Cât de repede călătorește lumina în vid

Viteza luminii în vid este un indicator care este utilizat pe scară largă în fizică și, la un moment dat, a făcut posibilă realizarea unui număr de descoperiri, precum și explicarea naturii multor fenomene. Există câteva puncte importante care trebuie studiate pentru a înțelege subiectul și a înțelege cum și în ce condiții a fost descoperit acest indicator.

Care este viteza luminii

Viteza de propagare a luminii în vid este considerată o valoare absolută, reflectând viteza de propagare a radiației electromagnetice. Este utilizat pe scară largă în fizică și are o denumire sub forma unei litere latine mici „s” (se spune „tse”).

În vid, viteza luminii este folosită pentru a determina cât de repede se mișcă diferite particule.

Potrivit celor mai mulți cercetători și oameni de știință, viteza luminii în vid este viteza maximă posibilă de mișcare a particulelor și de propagare a diferitelor tipuri de radiații.

În ceea ce privește exemplele de fenomene, acestea sunt:

1. Lumină vizibilă din orice sursă.
2. Toate tipurile de radiații electromagnetice (cum ar fi raze X și unde radio).
3. Unde gravitaționale (aici părerile unor experți diferă).

Multe tipuri de particule pot călători aproape de viteza luminii, dar nu o ating niciodată.

Valoarea exactă a vitezei luminii

Oamenii de știință au încercat de mulți ani să determine care este viteza luminii, dar măsurătorile precise au fost făcute în anii 70 ai secolului trecut. În cele din urmă indicatorul a fost de 299.792.458 m/s cu o abatere maximă de +/-1,2 m. Astăzi este o unitate fizică invariabilă, deoarece distanța într-un metru este 1/299.792.458 dintr-o secundă, acesta este timpul necesar pentru ca lumina în vid să parcurgă 100 cm.

Științific formula pentru determinarea vitezei luminii.

Pentru a simplifica calculele, indicatorul este simplificat la 300.000.000 m/s (3×108 m/s). Este familiar tuturor în cursul de fizică la școală, acolo se măsoară viteza în această formă.

Rolul fundamental al vitezei luminii în fizică

Acest indicator este unul dintre principalii, indiferent de sistemul de referință utilizat în studiu. Nu depinde de mișcarea sursei de undă, ceea ce este, de asemenea, important.

Invarianța a fost postulată de Albert Einstein în 1905. Acest lucru s-a întâmplat după ce un alt om de știință, Maxwell, care nu a găsit dovezi ale existenței unui eter luminifer, a prezentat o teorie despre electromagnetism.

Afirmația că un efect cauzal nu poate fi transportat cu o viteză care depășește viteza luminii este considerată astăzi destul de rezonabilă.

Apropo! Fizicienii nu neagă că unele dintre particule se pot mișca cu o viteză care depășește indicatorul considerat. Cu toate acestea, ele nu pot fi folosite pentru a transmite informații.

Referințe istorice

Pentru a înțelege trăsăturile subiectului și pentru a afla cum au fost descoperite anumite fenomene, ar trebui să studiem experimentele unor oameni de știință. În secolul al XIX-lea, s-au făcut multe descoperiri care au ajutat oamenii de știință mai târziu, acestea s-au referit în principal la curentul electric și fenomenele de inducție magnetică și electromagnetică.

Experimente de James Maxwell

Cercetările fizicianului au confirmat interacțiunea particulelor de la distanță. Ulterior, acest lucru i-a permis lui Wilhelm Weber să dezvolte o nouă teorie a electromagnetismului. Maxwell a stabilit, de asemenea, clar fenomenul câmpurilor magnetice și electrice și a determinat că acestea se pot genera reciproc, formând unde electromagnetice. Acest om de știință a fost primul care a început să folosească denumirea „s”, care este încă folosită de fizicienii din întreaga lume.

Datorită acestui fapt, majoritatea cercetătorilor au început deja atunci să vorbească despre natura electromagnetică a luminii. Maxwell, în timp ce studia viteza de propagare a excitațiilor electromagnetice, a ajuns la concluzia că acest indicator este egal cu viteza luminii, la un moment dat a fost surprins de acest fapt.

Datorită cercetărilor lui Maxwell, a devenit clar că lumina, magnetismul și electricitatea nu sunt concepte separate. Împreună, acești factori determină natura luminii, deoarece este o combinație de câmp magnetic și electric care se propagă în spațiu.

Schema de propagare a undelor electromagnetice.

Michelson și experiența sa în a demonstra caracterul absolut al vitezei luminii

La începutul secolului trecut, majoritatea oamenilor de știință au folosit principiul relativității lui Galileo, conform căruia se credea că legile mecanicii sunt neschimbate, indiferent de cadru de referință utilizat. Dar, în același timp, conform teoriei, viteza de propagare a undelor electromagnetice ar trebui să se schimbe atunci când sursa se mișcă. Acest lucru a fost împotriva atât postulatelor lui Galileo, cât și teoriei lui Maxwell, care a fost motivul pentru începutul cercetării.

La acea vreme, majoritatea oamenilor de știință erau înclinați către „teoria eterului”, conform căreia indicatorii nu depind de viteza sursei sale, principalul factor determinant fiind caracteristicile mediului.

Michelson a descoperit că viteza luminii nu depinde de direcția de măsurare.

Deoarece Pământul se mișcă în spațiul cosmic într-o anumită direcție, viteza luminii, conform legii adunării vitezelor, va diferi atunci când este măsurată în direcții diferite. Dar Michelson nu a găsit nicio diferență în propagarea undelor electromagnetice, indiferent de direcția în care s-au făcut măsurătorile.

Teoria eterului nu a putut explica prezența unei valori absolute, care și-a arătat și mai bine eroarea.

Teoria specială a relativității a lui Albert Einstein

Un tânăr om de știință de la acea vreme a prezentat o teorie care vine în contradicție cu ideile majorității cercetătorilor. Potrivit acesteia, timpul și spațiul au astfel de caracteristici care asigură invarianța vitezei luminii în vid, indiferent de cadrul de referință ales. Aceasta a explicat experimentele nereușite ale lui Michelson, deoarece viteza de propagare a luminii nu depinde de mișcarea sursei sale.

[tds_council]Confirmarea indirectă a corectitudinii teoriei lui Einstein a fost „relativitatea simultaneității”, esența acesteia este prezentată în figură.[/tds_council]

Un exemplu despre modul în care locația unei persoane îi afectează percepția despre propagarea luminii.

Cum se măsura viteza luminii înainte?

Încercările de a determina acest indicator au fost făcute de mulți, dar din cauza nivelului scăzut de dezvoltare al științei, anterior a fost problematic să se facă acest lucru. Astfel, oamenii de știință din antichitate credeau că viteza luminii este infinită, dar mai târziu mulți cercetători s-au îndoit de acest postulat, ceea ce a condus la o serie de încercări de a-l determina:

1. Galileo a folosit lanterne. Pentru a calcula viteza de propagare a undelor luminoase, el și asistentul său se aflau pe dealuri, distanța dintre care a fost determinată exact. Apoi unul dintre participanți a deschis lanterna, al doilea a trebuit să facă același lucru imediat ce a văzut lumina. Dar această metodă nu a dat rezultate din cauza vitezei mari de propagare a undelor și a incapacității de a determina cu precizie intervalul de timp.
2. Olaf Roemer, un astronom din Danemarca, a observat o caracteristică în timp ce observa Jupiter. Când Pământul și Jupiter se aflau în puncte opuse ale orbitelor lor, eclipsa lui Io (o lună a lui Jupiter) a întârziat 22 de minute în comparație cu planeta însăși. Pe baza acestui fapt, a concluzionat că viteza de propagare a undelor luminoase nu este infinită și are o limită. Conform calculelor sale, cifra era de aproximativ 220.000 km pe secundă.
   Determinarea vitezei luminii conform lui Roemer.
3. Aproximativ în aceeași perioadă, astronomul englez James Bradley a descoperit fenomenul aberației luminoase, când se datorează mișcării Pământului în jurul Soarelui, precum și datorită rotației în jurul axei sale, datorită căreia poziția stelelor pe cer. iar distanța până la ei se schimbă constant.Datorită acestor caracteristici, stelele descriu o elipsă în fiecare an. Pe baza calculelor și observațiilor, astronomul a calculat viteza, era de 308.000 km pe secundă.
   aberația luminii
4. Louis Fizeau a fost primul care a decis să determine indicatorul exact printr-un experiment de laborator. A instalat o sticlă cu o suprafață de oglindă la o distanță de 8633 m de sursă, dar din moment ce distanța este mică, a fost imposibil să se facă calcule precise de timp. Apoi, omul de știință a instalat o roată dințată, care acoperea periodic lumina cu dinți. Schimbând viteza roții, Fizeau a determinat cu ce viteză lumina nu a avut timp să alunece între dinți și să se întoarcă înapoi. Conform calculelor sale, viteza a fost de 315 mii de kilometri pe secundă.
   Experiența lui Louis Fizeau.

Măsurarea vitezei luminii

Acest lucru se poate face în mai multe moduri. Nu merită să le analizați în detaliu; fiecare va necesita o revizuire separată. Prin urmare, este mai ușor să înțelegeți soiurile:

1. Măsurătorile astronomice. Aici, metodele lui Roemer și Bradley sunt cel mai des folosite, deoarece și-au dovedit eficacitatea, iar proprietățile aerului, apei și ale altor caracteristici ale mediului nu afectează performanța. În condiții de vid spațiu, precizia măsurării crește.
2. rezonanța cavității sau efectul de cavitate - acesta este numele fenomenului undelor magnetice staţionare de joasă frecvenţă care apar între suprafaţa planetei şi ionosferă. Folosind formule speciale și date din echipamentele de măsurare, nu este dificil să se calculeze valoarea vitezei particulelor în aer.
3. Interferometrie - un set de metode de cercetare în care se formează mai multe tipuri de unde.Acest lucru are ca rezultat un efect de interferență, care face posibilă efectuarea a numeroase măsurători atât ale vibrațiilor electromagnetice, cât și ale vibrațiilor acustice.

Cu ajutorul unor echipamente speciale, măsurătorile pot fi efectuate fără a utiliza tehnici speciale.

Este posibilă viteza superluminală?

Pe baza teoriei relativității, excesul de indicator de către particulele fizice încalcă principiul cauzalității. Din acest motiv, este posibil să se transmită semnale din viitor în trecut și invers. Dar, în același timp, teoria nu neagă că ar putea exista particule care se mișcă mai repede, în timp ce interacționează cu substanțele obișnuite.

Acest tip de particule se numesc tahioni. Cu cât se mișcă mai repede, cu atât transportă mai puțină energie.

Lecție video: experimentul lui Fizeau. Măsurarea vitezei luminii. Fizica clasa a 11-a.

Viteza luminii în vid este o valoare constantă; multe fenomene din fizică se bazează pe ea. Definiția sa a devenit o nouă piatră de hotar în dezvoltarea științei, deoarece a făcut posibilă explicarea multor procese și a simplificat o serie de calcule.