Ar kādu ātrumu gaisma izplatās vakuumā

Gaismas ātrums vakuumā ir rādītājs, ko plaši izmanto fizikā un kas savulaik ļāvis veikt vairākus atklājumus un izskaidrot daudzu parādību būtību. Lai izprastu šo tēmu un saprastu, kā un kādos apstākļos tā tika atklāta, ir daži svarīgi aspekti.

Kāds ir gaismas ātrums

Gaismas ātrumu vakuumā uzskata par absolūtu lielumu, kas raksturo elektromagnētiskā starojuma izplatīšanās ātrumu. To plaši izmanto fizikā, un apzīmē ar mazo latīņu burtu "c" (izrunā "Ce").

Vakuumā gaismas ātrumu izmanto, lai noteiktu dažādu daļiņu ātrumu.

Lielākā daļa pētnieku un zinātnieku uzskata, ka gaismas ātrums vakuumā ir maksimālais iespējamais ātrums, ar kādu izplatās daļiņas un dažāda veida starojums.

Attiecībā uz parādību piemēriem tie ir šādi:

1. Redzama gaisma, kas nāk no jebkuras avots.
2. visu veidu elektromagnētiskais starojums (piemēram, rentgena stari un radioviļņi).
3. Gravitācijas viļņi (šeit daži eksperti nepiekrīt).

Daudzu veidu daļiņas var pārvietoties ar gaismas ātrumam tuvu ātrumu, taču to nesasniedz.

Gaismas ātruma precīza vērtība

Zinātnieki jau daudzus gadus ir mēģinājuši noteikt, kāds ir gaismas ātrums, bet precīzi mērījumi tika veikti tikai pagājušā gadsimta 70. gados. Galu galā šis skaitlis bija 299 792 458 metri sekundē. ar maksimālo novirzi +/-1,2 metri. Šodien tā ir nemainīga fiziska vienība.Tā kā viena metra attālums ir 1/299 792 458 sekundes, tad tieši tik ilgi gaisma vakuumā spēj veikt 100 cm attālumu.

Zinātniskais formula gaismas ātruma noteikšanai.

Lai vienkāršotu aprēķinu, skaitlis ir vienkāršots līdz 300 000 000 000 m/s (3×108 m/s).. Ikviens to zina no skolas fizikas, kur ātrums tiek mērīts šādā formā.

Gaismas ātruma fundamentālā loma fizikā

Tas ir viens no galvenajiem rādītājiem neatkarīgi no tā, kāds atskaites ietvars tiek izmantots pētījumā. Tas nav atkarīgs no viļņu avota kustības, kas arī ir svarīgi.

Invarianci kā postulātu pieņēma Alberts Einšteins 1905. gadā. Tas notika pēc tam, kad cits zinātnieks, Maksvels, bija izvirzījis elektromagnētisma teoriju pēc tam, kad neatrada pierādījumus par gaismu nesoša ētera pastāvēšanu.

Tagad tiek uzskatīts, ka apgalvojums, ka cēloņsakarības nevar pārvietoties ar ātrumu, kas lielāks par gaismas ātrumu, ir pamatots.

Starp citu! Fiziķi nenoliedz, ka dažas daļiņas var kustēties ar ātrumu, kas ir lielāks par attiecīgo skaitli. Taču tos nevar izmantot informācijas pārraidei.

Vēsturiskas atsauces

Lai izprastu šīs tēmas īpatnības un noskaidrotu, kā tika atklātas noteiktas parādības, ir jāizpēta dažu zinātnieku eksperimenti. 19. gadsimtā tika veikti daudzi atklājumi, kas vēlāk palīdzēja zinātniekiem, galvenokārt attiecībā uz elektrisko strāvu un magnētiskās un elektromagnētiskās indukcijas parādībām.

Džeimsa Maksvela eksperimenti

Fiziķa pētījumi apstiprināja daļiņu mijiedarbību no attāluma. Tas vēlāk ļāva Vilhelmam Vēberam izstrādāt jaunu elektromagnētisma teoriju. Maksvels arī skaidri noteica magnētiskā un elektriskā lauka fenomenu un konstatēja, ka tie var radīt viens otru, veidojot elektromagnētiskos viļņus. Tieši šis zinātnieks pirmais sāka lietot apzīmējumu "c", ko fiziķi visā pasaulē lieto vēl šodien.

Tāpēc lielākā daļa pētnieku jau runāja par gaismas elektromagnētisko dabu. Maksvels, pētot elektromagnētisko ierosmju izplatīšanās ātrumu, secināja, ka tas ir vienāds ar gaismas ātrumu, kas tolaik viņu pārsteidza.

Maksvela pētījumi skaidri parādīja, ka gaisma, magnētisms un elektrība nav atsevišķi jēdzieni. Kopā šie faktori nosaka gaismas būtību, jo tā ir magnētiskā un elektriskā lauka kombinācija, kas izplatās telpā.

Elektromagnētiskā viļņa izplatīšanās modelis.

Mišelsons un viņa eksperiments, lai pierādītu, ka gaismas ātrums ir absolūts.

Pagājušā gadsimta sākumā lielākā daļa zinātnieku izmantoja Galileo relatīvisma principu, kas paredzēja, ka mehānikas likumi ir vienādi neatkarīgi no atskaites sistēmas. Taču saskaņā ar teoriju elektromagnētisko viļņu izplatīšanās ātrumam ir jāmainās, avotam pārvietojoties. Tas bija pretrunā gan Galileo postulātiem, gan Maksvela teorijai, kas bija pētījuma iemesls.

Tolaik lielākā daļa zinātnieku sliecās uz "ētera teoriju", kurā rādītāji nebija atkarīgi no to avota ātruma, par galveno noteicošo faktoru uzskatot vides īpašības.

Mišelsons atklāja, ka gaismas ātrums nav atkarīgs no mērījumu virziena.

Tā kā Zeme pārvietojas telpā noteiktā virzienā, gaismas ātrums saskaņā ar ātrumu saskaitīšanas likumu atšķirsies, ja to mērīs dažādos virzienos. Taču Mišelsons nekonstatēja atšķirības elektromagnētisko viļņu izplatībā neatkarīgi no tā, kurā virzienā tika veikti mērījumi.

Ētera teorija nespēja izskaidrot absolūtā lieluma eksistenci, kas vēl labāk parādīja tās kļūdainību.

Alberta Einšteina īpašā relativitātes teorija

Toreiz jaunais zinātnieks nāca klajā ar teoriju, kas bija pretrunā ar vairuma pētnieku uzskatiem. Saskaņā ar to laikam un telpai ir īpašības, kas nodrošina, ka gaismas ātrums vakuumā paliek nemainīgs neatkarīgi no izvēlētā atskaites punkta. Tas izskaidroja Mišelsona neveiksmīgos eksperimentus, jo gaismas izplatīšanās ātrums nav atkarīgs no tās avota kustības.

[tds_council]Einšteina teorijas pareizības netiešs apstiprinājums bija "vienlaicības relativitāte", kuras būtība parādīta attēlā.[/tds_council]

Piemērs tam, kā cilvēka atrašanās vieta ietekmē gaismas izplatīšanās uztveri.

Kā gaismas ātrumu mērīja pirms

Ir bijuši daudzi mēģinājumi noteikt šo rādītāju, taču zinātnes zemā attīstības līmeņa dēļ to iepriekš bija problemātiski izdarīt. Piemēram, senos laikos zinātnieki uzskatīja, ka gaismas ātrums ir bezgalīgs, bet vēlāk daudzi pētnieki to apšaubīja, tāpēc tika veikti vairāki mēģinājumi to noteikt:

1. Galileo izmantoja lāpas. Lai aprēķinātu gaismas viļņu izplatīšanās ātrumu, viņš un viņa asistents atradās uz kalniem, un attālums starp tiem bija precīzi noteikts. Tad viens no dalībniekiem atver laternu, un otrs to pašu dara, tiklīdz ierauga gaismu. Taču šī metode bija neveiksmīga, jo viļņu izplatīšanās ātrums bija liels un nebija iespējams noteikt precīzu laika intervālu.
2. Dānijas astronoms Olafs Remers (Olaf Remer), novērojot Jupiteru, pamanīja kādu īpatnību. Kad Zeme un Jupiters atradās pretējos orbītas punktos, Io (Jupitera pavadoņa) aptumsums bija 22 minūtes aiz pašas planētas. Pamatojoties uz to, viņš secināja, ka gaismas viļņu izplatīšanās ātrums nav bezgalīgs un tam ir robeža. Saskaņā ar viņa aprēķiniem indekss bija aptuveni 220 000 km sekundē.
   Gaismas ātruma noteikšana saskaņā ar Rēmeru.
3. Aptuveni tajā pašā laikā angļu astronoms Džeimss Bredlijs atklāja gaismas aberācijas parādību, kad zvaigžņu stāvoklis debesīs un attālums līdz tām pastāvīgi mainās Zemes kustības ap Sauli un arī tās rotācijas ap savu asi dēļ. Šo īpatnību dēļ zvaigznes katru gadu veido elipsi. Izmantojot aprēķinus un novērojumus, astronoms aprēķināja ātrumu, kas bija 308 000 km sekundē.
   Gaismas aberācija
4. Luijs Fizo bija pirmais, kurš laboratorijas eksperimentā noteica precīzu indeksu. Viņš uzstādīja stiklu ar spoguļvirsmu 8633 m attālumā no avota, bet, tā kā attālums ir neliels, nebija iespējams veikt precīzus laika aprēķinus. Tad zinātnieks uzstādīja zobratu riteni, kas ar saviem zobratiņiem periodiski aizsega gaismu. Mainot riteņa ātrumu, Fizo noteica, pie kāda ātruma gaismai nav laika iziet starp zobratiem un atgriezties atpakaļ. Viņš aprēķināja 315 000 kilometru sekundē lielu ātrumu.
   Luija Fizo eksperiments.

Gaismas ātruma mērīšana

To var izdarīt vairākos veidos. Tos nav nepieciešams detalizēti sadalīt, par katru no tiem būtu nepieciešams atsevišķs pārskats. Tāpēc visvieglāk ir šķirot šķirnes:

1. Astronomiskie mērījumi. Šajā gadījumā visbiežāk tiek izmantotas Remera un Bredlija metodes, jo tās ir pierādījušas savu efektivitāti un tās neietekmē gaiss, ūdens vai citi vides apstākļi. Kosmiskajā vakuumā mērījumu precizitāte palielinās.
2. Dobuma rezonanse vai dobuma efekts - tā sauc fenomenu, ko rada zemas frekvences pastāvīgie magnētiskie viļņi starp planētas virsmu un jonosfēru. Izmantojot īpašas formulas un mērīšanas iekārtas, ir viegli aprēķināt daļiņu ātrumu gaisā.
3. Interferometrija - Izmeklēšanas metožu kopums, kurā vairāki viļņu veidi tiek summēti kopā. Tas rada interferences efektu, ar kura palīdzību var veikt daudzus gan elektromagnētisko, gan akustisko vibrāciju mērījumus.

Izmantojot speciālu aprīkojumu, mērījumus var veikt, neizmantojot īpašas metodes.

Vai ir iespējama FTL

Saskaņā ar relativitātes teoriju fizikālās daļiņas ātruma pārsniegšana pārkāpj cēloņsakarības principu. Tāpēc ir iespējama signālu pārraide no nākotnes uz pagātni un otrādi. Taču tajā pašā laikā teorija nenoliedz, ka var pastāvēt daļiņas, kas, mijiedarbojoties ar parastām vielām, pārvietojas ātrāk.

Šāda veida daļiņu sauc par tahjonu. Jo ātrāk tie pārvietojas, jo mazāk enerģijas tie nes.

Videolekcija: Fizeau eksperiments. Gaismas ātruma mērīšana. Fizika 11. klasē.

Gaismas ātrums vakuumā ir konstante, un daudzas fizikas parādības balstās uz to. Tās definīcija bija jauns pagrieziena punkts zinātnes attīstībā, jo tā izskaidroja daudzus procesus un vienkāršoja vairākus aprēķinus.