Hvor hurtigt bevæger lys sig i et vakuum

Lysets hastighed i vakuum er en indikator, der er meget udbredt i fysik og på et tidspunkt gjorde det muligt at gøre en række opdagelser, samt forklare karakteren af ​​mange fænomener. Der er flere vigtige punkter, der skal studeres for at forstå emnet og forstå, hvordan og under hvilke forhold denne indikator blev opdaget.

Hvad er lysets hastighed

Lysets udbredelseshastighed i vakuum betragtes som en absolut værdi, der afspejler udbredelseshastigheden af ​​elektromagnetisk stråling. Det er meget brugt i fysik og har en betegnelse i form af et lille latinsk bogstav "s" (der står "tse").

I et vakuum bruges lysets hastighed til at bestemme, hvor hurtigt forskellige partikler bevæger sig.

Ifølge de fleste forskere og videnskabsmænd er lysets hastighed i vakuum den maksimalt mulige hastighed for partikelbevægelse og udbredelsen af ​​forskellige typer stråling.

Hvad angår eksemplerne på fænomener, er de:

1. Synligt lys fra evt kilde.
2. Alle typer elektromagnetisk stråling (såsom røntgenstråler og radiobølger).
3. Gravitationsbølger (her er nogle eksperters meninger forskellige).

Mange slags partikler kan bevæge sig nær lysets hastighed, men aldrig nå den.

Den nøjagtige værdi af lysets hastighed

Forskere har i mange år forsøgt at bestemme, hvad lysets hastighed er, men der blev foretaget nøjagtige målinger i 70'erne af forrige århundrede. Til sidst indikatoren var 299.792.458 m/s med en maksimal afvigelse på +/-1,2 m. I dag er det en ufravigelig fysisk enhed, da afstanden i en meter er 1/299.792.458 af et sekund, så lang tid tager det for lys i et vakuum at rejse 100 cm.

Videnskabelig formel til bestemmelse af lysets hastighed.

For at forenkle beregningerne, indikatoren er forenklet til 300.000.000 m/s (3×108 m/s). Det er velkendt for alle i fysikforløbet på skolen, det er der, hastigheden måles i denne form.

Den grundlæggende rolle af lysets hastighed i fysik

Denne indikator er en af ​​de vigtigste, uanset hvilket referencesystem der anvendes i undersøgelsen. Det afhænger ikke af bølgekildens bevægelse, hvilket også er vigtigt.

Invarians blev postuleret af Albert Einstein i 1905. Dette skete, efter at en anden videnskabsmand, Maxwell, der ikke fandt beviser for eksistensen af ​​en lysende æter, fremsatte en teori om elektromagnetisme.

Påstanden om, at en kausal virkning ikke kan transporteres med en hastighed, der overstiger lysets hastighed, anses for ganske rimelig i dag.

I øvrigt! Fysikere benægter ikke, at nogle af partiklerne kan bevæge sig med en hastighed, der overstiger den betragtede indikator. De kan dog ikke bruges til at formidle information.

Historiske referencer

For at forstå emnets træk og finde ud af, hvordan visse fænomener blev opdaget, bør man studere nogle videnskabsmænds eksperimenter. I det 19. århundrede blev der gjort mange opdagelser, som hjalp videnskabsmænd senere, de vedrørte hovedsageligt elektrisk strøm og fænomenerne magnetisk og elektromagnetisk induktion.

Eksperimenter af James Maxwell

Fysikerens forskning bekræftede samspillet mellem partikler på afstand. Efterfølgende gav dette Wilhelm Weber mulighed for at udvikle en ny teori om elektromagnetisme. Maxwell etablerede også klart fænomenet magnetiske og elektriske felter og fastslog, at de kan generere hinanden og danne elektromagnetiske bølger. Det var denne videnskabsmand, der først begyndte at bruge betegnelsen "s", som stadig bruges af fysikere over hele verden.

Takket være dette begyndte de fleste forskere allerede dengang at tale om lysets elektromagnetiske natur. Maxwell, mens han studerede udbredelseshastigheden af ​​elektromagnetiske excitationer, kom til den konklusion, at denne indikator er lig med lysets hastighed, på et tidspunkt blev han overrasket over dette faktum.

Takket være Maxwells forskning blev det klart, at lys, magnetisme og elektricitet ikke er separate begreber. Tilsammen bestemmer disse faktorer lysets natur, fordi det er en kombination af et magnetisk og elektrisk felt, der forplanter sig i rummet.

Skema for elektromagnetisk bølgeudbredelse.

Michelson og hans erfaring med at bevise lysets hastigheds absoluthed

I begyndelsen af ​​forrige århundrede brugte de fleste videnskabsmænd Galileos relativitetsprincip, ifølge hvilket man mente, at mekanikkens love er uændrede, uanset hvilken referenceramme der anvendes. Men samtidig skulle udbredelseshastigheden af ​​elektromagnetiske bølger ifølge teorien ændre sig, når kilden bevæger sig. Dette var i strid med både Galileos postulater og Maxwells teori, hvilket var årsagen til starten på forskningen.

På det tidspunkt var de fleste videnskabsmænd tilbøjelige til "etherteorien", ifølge hvilken indikatorerne ikke afhang af hastigheden af ​​dens kilde, den vigtigste afgørende faktor var miljøets egenskaber.

Michelson opdagede, at lysets hastighed ikke afhænger af måleretningen.

Da Jorden bevæger sig i det ydre rum i en bestemt retning, vil lysets hastighed ifølge loven om tilsætning af hastigheder variere, når den måles i forskellige retninger. Men Michelson fandt ingen forskel i udbredelsen af ​​elektromagnetiske bølger, uanset hvilken retning målingerne blev foretaget.

Æterteorien kunne ikke forklare tilstedeværelsen af ​​en absolut værdi, som viste dens fejlslutning endnu bedre.

Albert Einsteins specielle relativitetsteori

En ung videnskabsmand på det tidspunkt præsenterede en teori, der strider mod de fleste forskeres ideer. Ifølge den har tid og rum sådanne egenskaber, der sikrer invariansen af ​​lysets hastighed i vakuum, uanset den valgte referenceramme. Dette forklarede Michelsons mislykkede eksperimenter, da lysets udbredelseshastighed ikke afhænger af kildens bevægelse.

[tds_council]Indirekte bekræftelse af rigtigheden af ​​Einsteins teori var "relativiteten af ​​samtidighed", dens essens er vist i figuren.[/tds_council]

Et eksempel på, hvordan en persons placering påvirker deres opfattelse af lysudbredelse.

Hvordan blev lysets hastighed målt før?

Forsøg på at bestemme denne indikator er blevet gjort af mange, men på grund af videnskabens lave udviklingsniveau var det tidligere problematisk at gøre dette. Således troede antikkens forskere, at lysets hastighed var uendelig, men senere tvivlede mange forskere på dette postulat, hvilket førte til en række forsøg på at bestemme det:

1. Galileo brugte lommelygter. For at beregne udbredelseshastigheden af ​​lysbølger var han og hans assistent på bakker, hvor afstanden mellem dem blev bestemt nøjagtigt. Så åbnede en af ​​deltagerne lanternen, den anden skulle gøre det samme, så snart han så lyset. Men denne metode gav ikke resultater på grund af den høje hastighed af bølgeudbredelse og manglende evne til nøjagtigt at bestemme tidsintervallet.
2. Olaf Roemer, en astronom fra Danmark, bemærkede et træk, mens han observerede Jupiter. Da Jorden og Jupiter var på modsatte punkter i deres kredsløb, var Io-formørkelsen (en Jupiters måne) 22 minutter forsinket sammenlignet med planeten selv. Baseret på dette konkluderede han, at lysbølgernes udbredelseshastighed ikke er uendelig og har en grænse. Ifølge hans beregninger var tallet cirka 220.000 km i sekundet.
   Bestemmelse af lysets hastighed ifølge Roemer.
3. Omkring samme periode opdagede den engelske astronom James Bradley fænomenet lysaberration, når det skyldes Jordens bevægelse omkring Solen, såvel som på grund af rotation omkring dens akse, på grund af hvilken stjernernes position på himlen og afstanden til dem ændrer sig konstant.På grund af disse træk beskriver stjernerne en ellipse i løbet af hvert år. Baseret på beregninger og observationer beregnede astronomen hastigheden, den var 308.000 km i sekundet.
   aberration af lys
4. Louis Fizeau var den første, der besluttede at bestemme den nøjagtige indikator gennem et laboratorieeksperiment. Han installerede et glas med en spejloverflade i en afstand af 8633 m fra kilden, men da afstanden er lille, var det umuligt at lave nøjagtige tidsberegninger. Derefter satte videnskabsmanden et tandhjul op, som med jævne mellemrum dækkede lyset med tænder. Ved at ændre hjulets hastighed bestemte Fizeau, med hvilken hastighed lyset ikke nåede at glide mellem tænderne og vende tilbage. Ifølge hans beregninger var hastigheden 315 tusinde kilometer i sekundet.
   Erfaring med Louis Fizeau.

Måling af lysets hastighed

Dette kan gøres på flere måder. Det er ikke værd at analysere dem i detaljer; hver vil kræve en separat gennemgang. Derfor er det nemmest at forstå sorterne:

1. Astronomiske målinger. Her bruges Roemer og Bradleys metoder oftest, da de har bevist deres effektivitet, og egenskaberne af luft, vand og andre egenskaber i miljøet påvirker ikke ydeevnen. Under forhold med rumvakuum øges målenøjagtigheden.
2. hulrumsresonans eller hulrumseffekt - dette er navnet på fænomenet med lavfrekvente stående magnetiske bølger, der opstår mellem planetens overflade og ionosfæren. Ved hjælp af specielle formler og data fra måleudstyr er det ikke svært at beregne værdien af ​​hastigheden af ​​partikler i luften.
3. Interferometri - et sæt af forskningsmetoder, hvor der dannes flere typer bølger.Dette resulterer i en interferenseffekt, som gør det muligt at udføre talrige målinger af både elektromagnetiske og akustiske vibrationer.

Ved hjælp af specialudstyr kan målinger foretages uden brug af specielle teknikker.

Er superluminal hastighed mulig?

Baseret på relativitetsteorien overtræder fysiske partiklers overskud af indikatoren kausalitetsprincippet. På grund af dette er det muligt at transmittere signaler fra fremtiden til fortiden og omvendt. Men teorien afviser samtidig ikke, at der kan være partikler, der bevæger sig hurtigere, mens de interagerer med almindelige stoffer.

Denne type partikler kaldes tachyoner. Jo hurtigere de bevæger sig, jo mindre energi bærer de.

Videolektion: Fizeaus eksperiment. Måling af lysets hastighed. Fysik klasse 11.

Lysets hastighed i et vakuum er en konstant værdi; mange fænomener i fysik er baseret på den. Dens definition blev en ny milepæl i videnskabens udvikling, da den gjorde det muligt at forklare mange processer og forenklede en række beregninger.