Колко бързо се движи светлината във вакуум

Скоростта на светлината във вакуум е индикатор, който се използва широко във физиката и по едно време направи възможно да се направят редица открития, както и да се обясни естеството на много явления. Има няколко важни точки, които трябва да се проучат, за да се разбере темата и да се разбере как и при какви условия е открит този индикатор.

Каква е скоростта на светлината

Скоростта на разпространение на светлината във вакуум се счита за абсолютна стойност, отразяваща скоростта на разпространение на електромагнитното излъчване. Той се използва широко във физиката и има обозначение под формата на малка латинска буква "s" (той пише "tse").

Във вакуум скоростта на светлината се използва, за да се определи колко бързо се движат различните частици.

Според повечето изследователи и учени скоростта на светлината във вакуум е максимално възможната скорост на движение на частиците и разпространението на различни видове радиация.

Що се отнася до примерите за явления, те са:

1. Видима светлина от всяка източник.
2. Всички видове електромагнитно излъчване (като рентгенови лъчи и радиовълни).
3. Гравитационни вълни (тук мненията на някои експерти се различават).

Много видове частици могат да пътуват близо до скоростта на светлината, но никога да не я достигнат.

Точната стойност на скоростта на светлината

Учените от много години се опитват да определят каква е скоростта на светлината, но точни измервания са направени през 70-те години на миналия век. В крайна сметка индикаторът беше 299 792 458 m/s с максимално отклонение +/-1,2 m. Днес тя е неизменна физическа единица, тъй като разстоянието в метър е 1/299 792 458 от секундата, толкова време е необходимо на светлината във вакуум да измине 100 cm.

Научен формула за определяне на скоростта на светлината.

За опростяване на изчисленията, индикаторът е опростен до 300 000 000 m/s (3×108 m/s). Това е познато на всички в хода на физиката в училище, именно там скоростта се измерва в тази форма.

Основната роля на скоростта на светлината във физиката

Този индикатор е един от основните, независимо коя референтна система е използвана в изследването. Не зависи от движението на източника на вълната, което също е важно.

Инвариантността е постулирана от Алберт Айнщайн през 1905 г. Това се случи, след като друг учен, Максуел, който не намери доказателства за съществуването на светещ етер, изложи теория за електромагнетизма.

Твърдението, че причинно-следственото действие не може да бъде пренесено със скорост, превишаваща скоростта на светлината, днес се счита за съвсем разумно.

Между другото! Физиците не отричат, че някои от частиците могат да се движат със скорост, надвишаваща разглеждания показател. Те обаче не могат да се използват за предаване на информация.

Исторически препратки

За да разберете особеностите на темата и да разберете как са открити определени явления, трябва да проучите експериментите на някои учени. През 19 век бяха направени много открития, които помогнаха на учените по-късно, те се отнасяха главно до електрическия ток и явленията на магнитната и електромагнитната индукция.

Експерименти на Джеймс Максуел

Изследванията на физика потвърдиха взаимодействието на частиците от разстояние. Впоследствие това позволи на Вилхелм Вебер да разработи нова теория на електромагнетизма. Максуел също така ясно установява феномена на магнитните и електрическите полета и определя, че те могат да се генерират взаимно, образувайки електромагнитни вълни. Именно този учен за първи път започва да използва обозначението "s", което все още се използва от физици по целия свят.

Благодарение на това повечето изследователи вече започнаха да говорят за електромагнитната природа на светлината. Максуел, докато изучава скоростта на разпространение на електромагнитни възбуждения, стига до заключението, че този индикатор е равен на скоростта на светлината, по едно време той беше изненадан от този факт.

Благодарение на изследванията на Максуел стана ясно, че светлината, магнетизмът и електричеството не са отделни понятия. Заедно тези фактори определят естеството на светлината, тъй като тя е комбинация от магнитно и електрическо поле, което се разпространява в пространството.

Схема за разпространение на електромагнитни вълни.

Майкелсън и неговият опит в доказването на абсолютността на скоростта на светлината

В началото на миналия век повечето учени са използвали принципа на относителността на Галилей, според който се е смятало, че законите на механиката са непроменени, независимо от това коя референтна система се използва. Но в същото време, според теорията, скоростта на разпространение на електромагнитните вълни трябва да се промени, когато източникът се движи. Това противоречи както на постулатите на Галилей, така и на теорията на Максуел, което е причината за началото на изследванията.

По това време повечето учени са склонни към „теорията на етера“, според която показателите не зависят от скоростта на неговия източник, основният определящ фактор са характеристиките на околната среда.

Майкълсън открива, че скоростта на светлината не зависи от посоката на измерване.

Тъй като Земята се движи в космическото пространство в определена посока, скоростта на светлината, според закона за добавяне на скорости, ще се различава, когато се измерва в различни посоки. Но Майкълсън не открива никаква разлика в разпространението на електромагнитните вълни, независимо в коя посока са направени измерванията.

Теорията за етер не можеше да обясни наличието на абсолютна стойност, което още по-добре показа нейната заблуда.

Специалната теория на относителността на Алберт Айнщайн

Млад учен по това време представи теория, която противоречи на идеите на повечето изследователи. Според него времето и пространството притежават такива характеристики, които осигуряват инвариантност на скоростта на светлината във вакуум, независимо от избраната референтна система. Това обяснява неуспешните експерименти на Майкелсън, тъй като скоростта на разпространение на светлината не зависи от движението на нейния източник.

[tds_council]Непряко потвърждение за правилността на теорията на Айнщайн беше „относителността на едновременността“, същността й е показана на фигурата.[/tds_council]

Пример за това как местоположението на човек влияе върху възприятието му за разпространение на светлината.

Как беше измервана скоростта на светлината преди?

Опитите за определяне на този показател са правени от мнозина, но поради ниското ниво на развитие на науката преди това беше проблематично да се направи. По този начин учените от древността вярваха, че скоростта на светлината е безкрайна, но по-късно много изследователи се усъмниха в този постулат, което доведе до редица опити да се определи:

1. Галилео използва фенерчета. За да изчисли скоростта на разпространение на светлинните вълни, той и неговият помощник са били на хълмове, разстоянието между които е определено точно. Тогава един от участниците отвори фенера, вторият трябваше да направи същото веднага щом видя светлината. Но този метод не даде резултати поради високата скорост на разпространение на вълната и невъзможността за точно определяне на интервала от време.
2. Олаф Рьомер, астроном от Дания, забеляза особеност, докато наблюдава Юпитер. Когато Земята и Юпитер са били в противоположни точки в орбитите си, затъмнението на Йо (спътник на Юпитер) е закъсняло с 22 минути в сравнение със самата планета. Въз основа на това той заключи, че скоростта на разпространение на светлинните вълни не е безкрайна и има ограничение. Според неговите изчисления цифрата е приблизително 220 000 км в секунда.
   Определяне на скоростта на светлината според Рьомер.
3. Около същия период английският астроном Джеймс Брадли открива феномена на светлинната аберация, когато поради движението на Земята около Слънцето, както и поради въртене около оста й, поради което позицията на звездите в небето и разстоянието до тях постоянно се променя.Поради тези характеристики звездите описват елипса през всяка година. Въз основа на изчисления и наблюдения астрономът изчисли скоростта, тя беше 308 000 км в секунда.
   аберация на светлината
4. Луи Физо е първият, който решава да определи точния индикатор чрез лабораторен експеримент. Той монтира стъкло с огледална повърхност на разстояние 8633 m от източника, но тъй като разстоянието е малко, е невъзможно да се направят точни изчисления на времето. Тогава ученият поставил зъбно колело, което периодично покривало светлината със зъби. Чрез промяна на скоростта на колелото Физо определи с каква скорост светлината няма време да се плъзне между зъбите и да се върне обратно. Според неговите изчисления скоростта е 315 хиляди километра в секунда.
   Опитът на Луи Физо.

Измерване на скоростта на светлината

Това може да стане по няколко начина. Не си струва да ги анализирате подробно, всеки ще изисква отделен преглед. Ето защо е най-лесно да разберете сортовете:

1. Астрономически измервания. Тук най-често се използват методите на Roemer и Bradley, тъй като те са доказали своята ефективност и свойствата на въздуха, водата и други характеристики на околната среда не влияят на производителността. При условия на космически вакуум точността на измерване се увеличава.
2. резонанс на кухина или ефект на кухина - това е името на феномена на нискочестотни стоящи магнитни вълни, които възникват между повърхността на планетата и йоносферата. Използвайки специални формули и данни от измервателно оборудване, не е трудно да се изчисли стойността на скоростта на частиците във въздуха.
3. Интерферометрия - набор от изследователски методи, при които се образуват няколко вида вълни.Това води до ефект на интерференция, което прави възможно извършването на множество измервания както на електромагнитни, така и на акустични вибрации.

С помощта на специално оборудване могат да се правят измервания, без да се използват специални техники.

Възможна ли е свръхсветлинна скорост?

Въз основа на теорията на относителността, излишъкът на индикатора от физически частици нарушава принципа на причинно-следствената връзка. Поради това е възможно да се предават сигнали от бъдещето към миналото и обратно. Но в същото време теорията не отрича, че може да има частици, които се движат по-бързо, докато взаимодействат с обикновени вещества.

Този тип частици се наричат ​​тахиони. Колкото по-бързо се движат, толкова по-малко енергия носят.

Видео урок: Експеримент на Физо. Измерване на скоростта на светлината. Физика 11 клас.

Скоростта на светлината във вакуум е постоянна стойност; много явления във физиката се основават на нея. Неговото определение се превърна в нов етап в развитието на науката, тъй като даде възможност да се обяснят много процеси и опрости редица изчисления.