A quale velocità si propaga la luce nel vuoto

La velocità della luce nel vuoto è un indice molto utilizzato in fisica e ha permesso di fare numerose scoperte e di spiegare la natura di molti fenomeni. Ci sono alcuni punti importanti da imparare per capire l'argomento e per capire come e in quali condizioni è stato scoperto.

Qual è la velocità della luce

La velocità della luce nel vuoto è considerata una quantità assoluta che rappresenta la rapidità di propagazione della radiazione elettromagnetica. È molto usato in fisica e viene indicato con una piccola lettera latina "c" (pronunciata "Ce").

Nel vuoto, la velocità della luce è usata per determinare la velocità delle varie particelle.

Secondo la maggior parte dei ricercatori e degli scienziati, la velocità della luce nel vuoto è la massima velocità possibile alla quale si propagano le particelle e i vari tipi di radiazioni.

Per quanto riguarda gli esempi di fenomeni, sono i seguenti:

1. La luce visibile proveniente da qualsiasi fonte.
2. Tutti i tipi di radiazioni elettromagnetiche (per esempio raggi X e onde radio).
3. Onde gravitazionali (dove alcuni esperti non sono d'accordo).

Molti tipi di particelle possono viaggiare a una velocità vicina a quella della luce, ma non la raggiungono.

Il valore esatto della velocità della luce

Gli scienziati hanno cercato di determinare quale sia la velocità della luce per molti anni, ma le misurazioni esatte sono state fatte negli anni '70. Alla fine la cifra era di 299.792.458 metri al secondo con una deviazione massima di +/-1,2 metri. Oggi è un'unità fisica immutabileDato che una distanza di un metro corrisponde a 1/299 792 458 secondi, questo è il tempo che impiega la luce nel vuoto per percorrere 100 cm.

La scienza formula per determinare la velocità della luce.

Per semplificare il calcolo, la cifra è semplificata a 300.000.000 m/s (3×108 m/s). Tutti lo sanno dalla fisica scolastica, dove la velocità si misura in questa forma.

Il ruolo fondamentale della velocità della luce nella fisica

Questo è uno dei principali indicatori, indipendentemente dal quadro di riferimento utilizzato nello studio. È indipendente dal movimento della sorgente dell'onda, che è anche importante.

L'invarianza fu adottata come postulato da Albert Einstein nel 1905. Questo fu dopo che un altro scienziato, Maxwell, aveva proposto la teoria dell'elettromagnetismo dopo aver trovato nessuna prova dell'esistenza dell'etere portatore di luce.

L'affermazione che gli effetti causali non possono essere trasportati a velocità superiori a quella della luce è ora considerata fondata.

A proposito! I fisici non negano che alcune particelle possano muoversi a una velocità superiore alla cifra in questione. Ma non possono essere usati per trasmettere informazioni.

Riferimenti storici

Per capire le peculiarità dell'argomento e scoprire come sono stati scoperti certi fenomeni, si dovrebbero studiare gli esperimenti di alcuni scienziati. Nel XIX secolo, furono fatte molte scoperte che aiutarono gli scienziati in seguito, soprattutto per quanto riguarda la corrente elettrica e i fenomeni di induzione magnetica ed elettromagnetica.

Gli esperimenti di James Maxwell

La ricerca del fisico ha confermato l'interazione delle particelle a distanza. Questo permise successivamente a Wilhelm Weber di sviluppare una nuova teoria dell'elettromagnetismo. Maxwell stabilì anche chiaramente il fenomeno dei campi magnetici ed elettrici e determinò che potevano prodursi a vicenda per formare onde elettromagnetiche. È stato questo scienziato che ha aperto la strada all'uso della designazione "c", che è ancora oggi usata dai fisici di tutto il mondo.

Per questo motivo, la maggior parte dei ricercatori parlava già della natura elettromagnetica della luce. Maxwell, studiando la velocità di propagazione delle eccitazioni elettromagnetiche, concluse che era uguale alla velocità della luce, un fatto che lo sorprese all'epoca.

Le ricerche di Maxwell hanno chiarito che la luce, il magnetismo e l'elettricità non sono concetti separati. Insieme, questi fattori determinano la natura della luce, perché è una combinazione di un campo magnetico ed elettrico che si propaga nello spazio.

Il modello di propagazione di un'onda elettromagnetica.

Michelson e il suo esperimento per dimostrare l'assolutezza della velocità della luce

All'inizio del secolo scorso, la maggior parte degli scienziati usava il principio di relatività di Galileo, che sosteneva che le leggi della meccanica erano le stesse indipendentemente dal quadro di riferimento utilizzato. Ma secondo la teoria, la velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche deve cambiare quando la sorgente si muove. Questo andava contro sia i postulati di Galileo che la teoria di Maxwell, che era il motivo della ricerca.

All'epoca, la maggior parte degli scienziati propendeva per la "teoria dell'etere", in cui gli indicatori non dipendevano dalla velocità della loro fonte, essendo le caratteristiche del mezzo considerate il principale fattore determinante.

Michelson scoprì che la velocità della luce era indipendente dalla direzione della misurazione.

Poiché la Terra si muove nello spazio in una certa direzione, la velocità della luce, secondo la legge dell'addizione delle velocità, sarà diversa se misurata in direzioni diverse. Ma Michelson non trovò alcuna differenza nella propagazione delle onde elettromagnetiche, indipendentemente dalla direzione in cui le misurazioni venivano effettuate.

La teoria dell'etere non poteva spiegare l'esistenza della grandezza assoluta, il che dimostrava ancora meglio la sua fallacia.

La teoria speciale della relatività di Albert Einstein

L'allora giovane scienziato presentò una teoria che andava contro le convinzioni della maggior parte dei ricercatori. Secondo esso, il tempo e lo spazio hanno caratteristiche che assicurano che la velocità della luce nel vuoto rimanga costante indipendentemente dal quadro di riferimento scelto. Questo spiegava gli esperimenti falliti di Michelson, poiché la velocità di propagazione della luce non dipende dal moto della sua sorgente.

[tds_council]Una conferma indiretta della correttezza della teoria di Einstein fu la "relatività della simultaneità", la cui essenza è mostrata nella figura.[/tds_council]

Un esempio di come la propria posizione influenzi la percezione della propagazione della luce.

Come si misurava la velocità della luce prima

Ci sono stati molti tentativi di determinare questo indicatore, ma a causa del basso livello di sviluppo della scienza, era problematico farlo in precedenza. Per esempio, gli scienziati dell'antichità credevano che la velocità della luce fosse infinita, ma in seguito molti ricercatori lo misero in dubbio, il che portò a una serie di tentativi per determinarla:

1. Galileo usava le torce. Per calcolare la velocità di propagazione delle onde luminose, lui e il suo assistente erano su delle colline e la distanza tra loro era determinata con precisione. Poi uno dei partecipanti apriva la lanterna, l'altro faceva lo stesso non appena vedeva la luce. Ma questo metodo non ha avuto successo a causa dell'alta velocità di propagazione dell'onda e l'impossibilità di determinare l'intervallo di tempo esatto.
2. Olaf Remer, un astronomo danese, ha notato una particolarità mentre osservava Giove. Quando la Terra e Giove erano in punti opposti delle loro orbite, l'eclissi di Io (il satellite di Giove) era 22 minuti dietro il pianeta stesso. Su questa base, concluse che la velocità di propagazione delle onde luminose non è infinita e ha un limite. Secondo i suoi calcoli, l'indice era di circa 220.000 km al secondo.
   Determinazione della velocità della luce secondo Rehmer.
3. Intorno allo stesso periodo, l'astronomo inglese James Bradley scoprì il fenomeno dell'aberrazione luminosa, per cui la posizione delle stelle nel cielo e la distanza da esse cambiano costantemente a causa del movimento della Terra intorno al Sole e anche a causa della sua rotazione intorno al proprio asse. A causa di queste caratteristiche, le stelle descrivono un'ellisse durante ogni anno. Utilizzando calcoli e osservazioni, l'astronomo ha calcolato la velocità, che era di 308 000 km al secondo.
   L'aberrazione della luce
4. Louis Fizeau fu il primo a decidere l'indice esatto per mezzo di un esperimento di laboratorio. Ha installato un vetro con una superficie a specchio ad una distanza di 8633 m dalla sorgente, ma poiché la distanza è breve, era impossibile fare calcoli precisi del tempo. Lo scienziato ha poi montato una ruota dentata, che con i suoi ingranaggi copriva periodicamente la luce. Variando la velocità della ruota, Fizeau determinò a quale velocità la luce non aveva il tempo di passare tra gli ingranaggi e tornare indietro. Ha calcolato una velocità di 315.000 chilometri al secondo.
   L'esperimento di Louis Fizeau.

Misurare la velocità della luce

Questo può essere fatto in diversi modi. Non è necessario scomporli in dettaglio, sarebbe necessaria una panoramica separata per ciascuno. Perciò è più facile distinguere le varietà:

1. Misure astronomiche. Questo è il caso in cui i metodi Remer e Bradley sono più comunemente usati, poiché hanno dimostrato di essere efficaci e non sono influenzati dall'aria, dall'acqua o da altre condizioni ambientali. In un vuoto cosmico, la precisione delle misure aumenta.
2. Risonanza di cavità o effetto cavità - è il nome dato al fenomeno delle onde magnetiche stazionarie a bassa frequenza tra la superficie del pianeta e la ionosfera. Utilizzando formule speciali e strumenti di misurazione, è facile calcolare la velocità delle particelle nell'aria.
3. Interferometria - Un insieme di metodi di ricerca in cui si sommano diversi tipi di onde. Questo dà l'effetto di interferenza, attraverso il quale si possono fare numerose misure di vibrazioni sia elettromagnetiche che acustiche.

Con attrezzature speciali, le misurazioni possono essere fatte senza bisogno di tecniche speciali.

L'FTL è possibile

Secondo la teoria della relatività, superare la velocità di una particella fisica viola il principio di causalità. Per questo è possibile la trasmissione di segnali dal futuro al passato e viceversa. Ma allo stesso tempo la teoria non nega che ci possano essere particelle che si muovono più velocemente, mentre interagiscono con sostanze ordinarie.

Questo tipo di particella si chiama tachione. Più velocemente si muovono, meno energia trasportano.

Video lezione: esperimento di Fizeau. Misurare la velocità della luce. Fisica 11° grado.

La velocità della luce nel vuoto è una costante e molti fenomeni della fisica si basano su di essa. La sua definizione fu una nuova pietra miliare nello sviluppo della scienza, poiché spiegava molti processi e semplificava un certo numero di calcoli.