Hvor fort beveger lys seg i et vakuum

Lysets hastighet i vakuum er en indikator som er mye brukt i fysikk og på en gang gjorde det mulig å gjøre en rekke funn, samt forklare naturen til mange fenomener. Det er flere viktige punkter som må studeres for å forstå emnet og forstå hvordan og under hvilke forhold denne indikatoren ble oppdaget.

Hva er lysets hastighet

Forplantningshastigheten til lys i vakuum regnes som en absolutt verdi, som reflekterer forplantningshastigheten til elektromagnetisk stråling. Det er mye brukt i fysikk og har en betegnelse i form av en liten latinsk bokstav "s" (det står "tse").

I et vakuum brukes lysets hastighet til å bestemme hvor raskt ulike partikler beveger seg.

I følge de fleste forskere og vitenskapsmenn er lyshastigheten i vakuum den maksimalt mulige hastigheten for partikkelbevegelse og forplantning av ulike typer stråling.

Når det gjelder eksemplene på fenomener, er de:

1. Synlig lys fra evt kilde.
2. Alle typer elektromagnetisk stråling (som røntgenstråler og radiobølger).
3. Gravitasjonsbølger (her er meningene til noen eksperter forskjellige).

Mange typer partikler kan bevege seg nær lysets hastighet, men aldri nå den.

Den nøyaktige verdien av lysets hastighet

Forskere har i mange år forsøkt å finne ut hva lysets hastighet er, men nøyaktige målinger ble gjort på 70-tallet av forrige århundre. Etter hvert indikatoren var 299 792 458 m/s med maksimalt avvik på +/-1,2 m. I dag er det en ufravikelig fysisk enhet, siden avstanden i en meter er 1/299 792 458 av et sekund, det er hvor lang tid det tar før lys i vakuum beveger seg 100 cm.

Vitenskapelig formel for å bestemme lysets hastighet.

For å forenkle beregningene, indikatoren er forenklet til 300 000 000 m/s (3×108 m/s). Det er kjent for alle i fysikkfaget på skolen, det er der hastigheten måles i denne formen.

Den grunnleggende rollen til lysets hastighet i fysikk

Denne indikatoren er en av de viktigste, uavhengig av hvilket referansesystem som brukes i studien. Det er ikke avhengig av bevegelsen til bølgekilden, noe som også er viktig.

Invarians ble postulert av Albert Einstein i 1905. Dette skjedde etter at en annen forsker, Maxwell, som ikke fant bevis på eksistensen av en lysende eter, la frem en teori om elektromagnetisme.

Påstanden om at en årsaksvirkning ikke kan transporteres med en hastighet som overstiger lysets hastighet anses som ganske rimelig i dag.

Forresten! Fysikere benekter ikke at noen av partiklene kan bevege seg med en hastighet som overstiger den betraktede indikatoren. De kan imidlertid ikke brukes til å formidle informasjon.

Historiske referanser

For å forstå egenskapene til emnet og finne ut hvordan visse fenomener ble oppdaget, bør man studere eksperimentene til noen forskere. På 1800-tallet ble det gjort mange funn som hjalp forskerne senere, de gjaldt hovedsakelig elektrisk strøm og fenomenene magnetisk og elektromagnetisk induksjon.

Eksperimenter av James Maxwell

Fysikerens forskning bekreftet samspillet mellom partikler på avstand. Deretter tillot dette Wilhelm Weber å utvikle en ny teori om elektromagnetisme. Maxwell etablerte også klart fenomenet magnetiske og elektriske felt og bestemte at de kan generere hverandre og danne elektromagnetiske bølger. Det var denne forskeren som først begynte å bruke betegnelsen "s", som fortsatt brukes av fysikere over hele verden.

Takket være dette begynte de fleste forskere allerede da å snakke om lysets elektromagnetiske natur. Maxwell, mens han studerte forplantningshastigheten til elektromagnetiske eksitasjoner, kom til den konklusjon at denne indikatoren er lik lysets hastighet, en gang ble han overrasket over dette faktum.

Takket være Maxwells forskning ble det klart at lys, magnetisme og elektrisitet ikke er separate begreper. Sammen bestemmer disse faktorene lysets natur, fordi det er en kombinasjon av et magnetisk og elektrisk felt som forplanter seg i rommet.

Opplegg for elektromagnetisk bølgeutbredelse.

Michelson og hans erfaring med å bevise absoluttheten av lyshastigheten

På begynnelsen av forrige århundre brukte de fleste vitenskapsmenn Galileos relativitetsprinsipp, ifølge hvilket man trodde at mekanikkens lover er uendret, uavhengig av hvilken referanseramme som brukes. Men samtidig, ifølge teorien, bør forplantningshastigheten til elektromagnetiske bølger endres når kilden beveger seg. Dette gikk i strid med både postulatene til Galileo og Maxwells teori, som var årsaken til starten på forskningen.

På den tiden var de fleste forskere tilbøyelige til "eter-teorien", ifølge hvilken indikatorene ikke var avhengige av hastigheten til kilden, den viktigste avgjørende faktoren var egenskapene til miljøet.

Michelson oppdaget at lysets hastighet ikke er avhengig av måleretningen.

Siden jorden beveger seg i det ytre rom i en bestemt retning, vil lyshastigheten, i henhold til loven om tillegg av hastigheter, variere når den måles i forskjellige retninger. Men Michelson fant ingen forskjell i utbredelsen av elektromagnetiske bølger, uavhengig av hvilken retning målingene ble gjort.

Eterteorien kunne ikke forklare tilstedeværelsen av en absolutt verdi, som viste dens feilslutning enda bedre.

Albert Einsteins spesielle relativitetsteori

En ung forsker på den tiden presenterte en teori som strider mot ideene til de fleste forskere. I følge den har tid og rom slike egenskaper som sikrer invariansen av lyshastigheten i vakuum, uavhengig av den valgte referanseramme. Dette forklarte de mislykkede eksperimentene til Michelson, siden lysets forplantningshastighet ikke avhenger av kildens bevegelse.

[tds_council]Indirekte bekreftelse på riktigheten av Einsteins teori var "relativiteten til samtidighet", dens essens er vist i figuren.[/tds_council]

Et eksempel på hvordan en persons plassering påvirker deres oppfatning av lysutbredelse.

Hvordan ble lyshastigheten målt før?

Forsøk på å bestemme denne indikatoren har blitt gjort av mange, men på grunn av det lave utviklingsnivået til vitenskapen var det tidligere problematisk å gjøre dette. Dermed trodde antikkens forskere at lysets hastighet var uendelig, men senere tvilte mange forskere på dette postulatet, noe som førte til en rekke forsøk på å bestemme det:

1. Galileo brukte lommelykter. For å beregne utbredelseshastigheten til lysbølger var han og assistenten hans på bakker, hvor avstanden mellom disse ble bestemt nøyaktig. Så åpnet en av deltakerne lykten, den andre måtte gjøre det samme så snart han så lyset. Men denne metoden ga ikke resultater på grunn av den høye hastigheten på bølgeutbredelsen og manglende evne til nøyaktig å bestemme tidsintervallet.
2. Olaf Roemer, en astronom fra Danmark, la merke til et trekk mens han observerte Jupiter. Da Jorden og Jupiter var på motsatte punkter i sine baner, var formørkelsen av Io (en måne av Jupiter) 22 minutter forsinket sammenlignet med selve planeten. Basert på dette konkluderte han med at forplantningshastigheten til lysbølger ikke er uendelig og har en grense. Ifølge hans beregninger var tallet omtrent 220 000 km per sekund.
   Bestemme lysets hastighet i henhold til Roemer.
3. Omtrent samme periode oppdaget den engelske astronomen James Bradley fenomenet lysaberrasjon, når det skyldes bevegelsen til jorden rundt solen, så vel som på grunn av rotasjon rundt sin akse, på grunn av hvilken posisjonen til stjernene på himmelen og avstanden til dem er i konstant endring.På grunn av disse funksjonene beskriver stjernene en ellipse i løpet av hvert år. Basert på beregninger og observasjoner regnet astronomen ut hastigheten, den var 308 000 km i sekundet.
   aberrasjon av lys
4. Louis Fizeau var den første som bestemte seg for å bestemme den eksakte indikatoren gjennom et laboratorieeksperiment. Han installerte et glass med speiloverflate i en avstand på 8633 m fra kilden, men siden avstanden er liten, var det umulig å gjøre nøyaktige tidsberegninger. Så satte forskeren opp et tannhjul, som med jevne mellomrom dekket lyset med tenner. Ved å endre hastigheten på hjulet, bestemte Fizeau med hvilken hastighet lyset ikke rakk å gli mellom tennene og gå tilbake. I følge hans beregninger var hastigheten 315 tusen kilometer per sekund.
   Erfaring med Louis Fizeau.

Måling av lysets hastighet

Dette kan gjøres på flere måter. Det er ikke verdt å analysere dem i detalj; hver vil kreve en separat gjennomgang. Derfor er det enklest å forstå variantene:

1. Astronomiske målinger. Her brukes metodene til Roemer og Bradley oftest, siden de har bevist effektiviteten, og egenskapene til luft, vann og andre funksjoner i miljøet påvirker ikke ytelsen. Under forhold med romvakuum øker målenøyaktigheten.
2. hulromsresonans eller hulromseffekt - dette er navnet på fenomenet lavfrekvente stående magnetiske bølger som oppstår mellom planetens overflate og ionosfæren. Ved å bruke spesielle formler og data fra måleutstyr er det ikke vanskelig å beregne verdien av hastigheten til partikler i luften.
3. Interferometri - et sett med forskningsmetoder der flere typer bølger dannes.Dette resulterer i en interferenseffekt som gjør det mulig å utføre en rekke målinger av både elektromagnetiske og akustiske vibrasjoner.

Ved hjelp av spesialutstyr kan målinger tas uten bruk av spesielle teknikker.

Er superluminal hastighet mulig?

Basert på relativitetsteorien bryter overskuddet av indikatoren av fysiske partikler prinsippet om årsakssammenheng. På grunn av dette er det mulig å overføre signaler fra fremtiden til fortiden og omvendt. Men samtidig avviser ikke teorien at det kan være partikler som beveger seg raskere, samtidig som de samhandler med vanlige stoffer.

Denne typen partikler kalles tachyoner. Jo raskere de beveger seg, jo mindre energi bærer de.

Videoleksjon: Fizeaus eksperiment. Måling av lysets hastighet. Fysikk klasse 11.

Lysets hastighet i et vakuum er en konstant verdi; mange fenomener i fysikk er basert på den. Definisjonen ble en ny milepæl i utviklingen av vitenskapen, ettersom den gjorde det mulig å forklare mange prosesser og forenklet en rekke beregninger.