Nuo seniausių laikų filosofai ir mokslininkai siekė suprasti šviesą. Be bandymų išsiaiškinti pagrindines jo savybes (t. Y. Iš ko ji pagaminta - dalelės ar bangos ir pan.), Jie taip pat bandė atlikti baigtinius matavimus, kaip greitai jis juda. Nuo XVII amžiaus pabaigos mokslininkai darė būtent tai ir vis tiksliau.
Tai darydami, jie įgijo geresnį supratimą apie šviesos mechaniką ir svarbų vaidmenį, kurį ji vaidina fizikoje, astronomijoje ir kosmologijoje. Paprasčiau tariant, šviesa juda neįtikėtinu greičiu ir yra greičiausiai judantis dalykas Visatoje. Jos greitis laikomas nuolatiniu ir nesulaužomu barjeru, jis naudojamas kaip atstumo matavimo priemonė. Bet kaip greitai jis keliauja?
Šviesos greitis (c):
Šviesa važiuoja pastoviu 1 079 252 848,8 (1,07 milijardo) km per valandą greičiu. Tai veikia iki 299,792,458 m / s, arba maždaug 670,616,629 mph (mylios per valandą). Pažvelgus į perspektyvą, jei galėtumėte keliauti šviesos greičiu, galėtumėte per vieną sekundę apeiti Žemės rutulį maždaug septynis su puse karto. Tuo tarpu žmogui, skrendančiam vidutiniu maždaug 800 km / h (500 mylių per valandą) greičiu, prireiks daugiau nei 50 valandų, kad tik vieną kartą būtų galima apeiti planetą.
Žvelgiant į astronominę perspektyvą, vidutinis atstumas nuo Žemės iki Mėnulio yra 384 398,25 km (238 854 mylios). Taigi šviesa šį atstumą kerta maždaug per sekundę. Tuo tarpu vidutinis atstumas nuo Saulės iki Žemės yra ~ 149 597 886 km (92 955 817 mylių), tai reiškia, kad šviesai kelionė trunka tik apie 8 minutes.
Tad nenuostabu, kodėl šviesos greitis yra metrika, naudojama astronominiams atstumams nustatyti. Kai sakome, kad tokia žvaigždė kaip „Proxima Centauri“ yra 4,25 šviesmečio, mes sakome, kad tai užtruks - nuvažiuoti pastoviu 1,07 milijardo km per valandą greičiu (670,616,629 mph) - maždaug 4 metai ir 3 mėnesiai ten nuvykti. Bet kaip mes pasiekėme šį labai specifinį „šviesos greičio“ matavimą?
Studijų istorija:
Iki XVII amžiaus mokslininkai nebuvo tikri, ar šviesa sklinda ribotu greičiu, ar akimirksniu. Nuo senovės graikų dienų iki viduramžių islamo mokslininkų ir ankstyvojo modernaus laikotarpio mokslininkų diskusijos vyko pirmyn ir atgal. Tik Danijos astronomo Øle Rømerio (1644–1710) darbas buvo atliktas pirmasis kiekybinis matavimas.
1676 m. Rømeris pastebėjo, kad vidinio Jupiterio mėnulio Io periodai buvo trumpesni, kai Žemė artėjo prie Jupiterio, nei tada, kai ji atsitraukė nuo jo. Remdamasis tuo, jis padarė išvadą, kad šviesa juda ribotu greičiu, ir apskaičiavo, kad žemės orbitos skersmeniui kirsti reikia maždaug 22 minučių.
Christiaan Huygens pasinaudojo šiuo įverčiu ir sujungė jį su Žemės orbitos skersmens įverčiu, kad gautų 220 000 km / s. Isaacas Newtonas taip pat kalbėjo apie Rømerio skaičiavimus savo darbe Optikai (1706). Pritaikydamas atstumą tarp Žemės ir Saulės, jis apskaičiavo, kad kelionei iš vienos į kitą prireiks septynių ar aštuonių minučių. Abiem atvejais jie buvo palyginti nedideli.
Vėlesni prancūzų fizikų Hippolyte Fizeau (1819 - 1896) ir Léon Foucault (1819 - 1868) atlikti matavimai patobulino šiuos matavimus - rezultatas buvo 315 000 km / s (192 625 mi / s). O antroje XIX amžiaus pusėje mokslininkai sužinojo apie šviesos ir elektromagnetizmo ryšį.
Tai padarė fizikai, matuojantys elektromagnetinius ir elektrostatinius krūvius, kurie tada nustatė, kad skaitinė vertė buvo labai artima šviesos greičiui (matuojama Fizeau). Remdamasis savo darbu, kuris parodė, kad elektromagnetinės bangos plinta tuščioje erdvėje, vokiečių fizikas Wilhelmas Eduardas Weberis pasiūlė, kad šviesa yra elektromagnetinė banga.
Kitas didelis proveržis įvyko XX amžiaus pradžioje / Savo 1905 m. Knygoje pavadinimu „Apie judančių kūnų elektrodinamiką “, Albertas Einšteinas tvirtino, kad vakuume esantis šviesos greitis, matuojamas neįsibėgėjančio stebėtojo, yra tas pats visuose inerciniuose atskaitos kadruose ir nepriklauso nuo šaltinio ar stebėtojo judesio.
Remdamasis šiuo ir „Galileo“ reliatyvumo principu, Einšteinas išvedė Specialiojo reliatyvumo teoriją, kurioje šviesos greitis vakuume (c) buvo pamatinė konstanta. Prieš tai mokslininkai sutarė, kad erdvė užpildyta „šviečiančiuoju eteriu“, atsakingu už jo plitimą - t.y., kad šviesa, sklindanti per judančią terpę, būtų tempiama kartu su terpe.
Tai savo ruožtu reiškė, kad išmatuotas šviesos greitis bus paprasta jo greičio suma per vidutinis plius greitis apie ta terpė. Tačiau Einšteino teorija iš tikrųjų nenaudojo stacionariojo eterio sampratos ir sukėlė revoliuciją erdvės ir laiko sąvokose.
Tai ne tik paskatino idėją, kad šviesos greitis yra vienodas visuose inerciniuose atskaitos kadruose, bet ir pristatė idėją, kad dideli pokyčiai įvyksta, kai viskas juda arti šviesos greičio. Tai apima judančio kūno laiko ir erdvės rėmus, kurie, matuojant stebėtojo rėmuose, atrodo, kad sulėtėja ir susitraukia judesio kryptimi (t. Y. Laiko kitimas, kai laikas lėtėja artėjant šviesos greičiui).
Jo pastebėjimai taip pat suderino Maksvelo elektrinės ir magnetiškos lygtis su mechanikos dėsniais, supaprastino matematinius skaičiavimus, pašalindami pašalinius kitų mokslininkų paaiškinimus ir suderindami tiesiogiai stebimą šviesos greitį.
XX amžiaus antroje pusėje vis tikslesni matavimai, naudojant lazerinius inferometrus ir ertmės rezonanso metodus, galėtų dar tikslinti šviesos greičio įvertinimus. Iki 1972 m. Grupė JAV nacionaliniame standartų biure Boulderyje, Kolorado valstijoje, panaudojo lazerinio inferometro metodą, kad gautų šiuo metu pripažintą vertę - 299 792 458 m / s.
Vaidmuo šiuolaikinėje astrofizikoje:
Einšteino teorija, kad šviesos greitis vakuume nepriklauso nuo šaltinio judesio, o stebėtojo inercinis atskaitos rėmas nuo to laiko buvo nuolat patvirtinamas daugybe eksperimentų. Tai taip pat nustato viršutinę greičio ribą, kuria visos be dalelių ir bangos (įskaitant šviesą) gali judėti vakuume.
Vienas iš to ištakų yra tas, kad kosmologai erdvę ir laiką dabar traktuoja kaip vieną vieningą struktūrą, žinomą kaip erdvėlaikis - kurioje šviesos greitis gali būti naudojamas abiejų (ty „šviesos metų“, „šviesos minučių“ ir „ „Lengvos sekundės“). Šviesos greičio matavimas taip pat tapo pagrindiniu veiksniu nustatant kosminio plėtimosi greitį.
Pradedant 1920-aisiais, stebint Lemaitre'iui ir Hablui, mokslininkai ir astronomai sužinojo, kad Visata plečiasi iš taško. Hablas taip pat pastebėjo, kad kuo toliau yra galaktika, tuo greičiau ji juda. Taikant Hablo parametrą, greitis, kuriuo Visata plečiasi, apskaičiuojamas iki 68 km / s per megaparseką.
Šis reiškinys, kurio teorija reiškia, kad kai kurios galaktikos iš tikrųjų galėjo judėti greičiau nei šviesos greitis, gali apriboti tai, kas stebima mūsų Visatoje. Iš esmės galaktikos, važiuojančios greičiau nei šviesos greitis, kirstų „kosmologinių įvykių horizontą“, kur jos mums nebematomos.
Be to, iki 1990-ųjų tolimų galaktikų raudonojo poslinkio matavimai parodė, kad pastaruosius keletą milijardų metų visatos plėtimasis spartėjo. Tai paskatino tokias teorijas kaip „Tamsioji energija“, kai nematyta jėga verčia plėsti patį kosmosą, o ne per jį judančius objektus (taigi neriboja šviesos greičio ar nepažeidžia reliatyvumo).
Be specialiojo ir bendrojo reliatyvumo, šiuolaikinė šviesos greičio vakuume reikšmė tapo kosmologijos, kvantinės fizikos ir standartinio dalelių fizikos modelio informacija. Jis išlieka pastovus, kai kalbame apie viršutinę ribą, per kurią gali judėti beasės dalelės, ir išlieka nepasiekiamas barjeras dalelėms, turinčioms masę.
Galbūt kada nors rasime būdą, kaip viršyti šviesos greitį. Nors mes neturime jokių praktinių idėjų, kaip tai gali atsitikti, atrodo, kad protingi pinigai yra skirti technologijoms, kurios leis mums apeiti erdvėlaikio įstatymus, sukuriant metmenų burbulus (dar žinomus kaip „Alcubierre Warp Drive“) arba tuneliaujant per juos ( dar žinomas kaip kirmgraužos).
Iki to laiko mes turėsime būti patenkinti visata, kurią galime pamatyti, ir laikytis savo galimybių, kurias galime pasiekti įprastiniais metodais.
Esame parašę daug straipsnių apie šviesos greitį „Space Magazine“. Štai kaip greitas šviesos greitis ?, Kaip galaktikos juda greičiau nei šviesa? Kaip kosmosas gali keliauti greičiau nei šviesos greitis? Ir sulaužant šviesos greitį?
Čia yra šaunus skaičiuotuvas, leidžiantis konvertuoti daug skirtingų šviesos greičio vienetų, ir relatyvumo skaičiuoklė, jei norėtumėte nuvažiuoti beveik šviesos greitį.
Astronomijos aktoriai taip pat turi epizodą, kuriame nagrinėjami klausimai apie šviesos greitį - klausimai rodo: reliatyvumas, reliatyvumas ir daugiau reliatyvumas.
Šaltiniai:
- Vikipedija - šviesos greitis
- Visatos fizika - šviesos greitis ir reliatyvumo principas
- NASA - koks yra šviesos greitis?
- „Galileo“ ir „Einšteinas“ - šviesos greitis
