Mange mennesker ved om eksistensen af et sådant koncept som ”lysets hastighed” fra den tidlige barndom. Men ikke alle ved detaljeret om fænomenet.
Mange henledte opmærksomheden på, at der under tordenvejr er en forsinkelse mellem et lynnedslag og lyden af torden. Udbruddet når som regel os hurtigere. Dette betyder, at den har større hastighed end lyd. Hvad er grunden til dette? Hvad er lysets hastighed, og hvordan måles det?
Hvad er lysets hastighed?
Lad os først forstå, hvad lysets hastighed er. Videnskabeligt er dette en sådan mængde, der viser, hvor hurtigt strålerne bevæger sig i et vakuum eller i luft. Du skal også vide, hvad lys er. Dette er den stråling, der opfattes af det menneskelige øje. Hastighed afhænger af miljøforhold samt andre egenskaber, for eksempel brydning.
Interessant fakta: Det tager 1,25 sekunder for lys at rejse fra Jorden til en satellit, månen.
Hvad er lysets hastighed med dine egne ord?
Kort sagt er lysets hastighed det tidsrum, som en lysstråle bevæger sig i hvilken som helst afstand. Tid måles normalt i sekunder. Nogle forskere bruger dog forskellige enheder. Afstand måles også på forskellige måder. Grundlæggende - dette er en meter. Det vil sige, denne værdi betragtes som m / s. Fysik forklarer dette som følger: et fænomen, der bevæger sig med en bestemt hastighed (konstant).
Lad os se på følgende eksempel for at gøre det lettere at forstå. Cyklisten bevæger sig med en hastighed på 20 km / t. Han vil indhente føreren af bilen, hvis hastighed er 25 km / t. Hvis du tæller, går bilen 5 km / t hurtigere end en cyklist. Med lysstråler er tingene forskellige. Uanset hvor hurtigt de første og andre mennesker bevæger sig, bevæger lyset sig i forhold til dem med konstant hastighed.
Hvad er lysets hastighed?
Når de ikke er i et vakuum, påvirker forskellige forhold lyset. Det stof, gennem hvilket strålerne passerer, inklusive. Hvis antallet af meter pr. Sekund ikke ændres uden iltadgang, ændres værdien i et miljø med luftadgang.
Lys bevæger sig langsommere gennem forskellige materialer som glas, vand og luft. Dette fænomen får et brydningsindeks for at beskrive, hvor meget de bremser lysbevægelsen. Glas har et brydningsindeks på 1,5, hvilket betyder, at lys passerer gennem det med en hastighed på omkring 200 tusind kilometer i sekundet. Brydningsindekset for vand er 1,3, og brydningsindekset for luft er lidt mere end 1, hvilket betyder, at luft kun lidt sænker lyset.
Derfor, efter at have passeret gennem luft eller væske, aftager hastigheden og bliver mindre end i vakuum. F.eks. I forskellige reservoirer er strålernes bevægelseshastighed 0,75 af hastigheden i rummet. Med et standardtryk på 1,01 bar bremses hastigheden også med 1,5-2%. Det vil sige, under jordforhold, varierer lysets hastighed afhængigt af miljøforholdene.
For et sådant fænomen kom de med et specielt koncept - brydning. Det vil sige lysets brydning. Det er vidt brugt i forskellige opfindelser. For eksempel er en refraktor et teleskop med et optisk system. Ved hjælp af dette oprettes også kikkert og andet udstyr, hvis essens er brugen af optik.
Generelt kan den mindste stråle brydes ved at passere gennem almindelig luft. Når man passerer gennem et specielt oprettet optisk glas, er hastigheden cirka 195 tusind kilometer i sekundet. Dette er næsten 105 tusind km / s mindre end konstanten.
Den mest nøjagtige værdi af lysets hastighed
Fysikere har gennem årene fået erfaring med at undersøge hastigheden af lysstråler. I øjeblikket er den mest nøjagtige værdi af lysets hastighed 299.792 kilometer i sekundet. Konstanten blev etableret i 1933. Nummeret er stadig relevant.
Der opstod imidlertid yderligere vanskeligheder ved bestemmelsen af indikatoren.Dette skyldtes målerfejl. Nu afhænger måleren direkte af lysets hastighed. Det svarer til afstanden, som strålerne bevæger sig i et bestemt antal sekunder - 1 / lysets hastighed.
Hvad er lysets hastighed i vakuum?
Da forskellige forhold ikke påvirker lyset i et vakuum, ændres dets hastighed ikke som på Jorden. Lysets hastighed i et vakuum er 299.792 kilometer i sekundet. Denne indikator er grænsen. Det menes, at intet i verden kan bevæge sig hurtigere, selv kosmiske kroppe, der bevæger sig ret hurtigt.
For eksempel flyver en fighter, en Boeing X-43, der overstiger lydens hastighed næsten 10 gange (mere end 11 tusind km / t) langsommere end en bjælke. Sidstnævnte bevæger sig mere end 96 tusind kilometer i timen hurtigere.
Hvordan blev lysets hastighed målt?
De allerførste forskere forsøgte at måle denne værdi. Der blev anvendt forskellige metoder. I antikken antog videnskabsmænd, at det er uendeligt, derfor er det umuligt at måle det. Denne udtalelse forblev i lang tid, op til 16-17. Århundrede. I disse dage dukkede andre forskere op, der antydede, at bjælken havde en ende, og at hastigheden kan måles.
Den berømte astronom fra Danmark Olaf Roemer bragte viden om lysets hastighed til et nyt niveau. Han bemærkede, at formørkelsen af Jupiters måne er sent. Tidligere var ingen opmærksomme på dette. Derfor besluttede han at beregne hastigheden.
Han fremsatte en omtrentlig hastighed, hvilket var lig med omkring 220 tusinde kilometer i sekundet. Senere tog en videnskabsmand fra England James Bradley undersøgelsen op. Selvom han ikke havde helt ret, nærmede han sig de nuværende forskningsresultater lidt.
Efter nogen tid blev de fleste forskere interesseret i denne mængde. Forskningen involverede mennesker fra forskellige lande. Indtil 70'erne i det 20. århundrede var der imidlertid ingen grandiose opdagelser. Siden 1970'erne, da de kom frem til lasere og maskere (kvantegeneratorer), har forskere forsket og opnået den nøjagtige hastighed. Den aktuelle værdi har været relevant siden 1983. Korrigerede kun små fejl.
Galileos oplevelse
En videnskabsmand fra Italien overraskede alle disse forskere i disse år med enkelhed og genialitet i hans oplevelse. Han formåede at måle lysets hastighed ved hjælp af almindelige værktøjer, der var lige ved hånden.
Han og hans assistent besteg de nærliggende bakker, efter at han tidligere har beregnet afstanden imellem dem. De tog de tændte lanterner, udstyrede dem med spjæld, der åbner og lukker lysene. Til gengæld forsøgte de at beregne lysets hastighed ved at åbne og lukke lyset. Galileo og assistenten vidste på forhånd med hvilken forsinkelse de ville åbne og lukke lyset. Når den ene har åbnet, gør den anden det samme.
Eksperimentet var imidlertid en fiasko. For at få det til at arbejde, ville forskere skulle stå i en afstand af millioner af kilometer fra hinanden.
Oplevelsen af Römer og Bradley
Denne undersøgelse er allerede kort beskrevet ovenfor. Dette er en af tidens mest progressive oplevelser. Römer brugte viden inden for astronomi til at måle strålehastigheden. Det skete i året 76 af det 17. århundrede.
Forskeren observerede Io (Jupiters satellit) gennem et teleskop. Han opdagede følgende mønster: jo mere vores planet bevæger sig væk fra Jupiter, jo større er forsinkelsen i formørkelsen af Io. Den største forsinkelse var 21-22 minutter.
Under antagelse af, at satellitten bevæger sig væk i en afstand, der er lig med længden af baneens diameter, delte videnskabsmanden afstanden efter tid. Som et resultat modtog han 214 tusind kilometer i sekundet. Selvom denne undersøgelse betragtes som meget omtrentlig, fordi afstanden var omtrentlig, nærmet den sig den aktuelle indikator.
I det 18. århundrede supplerede James Bradley undersøgelsen. For at gøre dette brugte han afvigelse - en ændring i den kosmiske legems position på grund af jordens bevægelse omkring solen. James målte afvigelsesvinklen, og kendte hasten på vores planet fik han en værdi på 301 tusinde kilometer i sekundet.
Fizeau Experience
Forskere og almindelige mennesker var skeptiske overfor oplevelserne fra Römer og James Bradley. På trods af dette var resultaterne tættest på sandheden og relevante i over et århundrede. I det 19. århundrede bidrog Arman Fizeau, en videnskabsmand fra Frankrigs hovedstad, Paris, til måling af denne mængde. Han benyttede metoden roterende lukker. Ligesom Galileo Galilei med sin assistent observerede Fizeau ikke himmellegemer, men undersøgte under laboratorieforhold.
Princippet om oplevelse er enkelt. En lysstråle var rettet mod spejlet. Efter at have reflekteret fra det, passerede lys gennem tænderne på hjulet. Derefter ramte den en anden reflekterende overflade, som lå i en afstand af 8,6 km. Hjulet blev drejet med stigende hastighed, indtil bjælken var synlig i det næste hul. Efter beregninger modtog forskeren et resultat på 313 tusind km / s.
Senere blev undersøgelsen gentaget af den franske fysiker og astronom Leon Foucault og modtog et resultat på 298 tusind km / s. Det mest nøjagtige resultat på det tidspunkt. Senere målinger blev udført ved hjælp af lasere og maskere.
Er superluminal hastighed mulig?
Der er genstande hurtigere end lysets hastighed. For eksempel solstråler, skygge, bølgevibrationer. Selvom de teoretisk set kan udvikle superluminal hastighed, vil energien, de udsender, ikke falde sammen med deres bevægelsesvektor.
Hvis en lysstråle for eksempel passerer gennem glas eller vand, kan elektroner overhale den. De er ikke begrænset i bevægelseshastighed. Under sådanne forhold bevæger lyset sig derfor ikke hurtigere end nogen anden.
Dette fænomen kaldes Vavilov-Cherenkov-effekt. Oftest findes i dybe damme og reaktorer.