Många har känt till förekomsten av ett sådant koncept som ”ljusets hastighet” från barndomen. Men inte alla vet i detalj om fenomenet.
Många uppmärksammade det faktum att under åskväder det finns en fördröjning mellan ett blixtnedslag och ljudet av åska. Utbrottet når oss som regel snabbare. Detta betyder att den har större hastighet än ljud. Vad är orsaken till detta? Vad är ljusets hastighet och hur mäts det?
Vad är ljusets hastighet?
Låt oss först förstå vad ljusets hastighet är. Vetenskapligt är detta en sådan mängd som visar hur snabbt strålarna rör sig i ett vakuum eller i luften. Du måste också veta vad ljus är. Detta är den strålning som uppfattas av det mänskliga ögat. Hastigheten beror på miljöförhållanden, liksom andra egenskaper, till exempel brytning.
Intressant fakta: Det tar 1,25 sekunder för ljus att resa från jorden till en satellit, månen.
Vad är ljusets hastighet med dina egna ord?
För att uttrycka det enkelt är ljusets hastighet det tidsintervall som en ljusstråle rör sig på ett avstånd. Tid mäts vanligtvis i sekunder. Vissa forskare använder dock olika enheter. Avstånd mäts också på olika sätt. I grund och botten - det här är en meter. Det vill säga att detta värde beaktas i m / s. Fysiken förklarar detta på följande sätt: ett fenomen som rör sig med en viss hastighet (konstant).
För att göra det lättare att förstå, låt oss titta på följande exempel. Cyklisten rör sig med en hastighet av 20 km / h. Han vill komma ihåg bilföraren, vars hastighet är 25 km / h. Om du räknar går bilen 5 km / h snabbare än en cyklist. Med ljusstrålar är saker annorlunda. Oavsett hur snabbt de första och andra människorna rör sig, rör sig ljuset med respekt för dem med konstant hastighet.
Vad är ljusets hastighet?
När det inte är i vakuum påverkar olika förhållanden ljuset. Det ämne som strålarna passerar genom, inklusive. Om antalet meter per sekund inte förändras utan syreåtkomst, förändras värdet i en miljö med luftåtkomst.
Ljus rör sig långsammare genom olika material som glas, vatten och luft. Detta fenomen ges ett brytningsindex för att beskriva hur mycket de bromsar ljusrörelsen. Glas har ett brytningsindex på 1,5, vilket innebär att ljus passerar genom det med en hastighet av cirka 200 tusen kilometer per sekund. Brytningsindexet för vatten är 1,3, och brytningsindexet för luft är något mer än 1, vilket innebär att luft bara saktar ner ljuset.
Därför, efter att ha passerat luft eller vätska, saktar hastigheten ner och blir mindre än i vakuum. Till exempel, i olika reservoarer, är strålarnas rörelseshastighet 0,75 av hastigheten i rymden. Dessutom, med ett standardtryck på 1,01 bar, saktar hastigheten med 1,5-2%. Det vill säga, under markbundna förhållanden varierar ljusets hastighet beroende på miljöförhållandena.
För ett sådant fenomen kom de med ett speciellt koncept - brytning. Det vill säga ljusets brytning. Det används ofta i olika uppfinningar. Till exempel är en refraktor ett teleskop med ett optiskt system. Med hjälp av detta skapas också kikare och annan utrustning, vars kärna är användning av optik.
I allmänhet kan den minsta strålen brytas genom att passera genom vanlig luft. När du passerar genom ett speciellt skapat optiskt glas är hastigheten ungefär 195 tusen kilometer per sekund. Detta är nästan 105 tusen km / s mindre än konstanten.
Det mest exakta värdet på ljusets hastighet
Fysiker har genom åren fått erfarenhet av att undersöka ljusstrålarnas hastighet. Just nu är det mest exakta värdet på ljusets hastighet 299.792 kilometer per sekund. Konstanten etablerades 1933. Antalet är fortfarande relevant.
Ytterligare svårigheter dök dock upp med definitionen av indikatorn.Detta berodde på mätfel. Nu beror själva mätaren direkt på ljusets hastighet. Det är lika med avståndet som strålarna rör sig inom ett visst antal sekunder - 1 / ljusets hastighet.
Vad är ljusets hastighet i vakuum?
Eftersom ljus inte påverkas av olika förhållanden i ett vakuum förändras dess hastighet inte som på jorden. Ljushastigheten i vakuum är 299.792 kilometer per sekund. Denna indikator är gränsen. Det tros att ingenting i världen kan röra sig snabbare, till och med kosmiska kroppar som rör sig ganska snabbt.
Till exempel flyger en fighter, en Boeing X-43, som överskrider ljudets hastighet nästan 10 gånger (mer än 11 tusen km / h) långsammare än en balk. Den senare rör sig mer än 96 tusen kilometer i timmen snabbare.
Hur mättes ljusets hastighet?
De allra första forskarna försökte mäta detta värde. Olika metoder användes. Under antiken antog vetenskapsmän att det är oändligt, därför är det omöjligt att mäta det. Detta yttrande förblev under lång tid fram till 16-1700-talet. På dessa dagar dök det upp andra forskare som föreslog att strålen var slut och att hastigheten kan mätas.
Den berömda astronomen från Danmark Olaf Roemer förde kunskap om ljusets hastighet till en ny nivå. Han märkte att förmörkelsen av Jupiters måne är sent. Tidigare var ingen uppmärksam på detta. Följaktligen beslutade han att beräkna hastigheten.
Han lade fram en ungefärlig hastighet, vilket var lika med cirka 220 tusen kilometer per sekund. Senare tog en forskare från England James Bradley upp studien. Även om han inte hade helt rätt, närmade han något de nuvarande forskningsresultaten.
Efter en tid blev de flesta forskare intresserade av denna mängd. Forskningen involverade människor från olika länder. Fram till 70-talet av 1900-talet fanns det dock inga grandiosa upptäckter. Sedan 1970-talet, när de kom på lasrar och masers (kvantgeneratorer), forskare forskade och fick exakt hastighet. Det nuvarande värdet har varit relevant sedan 1983. Korrigerade endast små fel.
Galileos upplevelse
En forskare från Italien förvånade alla de forskarna under dessa år med enkelhet och genialitet i sin erfarenhet. Han lyckades mäta ljusets hastighet med vanliga verktyg som var till hands.
Han och hans assistent klättrade på de närliggande kullarna, och har tidigare beräknat avståndet mellan dem. De tog de upplysta lyktorna, utrustade dem med spjäll som öppnar och stänger lamporna. I sin tur försökte de beräkna ljusets hastighet genom att öppna och stänga ljuset. Galileo och assistenten visste i förväg med vilken försening de skulle öppna och stänga ljuset. När en har öppnat gör den andra samma sak.
Men experimentet var ett misslyckande. För att få det att fungera, måste forskare stå på miljoner mil från varandra.
Upplevelsen av Römer och Bradley
Denna studie har redan skrivits kort ovan. Detta är en av tidens mest progressiva upplevelser. Römer använde kunskap inom astronomi för att mäta strålarnas hastighet. Det hände år 1600-talet.
Forskaren observerade Io (Jupiters satellit) genom ett teleskop. Han upptäckte följande mönster: ju mer vår planet flyttar sig bort från Jupiter, desto större är förseningen i förmörkelsen av Io. Den största förseningen var 21-22 minuter.
Antagande att satelliten förflyttar sig på ett avstånd lika långt som diametern på bana, delade forskaren avståndet efter tid. Som ett resultat fick han 214 tusen kilometer per sekund. Även om denna studie anses vara mycket ungefärlig, eftersom avståndet var ungefärligt, närmade den sig den aktuella indikatorn.
På 1700-talet kompletterade James Bradley studien. För att göra detta använde han avvikelse - en förändring i den kosmiska kroppens position på grund av jordens rörelse runt solen. James mätte vinkeln på avvikelsen, och när han kände hastigheten på vår planet fick han ett värde av 301 tusen kilometer per sekund.
Fizeau Experience
Forskare och vanliga människor var skeptiska till erfarenheterna från Römer och James Bradley. Trots detta var resultaten närmast sanningen och relevanta i över ett sekel. På 1800-talet bidrog Arman Fizeau, en forskare från Frankrikes huvudstad, Paris, till mätningen av denna mängd. Han använde den roterande slutarmetoden. Precis som Galileo Galilei med sin assistent såg Fizeau inte himmelkroppar utan undersökte i laboratorieförhållanden.
Erfarenhetsprincipen är enkel. En ljusstråle riktades mot spegeln. Genom att reflektera från det passerade ljus genom hjulens tänder. Sedan träffade den en annan reflekterande yta, som låg på ett avstånd av 8,6 km. Hjulet roterades och ökade hastigheten tills balken var synlig i nästa gap. Efter beräkningar fick forskaren ett resultat på 313 tusen km / s.
Senare upprepades studien av den franska fysikern och astronomen Leon Foucault och fick ett resultat på 298 tusen km / s. Det mest exakta resultatet vid den tiden. Senare mätningar utfördes med hjälp av lasrar och masers.
Är superluminal hastighet möjlig?
Det finns objekt snabbare än ljusets hastighet. Till exempel solstrålar, skugga, vågsvibrationer. Även om de teoretiskt kan utveckla superluminal hastighet, kommer energin de avger inte att sammanfalla med deras rörelsevektor.
Om en ljusstråle passerar, till exempel, genom glas eller vatten, kan elektroner köra den. De är inte begränsade i rörelseshastighet. Under sådana förhållanden rör sig ljuset inte snabbare än någon annan.
Detta fenomen kallas Vavilov-Cherenkov-effekt. Oftast finns i djupa dammar och reaktorer.
