Akou rýchlosťou sa šíri svetlo vo vákuu

Rýchlosť svetla vo vákuu je ukazovateľ, ktorý sa vo fyzike hojne používa a svojho času umožnil uskutočniť množstvo objavov a vysvetliť podstatu mnohých javov. Je potrebné sa naučiť niekoľko dôležitých vecí, aby sme pochopili túto tému a pochopili, ako a za akých podmienok bola objavená.

Aká je rýchlosť svetla

Rýchlosť svetla vo vákuu sa považuje za absolútnu veličinu, ktorá vyjadruje rýchlosť šírenia elektromagnetického žiarenia. Používa sa vo fyzike a označuje sa malým latinským písmenom "c" (vyslovuje sa "Ce").

Vo vákuu sa na určenie rýchlosti rôznych častíc používa rýchlosť svetla.

Podľa väčšiny výskumníkov a vedcov je rýchlosť svetla vo vákuu maximálna možná rýchlosť, ktorou sa šíria častice a rôzne druhy žiarenia.

Pokiaľ ide o príklady javov, sú to tieto:

1. Viditeľné svetlo vychádzajúce z akéhokoľvek zdroj.
2. Všetky druhy elektromagnetického žiarenia (napr. röntgenové žiarenie a rádiové vlny).
3. Gravitačné vlny (tu sa niektorí odborníci nezhodujú).

Mnohé typy častíc sa môžu pohybovať rýchlosťou blízkou rýchlosti svetla, ale nedosahujú ju.

Presná hodnota rýchlosti svetla

Vedci sa snažia určiť rýchlosť svetla už mnoho rokov, ale presné merania sa uskutočnili až v 70. rokoch 20. storočia. Nakoniec táto hodnota bola 299 792 458 metrov za sekundu s maximálnou odchýlkou +/-1,2 metra. Dnes je to nemenná fyzická jednotkaKeďže vzdialenosť jedného metra je 1/299 792 458 sekundy, toľko trvá svetlu vo vákuu prejsť 100 cm.

Vedecké vzorec na určenie rýchlosti svetla.

Pre zjednodušenie výpočtu, číslo je zjednodušené na 300 000 000 m/s (3×108 m/s). Každý to pozná zo školskej fyziky, kde sa rýchlosť meria v tejto podobe.

Základná úloha rýchlosti svetla vo fyzike

Ide o jeden z hlavných ukazovateľov bez ohľadu na to, aký referenčný rámec sa v štúdii používa. Je nezávislý od pohybu zdroja vlnenia, čo je tiež dôležité.

Invarianciu prijal ako postulát Albert Einstein v roku 1905. Stalo sa tak po tom, čo iný vedec, Maxwell, predložil teóriu elektromagnetizmu po tom, čo nenašiel žiadne dôkazy o existencii éteru nesúceho svetlo.

Tvrdenie, že kauzálne účinky sa nemôžu prenášať rýchlosťou väčšou ako rýchlosť svetla, sa v súčasnosti považuje za opodstatnené.

Mimochodom! Fyzici nepopierajú, že niektoré častice sa môžu pohybovať rýchlosťou vyššou, ako je uvedené číslo. Nemožno ich však použiť na prenos informácií.

Historické odkazy

Ak chcete pochopiť zvláštnosti tejto témy a zistiť, ako boli niektoré javy objavené, mali by ste študovať experimenty niektorých vedcov. V 19. storočí sa urobilo mnoho objavov, ktoré neskôr pomohli vedcom, najmä pokiaľ ide o elektrický prúd a javy magnetickej a elektromagnetickej indukcie.

Experimenty Jamesa Maxwella

Fyzik svojím výskumom potvrdil interakciu častíc na diaľku. To následne umožnilo Wilhelmovi Weberovi vytvoriť novú teóriu elektromagnetizmu. Maxwell tiež jasne stanovil fenomén magnetického a elektrického poľa a určil, že sa môžu navzájom vytvárať a tvoriť elektromagnetické vlny. Práve tento vedec bol priekopníkom používania označenia "c", ktoré dodnes používajú fyzici na celom svete.

Z tohto dôvodu už väčšina výskumníkov hovorila o elektromagnetickej povahe svetla. Maxwell pri skúmaní rýchlosti šírenia elektromagnetických vzruchov dospel k záveru, že sa rovná rýchlosti svetla, čo ho v tom čase prekvapilo.

Maxwellov výskum jasne ukázal, že svetlo, magnetizmus a elektrina nie sú oddelené pojmy. Tieto faktory spoločne určujú povahu svetla, pretože je kombináciou magnetického a elektrického poľa, ktoré sa šíri priestorom.

Vzor šírenia elektromagnetickej vlny.

Michelson a jeho pokus o dôkaz absolútnej rýchlosti svetla

Na začiatku minulého storočia sa väčšina vedcov riadila Galileiho princípom relativity, podľa ktorého boli zákony mechaniky rovnaké bez ohľadu na to, v akom referenčnom priestore sa nachádzali. Podľa teórie sa však rýchlosť šírenia elektromagnetických vĺn musí meniť s pohybom zdroja. To bolo v rozpore s Galileiho postulátmi aj Maxwellovou teóriou, čo bolo dôvodom výskumu.

V tom čase sa väčšina vedcov prikláňala k "éterovej teórii", v ktorej indikátory nezáviseli od rýchlosti ich zdroja, pričom za hlavný určujúci faktor sa považovali vlastnosti prostredia.

Michelson zistil, že rýchlosť svetla nezávisí od smeru merania.

Keďže sa Zem pohybuje v priestore určitým smerom, rýchlosť svetla sa podľa zákona sčítania rýchlostí bude pri meraní v rôznych smeroch líšiť. Michelson však nezistil žiadny rozdiel v šírení elektromagnetických vĺn bez ohľadu na to, v ktorom smere sa merania uskutočnili.

Teória éteru nedokázala vysvetliť existenciu absolútnej veľkosti, čo ešte lepšie ukázalo jej chybnosť.

Špeciálna teória relativity Alberta Einsteina

Vtedajší mladý vedec predstavil teóriu, ktorá bola v rozpore s názormi väčšiny výskumníkov. Podľa nej majú čas a priestor vlastnosti, ktoré zabezpečujú, že rýchlosť svetla vo vákuu zostáva konštantná bez ohľadu na zvolený referenčný rámec. To vysvetľuje Michelsonove neúspešné experimenty, pretože rýchlosť šírenia svetla nezávisí od pohybu jeho zdroja.

[tds_council]Nepriamym potvrdením správnosti Einsteinovej teórie bola "relativita simultánnosti", ktorej podstata je znázornená na obrázku.[/tds_council]

Príklad toho, ako poloha človeka ovplyvňuje jeho vnímanie šírenia svetla.

Ako sa merala rýchlosť svetla predtým

O stanovenie tohto ukazovateľa sa pokúšali mnohí, ale vzhľadom na nízky stupeň rozvoja vedy to bolo predtým problematické. Napríklad vedci v dávnych dobách verili, že rýchlosť svetla je nekonečná, ale neskôr to mnohí výskumníci spochybnili, čo viedlo k sérii pokusov o jej určenie:

1. Galileo používal baterky. Na výpočet rýchlosti šírenia svetelných vĺn sa spolu so svojím asistentom nachádzali na kopcoch, pričom vzdialenosť medzi nimi bola presne určená. Potom jeden z účastníkov otvorí lampáš a druhý urobí to isté, len čo uvidí svetlo. Táto metóda však bola neúspešná kvôli vysokej rýchlosti šírenia vlny a nemožnosti určiť presný časový interval.
2. Dánsky astronóm Olaf Remer si pri pozorovaní Jupitera všimol zvláštnosť. Keď sa Zem a Jupiter nachádzali na opačných miestach svojich dráh, zatmenie Io (Jupiterovho satelitu) bolo 22 minút za samotnou planétou. Na základe toho dospel k záveru, že rýchlosť šírenia svetelných vĺn nie je nekonečná a má svoju hranicu. Podľa jeho výpočtov bol index približne 220 000 km za sekundu.
   Určenie rýchlosti svetla podľa Rehmera.
3. Približne v tom istom období objavil anglický astronóm James Bradley jav aberácie svetla, pri ktorom sa poloha hviezd na oblohe a vzdialenosť od nich neustále mení v dôsledku pohybu Zeme okolo Slnka a tiež v dôsledku jej rotácie okolo osi. Kvôli týmto vlastnostiam hviezdy počas každého roka opisujú elipsu. Pomocou výpočtov a pozorovaní astronóm vypočítal rýchlosť, ktorá bola 308 000 km za sekundu.
   Aberácia svetla
4. Louis Fizeau bol prvou osobou, ktorá určila presný index pomocou laboratórneho experimentu. Vo vzdialenosti 8633 m od zdroja nastavil sklo so zrkadlovým povrchom, ale keďže vzdialenosť je malá, nebolo možné vykonať presné časové výpočty. Vedec potom nastavil ozubené koleso, ktoré svojimi ozubenými kolieskami pravidelne zakrývalo svetlo. Meniac rýchlosť kolesa Fizeau určil, pri akej rýchlosti svetlo nestihne prejsť medzi ozubenými kolieskami a vrátiť sa späť. Vypočítal rýchlosť 315 000 kilometrov za sekundu.
   Experiment Louisa Fizeaua.

Meranie rýchlosti svetla

To možno vykonať niekoľkými spôsobmi. Nie je potrebné ich podrobne rozoberať, pre každú by bol potrebný samostatný prehľad. Preto je najjednoduchšie triediť odrody:

1. Astronomické merania. Tu sa najčastejšie používajú metódy Remer a Bradley, pretože sa osvedčili ako účinné a nie sú ovplyvnené vzduchom, vodou ani inými podmienkami prostredia. V kozmickom vákuu sa presnosť meraní zvyšuje.
2. Rezonancia dutiny alebo dutinový efekt - je názov pre jav nízkofrekvenčného stojatého magnetického vlnenia medzi povrchom planéty a ionosférou. Pomocou špeciálnych vzorcov a meracích zariadení je možné ľahko vypočítať rýchlosť častíc vo vzduchu.
3. Interferometria - Súbor vyšetrovacích techník, pri ktorých sa sčítava niekoľko typov vĺn. Tým sa dosiahne interferenčný efekt, vďaka ktorému sa môžu vykonávať početné merania elektromagnetických aj akustických vibrácií.

Pomocou špeciálneho vybavenia je možné vykonávať merania bez potreby špeciálnej techniky.

Je nadsvetelná rýchlosť možná

Podľa teórie relativity prekročenie rýchlosti fyzikálnej častice porušuje princíp kauzality. Vďaka tomu je možný prenos signálov z budúcnosti do minulosti a naopak. Zároveň však táto teória nepopiera, že môžu existovať častice, ktoré sa pohybujú rýchlejšie, pričom interagujú s bežnými látkami.

Tento typ častíc sa nazýva tachyón. Čím rýchlejšie sa pohybujú, tým menej energie prenášajú.

Video lekcia: Fizeauov experiment. Meranie rýchlosti svetla. Fyzika 11. ročník.

Rýchlosť svetla vo vákuu je konštantná a mnohé javy vo fyzike sú na nej založené. Jeho definícia bola novým míľnikom vo vývoji vedy, pretože vysvetlila mnohé procesy a zjednodušila množstvo výpočtov.