Millä nopeudella valo etenee tyhjiössä?

Valon nopeus tyhjiössä on fysiikassa laajalti käytetty tunnusluku, jonka avulla on aikoinaan voitu tehdä useita löytöjä ja selittää monien ilmiöiden luonnetta. Aiheen ymmärtämiseksi ja sen ymmärtämiseksi, miten ja millaisissa olosuhteissa se löydettiin, on opittava joitakin tärkeitä asioita.

Mikä on valon nopeus

Valon nopeutta tyhjiössä pidetään absoluuttisena suureena, joka kuvaa sähkömagneettisen säteilyn etenemisnopeutta. Sitä käytetään laajalti fysiikassa, ja se merkitään pienellä latinankielisellä c-kirjaimella (lausutaan Ce).

Tyhjiössä valon nopeutta käytetään eri hiukkasten nopeuden määrittämiseen.

Useimpien tutkijoiden ja tiedemiesten mukaan valon nopeus tyhjiössä on suurin mahdollinen nopeus, jolla hiukkaset ja erilaiset säteilytyypit etenevät.

Esimerkkejä ilmiöistä ovat seuraavat:

1. Näkyvä valo, joka tulee mistä tahansa lähde.
2. Kaikenlainen sähkömagneettinen säteily (esim. röntgensäteet ja radioaallot).
3. Gravitaatioaallot (joista jotkut asiantuntijat ovat eri mieltä).

Monet hiukkastyypit voivat kulkea lähes valonnopeudella, mutta eivät saavuta sitä.

Valon nopeuden tarkka arvo

Tutkijat ovat yrittäneet selvittää valon nopeutta jo vuosia, mutta tarkat mittaukset tehtiin 1970-luvulla. Lopulta luku oli 299 792 458 metriä sekunnissa. enimmäispoikkeama on +/-1,2 metriä. Nykyään se on muuttumaton fyysinen yksikkö, -Koska yhden metrin etäisyys on 1/299 792 458 sekuntia, niin kauan valolla kestää tyhjiössä kulkea 100 cm.

Tieteellinen kaava valon nopeuden määrittämiseksi.

Laskennan yksinkertaistamiseksi, luku on yksinkertaistettuna 300 000 000 m/s (3×108 m/s).. Kaikki tietävät sen koulufysiikasta, jossa nopeutta mitataan tässä muodossa.

Valon nopeuden perustavanlaatuinen merkitys fysiikassa

Tämä on yksi tärkeimmistä indikaattoreista riippumatta siitä, mitä viitekehystä tutkimuksessa käytetään. Se on riippumaton aaltolähteen liikkeestä, mikä on myös tärkeää.

Albert Einstein hyväksyi invarianssin postulaatiksi vuonna 1905. Tämä tapahtui sen jälkeen, kun toinen tiedemies, Maxwell, oli esittänyt sähkömagnetismin teorian sen jälkeen, kun hän ei ollut löytänyt todisteita valoa kantavan eetterin olemassaolosta.

Väitettä, jonka mukaan kausaalivaikutukset eivät voi siirtyä valonnopeutta suuremmilla nopeuksilla, pidetään nykyään hyvin perusteltuna.

Muuten! Fyysikot eivät kiellä sitä, että jotkut hiukkaset voivat liikkua kyseistä lukua suuremmalla nopeudella. Niitä ei kuitenkaan voi käyttää tiedonsiirtoon.

Historialliset viitteet

Ymmärtääksesi aiheen erityispiirteitä ja selvittääksesi, miten tietyt ilmiöt löydettiin, on tutkittava joidenkin tiedemiesten kokeita. 1800-luvulla tehtiin monia löytöjä, jotka auttoivat tutkijoita myöhemmin, lähinnä sähkövirran sekä magneettisen ja sähkömagneettisen induktion ilmiöiden osalta.

James Maxwellin kokeet

Fyysikon tutkimus vahvisti hiukkasten vuorovaikutuksen etäältä. Tämän ansiosta Wilhelm Weber pystyi myöhemmin kehittämään uuden teorian sähkömagnetismista. Maxwell selvitti selvästi myös magneetti- ja sähkökenttien ilmiön ja totesi, että ne voivat synnyttää toisiaan ja muodostaa sähkömagneettisia aaltoja. Juuri tämä tiedemies oli se, joka oli edelläkävijä, joka käytti nimitystä "c", jota fyysikot ympäri maailmaa käyttävät yhä nykyäänkin.

Tämän vuoksi useimmat tutkijat puhuivat jo valon sähkömagneettisesta luonteesta. Tutkiessaan sähkömagneettisten herätteiden etenemisnopeutta Maxwell päätteli sen olevan yhtä suuri kuin valon nopeus, mikä yllätti hänet tuolloin.

Maxwellin tutkimukset tekivät selväksi, että valo, magnetismi ja sähkö eivät ole erillisiä käsitteitä. Yhdessä nämä tekijät määrittävät valon luonteen, koska se on magneetti- ja sähkökentän yhdistelmä, joka etenee avaruudessa.

Sähkömagneettisten aaltojen etenemissuunnitelma.

Michelson ja hänen kokeensa valonnopeuden absoluuttisuuden todistamiseksi.

Viime vuosisadan alussa useimmat tutkijat käyttivät Galileon suhteellisuusperiaatetta, jonka mukaan mekaniikan lait olivat samat riippumatta siitä, mitä viitekehystä käytettiin. Teorian mukaan sähkömagneettisten aaltojen etenemisnopeuden on kuitenkin muututtava, kun lähde liikkuu. Tämä oli ristiriidassa sekä Galileon postulaattien että Maxwellin teorian kanssa, mikä oli tutkimuksen syy.

Tuohon aikaan useimmat tiedemiehet olivat taipuvaisia "eetteriteoriaan", jossa indikaattorit eivät riippuneet lähteen nopeudesta, vaan väliaineen ominaisuuksia pidettiin tärkeimpänä määräävänä tekijänä.

Michelson havaitsi, että valon nopeus oli riippumaton mittaussuunnasta.

Koska maapallo liikkuu avaruudessa tiettyyn suuntaan, valon nopeus on nopeuksien yhteenlaskun lain mukaan erilainen, kun se mitataan eri suuntiin. Michelson ei kuitenkaan havainnut eroa sähkömagneettisten aaltojen etenemisessä riippumatta siitä, mihin suuntaan mittaukset tehtiin.

Eetteriteoria ei pystynyt selittämään absoluuttisen suuruuden olemassaoloa, mikä osoitti vielä paremmin sen virheellisyyden.

Albert Einsteinin erityinen suhteellisuusteoria

Tuolloin nuori tutkija esitti teorian, joka oli vastoin useimpien tutkijoiden uskomuksia. Sen mukaan ajalla ja avaruudella on ominaisuuksia, jotka takaavat sen, että valon nopeus tyhjiössä pysyy vakiona valitusta viitekehyksestä riippumatta. Tämä selitti Michelsonin epäonnistuneet kokeet, sillä valon etenemisnopeus ei riipu sen lähteen liikkeestä.

[tds_council]Epäsuora vahvistus Einsteinin teorian oikeellisuudelle oli "samanaikaisuuden suhteellisuus", jonka ydin on esitetty kuvassa[/tds_council].[/tds_council].

Esimerkki siitä, miten ihmisen sijainti vaikuttaa hänen käsitykseensä valon etenemisestä.

Miten valon nopeus mitattiin ennen

Tätä indikaattoria on yritetty määrittää useasti, mutta tieteen alhaisen kehitystason vuoksi sen määrittäminen oli aiemmin ongelmallista. Esimerkiksi muinoin tiedemiehet uskoivat valon nopeuden olevan ääretön, mutta myöhemmin monet tutkijat kyseenalaistivat sen, mikä johti useisiin yrityksiin sen määrittämiseksi:

1. Galileo käytti soihtuja. Jotta valoaaltojen etenemisnopeus voitaisiin laskea, hän ja hänen avustajansa olivat kukkuloilla, joiden välinen etäisyys oli määritetty tarkasti. Sitten yksi osallistujista avasi lyhdyn, ja toinen teki samoin heti, kun hän näki valon. Menetelmä ei kuitenkaan onnistunut, koska aaltojen etenemisnopeus oli suuri ja tarkkaa aikaväliä oli mahdotonta määrittää.
2. Tanskalainen tähtitieteilijä Olaf Remer huomasi erikoisuuden tarkkaillessaan Jupiteria. Kun Maa ja Jupiter olivat vastakkaisissa kohdissa kiertoratojaan, Ion (Jupiterin satelliitin) pimennys oli 22 minuuttia itse planeetan takana. Tämän perusteella hän päätteli, että valoaaltojen etenemisnopeus ei ole ääretön ja että sillä on jokin raja. Hänen laskelmiensa mukaan indeksi oli noin 220 000 kilometriä sekunnissa.
   Valon nopeuden määrittäminen Rehmerin mukaan.
3. Samoihin aikoihin englantilainen tähtitieteilijä James Bradley havaitsi valon poikkeavuuden ilmiön, jonka mukaan tähtien sijainti taivaalla ja etäisyys niihin muuttuvat jatkuvasti, koska Maa liikkuu Auringon ympäri ja pyörii akselinsa ympäri. Näiden ominaisuuksien vuoksi tähdet kuvaavat ellipsiä kunkin vuoden aikana. Laskelmien ja havaintojen avulla tähtitieteilijä laski nopeuden, joka oli 308 000 kilometriä sekunnissa.
   Valon poikkeavuus
4. Louis Fizeau oli ensimmäinen henkilö, joka määritteli tarkan indeksin laboratoriokokeen avulla. Hän pystytti peilipintaisen lasin 8633 metrin etäisyydelle lähteestä, mutta koska etäisyys on lyhyt, oli mahdotonta tehdä tarkkoja aikalaskelmia. Tämän jälkeen tutkija asetti hammaspyörän, joka hammasrattaineen peitti valon ajoittain. Vaihtelemalla pyörän nopeutta Fizeau määritteli, millä nopeudella valo ei ehtinyt kulkea hammaspyörien välistä ja palata takaisin. Hän laski nopeudeksi 315 000 kilometriä sekunnissa.
   Louis Fizeaun koe.

Valon nopeuden mittaaminen

Tämä voidaan tehdä monella tavalla. Niitä ei ole tarpeen eritellä yksityiskohtaisesti, vaan kustakin tarvitaan erillinen katsaus. Siksi lajikkeet on helpointa lajitella:

1. Tähtitieteelliset mittaukset. Tässä yhteydessä käytetään yleisimmin Remer- ja Bradley-menetelmiä, koska ne ovat todistetusti tehokkaita, eivätkä ilma, vesi tai muut ympäristöolosuhteet vaikuta niihin. Kosmisessa tyhjiössä mittausten tarkkuus kasvaa.
2. Onteloresonanssi tai ontelovaikutus - on nimitys ilmiölle, joka syntyy matalataajuisista pysyvistä magneettiaalloista planeetan pinnan ja ionosfäärin välillä. Ilmassa olevien hiukkasten nopeus on helppo laskea käyttämällä erityisiä kaavoja ja mittauslaitteita.
3. Interferometria - Joukko tutkimustekniikoita, joissa useita aaltotyyppejä lasketaan yhteen. Tämä aiheuttaa interferenssivaikutuksen, jonka avulla voidaan tehdä lukuisia mittauksia sekä sähkömagneettisista että akustisista värähtelyistä.

Erikoislaitteilla voidaan tehdä mittauksia ilman erikoistekniikoita.

Onko FTL mahdollista

Suhteellisuusteorian mukaan fysikaalisen hiukkasen nopeuden ylittäminen rikkoo kausaalisuusperiaatetta. Tämän vuoksi signaalien siirtäminen tulevaisuudesta menneisyyteen ja päinvastoin on mahdollista. Samalla teoria ei kuitenkaan kiellä sitä, että voi olla hiukkasia, jotka liikkuvat nopeammin vuorovaikutuksessa tavallisten aineiden kanssa.

Tällaista hiukkasta kutsutaan takioniksi. Mitä nopeammin ne liikkuvat, sitä vähemmän energiaa ne kuljettavat.

Videotunti: Fizeaun koe. Valon nopeuden mittaaminen. Fysiikka 11. luokka.

Valon nopeus tyhjiössä on vakio, ja monet fysiikan ilmiöt perustuvat siihen. Sen määritelmä oli uusi virstanpylväs tieteen kehityksessä, koska se selitti monia prosesseja ja yksinkertaisti useita laskutoimituksia.