Millise kiirusega valgus vaakumis levib

Valguse kiirus vaakumis on füüsikas laialdaselt kasutatav indeks, mis võimaldas omal ajal teha mitmeid avastusi ja selgitada paljude nähtuste olemust. Teema mõistmiseks ja aru saamiseks, kuidas ja millistel tingimustel see indeks avastati, tuleb uurida mitmeid olulisi punkte.

Mis on valguse kiirus

Valguse kiirust vaakumis peetakse absoluutseks suuruseks, mis peegeldab elektromagnetkiirguse levimise kiirust. Seda kasutatakse laialdaselt füüsikas ja sellel on tähis väikese ladina tähe "c" kujul (nad ütlevad "ce").

Vaakumis kasutatakse valguse kiirust erinevate osakeste kiire liikumise määramiseks.

Enamiku teadlaste ja teadlaste arvates on valguse kiirus vaakumis maksimaalne võimalik osakeste liikumiskiirus ja erinevat tüüpi kiirguse levik.

Mis puutub nähtuste näidetesse, siis need on järgmised:

1. Nähtav valgus tuleb mis tahes allikas.
2. Igat tüüpi elektromagnetiline kiirgus (nt röntgenikiirgus ja raadiolained).
3. Gravitatsioonilained (siin pole mõned eksperdid nõus).

Mitut tüüpi osakesed võivad liikuda peaaegu valguse kiirusega, kuid ei jõua selleni.

Valguse kiiruse täpne väärtus

Teadlased on aastaid püüdnud kindlaks teha, mis on valguse kiirus, kuid täpsed mõõtmised tehti 1970. aastatel. Lõpuks see näitaja oli 299 792 458 m/s maksimaalse hälbega +/-1,2 m. Tänapäeval on see muutumatu füüsiline ühikkuna ühemeetrine vahemaa on 1/299 792 458 sekundit ehk nii kaua kulub valgusel vaakumis 100 cm läbimiseks.

Teaduslik valem valguse kiiruse määramiseks.

Arvutamise lihtsustamiseks see arv on lihtsustatud 300 000 000 m/s (3 × 108 m/s). See on kõigile tuttav kooli füüsikakursusest, seal mõõdetakse sellisel kujul kiirust.

Valguse kiiruse põhiroll füüsikas

See parameeter on üks peamisi, olenemata sellest, millist võrdlusraamistikku uuringus kasutatakse. See ei sõltu laineallika liikumisest, mis on samuti oluline.

Albert Einstein aktsepteeris muutumatust postulaadina 1905. aastal. See juhtus pärast seda, kui teine ​​teadlane Maxwell, kes ei leidnud ühtegi tõendit valgust kandva eetri olemasolu kohta, arendas elektromagnetismi teooriat edasi.

Väidet, et põhjuslikku mõju ei saa kanda valguse kiirusest suurema kiirusega, peetakse praegu üsna paikapidavaks.

Muideks! Füüsikud ei eita, et mõned osakesed võivad liikuda kiirusega, mis on suurem kui kõnealune kujund. Kuid seda tehes ei saa neid kasutada teabe edastamiseks.

Ajaloolised viited

Et mõista teema spetsiifikat ja teada saada, kuidas teatud nähtused avastati, peaksime uurima mõne teadlase katseid. 19. sajandil tehti palju avastusi, mis aitasid teadlasi hiljem, peamiselt elektrivoolu ning magnetilise ja elektromagnetilise induktsiooni nähtuste kohta.

James Maxwelli katsed

Füüsiku uurimused kinnitasid osakeste vastasmõju distantsil.See võimaldas Wilhelm Weberil hiljem välja töötada uue elektromagnetismi teooria. Maxwell tegi selgelt kindlaks ka magnet- ja elektrivälja nähtuse ning tegi kindlaks, et need võivad üksteist genereerida elektromagnetlainete moodustamiseks. Just see teadlane oli esimene, kes kasutas tähistust "c", mida füüsikud üle maailma kasutavad siiani.

Seetõttu rääkis enamik teadlasi juba valguse elektromagnetilisest olemusest. Maxwell jõudis elektromagnetiliste ergastuste levimiskiirust uurides järeldusele, et see indeks võrdub valguse kiirusega, korraga üllatas teda see asjaolu.

Tänu Maxwelli uuringutele sai selgeks, et valgus, magnetism ja elekter ei ole eraldi mõisted. Need tegurid koos määravad valguse olemuse, sest tegemist on kosmoses leviva magnet- ja elektrivälja kombinatsiooniga.

Elektromagnetlaine levimise skeem.

Michelson ja tema kogemused valguse kiiruse absoluutsuse tõestamisel

Eelmise sajandi alguses kasutas enamik teadlasi Galilei relatiivsusprintsiipi, mille kohaselt on mehaanika seadused samad, olenemata sellest, millist võrdlusraamistikku kasutatakse. Kuid teooria kohaselt peab elektromagnetlainete levimise kiirus allika liikumisel muutuma. See oli vastuolus nii Galileo postulaatide kui ka Maxwelli teooriaga, mis oli uurimistöö alustamise põhjuseks.

Sel ajal kaldus enamik teadlasi "eetri teooriale", mille kohaselt näitajad ei sõltunud selle allika kiirusest, peamiseks määravaks teguriks peeti meediumi iseärasusi.

Michelson avastas, et valguse kiirus ei sõltu mõõtmissuunast.

Kuna Maa liigub ruumis kindlas suunas, erineb valguse kiirus vastavalt kiiruste liitmise seadusele erinevates suundades mõõdetuna.Kuid Michelson ei leidnud mingit erinevust elektromagnetlainete levimises, olenemata sellest, millises suunas mõõtmised tehti.

Eetri teooria ei suutnud seletada absoluutse suuruse olemasolu, mis näitas veelgi paremini selle ekslikkust.

Albert Einsteini erirelatiivsusteooria

Toonane noor teadlane esitas teooria, mis läks vastuollu enamiku teadlaste tõekspidamistega. Selle järgi on ajal ja ruumil sellised omadused, mis tagavad valguse kiiruse muutumatuse vaakumis sõltumata valitud tugiraamist. See selgitas Michelsoni ebaõnnestunud katseid, kuna valguse levimiskiirus ei sõltu selle allika liikumisest.

[tds_council]Kaudne kinnitus Einsteini teooria õigsusele oli "samaaegsuse relatiivsus", selle olemus on näidatud joonisel.[/tds_council]

Näide sellest, kuidas inimese asukoht mõjutab valguse leviku tajumist.

Kuidas varem valguse kiirust mõõdeti

Seda näitajat on üritanud määrata paljud, kuid teaduse madala arengutaseme tõttu oli see varem problemaatiline. Näiteks antiikaja teadlased uskusid, et valguse kiirus on lõpmatu, kuid hiljem seadsid paljud teadlased selle postulaadi kahtluse alla, mis tõi kaasa mitmeid katseid seda kindlaks teha:

1. Galileo kasutas taskulampe. Valguslainete levimiskiiruse arvutamiseks viibis ta koos abilisega küngastel, mille vaheline kaugus oli täpselt määratud. Seejärel avas üks osalejatest laterna, teine ​​pidi sama tegema kohe, kui valgust nägi. Kuid see meetod ebaõnnestus laine levimise suure kiiruse ja võimetuse tõttu täpselt määrata ajavahemikku.
2. Taani astronoom Olaf Remer märkas Jupiteri vaatlemisel eripära.Kui Maa ja Jupiter olid oma orbiidi vastaspunktides, jäi Io (Jupiteri satelliit) varjutus planeedist endast 22 minutit maha. Sellest järeldas ta, et valguslainete levimise kiirus ei ole lõpmatu ja sellel on piir. Tema arvutuste kohaselt oli indeks ligikaudu 220 000 km sekundis.
   Valguse kiiruse määramine Rehmeri poolt.
3. Umbes samal perioodil avastas inglise astronoom James Bradley valguse aberratsiooni nähtuse, kui Maa liikumise tõttu ümber Päikese, aga ka pöörlemise tõttu ümber oma telje, mis põhjustab tähtede asukoha taevas ja vahemaa nendeni muutub pidevalt. Nende omaduste tõttu kirjeldavad tähed igal aastal ellipsi. Arvutuste ja vaatluste põhjal arvutas astronoom välja kiiruse, see oli 308 000 km sekundis.
   Valguse aberratsioon
4. Louis Fizeau oli esimene, kes otsustas laborikatse abil täpse määra kindlaks määrata. Ta seadis peegelpinnaga klaasi allikast 8633 meetri kaugusele, kuid kuna vahemaa oli väike, ei olnud võimalik täpseid ajaarvutusi teha. Seejärel pani teadlane hammasratta, mis oma hammasratastega perioodiliselt valgust kattis. Ratta kiirust muutes tegi Fizeau kindlaks, millisel kiirusel ei olnud valgusel aega hammaste vahelt läbida ja tagasi pöörduda. Ta arvutas kiiruseks 315 000 kilomeetrit sekundis.
   Louis Fizeau eksperiment.

Valguse kiiruse mõõtmine

Seda saab teha mitmel viisil. Neid pole vaja üksikasjalikult lahti võtta, igaüks nõuaks eraldi läbivaatamist. Seetõttu on sorte kõige lihtsam sorteerida:

1. Astronoomilised mõõtmised.. Siin kasutatakse kõige sagedamini Remeri ja Bradley meetodeid, kuna need on osutunud tõhusaks ja väärtusi ei mõjuta õhu, vee ja muud keskkonna omadused. Ruumivaakumis suureneb mõõtmiste täpsus.
2. Õõnsuse resonants või õõnsuse efekt - on planeedi pinna ja ionosfääri vahel tekkivate madala sagedusega seisvate magnetlainete nähtus. Kasutades spetsiaalseid valemeid ja mõõteseadmete andmeid, pole osakeste kiiruse väärtust õhukeskkonnas keeruline arvutada.
3. Interferomeetria - uurimismeetodite kogum, milles liidetakse mitut tüüpi laineid. See annab häirete efekti, mille tõttu saab teha arvukalt nii elektromagnetiliste kui ka akustiliste vibratsioonide mõõtmisi.

Spetsiaalse varustuse abil on võimalik mõõtmisi teha ilma eritehnikat kasutamata.

Kas FTL on võimalik

Relatiivsusteooria järgi rikub füüsikaliste osakeste kiiruse ületamine põhjuslikkuse põhimõtet. Tänu sellele on võimalik signaalide edastamine tulevikust minevikku ja vastupidi. Kuid samal ajal ei eita teooria, et võib esineda osakesi, mis liiguvad kiiremini, samal ajal kui nad suhtlevad tavaliste ainetega.

Seda tüüpi osakesi nimetatakse tahhüoniteks. Mida kiiremini nad liiguvad, seda vähem energiat nad kannavad.

Videotund: Fizeau eksperiment. Valguse kiiruse mõõtmine. Füüsika 11. klass.

Valguse kiirus vaakumis on konstantne ja sellel põhinevad paljud füüsika nähtused. Selle määratlus oli uus verstapost teaduse arengus, sest see võimaldas selgitada paljusid protsesse ja lihtsustas mitmeid arvutusi.