Daugelis žmonių nuo ankstyvos vaikystės žinojo apie tokią sąvoką kaip „šviesos greitis“. Tačiau ne visi išsamiai žino apie šį reiškinį.
Daugelis atkreipė dėmesį į tai, kad perkūnijos metu vėluojama tarp žaibo blyksnio ir griaustinio garso. Paprastai protrūkis mus pasiekia greičiau. Tai reiškia, kad jo greitis yra didesnis nei garso. Kokia to priežastis? Koks yra šviesos greitis ir kaip jis matuojamas?
Koks yra šviesos greitis?
Pirmiausia supraskime, koks yra šviesos greitis. Moksliškai tai yra toks kiekis, kuris parodo, kaip greitai spinduliai juda vakuume ar ore. Jūs taip pat turite žinoti, kas yra šviesa. Tai radiacija, kurią suvokia žmogaus akis. Greitis priklauso nuo aplinkos sąlygų, taip pat nuo kitų savybių, pavyzdžiui, lūžio.
Įdomus faktas: Šviesai keliauti iš Žemės į palydovą, Mėnulį, reikia 1,25 sekundės.
Koks, jūsų žodžiais, yra šviesos greitis?
Paprasčiau tariant, šviesos greitis yra laikas, per kurį šviesos spindulys eina bet kokiu atstumu. Laikas paprastai matuojamas sekundėmis. Tačiau kai kurie mokslininkai naudoja skirtingus vienetus. Atstumas taip pat matuojamas skirtingais būdais. Iš esmės - tai metras. Tai yra, ši vertė laikoma m / s. Fizika tai paaiškina taip: reiškinys, judantis tam tikru greičiu (pastovus).
Pažvelkime į šį pavyzdį, kad būtų lengviau suprasti. Dviratininkas juda 20 km / h greičiu. Jis nori pasivyti automobilio, kurio greitis yra 25 km / h, vairuotoją. Jei skaičiuosite, tada automobilis važiuoja 5 km / h greičiau nei dviratininkas. Su šviesos spinduliais viskas yra kitaip. Nesvarbu, kaip greitai juda pirmieji ir antrieji žmonės, šviesa jų atžvilgiu juda pastoviu greičiu.
Koks yra šviesos greitis?
Kai vakuume nėra, įvairios sąlygos veikia šviesą. Medžiaga, pro kurią praeina spinduliai, įskaitant. Jei skaitiklių skaičius per sekundę nesikeičia be deguonies patekimo, tada aplinkoje, kur yra prieiga prie oro, vertė keičiasi.
Šviesa lėčiau sklinda per įvairias medžiagas, tokias kaip stiklas, vanduo ir oras. Šiam reiškiniui suteikiamas lūžio rodiklis, apibūdinantis, kiek jie sulėtina šviesos judėjimą. Stiklo lūžio rodiklis yra 1,5, o tai reiškia, kad šviesa pro jį praeina maždaug 200 tūkstančių kilometrų per sekundę greičiu. Vandens lūžio rodiklis yra 1,3, o oro lūžio rodiklis yra šiek tiek didesnis nei 1, tai reiškia, kad oras tik šiek tiek sulėtina šviesą.
Todėl praleidus orą ar skystį greitis sulėtėja, tapdamas mažesnis nei vakuume. Pavyzdžiui, įvairiuose rezervuaruose spindulių judėjimo greitis yra 0,75 greičio erdvėje. Be to, esant standartiniam 1,01 baro slėgiui, greitis sulėtėja 1,5–2%. Tai yra, antžeminėmis sąlygomis, šviesos greitis kinta priklausomai nuo aplinkos sąlygų.
Tokiam reiškiniui jie sugalvojo specialią koncepciją - refrakciją. Tai yra, šviesos refrakcija. Jis plačiai naudojamas įvairiuose išradimuose. Pavyzdžiui, refraktorius yra teleskopas su optinėmis sistemomis. Taip pat, pasitelkus tai, sukuriami žiūronai ir kita įranga, kurios darbo esmė yra optikos naudojimas.
Apskritai mažiausią spindulį galima refrakcijuoti praleidžiant įprastą orą. Pravažiuojant pro specialiai sukurtą optinį stiklą, greitis yra maždaug 195 tūkstančiai kilometrų per sekundę. Tai beveik 105 tūkst. Km / s mažiau nei konstanta.
Tiksliausia šviesos greičio vertė
Fizikai bėgant metams įgijo patirties tiriant šviesos spindulių greitį. Šiuo metu tiksliausia yra šviesos greičio vertė 299 792 kilometrai per sekundę. Konstanta buvo įkurta 1933 m. Skaičius vis dar aktualus.
Tačiau nustatant rodiklį kilo papildomų sunkumų.Tai įvyko dėl skaitiklio klaidos. Dabar pats matuoklis tiesiogiai priklauso nuo šviesos greičio. Jis yra lygus atstumui, kurį spinduliai nukelia per tam tikrą sekundžių skaičių - 1 / šviesos greitis.
Koks yra šviesos greitis vakuume?
Kadangi vakuume įvairios sąlygos nedaro įtakos šviesai, jos greitis nesikeičia kaip ir Žemėje. Šviesos greitis vakuume yra 299,792 kilometrai per sekundę. Šis rodiklis yra riba. Manoma, kad niekas pasaulyje negali judėti greičiau, net ir kosminiai kūnai, judantys gana greitai.
Pavyzdžiui, naikintuvas „Boeing X-43“, kuris garso greitį viršija beveik 10 kartų (daugiau nei 11 tūkst. Km / h), skrenda lėčiau nei sija. Pastarasis greičiau juda daugiau kaip 96 tūkstančius kilometrų per valandą.
Kaip buvo matuojamas šviesos greitis?
Pirmieji mokslininkai bandė išmatuoti šią vertę. Buvo naudojami skirtingi metodai. Antikos laikais mokslo žmonės tikėjo, kad jis yra begalinis, todėl jo išmatuoti neįmanoma. Ši nuomonė išliko ilgą laiką, iki XVI – XVII amžiaus. Tais laikais pasirodė kiti mokslininkai, kurie teigė, kad sija turi pabaigą ir kad greitį galima išmatuoti.
Garsus astronomas iš Danijos Olafas Roemeris iškėlė žinias apie šviesos greitį į naują lygį. Jis pastebėjo, kad Jupiterio mėnulio užtemimas vėluoja. Anksčiau niekas į tai nekreipė dėmesio. Todėl jis nusprendė apskaičiuoti greitį.
Jis pateikė apytikslį greitį, kuris buvo lygus maždaug 220 tūkstančių kilometrų per sekundę. Vėliau tyrimą pradėjo mokslininkas iš Anglijos Jamesas Bradley. Nors jis nebuvo visiškai teisus, jis šiek tiek priartėjo prie dabartinių tyrimų rezultatų.
Po kurio laiko dauguma mokslininkų susidomėjo šiuo kiekiu. Tyrime dalyvavo žmonės iš įvairių šalių. Tačiau iki XX amžiaus 70-ųjų dešimtmečio grandiozinių atradimų nebuvo. Nuo aštuntojo dešimtmečio, kai buvo išrasti lazeriai ir maserai (kvantiniai generatoriai), mokslininkai atliko tyrimus ir nustatė tikslų greitį. Dabartinė vertė buvo aktuali nuo 1983 m. Ištaisytos tik nedidelės klaidos.
„Galileo“ patirtis
Italijos mokslininkas nustebino visus tų metų tyrinėtojus savo patirties paprastumu ir genialumu. Jam pavyko išmatuoti šviesos greitį paprastais įrankiais, kurie buvo po ranka.
Jis su padėjėju lipo į kaimynines kalvas, prieš tai apskaičiavę atstumą tarp jų. Jie paėmė apšviestus žibintus, aprūpino juos sklendėmis, kurios atidaro ir uždaro žibintus. Savo ruožtu, atidarę ir uždarydami šviesą, jie bandė apskaičiuoti šviesos greitį. Galileo ir padėjėjas iš anksto žinojo, su kokiu delsimu jie atidarys ir uždarys šviesą. Kai vienas atsidarė, kitas daro tą patį.
Tačiau eksperimentas buvo nesėkmingas. Kad tai veiktų, mokslininkai turėtų stovėti milijonų kilometrų atstumu vienas nuo kito.
Römerio ir Bradley patirtis
Šis tyrimas jau buvo trumpai parašytas aukščiau. Tai viena progresyviausių šių laikų patirčių. Römeris panaudojo astronomijos žinias spindulių greičiui matuoti. Tai įvyko 76-aisiais XVII a.
Tyrėjas stebėjo Io (Jupiterio palydovas) per teleskopą. Jis atrado tokį modelį: kuo labiau mūsų planeta tolsta nuo Jupiterio, tuo didesnis delsimas užtemti Io. Didžiausias vėlavimas buvo 21–22 minutės.
Darant prielaidą, kad palydovas tolsta tokiu atstumu, kuris lygus orbitos skersmens ilgiui, mokslininkas padalijo atstumą pagal laiką. Dėl to jis įveikė 214 tūkstančius kilometrų per sekundę. Nors šis tyrimas laikomas labai apytiksliu, nes atstumas buvo apytikslis, jis artėjo prie esamo rodiklio.
18 amžiuje Jamesas Bradley papildė tyrimą. Tam jis panaudojo aberaciją - kosminio kūno padėties pasikeitimą dėl Žemės judesio aplink saulę. Džeimsas išmatavo aberacijos kampą ir, žinodamas mūsų planetos greitį, jo vertė buvo 301 tūkstantis kilometrų per sekundę.
„Fizeau“ patirtis
Tyrėjai ir paprasti žmonės skeptiškai vertino Römerio ir Jameso Bradley išgyvenimus. Nepaisant to, rezultatai buvo arčiausiai tiesos ir aktualūs daugiau nei šimtmetį. XIX amžiuje prie šio kiekio matavimo prisidėjo mokslininkas Armanas Fizeau iš Prancūzijos sostinės Paryžiaus. Jis naudojo sukamojo užrakto metodą. Taip pat, kaip ir Galileo Galilei su savo padėjėju, Fizeau nepastebėjo dangaus kūnų, o tyrė laboratorinėmis sąlygomis.
Patirties principas yra paprastas. Šviesos spindulys buvo nukreiptas į veidrodį. Atspindėdamas nuo jo, pro rato dantis praėjo šviesa. Tada jis trenkėsi į kitą atspindintį paviršių, kuris buvo nutolęs 8,6 km. Ratas buvo pasuktas didinant greitį, kol kitame tarpelyje matėsi sija. Atlikęs skaičiavimus, mokslininkas gavo 313 tūkstančių km / s rezultatą.
Vėliau tyrimą pakartojo prancūzų fizikas ir astronomas Leonas Foucaultas, gavęs 298 tūkstančių km / s greitį. Tiksliausias tuo metu rezultatas. Vėliau matavimai buvo atlikti naudojant lazerius ir maserius.
Ar galimas superluminalinis greitis?
Yra objektų, didesnių nei šviesos greitis. Pavyzdžiui, saulės spinduliai, šešėlis, bangų virpesiai. Nors teoriškai jie gali išvystyti superluminalinį greitį, jų skleidžiama energija nesutampa su jų judesio vektoriu.
Jei šviesos spindulys praeina, pavyzdžiui, per stiklą ar vandenį, elektronai gali jį aplenkti. Jie nėra ribojami judėjimo greičio. Todėl tokiomis sąlygomis šviesa nejuda greičiau nei kas nors.
Šis reiškinys vadinamas Vavilovo-Čerenkovo efektas. Dažniausiai randama giliuose rezervuaruose ir reaktoriuose.