Tavaly tavasszal szenzációs hírekről számoltak be a tudományos és népszerű tudományos folyóiratok világszerte. Amerikai fizikusok egyedülálló kísérletet végeztek: sikerült 17 méter/másodpercre csökkenteni a fénysebességet.
Mindenki tudja, hogy a fény óriási sebességgel halad - csaknem 300 ezer kilométer per másodperc. Értékének pontos értéke vákuumban = 299792458 m/s egy alapvető fizikai állandó. A relativitáselmélet szerint ez a lehetséges legnagyobb jelátviteli sebesség.
Bármilyen átlátszó közegben a fény lassabban terjed. V sebessége az n közeg törésmutatójától függ: v = c/n. A levegő törésmutatója 1,0003, a vízé - 1,33, a különböző típusú üvegeké - 1,5-1,8. A gyémánt törésmutatója az egyik legmagasabb - 2,42. Így a közönséges anyagokban a fénysebesség legfeljebb 2,5-szeresére csökken.
1999 elején a Harvard Egyetem Rowland Tudományos Kutatóintézetének (Massachusetts, USA) és a Stanford Egyetemnek (Kalifornia) fizikusainak egy csoportja a makroszkopikus kvantumeffektust – az úgynevezett önindukált transzparenciát, a lézerimpulzusok közegen történő áteresztését – tanulmányozta. ami általában átlátszatlan. Ez a közeg nátriumatomok voltak egy speciális állapotban, amelyet Bose-Einstein kondenzátumnak neveznek. Lézerimpulzussal besugározva olyan optikai tulajdonságokat kap, amelyek 20 milliószorosára csökkentik az impulzus csoportsebességét a vákuum sebességéhez képest. A kísérletezőknek sikerült 17 m/s-ra növelniük a fénysebességet!
Mielőtt ennek az egyedülálló kísérletnek a lényegét ismertetnénk, emlékezzünk meg néhány fizikai fogalom jelentéséről.
Csoport sebesség. Amikor a fény egy közegben terjed, két sebességet különböztetünk meg: fázist és csoportot. A vf fázissebesség egy ideális monokromatikus hullám fázisának mozgását jellemzi - egy végtelen, szigorúan egy frekvenciájú szinuszhullám, és meghatározza a fény terjedésének irányát. A fázissebesség a közegben megfelel a fázistörési indexnek - ugyanaz, amelynek értékeit különféle anyagokra mérik. A fázis törésmutatója, így a fázissebesség a hullámhossztól függ. Ezt a függőséget diszperziónak nevezzük; különösen a prizmán áthaladó fehér fény spektrummá bomlásához vezet.
De a valódi fényhullám különböző frekvenciájú hullámok halmazából áll, amelyek egy bizonyos spektrális intervallumban vannak csoportosítva. Az ilyen halmazt hullámcsoportnak, hullámcsomagnak vagy fényimpulzusnak nevezzük. Ezek a hullámok a diszperzió miatt különböző fázissebességgel terjednek a közegben. Ebben az esetben az impulzus megnyúlik, és alakja megváltozik. Ezért egy impulzus mozgásának, egy hullámcsoport egészének leírásához bevezetjük a csoportsebesség fogalmát. Ennek csak szűk spektrum esetén és gyenge diszperziójú közegben van értelme, amikor az egyes komponensek fázissebességei között kicsi a különbség. A helyzet jobb megértése érdekében egyértelmű analógiát adhatunk.
Képzeljük el, hogy hét sportoló áll fel a rajtvonalon, a spektrum színei szerint különböző színű mezbe öltözve: piros, narancssárga, sárga stb. A rajtpisztoly jelére egyszerre futni kezd, de a „piros ” sportoló gyorsabban fut, mint a „narancs”, a „narancs” gyorsabb, mint a „sárga” stb., így láncba nyúlnak, amelynek hossza folyamatosan növekszik. Most képzeljük el, hogy olyan magasságból nézzük őket felülről, hogy nem tudjuk megkülönböztetni az egyes futókat, csak egy tarka foltot látunk. Lehet-e beszélni ennek a foltnak a mozgási sebességéről egészében? Lehetséges, de csak akkor, ha nem nagyon homályos, amikor a különböző színű futók sebessége között kicsi a különbség. Ellenkező esetben a helyszín az útvonal teljes hosszán átnyúlhat, és a sebesség kérdése értelmét veszti. Ez erős diszperziónak felel meg – a sebességek nagy elterjedésének. Ha a futók majdnem azonos színű, csak árnyalatokban (mondjuk a sötétvöröstől a világospirosig) eltérő mezbe öltöznek, ez összhangban van a szűk spektrum esetével. Ekkor a futók sebessége nem sokban tér el egymástól a csoport mozgás közben meglehetősen kompakt marad és egy nagyon határozott sebességértékkel jellemezhető, amit csoportsebességnek nevezünk.
Bose-Einstein statisztika. Ez az úgynevezett kvantumstatisztika egyik fajtája – ez az elmélet olyan rendszerek állapotát írja le, amelyek nagyon sok részecskét tartalmaznak, amelyek engedelmeskednek a kvantummechanika törvényeinek.
Minden részecskét - mind az atomban lévőket, mind a szabadokat - két osztályra osztják. Egyikükre érvényes a Pauli-kizárási elv, miszerint minden energiaszinten nem lehet több részecske. Az ebbe az osztályba tartozó részecskéket fermionoknak nevezzük (ezek elektronok, protonok és neutronok; ugyanebbe az osztályba tartoznak a páratlan számú fermionból álló részecskék), eloszlásuk törvényét pedig Fermi-Dirac statisztikának nevezik. Egy másik osztály részecskéit bozonoknak nevezzük, és nem engedelmeskednek a Pauli-elvnek: egy energiaszinten korlátlan számú bozon halmozódhat fel. Ebben az esetben Bose-Einstein statisztikáról beszélünk. A bozonok közé tartoznak a fotonok, néhány rövid életű elemi részecskék (például pi-mezonok), valamint páros számú fermionból álló atomok. Nagyon alacsony hőmérsékleten a bozonok a legalacsonyabb – alapvető – energiaszintjükön gyűlnek össze; akkor azt mondják, hogy Bose-Einstein kondenzáció lép fel. A kondenzátum atomok elvesztik egyedi tulajdonságaikat, és több millióan kezdenek egyként viselkedni, hullámfüggvényeik egyesülnek, viselkedésüket egyetlen egyenlet írja le. Ez azt jelenti, hogy a kondenzátum atomjai koherenssé váltak, mint a fotonok a lézersugárzásban. Az Amerikai Nemzeti Szabványügyi és Technológiai Intézet kutatói a Bose-Einstein kondenzátum ezen tulajdonságát használták fel egy „atomi lézer” létrehozására (lásd Science and Life No. 10, 1997).
Önmaguk által előidézett átláthatóság. Ez a nemlineáris optika – az erős fényterek optikájának – egyik hatása. Abból áll, hogy egy nagyon rövid és erős fényimpulzus csillapítás nélkül halad át a folyamatos sugárzást vagy hosszú impulzusokat elnyelő közegen: egy átlátszatlan közeg átlátszóvá válik számára. Az önindukált átlátszóság ritka gázoknál figyelhető meg, amelyek impulzusideje 10-7 - 10-8 s, kondenzált közegben pedig kevesebb, mint 10-11 s. Ebben az esetben az impulzus késése következik be - csoportsebessége nagymértékben csökken. Ezt a hatást először McCall és Khan mutatta be 1967-ben rubinon 4 K hőmérsékleten. 1970-ben a vákuumban lévő fénysebességnél három nagyságrenddel (1000-szer) kisebb impulzussebességnek megfelelő késleltetést kaptak rubídiumban. gőz.
Térjünk most rá az 1999-es egyedülálló kísérletre. Len Westergaard Howe, Zachary Dutton, Cyrus Berusi (Rowland Institute) és Steve Harris (Stanford Egyetem) végezte. Sűrű, mágnesesen tartott nátriumatomfelhőt hűtöttek le, amíg vissza nem tértek az alapállapotba, a legalacsonyabb energiaszintbe. Ebben az esetben csak azokat az atomokat izoláltuk, amelyek mágneses dipólusmomentuma ellentétes volt a mágneses tér irányával. A kutatók ezután lehűtötték a felhőt 435 nK alá (nanokelvin vagy 0,000000435 K, majdnem abszolút nulla).
Ezt követően a kondenzátumot a gyenge gerjesztési energiájának megfelelő frekvenciájú lineárisan polarizált lézerfény „csatolósugárral” világították meg. Az atomok magasabb energiaszintre kerültek, és abbahagyták a fény elnyelését. Ennek eredményeként a kondenzátum átlátszóvá vált a következő lézersugárzás számára. És itt nagyon furcsa és szokatlan hatások jelentek meg. A mérések kimutatták, hogy bizonyos körülmények között a Bose-Einstein kondenzátumon áthaladó impulzus több mint hét nagyságrenddel – ez 20 milliós tényező – a fény lassulásának megfelelő késést tapasztal. A fényimpulzus sebessége 17 m/s-ra, hossza pedig többszörösére csökkent - 43 mikrométerre.
A kutatók úgy vélik, hogy a kondenzátum lézeres felmelegedésének elkerülésével még tovább lassíthatják a fényt – talán akár több centiméter/másodperc sebességre is.
Egy ilyen szokatlan jellemzőkkel rendelkező rendszer lehetővé teszi az anyag kvantumoptikai tulajdonságainak tanulmányozását, valamint különféle eszközök létrehozását a jövő kvantumszámítógépei számára, például egyfotonos kapcsolókat.
Művészi ábrázolás egy űrhajóról, amely a "fénysebességre" ugrik. Köszönetnyilvánítás: NASA/Glenn Research Center.
A filozófusok és tudósok ősidők óta törekedtek a fény megértésére. Amellett, hogy megpróbálták meghatározni alapvető tulajdonságait (azaz, hogy részecske-e vagy hullám stb.), arra is törekedtek, hogy véges méréseket végezzenek a mozgás sebességéről. A 17. század vége óta a tudósok ezt teszik, és egyre pontosabban.
Ennek során jobban megértették a fény mechanikáját, és azt, hogy milyen fontos szerepet játszik a fizikában, csillagászatban és kozmológiában. Egyszerűen fogalmazva, a fény hihetetlen sebességgel halad, és a leggyorsabban mozgó objektum az univerzumban. Sebessége állandó és áthatolhatatlan akadály, és a távolság mérésére szolgál. De milyen gyorsan mozog?
Fénysebesség (s):
A fény 1 079 252 848,8 km/h (1,07 milliárd) állandó sebességgel mozog. Ami 299 792 458 m/s-nak bizonyul. Tegyünk mindent a helyére. Ha fénysebességgel tudna utazni, másodpercenként körülbelül hét és félszer megkerülhetné a Földet. Eközben egy 800 km/h átlagsebességgel repülő embernek több mint 50 órára lenne szüksége ahhoz, hogy megkerülje a bolygót.
Egy illusztráció, amely a fény távolságát mutatja a Föld és a Nap között. Hitel: LucasVB/Public Domain.
Nézzük ezt csillagászati szempontból, az átlagos távolságot 384 398,25 km-re. Ezért a fény körülbelül egy másodperc alatt megteszi ezt a távolságot. Eközben az átlag 149 597 886 km, ami azt jelenti, hogy mindössze 8 perc alatt megteszi ezt az utat a fénynek.
Nem csoda hát, hogy miért a fénysebesség a csillagászati távolságok meghatározására használt mérőszám. Amikor azt mondjuk, hogy egy csillag, mint például a , 4,25 fényévre van, arra gondolunk, hogy állandó, 1,07 milliárd km/h-s sebességgel haladva körülbelül 4 év és 3 hónap kellene ahhoz, hogy elérjük. De hogyan jutottunk el ehhez a nagyon specifikus fénysebesség értékhez?
Tanulmánytörténet:
A 17. századig a tudósok biztosak voltak abban, hogy a fény véges sebességgel, vagy azonnal terjed. Az ókori görögök idejétől a középkori iszlám teológusokig és a modern tudósokig vita folyik. De amíg meg nem jelent Ole Roemer (1644-1710) dán csillagász munkája, amelyben az első kvantitatív méréseket elvégezték.
1676-ban Römer megfigyelte, hogy a Jupiter legbelső Io holdjának periódusai rövidebbnek tűntek, amikor a Föld közeledett a Jupiterhez, mint távolodáskor. Ebből arra a következtetésre jutott, hogy a fény véges sebességgel halad, és a becslések szerint körülbelül 22 percet vesz igénybe, hogy átlépje a Föld pályájának átmérőjét.
Albert Einstein professzor a 11. Josiah Willard Gibbs előadáson a Carnegie Institute of Technology-n 1934. december 28-án, ahol kifejti elméletét, miszerint az anyag és az energia különböző formákban ugyanaz. Jóváírás: AP Photo.
Christiaan Huygens ezt a becslést használta, és a Föld pálya átmérőjének becslésével kombinálva 220 000 km/s-os becslést kapott. Isaac Newton is beszámolt Roemer számításairól az 1706-os Optika című alapművében. A Föld és a Nap távolságának beállításával kiszámította, hogy a fény hét-nyolc percig tart, amíg egyikről a másikra jut. Mindkét esetben volt egy viszonylag kis hiba.
Hippolyte Fizeau (1819-1896) és Léon Foucault (1819-1868) francia fizikusok későbbi mérései finomították ezeket a számokat, ami 315 000 km/s-os értékhez vezetett. A 19. század második felére pedig a tudósok ráébredtek a fény és az elektromágnesesség kapcsolatára.
Ezt a fizikusok elektromágneses és elektrosztatikus töltések mérésével érték el. Ezután felfedezték, hogy a számérték nagyon közel van a fénysebességhez (Fizeau mérése szerint). Wilhelm Eduard Weber német fizikus saját munkája alapján, amely kimutatta, hogy az elektromágneses hullámok az üres térben terjednek, azt javasolta, hogy a fény elektromágneses hullám.
A következő nagy áttörés a 20. század elején következett be. Albert Einstein „A mozgó testek elektrodinamikájáról” című tanulmányában kijelenti, hogy a vákuumban állandó sebességű megfigyelő által mért fénysebesség minden tehetetlenségi vonatkoztatási rendszerben azonos, és független a vákuumban lévő fény sebességétől. forrás vagy a megfigyelő.
Egy pohár vízen átvilágító lézersugár megmutatja, hogy mennyi változáson megy keresztül a levegőből üvegből vízbe és vissza levegőbe. Kredit: Bob King.
Ezt az állítást és Galilei relativitáselvét alapul véve Einstein levezette a speciális relativitáselméletet, amelyben a fény sebessége vákuumban (c) alapvető állandó. Ezt megelőzően a tudósok között az volt az egyetértés, hogy az űrt „világító éterrel” töltik meg, amely felelős a terjedéséért - pl. A mozgó közegen áthaladó fény a közeg farkában fog nyomot hagyni.
Ez viszont azt jelenti, hogy a fény mért sebessége a közegen áthaladó sebességének és a közeg sebességének egyszerű összege. Einstein elmélete azonban használhatatlanná tette az álló éter fogalmát, és megváltoztatta a tér és idő fogalmát.
Nemcsak azt az elképzelést mozdította elő, hogy a fénysebesség minden inerciarendszerben azonos, hanem azt is sugallta, hogy jelentős változások következnek be, amikor a dolgok a fénysebességhez közelítenek. Ide tartozik a lelassulni látszó mozgó test tér-idő kerete, valamint a mozgás iránya, amikor a mérés a megfigyelő szemszögéből történik (azaz a relativisztikus idődilatáció, ahol az idő lelassul, ahogy közeledik a fénysebességhez). .
Megfigyelései megegyeznek Maxwell elektromosságra és mágnesességre vonatkozó egyenleteivel a mechanika törvényeivel, leegyszerűsítik a matematikai számításokat azáltal, hogy elkerülik más tudósok nem kapcsolódó érveit, és összhangban vannak a fénysebesség közvetlen megfigyelésével.
Mennyire hasonlít az anyag és az energia?
A 20. század második felében a lézeres interferométerekkel és rezonanciaüregekkel végzett egyre precízebb mérések tovább finomították a fénysebesség becsléseit. 1972-re az Egyesült Államok Nemzeti Szabványügyi Hivatalának csoportja Boulderben (Colorado) lézeres interferometriát használt, hogy elérje a jelenleg elfogadott 299 792 458 m/s értéket.
Szerepe a modern asztrofizikában:
Einstein elméletét, miszerint a fény sebessége vákuumban nem függ a forrás mozgásától és a megfigyelő inerciális vonatkoztatási rendszerétől, azóta számos kísérlet megerősítette. Felsõ határt is szab arra a sebességre, amellyel minden tömegnélküli részecske és hullám (beleértve a fényt is) vákuumban terjedhet.
Ennek egyik eredménye, hogy a kozmológiák ma már a teret és az időt egyetlen téridőként ismert szerkezetnek tekintik, amelyben a fénysebesség alapján mindkettő (vagyis fényév, fényperc és fénymásodperc) értékét meg lehet határozni. A fénysebesség mérése is fontos tényező lehet az Univerzum tágulásának gyorsulásának meghatározásában.
Az 1920-as évek elején Lemaître és Hubble megfigyelései alapján a tudósok és a csillagászok ráébredtek arra, hogy az Univerzum a kiindulási ponttól kezdve tágul. Hubble azt is észrevette, hogy minél távolabb van egy galaxis, annál gyorsabban mozog. Amit ma Hubble-állandónak nevezünk, az az Univerzum tágulásának sebessége, ami 68 km/s/megaparszek.
Milyen gyorsan tágul az Univerzum?
Ez az elméletként bemutatott jelenség azt jelenti, hogy egyes galaxisok valóban gyorsabban mozoghatnak, mint a fénysebesség, ami korlátot szabhat annak, amit az univerzumban észlelünk. Lényegében a fénysebességnél gyorsabban haladó galaxisok átlépnék a "kozmológiai eseményhorizontot", ahol már nem látjuk őket.
Ráadásul az 1990-es évekre a távoli galaxisok vöröseltolódásának mérései kimutatták, hogy az Univerzum tágulása az elmúlt néhány milliárd évben felgyorsult. Ez vezetett a „sötét energia” elméletéhez, ahol egy láthatatlan erő hajtja magát a tér tágulását, nem pedig a rajta áthaladó tárgyak (anélkül, hogy korlátoznák a fénysebességet vagy megtörnék a relativitáselméletet).
A speciális és az általános relativitáselmélet mellett a fény vákuumbeli sebességének modern értéke a kozmológiából, a kvantummechanikából és a részecskefizika standard modelljéből fejlődött ki. Állandó marad, amikor a tömegnélküli részecskék elmozdulásának felső határáról van szó, és elérhetetlen akadály marad a tömegű részecskék számára.
Valószínűleg egyszer megtaláljuk a módját a fénysebesség túllépésének. Bár nincs gyakorlati elképzelésünk arról, hogy ez hogyan történhet meg, úgy tűnik, a technológiai "okos pénz" lehetővé teszi számunkra, hogy megkerüljük a téridő törvényeit, akár vetemedési buborékok létrehozásával (más néven Alcubierre vetemedési meghajtó), akár alagúttal (más néven). féreglyukak).
Mik azok a féreglyukak?
Addig egyszerűen meg kell elégednünk a látott Univerzummal, és ragaszkodnunk kell a hagyományos módszerekkel elérhető rész feltárásához.
Az olvasott cikk címe – Mekkora a fénysebesség?.
- Mekkora a fénysebesség vákuumban?
Úgy tartják, hogy a fénysebesség az(legpontosabb mérés) 299 792 458 m/s = 299 792,458 km/s. Egy Planck egységnek számít. Ezeket a számokat gyakran kerekítik (például iskolai fizika feladatoknál). 300 000 000 m/s = 300.000 km/s.
Egy nagyon érdekes cikk (pontosabban egy fejezet egy 9. osztályos fizika tankönyvből), amely elmeséli, hogyan egy dán tudós O. Rmer 1676-ban mérte meg először a fény hozzávetőleges sebességét. És itt van egy másik cikk.
- Mekkora a fény terjedési sebessége különböző átlátszó közegekben??
A különböző átlátszó közegekben a fénysebesség mindig kisebb, mint a vákuumban lévő fénysebesség, mivel ahhoz, hogy bármilyen átlátszó közegben megkapjuk a fénysebességet, elosztjuk a vákuumban lévő fénysebességet ennek a közegnek a törésmutatójával. . A vákuum törésmutatója egyenlő az egységgel.
Ahhoz, hogy megkapjuk v (a fény sebességét egy adott közegben), el kell osztanunk c-t (a fény sebessége vákuumban) n-nel. Ezért a fény terjedését bármely átlátszó közegben a következő képlet határozza meg:
- Mekkora a fény sebessége a levegőben?
A fény sebessége a levegőben az, már kitaláltuk a fény sebességét vákuumban, amit elosztottunk vele levegő törésmutatója, amelyet n-ként jelölünk. És ugyanez az együttható függ a hullámhossztól, a nyomástól és a hőmérséklettől. Vagyis különböző n esetén a fény sebessége a levegőben más lesz, de határozottan kisebb, mint a fény sebessége vákuumban.
- Mekkora a fénysebesség az üvegben?
Ugyanaz a képlet, amint érti, és n egyenlő lesz 1,47 és 2,04 között. Ha az üveg törésmutatója nincs megadva, egy másik lehetőség az átlagos érték (n = 1,75) vétele.
- Mekkora a fénysebesség a vízben?
A víznek törésmutatója van(n) egyenlő 1,33-mal. Akkor:
v = c: n = 299 792 458 m/s: 1,33 225 407 863 m/s - a fény sebessége a vízben.
A fentiekhez szeretném hozzátenni, hogy ha szeretnéd tisztábban megérteni, mi a fénysebesség, akkor megjegyezd, hogy a Holdtól a Földig terjedő fény 1,255 s alatt tesz meg egy távolságot, a napfény pedig egy távolságot. 150 millió km (!) 8 perc 19 másodperc alatt.
Nemcsak a fény terjed fénysebességgel, hanem más típusú elektromágneses sugárzások is (rádióhullámok (ultrahosszúból), infravörös, ultraibolya, terahertz- és röntgensugárzás, valamint gamma-sugárzás).
Szóval mellesleg. A fény sebessége vákuumban és a fénysebesség más közegben drámaian eltérhet. Például Amerikában (sajnos nem emlékszem, melyik laboratóriumban) tudták szinte teljesen lelassítani a fényt.
De a fény nem képes 1/299792458 másodpercnél tovább fejleszteni a sebességet, mert... a fény egy közönséges elektromágneses hullám (ugyanaz, mint a röntgen vagy a hő- és rádióhullámok), csak a hullámhossz és a frekvencia különbözik, akkor a modern felfogás szerint rétegzett téridő hullám, és ha ezt a hullámot kvantáljuk, azt kapjuk foton (fénykvantum). Ez egy tömeg nélküli részecske, ezért nincs idő a fotonra. Ez azt jelenti, hogy egy több milliárd évvel ezelőtt született foton esetében (a mai megfigyelőhöz képest) egyáltalán nem telt el az idő. Az E = MC2 képlet szerint (a tömeg egyenértékű az energiával) a fénysebesség posztulátumnak tekinthető, kiderül, hogy ha egy nem nulla tömegű részecskét (például egy elektront) a sebességre gyorsítunk fényből, akkor végtelen mennyiségű energiát kell bele pumpálni, ami fizikailag lehetetlen. Ebből következik, hogy a tömegnélküli faton sebessége 1/299792458 másodperc (a fénysebesség) a látható univerzumunk legnagyobb sebessége.
Fény sebessége a-priory egyenlő 299 792 458 m/s.
A modern irányzat a fizikai egységek szabványainak meghatározása alapvető fizikai állandók és rendkívül stabil természeti folyamatok alapján. Ezért a fő fizikai mennyiség az idő (frekvencián keresztül definiálva), mivel technikailag a maximális stabilitás (és ezáltal a pontosság) pontosan a frekvenciaszabványban érhető el. Ezért megpróbálnak más mértékegységeket frekvenciára és alapállandókra redukálni. Ezért a mérőt, mint a din egységét, a frekvencián keresztül határozták meg, mint a legpontosabban rögzített értéket, és egy alapvető állandót - a fénysebességet.
Kisebb megjegyzés: a mérő definíciója és a mérő szabványa két különböző dolog. Meghatározás A méter az a távolság, amelyet a fény 1/299 792 458 másodperc alatt tesz meg. A referencia a mérő egy műszaki eszköz, amelynek kialakítása más dolgokra is alapozható.
Az egyszerűbb megértés kedvéért a fénysebesség 300 000 km/s-nak tekinthető. Összehasonlításképpen: A Föld egyenlítőjének hossza 40 000 km, vagyis egy másodperc alatt több mint 7-szer képes körberepülni a Föld körül, akár az Egyenlítő mentén is. Ez nagyon nagy sebesség. Az emberek a hangsebesség 2-3-szorosának megfelelő maximális sebességet értek el, vagyis körülbelül 3-4 ezer kilométert óránként, vagyis körülbelül 1 km-t másodpercenként. Ez az, amit a fény sebessége az emberiség meglévő technológiáihoz képest.
A legpontosabb fénysebesség vákuumban 299 792 458 m/s vagy 1 079 252 848,8 kilométer per óra Referenciamérő alapján 1975-ben végezték el.
A Wikipédia szerint a fénysebesség az
299 792 458 m/s a fény sebessége vákuumban. A problémamegoldás kényelme érdekében használja a 300 000 000 m/s értéket A fény sebességét vákuumban a következő képlet határozza meg:
Ha bármilyen közegben a fénysebességről beszélünk, akkor
A fény sebessége a levegőben majdnem megegyezik a vákuumban lévő fény sebességével.
De a vízben körülbelül 25%-kal kevesebb, mint a levegőben.
Manapság, amikor a számítógép és az internet kéznél van, nem probléma kideríteni, hogy mekkora a fénysebesség, mivel ez nyílt információ, és ez az érték a következő:
299 792 458 méter másodpercenként.
Az ilyen adatok megismerése után nyilván lehet egy kicsit megdöbbenni, mert ez valóban egy hatalmas sebesség, aminek még nincs párja, és nem valószínű, hogy sikerül túlszárnyalni.
Íme egy másik érdekes tábla érdekes adatokkal:
1975-ben megtörtént a legnagyobb felfedezés, a fénysebesség mérése, ami:
A jobb megértés érdekében javaslom, hogy nézze meg a rajzot.
A napfény körülbelül 8 perc 19 másodperc alatt éri el a Földet.
Az alábbi videóban egy olyan mennyiséget próbáltunk megmagyarázni, mint a fénysebesség egy érthetőbb nyelven, hogy elképzeljük, milyen gyors az emberi megértés és a szaporodás szempontjából.
A fénysebesség jelenleg 299 792 458 méter másodpercenként.
De ha nincs szükség erre az értékre tudományos pontossággal, például iskolai problémáknál, akkor ezt az értéket 300 000 000 méter per másodpercre szokás kerekíteni, vagy ahogy gyakrabban mondják 300 000 kilométer per másodpercre.
Ha korábban a fénysebesség fogalma határokon túlmutatót jelentett, most már hiperszonikus vadászgépeket építenek, amelyek 2030-ra álljanak szolgálatba.
A fénysebesség 299 792 458 méter/másodperc, vagyis 1 079 252 848,8 kilométer/óra, amit először 1676-ban a dán O. C. Rmer határozott meg.
Az alapvető fizikai állandó - a fény sebessége vákuumban 299 792 458 m/s, ezt a fénysebesség mérést 1975-ben végezték. Az iskolában ezt az értéket általában 300 000 000 m/s-nak írják fel, és a feladatok megoldására használják.
Még az ókorban is megpróbálták kitalálni ezt az értéket, de sok tudós úgy gondolta, hogy a fénysebesség állandó. És csak 1676-ban Olaf Roemer dán csillagász volt az első, aki megmérte a fénysebességet, és számításai szerint másodpercenként 220 ezer kilométer volt.
A fénysebesség nulla!
Nos, kezdjük azzal, hogy a fény minden spektrumában láthatatlan.
Nem látjuk a fényt!
Csak olyan tárgyakat látunk, amelyek képesek ezt a fényt visszaverni.
Példa: Nézzünk egy csillagot a sötét égbolton (ami fontos), és ha hirtelen például egy felhő jelenik meg a szemünk és a csillag iránya között, akkor az ezt a láthatatlan fényt fogja visszaverni.
Ez az első.
A fény egy állóhullám.
A fény nem megy sehova. A fényt egy világító tárgy hordozza, amely ezt a fényt visszaveri, például egy fáklyahordozó fáklyával, és a fáklyáról való visszaverődésnek látjuk, amelyen reakciók lépnek fel.
A fáklya nem fényforrás!
A fáklya csak azt a fényt veri vissza, amely kémiai reakció következtében a fáklya felületén megjelent.
Ugyanez vonatkozik az izzószálra is.
Fogunk egy zseblámpát, és eltávolítjuk róla a reflektort, és egy sötét szobában csak egy izzó fog egyenletesen világítani (ami fontos), csak egy meglehetősen kis hely. És bármennyi időt töltünk is várakozással, a fény továbbra sem ér el sehova. A fény örökre egy helyen marad, vagy amíg az izzószál felmelegedve nem képes fényt visszaverni (izzás)! De ha elhelyezünk egy reflektort, látni fogjuk, hogy a fény egy sugárba lokalizálódott, és a fényerő növekedése nélkül tudott tovább hatolni, ha a fókuszt megváltoztatjuk, anélkül, hogy a teljesítményt növelnénk, akkor a fény áthatol még távolabb, de még inkább korlátozott sugárban lokalizálódik.
De még nagy távolságban is, még a sugár irányától távol is, mi, teljes sötétségben vagyunk, még mindig látni fogunk egy fényfoltot. Becsukjuk a szemünket, és nem látunk semmit, kinyitjuk, és azonnal világos foltot látunk egy zseblámpából sötét háttéren.
Milyen fénysebességről beszélhetünk?
A fénynek nincs sebessége. A fény állóhullám. Az álló fényhullámnak megvan a képessége, hogy miközben térfogata változatlan marad, a kémiai reakció erejének köszönhetően megváltoztatja konfigurációját, és állóhullám csak akkor látható, ha az állóhullámot visszaverő tárgyakat megvilágítjuk, és mi azt látjuk, világos folt sötét háttéren, és nem több.
Mivel nem adta meg, hogy milyen médiában érdekli a fénysebesség, részletes választ kell adnia. Anasteisha Ana pontosan mesélt a fény sebességéről vákuumban. De a fénysebesség különböző közegekben nem állandó, és szükségszerűen kisebb, mint a vákuumban. Sőt, ugyanabban a közegben a különböző hullámhosszúságú fény sebessége eltérő. És a fénynek ezt a tulajdonságát nagyon széles körben használják, vagy inkább figyelembe veszik az optikában. Az optikában bevezették az optikai közeg törésmutatójának fogalmát. Ez a paraméter azt mutatja meg, hogy egy adott közegben egy bizonyos hullámhosszú fénysebesség hányszor kisebb, mint a vákuumban lévő fénysebesség. Például az LK8 optikai üvegben a 706,52 nanométer hullámhosszú vörös fény terjedési sebessége 1,46751-szer kisebb, mint a vákuumban. Azok. a vörös fény sebessége az LK8 üvegben hozzávetőlegesen 299 792 458/1,46751 = 204286484 m/s, a kék fény sebessége 479,99 nanométer hullámhosszúságnál 203113916 m/s. Vannak olyan optikai adathordozók, amelyekben a fénysebesség lényegesen kisebb. A lézerkristályokban bizonyos hullámhosszokon a törésmutató közel 2,8. Így ezekben a kristályokban a fénysebesség csaknem háromszor kisebb, mint a vákuumban lévő fénysebesség.
A fénysebesség az eddig ismert legszokatlanabb mérési mennyiség. Az első ember, aki megpróbálta megmagyarázni a fény terjedésének jelenségét, Albert Einstein volt. Ő volt az, aki kitalálta a jól ismert formulát E = mc² , Ahol E a test teljes energiája, m- tömeg, és c— fénysebesség vákuumban.
A képlet először az Annalen der Physik folyóiratban jelent meg 1905-ben. Körülbelül ugyanebben az időben Einstein felállított egy elméletet arról, hogy mi történne egy abszolút sebességgel mozgó testtel. Abból a tényből kiindulva, hogy a fénysebesség állandó mennyiség, arra a következtetésre jutott, hogy a térnek és az időnek változnia kell.
Így fénysebességgel egy tárgy végtelenül zsugorodik, tömege végtelenül növekszik, és gyakorlatilag megáll az idő.
1977-ben sikerült kiszámítani a fénysebességet 299 792 458 ± 1,2 méter másodpercenként. Durvább számításokhoz mindig 300 000 km/s értéket feltételezünk. Ezen az értéken alapul az összes többi kozmikus dimenzió. Így jelent meg a „fényév” és a „parszek” (3,26 fényév) fogalma.
Lehetetlen fénysebességgel mozogni, még kevésbé leküzdeni. Legalábbis az emberi fejlődés ezen szakaszában. Másrészt a tudományos-fantasztikus írók mintegy 100 éve próbálják megoldani ezt a problémát regényeik lapjain. Talán egy napon valósággá válik a sci-fi, mert még a 19. században Jules Verne megjósolta egy helikopter, egy repülőgép és az elektromos szék megjelenését, és akkor ez tiszta sci-fi volt!
Fénysebesség vákuumban- az elektromágneses hullámok terjedési sebességének abszolút értéke vákuumban. A fizikában latin betűvel jelölik c.
A fény sebessége vákuumban alapvető állandó, független az inerciális referenciakeret megválasztásától.
Definíció szerint pontosan az 299 792 458 m/s (körülbelül 300 ezer km/s).
A speciális relativitáselmélet szerint az maximális sebesség az energiát és információt továbbító fizikai kölcsönhatások terjedéséhez.
Hogyan határozták meg a fény sebességét?
A fény sebességét először ben határozták meg 1676 O. K. Roemer a Jupiter műholdak fogyatkozásai közötti időintervallumok változásával.
1728-ban J. Bradley telepítette, a csillagfény aberrációira vonatkozó megfigyelései alapján.
1849-ben A. I. L. Fizeau elsőként mérte meg a fény sebességét, ameddig a fény egy pontosan ismert távolságot (bázist) tesz meg; Mivel a levegő törésmutatója nagyon kevéssé különbözik 1-től, a földi mérések c-hez nagyon közeli értéket adnak.
Fizeau kísérletében az S forrásból származó, áttetsző N tükör által visszavert fénysugarat egy forgó fogazott W korong időnként megszakította, áthaladt az MN alapon (kb. 8 km), és az M tükörről visszaverődően visszatért a tükörbe. korong. Amikor a fény a fogat érte, nem érte el a megfigyelőt, és a fogak közötti résbe eső fényt az E szemlencsén keresztül lehetett megfigyelni. a bázison való utazást határozták meg. Fizeau c = 313300 km/s értéket kapott.
1862-ben J. B. L. Foucault megvalósította a D. Arago által 1838-ban kifejtett ötletet, fogazott tárcsa helyett gyorsan forgó (512 fordulat/perc) tükröt használt. A tükörről visszaverődő fénysugár az alapra irányult, majd visszatéréskor ismét ugyanarra a tükörre esett, amelynek volt ideje egy bizonyos kis szögben elfordulni. A mindössze 20 m-es bázissal Foucault úgy találta, hogy a sebesség fény 29800080 ± 500 km/s. Fizeau és Foucault kísérleteinek sémáit és fő gondolatait többször is felhasználták a következő, az s meghatározására vonatkozó munkákban.
