиките на средата се смятат за основен определящ фактор.

Майкелсън открива, че скоростта на светлината не зависи от посоката на измерване.

Тъй като Земята се движи в пространството в определена посока, скоростта на светлината, съгласно закона за сумиране на скоростите, ще се различава, когато се измерва в различни посоки. Но Майкелсън не открива никаква разлика в разпространението на електромагнитните вълни, независимо в коя посока са направени измерванията.

Теорията за етера не може да обясни съществуването на абсолютната величина, което още по-добре показва нейната погрешност.

Специалната теория на относителността на Алберт Айнщайн

Младият тогава учен представя теория, която противоречи на убежденията на повечето изследователи. Според него времето и пространството имат характеристики, които гарантират, че скоростта на светлината във вакуум остава постоянна, независимо от избраната отправна система. Това обяснява неуспешните експерименти на Майкелсън, тъй като скоростта на разпространение на светлината не зависи от движението на нейния източник.

[tds_council]Косвено потвърждение на правилността на теорията на Айнщайн е "относителността на едновременността", чиято същност е показана на фигурата.[/tds_council]

Пример за това как местоположението на човек влияе на възприятието му за разпространението на светлината.

Как се измерваше скоростта на светлината преди

Правени са много опити за определяне на този показател, но поради ниското ниво на развитие на науката това е било проблематично преди. Например в древността учените са вярвали, че скоростта на светлината е безкрайна, но по-късно много изследователи са поставили това под въпрос, което е довело до редица опити за определянето ѝ:

1. Галилео е използвал факли. За да изчисли скоростта, с която се разпространяват светлинните вълни, той и неговият асистент се намират на хълмове, като разстоянието между тях е точно определено. След това един от участниците отваря фенера, а другият прави същото, щом види светлина. Но този метод се оказа неуспешен поради високата скорост на разпространение на вълната и невъзможността да се определи точният интервал от време.
2. Олаф Ремер, астроном от Дания, забелязва една особеност, докато наблюдава Юпитер. Когато Земята и Юпитер се намират в противоположни точки на орбитите си, затъмнението на Йо (спътника на Юпитер) е 22 минути след самата планета. Въз основа на това той стига до заключението, че скоростта на разпространение на светлинните вълни не е безкрайна и има граница. Според изчисленията му индексът е приблизително 220 000 км в секунда.
   Определяне на скоростта на светлината според Ремер.
3. Приблизително по същото време английският астроном Джеймс Брадли открива явлението аберация на светлината, при което положението на звездите на небето и разстоянието до тях непрекъснато се променят поради движението на Земята около Слънцето, както и поради въртенето ѝ около оста ѝ. Поради тези особености звездите описват елипса през всяка година. С помощта на изчисления и наблюдения астрономът изчислява скоростта, която е 308 000 км в секунда.
   Аберацията на светлината
4. Луи Физо е първият човек, който определя точния индекс чрез лабораторен експеримент. Той поставил стъкло с огледална повърхност на разстояние 8633 м от източника, но тъй като разстоянието е малко, било невъзможно да се направят точни изчисления на времето. След това ученият поставил зъбно колело, което периодично закривало светлината. Като променя скоростта на колелото, Физо определя при каква скорост светлината няма време да премине между зъбците и да се върне обратно. Той изчислява скорост от 315 000 километра в секунда.
   Експериментът на Луи Физо.

Измерване на скоростта на светлината

Това може да се направи по няколко начина. Не е необходимо да ги разглеждаме подробно, тъй като за всяка от тях е необходим отделен преглед. Затова е най-лесно да се сортират сортовете:

1. Астрономически измервания. Тук най-често се използват методите на Ремер и Брадли, тъй като те са доказано ефективни и не се влияят от въздуха, водата или други условия на околната среда. В космическия вакуум точността на измерванията се увеличава.
2. Резонанс на кухината или ефект на кухината - е наименованието на явлението нискочестотни постоянни магнитни вълни между повърхността на планетата и йоносферата. С помощта на специални формули и измервателна апаратура е лесно да се изчисли скоростта на частиците във въздуха.
3. Интерферометрия - Съвкупност от техники за изследване, при които няколко вида вълни се събират заедно. Така се получава ефектът на интерференция, чрез който могат да се извършват многобройни измервания на електромагнитни и акустични вибрации.

Със специално оборудване могат да се правят измервания, без да са необходими специални техники.

Възможна ли е свръхсветлинна скорост

Според теорията на относителността превишаването на скоростта на физическа частица нарушава принципа на причинността. Благодарение на това е възможно да се предават сигнали от бъдещето към миналото и обратно. Но в същото време теорията не отрича, че могат да съществуват частици, които се движат по-бързо, докато взаимодействат с обикновени вещества.

Този тип частици се наричат тахиони. Колкото по-бързо се движат, толкова по-малко енергия носят.

Видео урок: Експеримент на Физо. Измерване на скоростта на светлината. Физика 11. клас.

Скоростта на светлината във вакуум е константа и много явления във физиката се основават на нея. Дефиницията му е нов етап в развитието на науката, тъй като обяснява много процеси и опростява редица изчисления.