Koliko brzo svjetlost putuje u vakuumu

Brzina svjetlosti u vakuumu pokazatelj je koji se naširoko koristi u fizici i svojedobno je omogućio niz otkrića, kao i objašnjenje prirode mnogih fenomena. Postoji nekoliko važnih točaka koje je potrebno proučiti kako biste razumjeli temu i razumjeli kako je i pod kojim uvjetima otkriven ovaj pokazatelj.

Kolika je brzina svjetlosti

Brzina širenja svjetlosti u vakuumu smatra se apsolutnom vrijednošću, koja odražava brzinu širenja elektromagnetskog zračenja. Široko se koristi u fizici i ima oznaku u obliku malog latiničnog slova "s" (piše "tse").

U vakuumu se brzina svjetlosti koristi za određivanje brzine kretanja različitih čestica.

Prema većini istraživača i znanstvenika, brzina svjetlosti u vakuumu je najveća moguća brzina kretanja čestica i širenja različitih vrsta zračenja.

Što se tiče primjera pojava, to su:

1. Vidljivo svjetlo iz bilo kojeg izvor.
2. Sve vrste elektromagnetskog zračenja (kao što su x-zrake i radio valovi).
3. Gravitacijski valovi (ovdje se mišljenja nekih stručnjaka razlikuju).

Mnoge vrste čestica mogu putovati brzinom koja je blizu svjetlosti, ali je nikada ne dosegnu.

Točna vrijednost brzine svjetlosti

Znanstvenici već dugi niz godina pokušavaju utvrditi kolika je brzina svjetlosti, no točna mjerenja napravljena su 70-ih godina prošlog stoljeća. Eventualno pokazatelj je bio 299.792.458 m/s s maksimalnim odstupanjem od +/-1,2 m. Danas je to nepromjenjiva fizička jedinica, budući da je udaljenost u metru 1/299,792,458 sekunde, toliko je potrebno svjetlosti u vakuumu da prijeđe 100 cm.

Znanstveni formula za određivanje brzine svjetlosti.

Da pojednostavimo izračune, indikator je pojednostavljen na 300.000.000 m/s (3×108 m/s). To je svima poznato na tečaju fizike u školi, tamo se brzina mjeri u ovom obliku.

Temeljna uloga brzine svjetlosti u fizici

Ovaj pokazatelj je jedan od glavnih, bez obzira na to koji se referentni sustav koristi u istraživanju. Ne ovisi o kretanju izvora valova, što je također važno.

Invarijantnost je postulirao Albert Einstein 1905. godine. To se dogodilo nakon što je drugi znanstvenik, Maxwell, koji nije pronašao dokaze o postojanju luminifernog etera, iznio teoriju o elektromagnetizmu.

Tvrdnja da se uzročna posljedica ne može prenositi brzinom većom od brzine svjetlosti danas se smatra sasvim razumnom.

Usput! Fizičari ne poriču da se neke od čestica mogu kretati brzinom koja prelazi razmatrani pokazatelj. Međutim, ne mogu se koristiti za prenošenje informacija.

Povijesne reference

Da bismo razumjeli značajke teme i saznali kako su određeni fenomeni otkriveni, treba proučiti eksperimente nekih znanstvenika. U 19. stoljeću došlo je do mnogih otkrića koja su kasnije pomogla znanstvenicima, uglavnom su se ticala električne struje i fenomena magnetske i elektromagnetske indukcije.

Eksperimenti Jamesa Maxwella

Istraživanje fizičara potvrdilo je međudjelovanje čestica na daljinu. Nakon toga, to je omogućilo Wilhelmu Weberu da razvije novu teoriju elektromagnetizma. Maxwell je također jasno ustanovio fenomen magnetskog i električnog polja i utvrdio da mogu generirati jedno drugo, tvoreći elektromagnetske valove. Upravo je ovaj znanstvenik prvi počeo koristiti oznaku "s", koju još uvijek koriste fizičari diljem svijeta.

Zahvaljujući tome, većina istraživača je već tada počela govoriti o elektromagnetskoj prirodi svjetlosti. Maxwell je, proučavajući brzinu širenja elektromagnetskih pobuda, došao do zaključka da je ovaj pokazatelj jednak brzini svjetlosti, svojedobno je bio iznenađen tom činjenicom.

Zahvaljujući Maxwellovom istraživanju postalo je jasno da svjetlost, magnetizam i elektricitet nisu zasebni pojmovi. Zajedno, ovi čimbenici određuju prirodu svjetlosti, jer je to kombinacija magnetskog i električnog polja koje se širi u svemiru.

Shema širenja elektromagnetskih valova.

Michelson i njegovo iskustvo u dokazivanju apsolutnosti brzine svjetlosti

Početkom prošlog stoljeća većina znanstvenika koristila se Galileovim principom relativnosti prema kojem se vjerovalo da su zakoni mehanike nepromijenjeni, bez obzira na to koji se referentni okvir koristi. No, u isto vrijeme, prema teoriji, brzina širenja elektromagnetskih valova trebala bi se mijenjati kada se izvor pomiče. To je bilo protivno i Galileovim postulatima i Maxwellovoj teoriji, što je bio razlog za početak istraživanja.

U to je vrijeme većina znanstvenika bila sklona "teoriji etera", prema kojoj pokazatelji ne ovise o brzini njegovog izvora, glavni odlučujući čimbenik bile su značajke okoliša.

Michelson je otkrio da brzina svjetlosti ne ovisi o smjeru mjerenja.

Budući da se Zemlja kreće u svemiru u određenom smjeru, brzina svjetlosti će se, prema zakonu zbrajanja brzina, razlikovati kada se mjeri u različitim smjerovima. Ali Michelson nije pronašao nikakvu razliku u širenju elektromagnetskih valova, bez obzira u kojem smjeru su mjerenja napravljena.

Teorija etera nije mogla objasniti prisutnost apsolutne vrijednosti, što je još bolje pokazalo svoju zabludu.

Specijalna teorija relativnosti Alberta Einsteina

Mladi znanstvenik u to je vrijeme predstavio teoriju koja je u suprotnosti s idejama većine istraživača. Prema njemu, vrijeme i prostor imaju takve karakteristike koje osiguravaju nepromjenjivost brzine svjetlosti u vakuumu, bez obzira na odabrani referentni okvir. To je objasnilo neuspješne Michelsonove eksperimente, budući da brzina širenja svjetlosti ne ovisi o kretanju njezina izvora.

[tds_council]Neizravna potvrda ispravnosti Einsteinove teorije bila je "relativnost simultanosti", njezina je bit prikazana na slici.[/tds_council]

Primjer kako položaj osobe utječe na njihovu percepciju širenja svjetlosti.

Kako se prije mjerila brzina svjetlosti?

Mnogi su pokušavali odrediti ovaj pokazatelj, ali zbog niske razine razvoja znanosti, ranije je to bilo problematično učiniti. Tako su antički znanstvenici vjerovali da je brzina svjetlosti beskonačna, ali su kasnije mnogi istraživači posumnjali u ovaj postulat, što je dovelo do brojnih pokušaja da se on odredi:

1. Galileo je koristio svjetiljke. Kako bi izračunali brzinu širenja svjetlosnih valova, on i njegov pomoćnik bili su na brdima, među kojima je udaljenost točno određena. Tada je jedan od sudionika otvorio lampion, drugi je morao učiniti isto čim je ugledao svjetlo. Ali ova metoda nije dala rezultate zbog velike brzine širenja vala i nemogućnosti preciznog određivanja vremenskog intervala.
2. Olaf Roemer, astronom iz Danske, primijetio je značajku dok je promatrao Jupiter. Kada su Zemlja i Jupiter bili na suprotnim točkama u svojim orbitama, pomrčina Ia (Jupiterov mjesec) kasnila je 22 minute u odnosu na sam planet. Na temelju toga je zaključio da brzina širenja svjetlosnih valova nije beskonačna i da ima ograničenje. Prema njegovim izračunima, brojka je bila otprilike 220.000 km u sekundi.
   Određivanje brzine svjetlosti prema Roemeru.
3. Otprilike u istom razdoblju engleski astronom James Bradley otkrio je fenomen svjetlosne aberacije, kada zbog kretanja Zemlje oko Sunca, kao i zbog rotacije oko svoje ose, zbog čega se položaj zvijezda na nebu a udaljenost do njih se stalno mijenja.Zbog ovih značajki, zvijezde opisuju elipsu tijekom svake godine. Na temelju proračuna i opažanja, astronom je izračunao brzinu, iznosila je 308.000 km u sekundi.
   aberacija svjetlosti
4. Louis Fizeau je bio prvi koji je laboratorijskim pokusom odlučio odrediti točan indikator. Ugradio je staklo sa zrcalnom površinom na udaljenosti od 8633 m od izvora, ali budući da je udaljenost mala, bilo je nemoguće napraviti točne proračune vremena. Zatim je znanstvenik postavio zupčanik, koji je povremeno prekrivao svjetlo zubima. Promjenom brzine kotača, Fizeau je odredio kojom brzinom svjetlost nije imala vremena proklizati među zubima i vratiti se natrag. Prema njegovim izračunima, brzina je bila 315 tisuća kilometara u sekundi.
   Iskustvo Louisa Fizeaua.

Mjerenje brzine svjetlosti

To se može učiniti na nekoliko načina. Ne vrijedi ih detaljno analizirati, svaki će zahtijevati zaseban pregled. Stoga je najlakše razumjeti sorte:

1. Astronomska mjerenja. Ovdje se najčešće koriste metode Roemera i Bradleyja, jer su dokazale svoju učinkovitost, a svojstva zraka, vode i druge značajke okoliša ne utječu na performanse. U uvjetima svemirskog vakuuma povećava se točnost mjerenja.
2. rezonancija šupljine ili efekt šupljine - ovo je naziv fenomena niskofrekventnih stajaćih magnetskih valova koji nastaju između površine planeta i ionosfere. Koristeći posebne formule i podatke iz mjerne opreme, nije teško izračunati vrijednost brzine čestica u zraku.
3. Interferometrija - skup istraživačkih metoda u kojima se formira nekoliko vrsta valova.To rezultira efektom interferencije, što omogućuje provođenje brojnih mjerenja i elektromagnetskih i akustičnih vibracija.

Uz pomoć posebne opreme, mjerenja se mogu vršiti bez korištenja posebnih tehnika.

Je li moguća superluminalna brzina?

Na temelju teorije relativnosti, višak indikatora fizičkim česticama krši načelo uzročnosti. Zbog toga je moguće prenositi signale iz budućnosti u prošlost i obrnuto. No, u isto vrijeme, teorija ne poriče da mogu postojati čestice koje se kreću brže, dok su u interakciji s običnim tvarima.

Ova vrsta čestica naziva se tahioni. Što se brže kreću, to manje energije nose.

Video lekcija: Fizeauov eksperiment. Mjerenje brzine svjetlosti. Fizika 11 razred.

Brzina svjetlosti u vakuumu je konstantna vrijednost i na njoj se temelje mnoge pojave u fizici. Njegova je definicija postala nova prekretnica u razvoju znanosti, jer je omogućila objašnjenje mnogih procesa i pojednostavila niz izračuna.