Mange mennesker har kjent på eksistensen av et slikt konsept som "lysets hastighet" fra tidlig barndom. Men ikke alle vet i detalj om fenomenet.
Mange tok hensyn til det faktum at det i tordenvær er en forsinkelse mellom et lynnedslag og lyden av torden. Utbruddet når oss som regel raskere. Dette betyr at den har større hastighet enn lyd. Hva er grunnen til dette? Hva er lysets hastighet, og hvordan måles det?
Hva er lysets hastighet?
La oss først forstå hva lysets hastighet er. Vitenskapelig er dette en mengde som viser hvor raskt strålene beveger seg i et vakuum eller i luft. Du må også vite hva lys er. Dette er strålingen som oppfattes av det menneskelige øyet. Hastighet avhenger av miljøforhold, så vel som andre egenskaper, for eksempel brytning.
Interessant fakta: Det tar 1,25 sekunder før lyset reiser fra Jorden til en satellitt, månen.
Hva er lysets hastighet med dine egne ord?
For å si det enkelt, er lysets hastighet det tidsrommet som en lysstråle beveger seg på hvilken som helst avstand. Tid måles vanligvis i sekunder. Noen forskere bruker imidlertid forskjellige enheter. Avstand måles også på forskjellige måter. I utgangspunktet - dette er en meter. Det vil si at denne verdien vurderes i m / s. Fysikk forklarer dette på følgende måte: et fenomen som beveger seg med en viss hastighet (konstant).
For å gjøre det lettere å forstå, la oss se på følgende eksempel. Syklisten beveger seg med en hastighet på 20 km / t. Han vil ta igjen føreren av bilen, hvis hastighet er 25 km / t. Hvis du teller, går bilen 5 km / t raskere enn en syklist. Med lysstråler er ting annerledes. Uansett hvor raskt de første og andre menneskene beveger seg, beveger lyset seg relativt konstant.
Hva er lysets hastighet?
Når det ikke er i vakuum, påvirker forskjellige forhold lyset. Stoffet som strålene passerer gjennom, inkludert. Hvis antall meter per sekund ikke endres uten oksygentilgang, endres verdien i et miljø med lufttilgang.
Lys beveger seg saktere gjennom forskjellige materialer som glass, vann og luft. Dette fenomenet får en brytningsindeks for å beskrive hvor mye de bremser bevegelsen av lys. Glass har en brytningsindeks på 1,5, som betyr at lys passerer gjennom det med en hastighet på rundt 200 tusen kilometer i sekundet. Brytningsindeksen for vann er 1,3, og brytningsindeksen for luft er litt mer enn 1, noe som betyr at luft bare bremser lyset.
Derfor, etter å ha passert gjennom luft eller væske, reduseres hastigheten og blir mindre enn i vakuum. For eksempel, i forskjellige reservoarer, er strålens bevegelseshastighet 0,75 av hastigheten i rommet. Med et standardtrykk på 1,01 bar reduseres hastigheten med 1,5-2%. Det vil si at under bakkeforhold varierer lysets hastighet avhengig av miljøforhold.
For et slikt fenomen kom de på et spesielt konsept - brytning. Det vil si lysbrytning. Det er mye brukt i forskjellige oppfinnelser. For eksempel er en refraktor et teleskop med et optisk system. Med hjelp av dette blir det også laget kikkert og annet utstyr, der essensen er bruk av optikk.
Generelt kan den minste strålen brytes ved å passere gjennom vanlig luft. Når du passerer gjennom et spesialopprettet optisk glass, er hastigheten omtrent 195 tusen kilometer i sekundet. Dette er nesten 105 tusen km / s mindre enn konstanten.
Den mest nøyaktige verdien av lysets hastighet
Fysikere har gjennom årene fått erfaring med å undersøke hastigheten på lysstråler. For øyeblikket er den mest nøyaktige verdien av lysets hastighet 299.792 kilometer i sekundet. Konstanten ble opprettet i 1933. Antallet er fremdeles relevant.
Imidlertid oppstod ytterligere vanskeligheter med bestemmelsen av indikatoren.Dette skyldtes målerfeil. Nå avhenger selve måleren direkte av lysets hastighet. Det er lik avstanden som strålene beveger seg i et visst antall sekunder - 1 / lysets hastighet.
Hva er lysets hastighet i vakuum?
Siden lys ikke påvirkes av forskjellige forhold i et vakuum, endres ikke hastigheten som det gjør på jorden. Lysets hastighet i et vakuum er 299.792 kilometer i sekundet. Denne indikatoren er grensen. Det antas at ingenting i verden kan bevege seg raskere, til og med kosmiske kropper som beveger seg ganske raskt.
For eksempel flyr en jagerfly, en Boeing X-43, som overskrider lydens hastighet nesten 10 ganger (mer enn 11 tusen km / t), saktere enn en bjelke. Sistnevnte beveger seg mer enn 96 tusen kilometer i timen raskere.
Hvordan ble lysets hastighet målt?
De aller første forskerne prøvde å måle denne verdien. Ulike metoder ble brukt. I antikken antydet vitenskapsfolk at det er uendelig, derfor er det umulig å måle det. Denne oppfatningen holdt seg lenge, frem til 16-1700-tallet. I disse dager dukket det opp andre forskere som antydet at bjelken hadde slutt, og at hastigheten kan måles.
Den berømte astronomen fra Danmark Olaf Roemer brakte kunnskap om lysets hastighet til et nytt nivå. Han la merke til at formørkelsen av Jupiters måne er sent. Tidligere var det ingen som tok hensyn til dette. Følgelig bestemte han seg for å beregne hastigheten.
Han la frem en omtrentlig hastighet, som var lik rundt 220 tusen kilometer i sekundet. Senere tok en forsker fra England James Bradley opp studien. Selv om han ikke hadde helt rett, nærmet han seg litt på dagens forskningsresultater.
Etter en tid ble de fleste forskere interessert i denne mengden. Forskningen involverte mennesker fra forskjellige land. Fram til 70-tallet av 1900-tallet var det imidlertid ingen grandiose funn. Siden 1970-tallet, da de kom frem til lasere og masere (kvantegeneratorer), har forskere forsket og oppnådd nøyaktig hastighet. Nåværende verdi har vært relevant siden 1983. Rettet bare små feil.
Galileos opplevelse
En vitenskapsmann fra Italia overrasket alle disse forskerne i disse årene med enkelhet og genialitet av sin erfaring. Han klarte å måle lysets hastighet ved å bruke vanlige verktøy som var til fingerspissene.
Han og hans assistent klatret opp i nærliggende åsene, og har tidligere beregnet avstanden mellom dem. De tok de lyste lyktene, utstyrte dem med spjeld som åpner og lukker lysene. Når de igjen åpnet og lukket lyset, prøvde de å beregne lysets hastighet. Galileo og assistenten visste på forhånd med hvilken forsinkelse de ville åpne og lukke lyset. Når den ene har åpnet, gjør den andre det samme.
Eksperimentet var imidlertid en fiasko. For å få det til å fungere, ville forskere måtte stå i en avstand på millioner av kilometer fra hverandre.
Opplevelsen av Römer og Bradley
Denne studien er allerede kort skrevet ovenfor. Dette er en av tidenes mest progressive opplevelser. Römer brukte kunnskap innen astronomi for å måle hastigheten på strålene. Det skjedde i år 76 på 1600-tallet.
Forskeren observerte Io (satellitten til Jupiter) gjennom et teleskop. Han oppdaget følgende mønster: jo mer planeten vår beveger seg bort fra Jupiter, desto større er forsinkelsen i formørkelsen av Io. Den største forsinkelsen var 21-22 minutter.
Forutsatt at satellitten beveger seg bort i en avstand som er lik lengden på baneens diameter, delte forskeren avstanden etter tid. Som et resultat fikk han 214 tusen kilometer i sekundet. Selv om denne studien regnes som veldig omtrentlig, fordi avstanden var omtrentlig, nærmet den seg gjeldende indikator.
På 1700-tallet kompletterte James Bradley studien. For å gjøre dette brukte han avvik - en endring i den kosmiske kroppens stilling på grunn av jordens bevegelse rundt solen. James målte avviksvinkelen, og kjente til planetenes hastighet fikk han en verdi på 301 tusen kilometer i sekundet.
Fizeau Experience
Forskere og vanlige mennesker var skeptiske til opplevelsene til Römer og James Bradley. Til tross for dette var resultatene nærmest sannheten og relevante i over et århundre. På 1800-tallet bidro Arman Fizeau, en forsker fra hovedstaden i Frankrike, Paris, til målingen av denne mengden. Han brukte metoden med roterende lukker. I likhet med Galileo Galilei med sin assistent observerte Fizeau ikke himmellegemer, men undersøkte under laboratorieforhold.
Prinsippet for erfaring er enkelt. En lysstråle var rettet mot speilet. Etter å ha reflektert fra det, gikk lys gjennom tennene på hjulet. Så traff den en annen reflekterende overflate, som lå i en avstand på 8,6 km. Hjulet ble rotert, økende hastighet, til bjelken var synlig i neste spalte. Etter beregninger fikk forskeren et resultat på 313 tusen km / s.
Senere ble studien gjentatt av den franske fysikeren og astronomen Leon Foucault, og fikk et resultat på 298 tusen km / s. Det mest nøyaktige resultatet på den tiden. Senere målinger ble utført ved bruk av lasere og masere.
Er superluminal hastighet mulig?
Det er gjenstander raskere enn lysets hastighet. For eksempel solstråler, skygge, bølgevibrasjoner. Selv om de teoretisk sett kan utvikle superluminal hastighet, vil energien de slipper ikke sammenfalle med bevegelsesvektoren deres.
Hvis en lysstråle for eksempel passerer gjennom glass eller vann, kan elektroner overhale den. De er ikke begrenset i bevegelseshastighet. Under slike forhold beveger lyset seg ikke raskere enn noen annen.
Dette fenomenet kalles Vavilov-Cherenkov-effekt. Oftest funnet i dype reservoarer og reaktorer.
