Milyen sebességgel terjed a fény vákuumban?

A fénysebesség vákuumban egy olyan mutató, amelyet széles körben használnak a fizikában, és amely egy időben számos felfedezést tett lehetővé, és számos jelenség természetének magyarázatát tette lehetővé. Van néhány fontos dolog, amit meg kell tanulnunk ahhoz, hogy megértsük a témát, és megértsük, hogyan és milyen körülmények között fedezték fel.

Mi a fény sebessége

A fénysebességet vákuumban abszolút mennyiségnek tekintik, amely az elektromágneses sugárzás terjedési sebességét mutatja. A fizikában széles körben használják, és egy kis latin "c" betűvel (ejtsd: "Ce") jelölik.

Vákuumban a fénysebességet használják a különböző részecskék sebességének meghatározására.

A legtöbb kutató és tudós szerint a fénysebesség vákuumban a részecskék és a különböző típusú sugárzások terjedésének maximális sebessége.

Ami a jelenségek példáit illeti, ezek a következők:

1. Bármelyikből érkező látható fény forrás.
2. Az elektromágneses sugárzás minden típusa (pl. röntgensugárzás és rádióhullámok).
3. Gravitációs hullámok (itt egyes szakértők nem értenek egyet).

Számos részecsketípus képes közel fénysebességgel haladni, de nem éri el azt.

A fénysebesség pontos értéke

A tudósok már évek óta próbálják meghatározni a fény sebességét, de pontos méréseket csak az 1970-es években végeztek. Végül ez a szám 299 792 458 méter/másodperc volt. +/-1,2 méteres maximális eltéréssel. Ma ez egy megváltoztathatatlan fizikai egység.Mivel egy méter távolság 1/299 792 458 másodperc, ennyi idő alatt a fény vákuumban 100 cm-t tesz meg.

A tudományos a fénysebesség meghatározásának képlete.

A számítás egyszerűsítése érdekében, a számadat leegyszerűsítve 300 000 000 m/s (3×108 m/s). Mindenki ismeri az iskolai fizikából, ahol a sebességet ebben a formában mérik.

A fénysebesség alapvető szerepe a fizikában

Ez az egyik fő mutató, függetlenül attól, hogy a tanulmányban milyen referenciakeretet használnak. Ez független a hullámforrás mozgásától, ami szintén fontos.

Az invarianciát Albert Einstein 1905-ben fogadta el posztulátumként. Ez azután történt, hogy egy másik tudós, Maxwell, miután nem talált bizonyítékot a fényt hordozó éter létezésére, előállt az elektromágnesesség elméletével.

Az az állítás, hogy az oksági hatások nem terjedhetnek a fénysebességnél nagyobb sebességgel, ma már megalapozottnak tekinthető.

Egyébként! A fizikusok nem tagadják, hogy egyes részecskék a kérdéses számnál nagyobb sebességgel mozoghatnak. Információ továbbítására azonban nem használhatók.

Történelmi hivatkozások

Ahhoz, hogy megértsük a téma sajátosságait, és megtudjuk, hogyan fedeztek fel bizonyos jelenségeket, tanulmányoznunk kell néhány tudós kísérleteit. A 19. században számos olyan felfedezést tettek, amelyek a későbbiekben segítették a tudósokat, főként az elektromos áram, valamint a mágneses és elektromágneses indukció jelenségeivel kapcsolatban.

James Maxwell kísérletei

A fizikus kutatásai megerősítették a részecskék távoli kölcsönhatását. Ez később lehetővé tette Wilhelm Weber számára az elektromágnesesség új elméletének kidolgozását. Maxwell egyértelműen megállapította a mágneses és az elektromos mezők jelenségét is, és megállapította, hogy ezek elektromágneses hullámok formájában képesek egymást előidézni. Ez a tudós volt az, aki elsőként használta a "c" jelzőt, amelyet a fizikusok világszerte ma is használnak.

Emiatt a legtöbb kutató már a fény elektromágneses természetéről beszélt. Maxwell az elektromágneses gerjesztések terjedési sebességét vizsgálva arra a következtetésre jutott, hogy az megegyezik a fénysebességgel, ami akkoriban meglepte őt.

Maxwell kutatásai világossá tették, hogy a fény, a mágnesesség és az elektromosság nem különálló fogalmak. Ezek a tényezők együttesen határozzák meg a fény természetét, mivel az a térben terjedő mágneses és elektromos mező kombinációja.

Az elektromágneses hullám terjedési mintázata.

Michelson és a fénysebesség abszolút értékének bizonyítására irányuló kísérlete

A múlt század elején a legtöbb tudós Galilei relativitáselméletét alkalmazta, amely szerint a mechanika törvényei azonosak, függetlenül attól, hogy melyik vonatkoztatási rendszert használják. Az elmélet szerint azonban az elektromágneses hullámok terjedési sebességének változnia kell a forrás mozgásával. Ez ellentétben állt mind Galilei posztulátumával, mind Maxwell elméletével, ami a kutatás indoka volt.

Abban az időben a legtöbb tudós az "éter-elmélet" felé hajlott, amelyben a mutatók nem függtek a forrás sebességétől, a közeg jellemzőit tekintették a fő meghatározó tényezőnek.

Michelson felfedezte, hogy a fény sebessége független a mérés irányától.

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

Az éter elmélete nem tudta megmagyarázni az abszolút nagyság létezését, ami még jobban megmutatta tévedését.

Albert Einstein speciális relativitáselmélete

Az akkor fiatal tudós olyan elméletet mutatott be, amely ellentétes volt a legtöbb kutató meggyőződésével. Eszerint az időnek és a térnek olyan tulajdonságai vannak, amelyek biztosítják, hogy a fény sebessége a vákuumban állandó marad, függetlenül a választott vonatkoztatási rendszertől. Ez megmagyarázta Michelson sikertelen kísérleteit, mivel a fény terjedési sebessége nem függ a fényforrás mozgásától.

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

Egy példa arra, hogyan befolyásolja egy személy helyzete a fény terjedésének érzékelését.

Hogyan mérték a fény sebességét korábban

Számos kísérlet történt ennek a mutatónak a meghatározására, de a tudomány alacsony fejlettségi szintje miatt korábban ez problematikus volt. Az ókorban például a tudósok úgy vélték, hogy a fény sebessége végtelen, de később sok kutató megkérdőjelezte ezt, ami a meghatározására tett kísérletek sorozatához vezetett:

1. Galilei fáklyákat használt. A fényhullámok terjedési sebességének kiszámításához ő és asszisztense dombokon álltak, a köztük lévő távolságot pontosan meghatározva. Ezután az egyik résztvevő kinyitotta a lámpást, a másik pedig ugyanezt tette, amint meglátta a fényt. Ez a módszer azonban sikertelen volt, mivel a hullámok terjedésének sebessége nagy volt, és nem lehetett pontosan meghatározni az időintervallumot.
2. Olaf Remer dán csillagász a Jupiter megfigyelése közben figyelt fel egy furcsaságra. Amikor a Föld és a Jupiter pályájuk ellentétes pontjain állt, az Io (a Jupiter műholdja) napfogyatkozása 22 perccel volt lemaradva magától a bolygótól. Ez alapján arra a következtetésre jutott, hogy a fényhullámok terjedési sebessége nem végtelen, és van egy határértéke. Számításai szerint az index körülbelül 220 000 km/másodperc volt.
   A fénysebesség meghatározása Rehmer szerint.
3. Ugyanebben az időszakban James Bradley angol csillagász felfedezte a fény aberráció jelenségét, amely szerint a csillagok helyzete és távolsága az égen folyamatosan változik a Föld Nap körüli mozgása és a Föld tengely körüli forgása miatt. E jellemzők miatt a csillagok minden évben egy ellipszist írnak le. A csillagász számítások és megfigyelések segítségével kiszámította a sebességet, amely 308 000 km/másodperc volt.
   A fény aberrációja
4. Louis Fizeau volt az első, aki laboratóriumi kísérlet útján meghatározta a pontos indexet. A forrástól 8633 m távolságban egy tükrös felületű üveget állított fel, de mivel a távolság rövid, nem lehetett pontos időszámítást végezni. A tudós ezután felállított egy fogaskereket, amelyek fogaskerekeivel időszakosan eltakarta a fényt. A kerék sebességének változtatásával Fizeau meghatározta, hogy a fénynek milyen sebességnél nem volt ideje áthaladni a fogaskerekek között és visszatérni. Számításai szerint a sebesség 315 000 kilométer másodpercenként.
   Louis Fizeau kísérlete.

A fénysebesség mérése

Ez többféleképpen is történhet. Nem szükséges ezeket részletesen lebontani, mindegyikről külön áttekintés szükséges. Ezért a legegyszerűbb a fajtákat szétválogatni:

1. Csillagászati mérések. A Remer- és Bradley-módszereket itt alkalmazzák a leggyakrabban, mivel ezek bizonyítottan hatékonyak, és nem befolyásolja őket a levegő, a víz vagy más környezeti feltételek. A kozmikus vákuumban a mérések pontossága növekszik.
2. Üregrezonancia vagy üreghatás - a bolygó felszíne és az ionoszféra közötti alacsony frekvenciájú álló mágneses hullámok jelenségének elnevezése. Speciális képletek és mérőberendezések segítségével könnyen kiszámítható a levegőben lévő részecskék sebessége.
3. Interferometria - Olyan vizsgálati technikák összessége, amelyekben többféle hullámtípus összeadódik. Ez interferenciahatást eredményez, amelynek révén számos mérés végezhető mind az elektromágneses, mind az akusztikus rezgésekről.

Speciális berendezésekkel a mérések speciális technikák nélkül is elvégezhetők.

Lehetséges-e az FTL

A relativitáselmélet szerint egy fizikai részecske sebességének túllépése sérti a kauzalitás elvét. Ennek köszönhetően lehetséges a jelek átvitele a jövőből a múltba és fordítva. Ugyanakkor az elmélet nem tagadja, hogy létezhetnek olyan részecskék, amelyek gyorsabban mozognak, miközben kölcsönhatásba lépnek a közönséges anyagokkal.

Az ilyen típusú részecskéket tachionnak nevezik. Minél gyorsabban mozognak, annál kevesebb energiát szállítanak.

Videólecke: Fizeau-kísérlet. A fénysebesség mérése. Fizika 11. osztály.

A fény sebessége vákuumban állandó, és a fizika számos jelensége ezen alapul. Meghatározása új mérföldkő volt a tudomány fejlődésében, mivel számos folyamatot megmagyarázott és számos számítást egyszerűsített.