Snelheid van lichtvoortplanting in de lucht. Wat is de snelheid van het licht

Afgelopen voorjaar berichtten wetenschappelijke en populairwetenschappelijke tijdschriften over de hele wereld sensationeel nieuws. Amerikaanse natuurkundigen voerden een uniek experiment uit: ze slaagden erin de lichtsnelheid terug te brengen tot 17 meter per seconde.

Iedereen weet dat licht zich met een enorme snelheid voortbeweegt: bijna 300.000 kilometer per seconde. De exacte waarde van de waarde in vacuüm = 299792458 m/s is een fundamentele fysieke constante. Volgens de relativiteitstheorie is dit de maximaal mogelijke signaaloverdrachtsnelheid.

In elk transparant medium reist licht langzamer. De snelheid v hangt af van de brekingsindex van het medium n: v = c/n. De brekingsindex van lucht is 1,0003, van water - 1,33, van verschillende soorten glas - van 1,5 tot 1,8. Diamant heeft een van de hoogste brekingsindexwaarden: 2,42. De lichtsnelheid in gewone stoffen zal dus niet meer dan 2,5 keer afnemen.

Begin 1999 bestudeerde een groep natuurkundigen van het Rowland Institute for Scientific Research aan de Harvard University (Massachusetts, VS) en Stanford University (Californië) het macroscopische kwantumeffect - de zogenaamde zelfgeïnduceerde transparantie, waarbij laserpulsen door een medium worden geleid. dat is normaal gesproken ondoorzichtig. Dit medium bestond uit natriumatomen in een speciale toestand, het Bose-Einstein-condensaat genoemd. Wanneer het wordt bestraald met een laserpuls, verkrijgt het optische eigenschappen die de groepssnelheid van de puls 20 miljoen keer verminderen vergeleken met de snelheid in vacuüm. Onderzoekers zijn erin geslaagd de lichtsnelheid te verhogen tot 17 m/s!

Laten we, voordat we de essentie van dit unieke experiment beschrijven, de betekenis van enkele fysieke concepten in herinnering brengen.

Groepssnelheid. Wanneer licht zich door een medium voortplant, worden twee snelheden onderscheiden: fase en groep. Fasesnelheid vf karakteriseert de beweging van de fase van een ideale monochromatische golf - een oneindige sinusgolf met strikt één frequentie en bepaalt de richting van de voortplanting van het licht. De fasesnelheid in het medium komt overeen met de fasebrekingsindex - dezelfde waarvan de waarden worden gemeten voor verschillende stoffen. De fasebrekingsindex, en dus de fasesnelheid, hangt af van de golflengte. Deze afhankelijkheid wordt spreiding genoemd; het leidt in het bijzonder tot de ontbinding van wit licht dat door een prisma gaat, in een spectrum.

Maar een echte lichtgolf bestaat uit een reeks golven met verschillende frequenties, gegroepeerd in een bepaald spectraal interval. Zo'n set wordt een groep golven, een golfpakket of een lichtpuls genoemd. Deze golven planten zich door het medium voort met verschillende fasesnelheden als gevolg van dispersie. In dit geval wordt de impuls uitgerekt en verandert de vorm ervan. Om de beweging van een impuls, een groep golven als geheel, te beschrijven, wordt daarom het concept van groepssnelheid geïntroduceerd. Het heeft alleen zin in het geval van een smal spectrum en in een medium met zwakke spreiding, wanneer het verschil in de fasesnelheden van de afzonderlijke componenten klein is. Om de situatie beter te begrijpen, kunnen we een duidelijke analogie geven.

Laten we ons voorstellen dat zeven atleten aan de startlijn staan, gekleed in verschillende gekleurde truien volgens de kleuren van het spectrum: rood, oranje, geel, enz. Op het signaal van het startpistool beginnen ze tegelijkertijd te rennen, maar de “rode ' De atleet rent sneller dan de 'oranje', 'oranje' is sneller dan 'geel', enz., zodat ze zich uitstrekken tot een ketting waarvan de lengte voortdurend toeneemt. Stel je nu voor dat we ze van bovenaf bekijken vanaf zo'n hoogte dat we individuele lopers niet kunnen onderscheiden, maar alleen een bonte vlek zien. Is het mogelijk om te praten over de bewegingssnelheid van deze plek als geheel? Het kan wel, maar alleen als het niet erg wazig is, als het verschil in snelheid tussen verschillend gekleurde lopers klein is. Anders kan de plek zich over de gehele lengte van de route uitstrekken en verliest de vraag naar de snelheid zijn betekenis. Dit komt overeen met een sterke spreiding - een grote spreiding van snelheden. Als hardlopers gekleed zijn in truien van bijna dezelfde kleur, die alleen in tinten verschillen (bijvoorbeeld van donkerrood tot lichtrood), komt dit overeen met het geval van een smal spectrum. Dan zullen de snelheden van de lopers niet veel verschillen; de groep blijft vrij compact tijdens het bewegen en kan worden gekenmerkt door een zeer bepaalde snelheidswaarde, die groepssnelheid wordt genoemd.

Bose-Einstein-statistieken. Dit is een van de soorten zogenaamde kwantumstatistieken: een theorie die de toestand beschrijft van systemen die een zeer groot aantal deeltjes bevatten die voldoen aan de wetten van de kwantummechanica.

Alle deeltjes - zowel die in een atoom als de vrije - zijn verdeeld in twee klassen. Voor één van hen geldt het uitsluitingsprincipe van Pauli, volgens hetwelk er op elk energieniveau niet meer dan één deeltje kan zijn. Deeltjes van deze klasse worden fermionen genoemd (dit zijn elektronen, protonen en neutronen; dezelfde klasse omvat deeltjes die uit een oneven aantal fermionen bestaan), en de wet van hun verdeling wordt Fermi-Dirac-statistiek genoemd. Deeltjes van een andere klasse worden bosonen genoemd en voldoen niet aan het Pauli-principe: op één energieniveau kunnen zich een onbeperkt aantal bosonen ophopen. In dit geval hebben we het over de statistieken van Bose-Einstein. Bosonen omvatten fotonen, enkele kortlevende elementaire deeltjes (bijvoorbeeld pi-mesonen), evenals atomen die uit een even aantal fermionen bestaan. Bij zeer lage temperaturen komen bosonen samen op hun laagste basisenergieniveau; dan zeggen ze dat Bose-Einstein-condensatie optreedt. De condensaatatomen verliezen hun individuele eigenschappen, en enkele miljoenen ervan beginnen zich als één geheel te gedragen, hun golffuncties smelten samen en hun gedrag wordt beschreven door een enkele vergelijking. Dit maakt het mogelijk om te zeggen dat de atomen van het condensaat coherent zijn geworden, zoals fotonen in laserstraling. Onderzoekers van het American National Institute of Standards and Technology gebruikten deze eigenschap van het Bose-Einstein-condensaat om een ‘atoomlaser’ te creëren (zie Science and Life nr. 10, 1997).

Zelfgeïnduceerde transparantie. Dit is een van de effecten van niet-lineaire optica: de optica van krachtige lichtvelden. Het bestaat uit het feit dat een zeer korte en krachtige lichtpuls zonder verzwakking door een medium gaat dat continue straling of lange pulsen absorbeert: een ondoorzichtig medium wordt er transparant voor. Zelfgeïnduceerde transparantie wordt waargenomen in ijle gassen met een pulsduur in de orde van 10-7 - 10-8 s en in gecondenseerde media - minder dan 10-11 s. In dit geval treedt er een vertraging van de puls op - de groepssnelheid neemt sterk af. Dit effect werd voor het eerst aangetoond door McCall en Khan in 1967 op robijn bij een temperatuur van 4 K. In 1970 werden in rubidium vertragingen verkregen die overeenkomen met pulssnelheden die drie ordes van grootte (1000 keer) lager waren dan de lichtsnelheid in vacuüm. damp.

Laten we nu kijken naar het unieke experiment van 1999. Het werd uitgevoerd door Len Westergaard Howe, Zachary Dutton, Cyrus Berusi (Rowland Institute) en Steve Harris (Stanford University). Ze koelden een dichte, magnetisch vastgehouden wolk van natriumatomen af totdat ze terugkeerden naar de grondtoestand, het laagste energieniveau. In dit geval werden alleen die atomen geïsoleerd waarvan het magnetische dipoolmoment tegengesteld was gericht aan de richting van het magnetische veld. De onderzoekers koelden vervolgens de wolk af tot minder dan 435 nK (nanokelvin, oftewel 0,000000435 K, bijna het absolute nulpunt).

Hierna werd het condensaat belicht met een “koppelbundel” van lineair gepolariseerd laserlicht met een frequentie die overeenkomt met de zwakke excitatie-energie ervan. De atomen gingen naar een hoger energieniveau en stopten met het absorberen van licht. Als resultaat werd het condensaat transparant voor de volgende laserstraling. En hier verschenen heel vreemde en ongewone effecten. Uit de metingen bleek dat, onder bepaalde omstandigheden, een puls die door een Bose-Einstein-condensaat gaat een vertraging ondervindt die overeenkomt met de vertraging van het licht met meer dan zeven ordes van grootte - een factor 20 miljoen. De snelheid van de lichtpuls vertraagde tot 17 m/s en de lengte ervan nam verschillende keren af - tot 43 micrometer.

De onderzoekers denken dat ze, door laserverhitting van het condensaat te vermijden, het licht nog verder kunnen vertragen – misschien tot een snelheid van enkele centimeters per seconde.

Een systeem met zulke ongebruikelijke eigenschappen zal het mogelijk maken om de kwantumoptische eigenschappen van materie te bestuderen, maar ook om verschillende apparaten voor de kwantumcomputers van de toekomst te creëren, bijvoorbeeld schakelaars met één foton.

Artistieke weergave van een ruimteschip dat de sprong maakt naar de 'snelheid van het licht'. Krediet: NASA/Glenn Research Center.

Sinds de oudheid hebben filosofen en wetenschappers geprobeerd licht te begrijpen. Naast het proberen de basiseigenschappen ervan te bepalen (dat wil zeggen of het een deeltje of een golf is, enz.), probeerden ze ook eindige metingen te doen van hoe snel het beweegt. Sinds het einde van de 17e eeuw doen wetenschappers precies dat, en met toenemende precisie.

Hierdoor kregen ze een beter inzicht in de werking van licht, en hoe het een belangrijke rol speelt in de natuurkunde, astronomie en kosmologie. Simpel gezegd: licht reist met ongelooflijke snelheden en is het snelst bewegende object in het universum. De snelheid is een constante en ondoordringbare barrière en wordt gebruikt als maatstaf voor afstand. Maar hoe snel beweegt het?

Snelheid van licht(en):

Licht beweegt met een constante snelheid van 1.079.252.848,8 km/u (1,07 miljard). Dat blijkt 299.792.458 m/s te zijn. Laten we alles op zijn plaats zetten. Als je met de snelheid van het licht zou kunnen reizen, zou je ongeveer zeven en een halve keer per seconde rond de aarde kunnen cirkelen. Ondertussen zou iemand die met een gemiddelde snelheid van 800 km/u vliegt meer dan 50 uur nodig hebben om de planeet rond te reizen.

Een illustratie die de afstand laat zien die licht aflegt tussen de aarde en de zon. Krediet: LucasVB/Public Domain.

Laten we dit vanuit astronomisch oogpunt bekijken: de gemiddelde afstand bedraagt 384.398,25 km. Daarom legt licht deze afstand in ongeveer een seconde af. Ondertussen is het gemiddelde 149.597.886 km, wat betekent dat het licht slechts ongeveer 8 minuten nodig heeft om deze reis af te leggen.

Het is dan ook geen wonder dat de lichtsnelheid de maatstaf is die wordt gebruikt om astronomische afstanden te bepalen. Als we zeggen dat een ster als , 4,25 lichtjaar verwijderd is, bedoelen we dat reizen met een constante snelheid van 1,07 miljard km/u ongeveer 4 jaar en 3 maanden zou duren om daar te komen. Maar hoe zijn we tot deze zeer specifieke waarde voor de lichtsnelheid gekomen?

Geschiedenis van de studie:

Tot de 17e eeuw waren wetenschappers ervan overtuigd dat licht zich met een eindige snelheid of ogenblikkelijk voortbewoog. Vanaf de tijd van de oude Grieken tot middeleeuwse islamitische theologen en moderne geleerden is er discussie geweest. Maar totdat het werk van de Deense astronoom Ole Roemer (1644-1710) verscheen, waarin de eerste kwantitatieve metingen werden uitgevoerd.

In 1676 merkte Römer op dat de perioden van Jupiters binnenste maan Io korter leken toen de aarde Jupiter naderde dan toen deze zich verwijderde. Hieruit concludeerde hij dat het licht zich met een eindige snelheid voortbeweegt en dat het naar schatting ongeveer 22 minuten duurt om de diameter van de baan van de aarde te overschrijden.

Professor Albert Einstein tijdens de 11e Josiah Willard Gibbs-lezing aan het Carnegie Institute of Technology op 28 december 1934, waar hij zijn theorie uitlegt dat materie en energie hetzelfde zijn in verschillende vormen. Krediet: AP-foto.

Christiaan Huygens gebruikte deze schatting en combineerde deze met een schatting van de diameter van de baan van de aarde om tot een schatting van 220.000 km/s te komen. Isaac Newton rapporteerde ook over de berekeningen van Roemer in zijn baanbrekende werk Optics uit 1706. Door de afstand tussen de aarde en de zon aan te passen, berekende hij dat het licht zeven tot acht minuten nodig zou hebben om van de ene naar de andere te reizen. In beide gevallen was er sprake van een relatief kleine fout.

Latere metingen door de Franse natuurkundigen Hippolyte Fizeau (1819-1896) en Léon Foucault (1819-1868) verfijnden deze cijfers, wat leidde tot een waarde van 315.000 km/s. En tegen de tweede helft van de 19e eeuw werden wetenschappers zich bewust van het verband tussen licht en elektromagnetisme.

Dit werd door natuurkundigen bereikt door elektromagnetische en elektrostatische ladingen te meten. Vervolgens ontdekten ze dat de numerieke waarde heel dicht bij de lichtsnelheid lag (zoals gemeten door Fizeau). Gebaseerd op zijn eigen werk, waaruit bleek dat elektromagnetische golven zich voortplanten in de lege ruimte, stelde de Duitse natuurkundige Wilhelm Eduard Weber voor dat licht een elektromagnetische golf is.

De volgende grote doorbraak kwam aan het begin van de 20e eeuw. In zijn artikel getiteld ‘On the Electrodynamics of Moving Bodies’ stelt Albert Einstein dat de snelheid van het licht in een vacuüm, gemeten door een waarnemer met constante snelheid, hetzelfde is in alle inertiële referentiekaders en onafhankelijk is van de beweging van de bron of de waarnemer.

Een laserstraal die door een glas water schijnt, laat zien hoeveel veranderingen het ondergaat als het van lucht naar glas, naar water en weer naar lucht gaat. Krediet: Bob Koning.

Met behulp van deze verklaring en het relativiteitsprincipe van Galileo als basis leidde Einstein de speciale relativiteitstheorie af, waarin de snelheid van het licht in een vacuüm (c) een fundamentele constante is. Voordien was de overeenstemming tussen wetenschappers dat de ruimte gevuld was met een ‘lichtgevende ether’, die verantwoordelijk was voor de voortplanting ervan – dat wil zeggen: licht dat door een bewegend medium beweegt, zal in de staart van het medium achterblijven.

Dit betekent op zijn beurt dat de gemeten snelheid van het licht de simpele som zou zijn van zijn snelheid door een medium plus de snelheid van dat medium. De theorie van Einstein maakte het concept van een stationaire ether echter nutteloos en veranderde het concept van ruimte en tijd.

Het bracht niet alleen het idee naar voren dat de lichtsnelheid in alle traagheidsframes hetzelfde is, maar suggereerde ook dat er grote veranderingen optreden wanneer dingen dichtbij de lichtsnelheid bewegen. Deze omvatten het ruimte-tijdframe van een bewegend lichaam dat lijkt te vertragen, en de bewegingsrichting wanneer de meting vanuit het gezichtspunt van de waarnemer plaatsvindt (dwz relativistische tijdsdilatatie, waarbij de tijd vertraagt naarmate deze de snelheid van het licht nadert) .

Zijn waarnemingen komen ook overeen met Maxwells vergelijkingen voor elektriciteit en magnetisme met de wetten van de mechanica, vereenvoudigen wiskundige berekeningen door de niet-gerelateerde argumenten van andere wetenschappers te vermijden, en zijn consistent met directe observatie van de snelheid van het licht.

Hoe vergelijkbaar zijn materie en energie?

In de tweede helft van de 20e eeuw verfijnden steeds nauwkeurigere metingen met behulp van laserinterferometers en resonantieholtes de schattingen van de lichtsnelheid verder. In 1972 gebruikte een groep van het Amerikaanse National Bureau of Standards in Boulder, Colorado, laserinterferometrie om tot de momenteel geaccepteerde waarde van 299.792.458 m/s te komen.

Rol in de moderne astrofysica:

Einsteins theorie dat de snelheid van het licht in een vacuüm niet afhankelijk is van de beweging van de bron en het traagheidsreferentiekader van de waarnemer is sindsdien steevast door vele experimenten bevestigd. Het stelt ook een bovengrens aan de snelheid waarmee alle massaloze deeltjes en golven (inclusief licht) zich in een vacuüm kunnen voortbewegen.

Eén gevolg hiervan is dat kosmologieën ruimte en tijd nu beschouwen als één enkele structuur die bekend staat als ruimtetijd, waarin de lichtsnelheid kan worden gebruikt om de waarde van beide te bepalen (dat wil zeggen lichtjaren, lichtminuten en lichtseconden). Het meten van de lichtsnelheid kan ook een belangrijke factor zijn bij het bepalen van de versnelling van de uitdijing van het heelal.

In het begin van de jaren twintig werden wetenschappers en astronomen zich door de waarnemingen van Lemaître en Hubble ervan bewust dat het heelal zich vanaf zijn oorsprong uitbreidde. Hubble merkte ook op dat hoe verder een sterrenstelsel verwijderd is, hoe sneller het beweegt. Wat nu de Hubble-constante wordt genoemd, is de snelheid waarmee het heelal uitdijt, deze is gelijk aan 68 km/s per megaparsec.

Hoe snel dijt het heelal uit?

Dit fenomeen, gepresenteerd als een theorie, betekent dat sommige sterrenstelsels feitelijk sneller bewegen dan de snelheid van het licht, wat een grens zou kunnen stellen aan wat we in ons universum waarnemen. In wezen zouden sterrenstelsels die sneller reizen dan de lichtsnelheid de ‘kosmologische gebeurtenishorizon’ overschrijden, waar ze niet langer zichtbaar zijn voor ons.

Bovendien lieten metingen van de roodverschuiving van verre sterrenstelsels in de jaren negentig zien dat de uitdijing van het heelal de afgelopen paar miljard jaar is versneld. Dit leidde tot de theorie van "Dark Energy", waarbij een onzichtbare kracht de uitdijing van de ruimte zelf aandrijft, in plaats van dat objecten er doorheen bewegen (zonder een limiet te stellen aan de snelheid van het licht of de relativiteitstheorie te doorbreken).

Samen met de speciale en algemene relativiteitstheorie is de moderne waarde voor de snelheid van het licht in een vacuüm geëvolueerd uit de kosmologie, de kwantummechanica en het standaardmodel van de deeltjesfysica. Het blijft constant als het gaat om de bovengrens waarop massaloze deeltjes kunnen bewegen en blijft een onbereikbare barrière voor deeltjes met massa.

Waarschijnlijk zullen we ooit een manier vinden om de snelheid van het licht te overschrijden. Hoewel we geen praktische ideeën hebben over hoe dit zou kunnen gebeuren, lijkt het erop dat het ‘slimme geld’ in de technologie ons in staat zal stellen de wetten van de ruimtetijd te omzeilen, hetzij door warpbellen te creëren (ook wel Alcubierre warp drive genoemd) of er doorheen te tunnelen (ook wel warp-bubbels genoemd). wormgaten).

Wat zijn wormgaten?

Tot die tijd zullen we eenvoudigweg tevreden moeten zijn met het universum dat we zien, en ons moeten houden aan het verkennen van het deel dat met conventionele methoden kan worden bereikt.

Titel van het artikel dat u leest "Wat is de snelheid van het licht?".

Dus trouwens. De lichtsnelheid in een vacuüm en de lichtsnelheid in een ander medium kunnen dramatisch verschillen. In Amerika (helaas weet ik niet meer in welk laboratorium) waren ze bijvoorbeeld in staat het licht bijna tot stilstand te brengen.

Maar licht kan geen snelheid ontwikkelen gedurende meer dan 1/299792458 seconde, omdat... licht is een gewone elektromagnetische golf (hetzelfde als röntgenstraling of hitte- en radiogolven), alleen de golflengte en frequentie verschillen, en in de moderne visie is het een golf in gestratificeerde ruimte-tijd, en als we deze golf kwantiseren krijgen we een foton (kwantum van licht). Dit is een massaloos deeltje, daarom is er geen tijd voor een foton. Dit betekent dat voor een foton dat miljarden jaren geleden is geboren (ten opzichte van de waarnemer van vandaag), er helemaal geen tijd is verstreken. Volgens de formule E = MC2 (massa is equivalent aan energie) kan de lichtsnelheid als een postulaat worden beschouwd; het blijkt dat als je een deeltje met een massa niet-nul (bijvoorbeeld een elektron) versnelt tot de snelheid van licht, dan moet er een oneindige hoeveelheid energie in worden gepompt, wat fysiek onmogelijk is. Hieruit volgt dat de snelheid van het massaloze faton 1/299792458 seconde bedraagt (de snelheid van het licht), wat de maximale snelheid is in ons zichtbare universum.

Snelheid van het licht een priorij gelijk aan 299.792.458 m/s.

De moderne trend is om normen voor fysieke eenheden te bepalen op basis van fundamentele fysieke constanten en zeer stabiele natuurlijke processen. Daarom is de belangrijkste fysieke grootheid tijd (gedefinieerd door frequentie), omdat technisch maximale stabiliteit (en dus nauwkeurigheid) precies in de frequentiestandaard wordt bereikt. Daarom proberen ze andere meeteenheden te reduceren tot frequentie en fundamentele constanten. En daarom werd de meter, als eenheid van dyne, gedefinieerd door middel van frequentie, als de meest nauwkeurig geregistreerde waarde, en een fundamentele constante: de snelheid van het licht.

Kleine opmerking: de definitie van een meter en de norm van een meter zijn twee verschillende dingen. Definitie Een meter is de afstand die licht aflegt in 1/299.792.458 seconde. A referentie een meter is een technisch apparaat waarvan het ontwerp op andere zaken kan zijn gebaseerd.

Voor een eenvoudiger begrip kan de snelheid van het licht worden beschouwd als 300.000 km per seconde. Ter vergelijking: de lengte van de evenaar van de aarde is 40.000 km, dat wil zeggen dat het licht in een seconde meer dan 7 keer rond de aarde kan vliegen, zelfs langs de evenaar. Dit is een zeer grote snelheid. Mensen hebben een maximale snelheid bereikt van slechts 2-3 keer de snelheid van het geluid, dat wil zeggen ongeveer 3-4 duizend kilometer per uur, of ongeveer 1 km per seconde. Dit is wat de snelheid van het licht wordt vergeleken met de bestaande technologieën van de mensheid.

De meest nauwkeurige lichtsnelheid in een vacuüm is 299.792.458 m/s of 1.079.252.848,8 kilometer per uur. Gebaseerd op een referentiemeter, werd deze in 1975 uitgevoerd.

Volgens Wikipedia is dat de snelheid van het licht

299.792.458 m/s is de lichtsnelheid in vacuüm. Gebruik voor het gemak bij het oplossen van problemen het getal 300.000.000 m/s. De snelheid van het licht in een vacuüm wordt bepaald door de formule:

Als we het hebben over de snelheid van het licht in welk medium dan ook

De lichtsnelheid in lucht is bijna gelijk aan de lichtsnelheid in vacuüm.

Maar in water is het ongeveer 25% minder dan in lucht.

Nu we in onze tijd een computer en internet bij de hand hebben, is het geen probleem om erachter te komen wat de snelheid van het licht is, aangezien dit open informatie is en deze waarde als volgt is:

299.792.458 meter per seconde.

Als je dergelijke gegevens hebt geleerd, kun je uiteraard een beetje geschokt zijn, want dit is echt een enorme snelheid die nog geen gelijke kent, en het is onwaarschijnlijk dat het mogelijk zal zijn om deze te overtreffen.

Hier is nog een interessante plaat met interessante gegevens:

In 1975 werd de grootste ontdekking gedaan, namelijk het meten van de lichtsnelheid, namelijk:

Voor een beter begrip raad ik u aan de tekening te bekijken.

Zonlicht heeft ongeveer 8 minuten en 19 seconden nodig om de aarde te bereiken.

In de onderstaande video hebben we geprobeerd een grootheid als de snelheid van het licht in een meer toegankelijke taal uit te leggen, om ons voor te stellen hoe snel deze is in het menselijk begrip en ontoegankelijk voor reproductie.

Momenteel wordt aangenomen dat de snelheid van het licht 299.792.458 meter per seconde bedraagt.

Maar als je deze waarde niet met wetenschappelijke nauwkeurigheid nodig hebt, bijvoorbeeld bij schoolproblemen, is het gebruikelijk om deze waarde af te ronden naar 300.000.000 meter per seconde, of 300.000 kilometer per seconde, zoals ze vaker zeggen.

Als het concept van de snelheid van het licht eerder iets buiten de grenzen betekende, worden er nu al hypersonische gevechtsvliegtuigen gebouwd, die in 2030 in gebruik zouden moeten worden genomen.

De snelheid van het licht is 299.792.458 meter per seconde, of 1.079.252.848,8 kilometer per uur, wat voor het eerst werd bepaald in 1676 door de Deen O.C. Rmer.

- Wat is de lichtsnelheid in een vacuüm?
Er wordt geloofd dat de snelheid van het licht bedraagt(meest nauwkeurige meting) 299.792.458 m/s = 299.792.458 km/s. Telt als één Planck-eenheid. Vaak worden deze getallen afgerond (bijvoorbeeld bij natuurkundeproblemen op school) naar 300.000.000 m/s = 300.000 km/sec.
Een zeer interessant artikel (meer precies, een hoofdstuk uit een natuurkundeboek van groep 9) dat vertelt hoe een Deense wetenschapper O. Rmer mat voor het eerst de geschatte lichtsnelheid in 1676. En hier is nog een artikel.
- Wat is de snelheid van de voortplanting van licht in verschillende transparante media??
De lichtsnelheid in verschillende transparante media is altijd kleiner dan de lichtsnelheid in een vacuüm, omdat we, om de lichtsnelheid in elk transparant medium te verkrijgen, de lichtsnelheid in een vacuüm delen door de brekingsindex van dit medium. . De brekingsindex van vacuüm is gelijk aan één.

Om v (de lichtsnelheid in een bepaald medium) te krijgen, moet je c (de lichtsnelheid in een vacuüm) delen door n. Daarom wordt de voortplanting van licht in elk transparant medium bepaald door de formule:
- Wat is de lichtsnelheid in de lucht?
De snelheid van het licht in de lucht is, we hebben de snelheid van het licht in een vacuüm al berekend, waar we door gedeeld hebben brekingsindex van lucht, die wordt aangeduid als n. En dezelfde coëfficiënt hangt af van de golflengte, druk en temperatuur. Dat wil zeggen dat voor verschillende n de lichtsnelheid in de lucht anders zal zijn, maar zeker minder dan de lichtsnelheid in vacuüm.
- Wat is de lichtsnelheid in glas?
Allemaal dezelfde formule, zoals je begrijpt, en n zal gelijk zijn aan van 1,47 tot 2,04. Als de brekingsindex van glas niet is gespecificeerd, is een alternatief het nemen van de gemiddelde waarde (n = 1,75).
- Wat is de lichtsnelheid in water?
Water heeft een brekingsindex(n) is gelijk aan 1,33. Dan:
v = c: n = 299.792.458 m/s: 1,33.225.407.863 m/s - de lichtsnelheid in water.

De fundamentele fysieke constante: de lichtsnelheid in vacuüm is 299.792.458 m/s. Deze meting van de lichtsnelheid werd in 1975 gedaan. Op school wordt deze waarde meestal geschreven als 300.000.000 m/s en wordt gebruikt om problemen op te lossen.

Zelfs in de oudheid probeerden ze deze waarde te achterhalen, maar veel wetenschappers geloofden dat de lichtsnelheid constant was. En pas in 1676 was de Deense astronoom Olaf Roemer de eerste die de lichtsnelheid meet en volgens zijn berekeningen was deze gelijk aan 220 duizend kilometer per seconde.

De snelheid van het licht is nul!

Laten we beginnen met het feit dat licht in al zijn spectra onzichtbaar is.

Wij zien het licht niet!

We zien alleen objecten die dit licht kunnen reflecteren.

Voorbeeld: We kijken naar een ster aan de donkere hemel (wat belangrijk is) en als er bijvoorbeeld plotseling een wolk verschijnt tussen ons oog en de richting naar de ster toe, dan zal deze dit onzichtbare licht reflecteren.

Dit is de eerste.

Licht is een staande golf.

Het licht gaat nergens heen. Licht wordt gedragen door een lichtgevend voorwerp dat dit licht reflecteert, bijvoorbeeld een fakkeldrager met een fakkel, en wij zien het als een reflectie van de fakkel, waarop reacties plaatsvinden.

Een fakkel is geen lichtbron!

De fakkel reflecteert alleen het licht dat door een chemische reactie op het oppervlak van de fakkel verscheen.

Hetzelfde geldt voor het filament.

We nemen een zaklamp en verwijderen de reflector eruit, en in een donkere kamer zal slechts één gloeilamp gelijkmatig oplichten (wat belangrijk is), slechts een vrij kleine ruimte. En hoeveel tijd we ook doorbrengen met wachten, het licht zal nog steeds nergens anders bereiken. Het licht zal voor altijd op één plek blijven, of totdat de gloeidraad, die opwarmt, licht kan reflecteren (gloed)! Maar als we een reflector plaatsen, zullen we zien dat het licht in een straal werd gelokaliseerd en verder kon doordringen zonder enige toename van het lichtvermogen; als we de focus veranderen, zonder enige toename van het vermogen, dan zal het licht doordringen nog verder, maar nog meer gelokaliseerd in een beperkte bundel.

Maar zelfs op grote afstand en zelfs weg van de richting van de straal zullen we, terwijl we ons in volledige duisternis bevinden, nog steeds een lichtpuntje zien. We sluiten onze ogen en zien niets; we openen ze en zien meteen een lichtpuntje van een zaklamp op een donkere achtergrond.

Over welke lichtsnelheid kunnen we praten?

Licht heeft geen snelheid. Licht is een staande golf. Een staande lichtgolf heeft het vermogen, terwijl het volume onveranderd blijft, als gevolg van de kracht van de chemische reactie, om zijn configuratie te veranderen. Een staande golf kan alleen zichtbaar zijn wanneer objecten worden verlicht die de staande golf reflecteren, en wij zien het als een lichte vlek op een donkere achtergrond en bovendien niet.

Omdat je niet hebt aangegeven in welke media je geïnteresseerd bent in de snelheid van het licht, zul je een gedetailleerd antwoord moeten geven. Anasteisha Ana vertelde nauwkeurig over de snelheid van het licht in een vacuüm. Maar de lichtsnelheid in verschillende media is niet constant en is noodzakelijkerwijs lager dan in vacuüm. Bovendien is in hetzelfde medium de lichtsnelheid van verschillende golflengten verschillend. En deze eigenschap van licht wordt op grote schaal gebruikt, of beter gezegd, er wordt rekening mee gehouden in de optica. In de optica werd het concept van de brekingsindex van een optisch medium geïntroduceerd. Deze parameter laat zien hoe vaak de lichtsnelheid van een bepaalde golflengte in een bepaald medium kleiner is dan de lichtsnelheid in een vacuüm. In optisch glas LK8 is de voortplantingssnelheid van rood licht met een golflengte van 706,52 nanometer bijvoorbeeld 1,46751 keer minder dan in vacuüm. Die. de snelheid van rood licht in LK8-glas is ongeveer 299.792.458/1,46751 = 204286484 m/s, en de snelheid van blauw licht met een golflengte van 479,99 nanometer is 203113916 m/s. Er zijn optische media waarin de lichtsnelheid aanzienlijk lager is. In laserkristallen ligt de brekingsindex voor sommige golflengten dicht bij 2,8. De lichtsnelheid in deze kristallen is dus bijna drie keer minder dan de lichtsnelheid in vacuüm.

De snelheid van het licht is de meest ongebruikelijke meetgrootheid die tot nu toe bekend is. De eerste persoon die het fenomeen lichtvoortplanting probeerde te verklaren was Albert Einstein. Hij was het die de bekende formule bedacht E = mc² , Waar E is de totale energie van het lichaam, M- massa, en C- lichtsnelheid in vacuüm.

De formule werd voor het eerst gepubliceerd in het tijdschrift Annalen der Physik in 1905. Rond dezelfde tijd bracht Einstein een theorie naar voren over wat er zou gebeuren met een lichaam dat met absolute snelheid beweegt. Gebaseerd op het feit dat de snelheid van het licht een constante grootheid is, kwam hij tot de conclusie dat ruimte en tijd moeten veranderen.

Dus met de snelheid van het licht zal een object eindeloos krimpen, zal zijn massa eindeloos toenemen en zal de tijd praktisch stilstaan.

In 1977 was het mogelijk om de lichtsnelheid te berekenen; er werd een getal gegeven van 299.792.458 ± 1,2 meter per seconde. Bij grovere berekeningen wordt altijd uitgegaan van een waarde van 300.000 km/s. Op deze waarde zijn alle andere kosmische dimensies gebaseerd. Dit is hoe het concept van “lichtjaar” en “parsec” (3,26 lichtjaar) verscheen.

Het is onmogelijk om met de snelheid van het licht te bewegen, laat staan deze te overwinnen. In ieder geval in dit stadium van de menselijke ontwikkeling. Aan de andere kant proberen sciencefictionschrijvers dit probleem al ongeveer 100 jaar op de pagina's van hun romans op te lossen. Misschien zal science fiction ooit werkelijkheid worden, want in de 19e eeuw voorspelde Jules Verne de verschijning van een helikopter, een vliegtuig en de elektrische stoel, en toen was het pure science fiction!

Lichtsnelheid in vacuüm- absolute waarde van de voortplantingssnelheid van elektromagnetische golven in een vacuüm. In de natuurkunde wordt het aangeduid met de Latijnse letter C.
De snelheid van het licht in een vacuüm is een fundamentele constante, onafhankelijk van de keuze van het traagheidsreferentieframe.
Per definitie is het precies zo 299.792.458 m/s (geschatte waarde 300.000 km/s).
Volgens de speciale relativiteitstheorie wel maximale snelheid voor de voortplanting van fysieke interacties die energie en informatie verzenden.

Hoe werd de lichtsnelheid bepaald?

Voor het eerst werd de lichtsnelheid bepaald 1676 OK Roemer door veranderingen in de tijdsintervallen tussen verduisteringen van de satellieten van Jupiter.

In 1728 werd het geïnstalleerd door J. Bradley, gebaseerd op zijn observaties van aberraties bij sterlicht.

In 1849 AIL Fizeau was de eerste die de snelheid van het licht meet tegen de tijd die het licht nodig heeft om een nauwkeurig bekende afstand (basis) af te leggen; aangezien de brekingsindex van lucht heel weinig verschilt van 1, geven metingen op de grond een waarde die heel dicht bij c ligt.
In het experiment van Fizeau werd een lichtstraal uit een bron S, gereflecteerd door een doorschijnende spiegel N, periodiek onderbroken door een roterende getande schijf W, passeerde de basis MN (ongeveer 8 km) en keerde, gereflecteerd door de spiegel M, terug naar de schijf. Toen het licht de tand raakte, bereikte het de waarnemer niet, en het licht dat in de opening tussen de tanden viel, kon door oculair E worden waargenomen. Gebaseerd op de bekende rotatiesnelheden van de schijf, de tijd die het licht erover deed om de reis door de basis werd bepaald. Fizeau verkreeg de waarde c = 313300 km/s.

In 1862 J.B.L. Foucault implementeerde het idee dat in 1838 door D. Arago werd uitgedrukt, met behulp van een snel roterende (512 rps) spiegel in plaats van een getande schijf. Reflecterend door de spiegel werd de lichtstraal naar de basis gericht en bij terugkeer viel hij weer op dezelfde spiegel, die de tijd had om over een bepaalde kleine hoek te draaien. Met een basis van slechts 20 meter vond Foucault dat de snelheid licht is 29800080 ± 500 km/s. De schema's en hoofdideeën van de experimenten van Fizeau en Foucault werden herhaaldelijk gebruikt in daaropvolgende werken over de definitie van s.