Številni ljudje že od zgodnjega otroštva vedo za obstoj takšnega koncepta, kot je "hitrost svetlobe". Toda o pojavu ne vedo vsi podrobno.

Številni so opozorili na dejstvo, da med nevihto pride do zamude med bliskom strele in zvokom groma. Izbruh nas praviloma doseže hitreje. To pomeni, da ima večjo hitrost kot zvok. Kaj je razlog za to? Kakšna je hitrost svetlobe in kako se meri?

Kakšna je hitrost svetlobe?

Najprej razumemo, kakšna je hitrost svetlobe. V znanstvenem smislu gre za takšno količino, ki pokaže, kako hitro se žarki premikajo v vakuumu ali v zraku. Prav tako morate vedeti, kaj je svetloba. To je sevanje, ki ga zazna človeško oko. Hitrost je odvisna od okoljskih razmer, pa tudi drugih lastnosti, na primer loma.

Zanimivo dejstvo: Za potovanje od Zemlje do satelita, lune, potrebuje 1,25 sekunde.

Kakšna je hitrost svetlobe po vaših lastnih besedah?

Preprosto povedano, hitrost svetlobe je časovni razpon, skozi katerega svetlobni žarek prevozi katero koli razdaljo. Čas se običajno meri v sekundah. Vendar nekateri znanstveniki uporabljajo različne enote. Razdalja se meri tudi na različne načine. V bistvu - to je meter. To pomeni, da se ta vrednost upošteva v m / s. Fizika to pojasnjuje tako: pojav, ki se giblje z določeno hitrostjo (konstanto).

Za lažje razumevanje si poglejmo naslednji primer. Kolesar se giblje s hitrostjo 20 km / h. Želel bi dohiteti voznika avtomobila, katerega hitrost je 25 km / h. Če štejete, potem avtomobil pelje za 5 km / h hitreje kot kolesar. Z žarki svetlobe so stvari drugačne. Ne glede na to, kako hitro se premikata prva in druga oseba, se svetloba, glede na njih, giblje s konstantno hitrostjo.

Kakšna je hitrost svetlobe?

Kadar niso v vakuumu, različni pogoji vplivajo na svetlobo. Snov, skozi katero prehajajo žarki, vključno. Če se število metrov na sekundo ne spremeni brez dostopa do kisika, se v okolju z dostopom do zraka vrednost spreminja.

Svetloba potuje počasneje skozi različne materiale, kot so steklo, voda in zrak. Temu pojavu je dodan indeks loma, ki opisuje, kako upočasnijo gibanje svetlobe. Steklo ima lomni indeks 1,5, kar pomeni, da svetloba skozi njega prehaja s hitrostjo približno 200 tisoč kilometrov na sekundo. Indeks loma vode je 1,3, indeks loma zraka pa nekoliko več kot 1, kar pomeni, da zrak le nekoliko upočasni svetlobo.

Zato se po prehodu skozi zrak ali tekočino hitrost upočasni in postane manjša kot v vakuumu. Na primer, v različnih rezervoarjih je hitrost gibanja žarkov 0,75 hitrosti v vesolju. Tudi s standardnim tlakom 1,01 bara se stopnja upočasni za 1,5-2%. Se pravi, da se pri kopenskih pogojih hitrost svetlobe razlikuje glede na okoljske pogoje.

Za takšen pojav so iznašli poseben koncept - lom. Se pravi lom svetlobe. Široko se uporablja v različnih izumih. Na primer, refraktor je teleskop z optičnim sistemom. Tudi s pomočjo tega nastajajo tudi daljnogledi in druga oprema, katere bistvo je uporaba optike.

Na splošno je najmanjši žarek mogoče prebiti s prehodom skozi navaden zrak. Pri prehodu skozi posebej ustvarjeno optično steklo je hitrost približno 195 tisoč kilometrov na sekundo. To je skoraj 105 tisoč km / s manj kot stalnica.

Najbolj natančna vrednost hitrosti svetlobe

Fiziki so z leti pridobili izkušnje z raziskovanjem hitrosti svetlobnih žarkov. Trenutno je najbolj natančna vrednost svetlobne hitrosti 299.792 kilometrov na sekundo. Konstanta je bila vzpostavljena leta 1933. Številka je še vedno pomembna.

Vendar so se pri določanju kazalnika pojavile nadaljnje težave.To je bilo posledica napake števca. Zdaj je sam merilnik neposredno odvisen od hitrosti svetlobe. Enaka je razdalji, ki jo žarki prevozijo v določenem številu sekund - 1 / hitrost svetlobe.

Kakšna je hitrost svetlobe v vakuumu?

Ker svetloba v vakuumu ne vpliva na različne razmere, se njena hitrost ne spreminja tako kot na Zemlji. Hitrost svetlobe v vakuumu je 299.792 kilometrov na sekundo. Ta indikator je meja. Verjame se, da se nič na svetu ne more premikati hitreje, tudi kozmična telesa, ki se premikajo precej hitro.

Na primer, borec Boeing X-43, ki hitrost zvoka preseže za skoraj 10-krat (več kot 11 tisoč km / h), leti počasneje kot žarek. Slednji se hitreje premika za več kot 96 tisoč kilometrov na uro.

Kako je bila izmerjena hitrost svetlobe?

Že prvi znanstveniki so poskušali izmeriti to vrednost. Uporabljene so bile različne metode. Ljudje znanosti so v obdobju antike verjeli, da je neskončno, zato je nemogoče izmeriti. To mnenje je ostalo še dolgo, vse do 16. do 17. stoletja. V tistih dneh so se pojavili drugi znanstveniki, ki so predlagali, da ima žarek konec in da je mogoče hitrost izmeriti.

Znani astronom iz Danske Olaf Roemer je znanje o hitrosti svetlobe dvignil na novo raven. Opazil je, da je mrk Jupitrove lune pozen. Prej tega nihče ni pozoren. Posledično se je odločil izračunati hitrost.

Izpostavil je približno hitrost, ki je bila enaka približno 220 tisoč kilometrov na sekundo. Kasneje se je študije iz Anglije James Bradley lotil študije. Čeprav ni imel povsem prav, se je nekoliko približal trenutnim rezultatom raziskav.

Čez nekaj časa se je večina znanstvenikov zanimala za to količino. V raziskavo so sodelovali ljudje iz različnih držav. Vendar do 70. let 20. stoletja ni bilo nobenih veličastnih odkritij. Od sedemdesetih let prejšnjega stoletja, ko so si omislili laserje in maserje (kvantne generatorje), so znanstveniki izvajali raziskave in dobili natančno hitrost. Trenutna vrednost je pomembna od leta 1983. Popravljeni so le majhne napake.

Galilejeva izkušnja

Znanstvenik iz Italije je presenetil vse raziskovalce tistih let s preprostostjo in genialnostjo svojih izkušenj. Uspelo mu je izmeriti hitrost svetlobe z navadnimi orodji, ki so bila na dosegu roke.

On in njegov pomočnik sta se povzpela po sosednjih hribih, predhodno izračunala razdaljo med njima. Vzeli so prižgane luči, jih opremili z blažilniki, ki luči odpirajo in zapirajo. Po odpiranju in zapiranju luči so poskušali izračunati hitrost svetlobe. Galileo in pomočnik sta že vnaprej vedela, s kakšno zamudo bodo odprli in zaprli luč. Ko se ena odpre, drugi stori enako.

Vendar je bil poskus neuspešen. Za to bi morali znanstveniki stati na razdalji več milijonov kilometrov drug od drugega.

Izkušnje Römerja in Bradleya

Ta študija je bila že na kratko napisana zgoraj. To je ena najbolj naprednih izkušenj tistega časa. Römer je znanje astronomije uporabil za merjenje hitrosti žarkov. Zgodilo se je leta 76 v 17. stoletju.

Raziskovalec je s teleskopom opazoval Io (satelit Jupiter). Odkril je naslednji vzorec: bolj ko se naš planet oddalji od Jupitra, večja je zamuda Io-jevega mrka. Največja zamuda je bila 21-22 minut.

Predpostavimo, da se satelit oddaljuje na razdalji, ki je enaka dolžini premera orbite, je znanstvenik razdaljo razdelil na čas. Kot rezultat tega je dobil 214 tisoč kilometrov na sekundo. Čeprav je ta študija ocenjena kot zelo približna, ker je bila razdalja približna, se je približala trenutnemu kazalcu.

V 18. stoletju je James Bradley dopolnil študijo. Za to je uporabil aberacijo - spremembo položaja kozmičnega telesa zaradi gibanja Zemlje okoli sonca. James je izmeril kot aberacije in z vedenjem hitrosti našega planeta je dobil vrednost 301 tisoč kilometrov na sekundo.

Izkušnje Fizeau

Raziskovalci in navadni ljudje so bili skeptični do izkušenj Römerja in Jamesa Bradleyja. Kljub temu so bili rezultati najbližji resnici in pomembni več kot stoletje. V 19. stoletju je k merjenju te količine prispeval Arman Fizeau, znanstvenik iz prestolnice Francije, Pariza. Uporabil je metodo zasuka z zasukom. Tudi Fizeau, podobno kot Galileo Galilei s svojim pomočnikom, ni opazoval nebesnih teles, temveč je raziskoval v laboratorijskih pogojih.

Načelo izkušnje je preprosto. Žarko svetlobe je bil usmerjen v ogledalo. Odsev od njega je svetloba prešla skozi zobe kolesa. Nato je zadel še eno odsevno površino, ki se je nahajala na razdalji 8,6 km. Kolo se je vrtilo, z večjo hitrostjo, dokler se v naslednjem prepadu ni videl žarek. Po izračunih je znanstvenik prejel rezultat 313 tisoč km / s.

Kasneje je francoski fizik in astronom Leon Foucault ponovil študijo, pri čemer je dosegel rezultat 298 tisoč km / s. Najbolj natančen rezultat v tistem času. Kasnejše meritve so bile izvedene z uporabo laserjev in maserjev.

Ali je možna superluminalna hitrost?

Predmeti so hitrejši od hitrosti svetlobe. Na primer, sončni žarki, senca, vibracije valov. Čeprav teoretično lahko razvijejo superluminalno hitrost, energija, ki jo oddajajo, ne bo sovpadala z njihovim vektorjem gibanja.

Če svetlobni žarek prehaja na primer skozi steklo ali vodo, potem ga lahko elektroni prehitijo. V hitrosti gibanja niso omejeni. Zato se v takšnih pogojih svetloba ne premika hitreje kot kdorkoli.

Ta pojav se imenuje Vavilov-Čerenkov učinek. Najpogosteje jih najdemo v globokih rezervoarjih in reaktorjih.